金刚石散热行业深度：芯片集成化发展，推动材料应用新蓝海.pdf

金刚石散热行业深度：芯片集成化发展，推动材料应用新蓝海。高功率芯片散热问题亟待解决，金刚石材料具备优异性能有望广泛应用：

航天航空、电子技术等领域飞速发展,推动芯片级和模块级电子设备向着微型化、多功能化、高功率密度方向发展。在芯片集成度提升及尺寸微缩发展态势下，芯片功能及性能进一步提升强化，但芯片功耗及发热量提升，随服役温度上升半导体元件失效率显著提升，相关研究表明，随着服役温度每上升18℃，半导体元件失效率就提高两到三倍，散热问题影响芯片性能亟待解决。AI芯片散热技术通过直接在芯片或处理器表面移除热量来优化设备性能并延长使用寿命，传统方案主要分为散热材料及散热技术两类，散热材料以热界面材料（TIM）、金属和陶瓷基导热材料为主，在散热技术方面，主要包含风冷、液冷、热管、VC均热板及散热器等多种方案。

电子封装起到保护芯片和快速散热作用，因此电子封装材料需具备良好的导热性能、力学性能及可加工性能等各项物理性能，保证电子设备的稳定、可靠及安全运行。常见电子封装材料分为陶瓷材料、塑料材料、金属材料及复合材料四类，金刚石热沉材料天然热导率高达2000-2500W/(m.K)，达到铜的4倍、铝的8倍以上，同时其热膨胀系数与半导体芯片核心材料硅与碳化硅高度匹配，热学性能的高度相似确保金刚石热沉在经历上万次温度循环后仍能保持界面稳定，有效避免因热膨胀失配导致的界面脱层问题。

MPCVD法是制备半导体金刚石材料的较优方案：金刚石材料按照结构可分为单晶及多晶金刚石，两类材料在性能表现及应用等层面呈现区别。多晶金刚石多用于需要高导热性、红外透过性及耐磨性领域；单晶金刚石在电子器件可承受大功率、高效率、超高频工作方面展现出独有优势。金刚石合成工艺分为高温高压法和化学气相沉积法，高温高压法适合大规模合成金刚石，化学气相沉积法适合更精细可控的金刚石生长，面向半导体领域的晶圆级金刚石通过化学气相沉积（CVD）制备。在热丝法、MPCVD法及直流等离子体喷射法三类CVD方法中，MPCVD因没有电极污染而被认为是较优方案。

随金刚石散热技术的进一步成熟有望持续推广商业化及规模化应用，根据我们的测算，保守估算下2032年金刚石散热市场规模有望达到97亿元。