行业投资评级 - 强于大市 | 维持 [1] 报告核心观点 - 高功率电子器件热管理问题日益严峻，金刚石（钻石）凭借其卓越的导热性能成为极具潜力的下一代散热材料，尤其在AI芯片等高热流密度场景中应用前景广阔 [3][13] - 金刚石散热技术路线多样，包括单晶金刚石、多晶金刚石及各类复合材料，但技术尚未完全定型，大规模应用仍需在成本、加工和界面工程上取得突破 [5][30] - 假设2030年全球AI芯片市场规模达3万亿人民币，通过弹性测算，钻石散热潜在市场空间区间为75亿至1500亿人民币 [6][37] 分章节总结 1.1 金刚石：高性能散热材料，热导率出类拔萃 - 电子器件向集成化、高热流密度发展，热管理问题严峻，例如高性能AI芯片功耗可超过700W，热流密度超过1kW/cm² [13] - 电子元器件可靠性对温度敏感，工作温度达7080℃后，温度每上升1℃，可靠性降低5%，超过55%的电子设备失效主因是温度过高 [3][13] - 天然单晶金刚石室温热导率高达2000-2200W/(mK)，是铜（约400W/(mK)）的5倍，铝的10倍以上 [4][16] - 金刚石具有极高的热扩散系数，能迅速响应局部热点，同时是优良电绝缘体且介电常数低，不影响芯片高频信号完整性 [4][16] - 案例显示，Akash钻石冷却技术可降低GPU热点温度10-20摄氏度，节省数据中心数百万美元冷却成本，在特定场景下可降低温度高达60%，能耗降低40% [17] 1.2 多种材料/制备方式齐头并进，技术尚未完全定型 - 金刚石主要作为“热沉”贴合在产热核心，应用形式包括衬底型热沉和帽盖型热沉，更前沿的路线包括芯片内嵌与晶圆级集成 [5][19] - 在射频功率放大器和激光二极管领域，金刚石热沉已实现商业化应用，例如使用金刚石膜热沉可使高功率半导体激光器热阻降低45-50%，光输出功率提高25% [23] - 主要材料体系包括单晶金刚石、金刚石铜/铝复合材料、金刚石/SiC基板、金刚石微粉等 [5][25] - 单晶金刚石：热导率最高（20002200W/(mK)），但价格昂贵、制备尺寸受限、界面传热效率存在瓶颈，制备方法主要有高温高压法（HPHT）和化学气相沉积法（CVD） [25][28][30] - 多晶金刚石：热导率通常在1000-1800W/(mK)，虽低于单晶，但远优于其他材料，更适合作为经济型散热材料 [31] - 金刚石-铜复合材料：典型导热率可达600W/m*K，热膨胀系数接近SiC，但界面热阻和成本是产业化挑战 [32][33] - 金刚石-铝复合材料：典型导热率约500W/mK，密度低，适合对重量敏感的应用 [32][33] - 金刚石/SiC复合基板：被视为理想电子封装材料，2025年CoherentCorp推出的专利材料热导率超过800W/(mK)，是铜的两倍 [35][36] 1.3 潜在市场空间广阔，相关上市公司积极布局 - IDTechEx报告预测，2030年AI芯片市场规模将达4530亿美元，按汇率6.5折算接近3万亿人民币 [37] - 基于2030年AI芯片市场规模3万亿人民币的假设，对钻石散热方案渗透率（5%、10%、20%、50%）和价值量占比（5%、8%、10%）进行弹性测算，得出钻石散热市场空间区间为75亿至1500亿人民币 [6][37][38] - 报告列举了五家相关上市公司及其业务描述 [39] - 国机精工：2015年布局金刚石功能化应用，采用MPCVD法，2025年散热和光学窗口收入有望超1000万元，民用领域处于产品测试阶段 [39] - 沃尔德：在CVD金刚石制备及应用方面有多年研发储备，拥有相关研发平台 [39] - 四方达：国内设备规模优势明显的CVD金刚石厂商，具备批量制备大尺寸（12英寸）金刚石衬底及薄膜的能力 [39] - 力量钻石：已投产的半导体散热材料项目产品应用于高功率半导体散热，在AI芯片、新能源等领域有应用前景 [39] - 惠丰钻石：散热产品包括CVD金刚石单晶、多晶、复合材料等，目前处于下游应用研究中，尚未形成收入 [39]