华为的金刚石“棋局”

随着5G通信、人工智能、新能源电动汽车及航空航天技术的迅猛发展，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，极大地增加了电子设备的热量积累，使元器件的热流密度持续攀升，散热问题成为制约电子技术进步的瓶颈。 

在此背景下，金刚石，这一自然界中最坚硬的物质，正因其极佳的热、电、光等物理性能，成为全球高科技产业竞相追逐的“终极半导体材料”，正从实验室走向产业化的前沿阵地。

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为何芯片需要金刚石“降温”？

目前，5G基站射频芯片单个功率放大器发热密度超过300 W/cm²，传统铜、氮化铝、碳化硅等材料因热导率不足全面失效。

而在算力为王的时代，芯片功耗更是呈指数级增长。随着半导体产业迈向2纳米、1纳米甚至埃米级别，芯片热流密度越来越高。当前NVIDIA H100、华为昇腾910B等高端GPU功耗已逼近700W，下一代产品预计突破1000W。

显然，热，正在成为整个半导体体系最难以忽视的现实。当传统散热材料逼近物理极限时，金刚石凭借其高达2000W/m·K的热导率——是硅的13倍、铜的5倍，正从珠宝展示柜悄然走入半导体实验室。

金刚石散热技术不仅提升设备计算能力，还能降低数据中心冷却成本，减少因过热导致的硬件故障。数据显示，2025年金刚石散热市场规模为0.5亿美元，到2030年有望爆发式增长至152.4亿美元，复合增速高达214%。

这条赛道不仅将重塑金刚石行业的价值链，更可能决定下一代计算技术的竞争格局。

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华为为何押注金刚石？

华为的布局并非孤立行为，而是由其核心业务面临的严峻挑战和未来技术发展趋势所驱动。

破解“热障”瓶颈，保障核心产品竞争力。华为的通信设备、云计算和智能汽车业务，其性能与可靠性直接受制于芯片的散热能力。金刚石散热方案能显著提升设备功率密度和稳定性，是其产品持续领先的“压舱石”。

为“后摩尔时代”储备关键技术。当硅基半导体的发展速度放缓，宽禁带半导体（如碳化硅、氮化镓）之后，超宽禁带半导体金刚石被公认为最有希望的下一代半导体材料。其优异的载流子迁移率和击穿场强，有望制造出性能远超现有技术的高频、高压、高温器件。华为的布局，是对未来10-20年技术变革的深远投资。

构建自主可控的产业链。在复杂的国际环境下，华为对供应链安全有着超乎寻常的警觉。通过投资国内领先的金刚石材料与装备企业，华为正在助力培育并绑定一个本土的、高技术的上游供应链，减少对国外技术的依赖，增强产业链的韧性。

作为中国科技创新的领军企业，华为正悄然完成从材料设计、键合封装到系统集成的全链条布局，构建了一条从材料到应用的隐形赛道，并通过系列高价值专利构建起技术壁垒，为下一代芯片性能竞争奠定基础。

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技术布局：华为的金刚石专利版图

从技术演进路径来看，华为的金刚石散热布局呈现出由材料开发、封装集成到系统热管理三位一体的多层协同趋势。此前，华为公开了多项将金刚石用于芯片散热的专利。

材料层面的创新：早在2023年3月，华为的两项芯片导热材料相关专利就已提出以金刚石颗粒材料为主要导热介质结合复合界面填料显著提升芯片封装界面导热性能。与传统硅脂或金属填料相比，金刚石复合材料展现出更优异的各向异性热导能力，并具备更强的机械稳定性。

结构设计的突破：2024年12月，华为技术有限公司公布一项名为“一种半导体器件及其制作方法、集成电路、电子设备”的发明专利。通过增加金刚石散热层与钝化层的接触面积，改善金刚石散热层与钝化层之间的结合力，并且减小金刚石散热层与栅极之间的热扩散距离，提高半导体器件的散热效率。

10-半导体器件、11-第一外延层、12-钝化层、13-金刚石散热层、14-栅极、15-源极、16-漏极、121-凹槽

系统级散热方案：2025年7月，华为取得一项名为“一种铜金刚石散热基板”的专利（授权公告号CN223110366U），将金刚石应用从点状的“嵌入式散热”向大面积复合底板方向拓展。该基板采用铜金刚石复合材料填充于金属框架通孔中，并通过上下双金属层与系统电热结构焊接连接，实现高强度热传导与机械固定的双重功能。

华为在金刚石散热领域的布局不仅限于内部研发，更通过产学研合作构建完整生态。

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产学研合作：构建金刚石生态体系

当前，国内将第三代半导体列为国家战略，金刚石作为“第四代半导体”及终极散热材料，受到前所未有的重视，国内已形成“产学研”联动的快速发展态势。

• 2023年11月，华为与哈尔滨工业大学联合公开的“一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法”专利（CN223110366U）。提出通过混合异质材料的界面调控，实现大尺寸低热阻的三维键合结构。金刚石提供垂直方向高效散热通道，石墨烯则通过其横向导热能力协同均热，构成复合散热网络结构。

• 2024年2月，华为联合厦门大学团队，率先实现将多晶金刚石衬底集成于先进玻璃转接板背面封装结构中。这一低温键合技术攻克了金刚石在高温热处理中易碎裂、应力失配大的问题，同时与玻璃转接板形成热、电、力多维兼容接口。

  
  

(1)集成金刚石-芯片-玻璃转接板(DoCoG)的结构示意图，(2)DoCoG封装热测试配置照片，图源：Heterogeneous Integration of Diamond-on-Chip-on-Glass Interposer for Efficient Thermal Management

从以上华为的专利布局可见，这是对“热耦合结构—界面材料—封装工艺—系统平台”的系统性掌控，而非单点材料性能突破。这一趋势与全球高性能芯片散热面临的现实挑战高度契合。以其三维集成散热专利为例，既可用于SoC堆叠芯片封装，也具备拓展到量子芯片、光电集成芯片等高热密度系统的潜力。国际上，包括Intel、TSMC、NVIDIA等厂商也在加快导热界面材料（TIM）、微流体散热、金刚石热板等方向的探索，但多数仍处于样品验证与初步试产阶段。

在全球半导体产业面临新机遇与新挑战的当下，搭建产学研协同平台、推动金刚石与其他半导体技术的深度融合、探索新型半导体材料与未来产业需求的适配路径，同样是构建可持续半导体供应链体系、为产业注入创新动能的路径之一。

此前，9月26日，2025先进封装及高算力热管理大会上，Flink启明产链联合厦门大学举办 “破局极端散热：金刚石在微通道、液冷与芯片级场景的应用落地” 闭门研讨会。（*详情点击链接：）

研讨会邀请黄河旋风、三星、华为、海思、中兴、浪潮、常州贺斯特、广东新创意、上海昌润、沃尔德、晶盛、国机金刚石、四方达、许昌博芯、上海交通大学、硅酸盐所、宁波材料所等40余位行业专家，围绕金刚石在微通道、液冷、高功率场景、技术难点突破、成本控制等议题，展开闭门交流，从终端应用需求倒推材料与技术方案，产学研协同破局，加速金刚石散热技术从实验室走向实际应用，为极端散热技术产业化提供思路。

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产业协同，打好组合拳

金刚石正在从科研探索向工程实现迈进。过去十年，金刚石的主要应用集中在切削、钻探与磨抛等机械加工领域，但随着高热导、高绝缘、高载流子迁移率等特性的深入开发，其应用正逐步延伸至电子器件、散热管理、量子信息、光学窗口乃至生物传感等高科技方向。

华为在金刚石领域的突破离不开国内在人造金刚石产业上的优势。

中国是全球最大的人造金刚石生产国，2024年垄断了全球95%的工业金刚石领域市场份额，在国际市场上占据主导地位。中国金刚石产业的领先地位，不仅体现在产能规模上，更源于全产业链的技术突破与自主可控。在设备领域，国产 HPHT（高温高压）六面顶压机数量超过 1.2 万台，国机精工自主研发的设备市占率超 60%，彻底打破国外垄断；在生产技术上，已形成 “HPHT 保规模、CVD 攻高端” 的双轨并行格局。

而更深层的逻辑在于，金刚石作为“第四代半导体”材料的技术前沿地位，正在被政策与科研体系同步强化。随着国家新材料计划与工信部重点专项的引导，金刚石有望成为继碳化硅、氮化镓之后的新一代半导体战略材料。

从产业布局上来看，黄河旋风、乾元芯钻、博志金钻等企业已布局金刚石散热片的量产路线，部分产品已进入华为、三安光电等产业链体系的验证阶段；多家企业加快布局金刚石光学元件的产业化，部分产品已具备替代蓝宝石与ZnSe等传统材料的能力；四方达、沃尔德等企业的产品线正加速向半导体装备材料过渡，其营收结构中高附加值产品占比显著提升，这一趋势正在改变超硬材料行业的利润结构······

此外，近年来国内多地已布局金刚石外延、离子注入掺杂、金属电极接触等关键技术环节，形成科研到产业的系统推进格局。其中黄河旋风在金刚石单晶衬底、四方达在CVD膜沉积工艺、惠丰钻石在高压合成工艺上均取得阶段性成果。

随着资本市场与产业周期的共振，金刚石有望从“工业牙齿”成长为中国新材料体系中真正的“战略中枢”。如今，国内企业正加速布局产能，中国金刚石产业，正从 “全球制造中心” 向 “全球创新中心” 稳步迈进。

金刚石不再只是装饰手指的奢侈品，更是驱动未来算力的核心材料，从材料到系统，从实验室到生产线，华为正在金刚石领域构建一个完整的技术生态。