随着人工智能、5G/6G 通信、新能源汽车等产业的爆发式增长，高功率芯片的算力密度正呈指数级提升。工信部数据显示，当前单颗 GPU 芯片功耗已突破 1400W，预计 2027 年将达到 2000W 以上，热流密度超过 1000W/cm²，传统铜、铝及硅基散热材料已逼近性能极限。在此背景下，金刚石热沉片凭借其无与伦比的导热性能，成为破解芯片 “热障” 的核心技术支撑，正在重塑高端散热产业格局。
金刚石之所以能成为终极散热材料，源于其独特的晶体结构与热传导机制。作为自然界导热性能最佳的材料，其热导率高达 2000-2200W/(m・K)，是铜的 5 倍、铝的 8 倍，更是碳化硅的 4 倍、硅的 13 倍。其导热原理基于声子传导机制，碳原子形成的强共价键结构使声子散射几率极小，即便在高温环境下仍能保持稳定导热性能，这与金属依赖自由电子导热、高温下性能衰减的特性形成鲜明对比。
除了超高热导率，金刚石热沉片还具备三大核心优势：一是热膨胀系数与 SiC、GaN 等第三代半导体材料完美匹配，可有效减少界面热应力；二是兼具电绝缘性与高机械强度，硬度达到康宁玻璃的 10 倍，能适应极端工况；三是化学稳定性优异，耐腐蚀性与抗辐射能力突出，适用于航空航天等特殊领域。这些特性使其成为热流密度超过 500W/cm² 场景下的唯一可选热沉材料。
在 AI 数据中心领域，金刚石热沉片已成为 GPU 芯片散热的关键方案。通过金刚石衬底与芯片直接键合，可使芯片最高结温降低 24.1℃，热阻减少 28.5%；而结合微通道结构的复合散热系统，能将 GaN 器件结温从 676℃骤降至 182℃。针对单机柜功耗向 100kW 跃升的 AI 服务器，金刚石热沉片集成的冷板式液冷系统散热效率提升 3 倍，浸没式液冷方案的 PUE 可低至 1.03，年省电费超百万元。
5G/6G 通信基站与新能源汽车是另一大应用场景。5G 基站单站功耗达 3.5kW，功放模块采用金刚石热沉片后，芯片温度下降 30%，显著提升信号传输稳定性；比亚迪等车企在电驱模块中导入金刚石铜热沉，可在 800V 高压快充时 20 秒内传导瞬时高热，避免热失控，同时使充电速度提升 5 倍。在航空航天领域，金刚石铜复合材料能耐受 - 180℃至 200℃的极端温差，有效降低卫星热控组件的热失效风险。
随着技术的持续迭代，金刚石热沉片不仅将破解高功率芯片的散热难题，更将助力我国在高端散热材料领域实现从追赶到领先的跨越，为半导体产业升级提供核心材料支撑。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石铜复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
