（来源：企业观察报）

转自：企业观察报

凭借一种关键半导体材料，河南卡住了美国的“脖子”。

超硬材料金刚石在高端芯片制造中广泛应用，全球半导体产业每年消耗的工业金刚石中，90%用于芯片加工。当前中国人造金刚石产量占据全球市场的95%，其中80%的产能来自河南。英特尔、英伟达、阿斯麦等国际半导体巨头都离不开河南产的金刚石微粉。

近期，金刚石迎来了从传统超硬材料向先进芯片散热材料转变的重大发展机遇。依托超硬材料的功底，央企中国兵器工业集团旗下中兵红箭、中国机械工业集团旗下国机精工，河南国企黄河旋风，以及惠丰钻石、四方达、力量钻石等民企同步向半导体级金刚石发力。

面对半导体制造的材料刚需，美国打响了围绕其国内重要产业的“卡脖子”阻击战，核心目标直指中国的超硬材料产业。

01

高端芯片材料刚需

凭借独特的热物理特性，金刚石作为高端芯片下一代核心散热材料，进入了全球算力巨头的供应链视野。

近期，英伟达宣布新一代Vera Rubin架构GPU将采用“金刚石铜复合散热模组+直接液体冷却系统”方案，应对2300W极端热设计功耗；英特尔投资美国钻石公司玳萌·芳德瑞（Diamond Foundry）布局人造金刚石晶圆，并表示看好钻石作为散热材料在芯片封装中的应用潜力；台积电完成单晶金刚石散热材料验证，明确12英寸产品需求。

“AI大模型训练时，芯片会释放巨大热量，温度每升高10℃，算力就会下降约20%，甚至引发芯片烧毁。人造金刚石的热导率约2000W/(m・K)，是传统铜质散热材料的5倍、石墨烯的1.5倍，堪称 ‘散热天花板’。”国内某半导体企业人士对《企业观察报》说，英伟达最新推出的Blackwell芯片，正是搭载了金刚石散热片，才实现了“算力提升3倍、能耗下降40%”的飞跃。

中泰证券测算，在中性预期下，2026年全球高端AI芯片用金刚石散热片市场规模约87亿元，至2030年将快速增长至592亿元，年复合增长率超过50%。

多家机构认为，未来金刚石在半导体散热领域的大范围应用，有望成为超硬材料行业新的增长曲线，推动行业从消费属性向工业材料属性跨越。

事实上，金刚石作为一种关键超硬材料早已在高端芯片制造中广泛应用，且中国已在与美国、日本等国家的超硬材料竞争中领先了一个身位。

在高端芯片制造中，要生产纳米以下制程的AI芯片，硅片表面的平整度误差必须控制在纳米级，能完成这种“镜面级抛光”的核心材料，就是粒径≤1微米的金刚石微粉。同时，EUV光刻机的光学部件研磨、量子芯片的衬底材料，都离不开高纯度、大尺寸的CVD法人造金刚石。

相关机构统计，全球半导体产业每年消耗的工业金刚石中，90%用于芯片加工，而其中70%以上的金刚石微粉来自中国。更重要的是，中国凭借金刚石微粉，卡住了美国的“脖子”。

公开数据显示，2021年至2023年，美国进口的人造金刚石微粉中，77%来自中国，其中90%以上用于半导体制造。阿斯麦的EUV光刻机、英特尔的3纳米芯片生产线、英伟达的芯片封装车间，都离不开中国产的金刚石微粉。

面对半导体制造的材料刚需，2024年，美国打响了围绕其国内重要产业的“卡脖子”阻击战，其中一个核心目标直指中国的超硬材料产业。

2025年美日达成战略同盟：日本计划投资5500亿美元在美建设合成钻石工厂，聚焦CVD法高端工业钻石，试图绕开中国HPHT路线的产能优势，构建从材料到设备再到产业终端的闭环供应链。美方承诺给予日本企业关税优惠，双方共同推进“半导体材料自主可控”计划。

今年2月，美国GE与日本住友宣布联合投建金刚石散热材料生产基地，“旨在应对中国在培育钻石产能、金刚石功能材料研发及成本控制等方面的综合优势”。

业界认为，当前的全球超硬材料竞争格局，已从“美日主导、中国跟随”变为“中国领跑、全球竞合”。

02

河南出圈

带领中国金刚石产业在全球竞争中突围的先锋与主力军，是河南。

河南是我国超硬材料产业的发源地和最大生产基地，并形成了全球最大的金刚石产业集群。中国人造金刚石产量占据全球市场的95%，其中80%的产能来自河南。

作为我国第一颗人造金刚石的诞生地，河南省郑州市已构建起完整的培育钻石产业链。多年来，郑州从零起步、自主培育壮大金刚石产业，技术迭代在本土完成，产业链完整度全国领先，中低端环节实现自主可控，汇聚了三磨所、四方达、华晶等122家链上企业，产业规模超150亿元，是“郑南商许”超硬材料国家先进制造业集群的牵头城市和科技创新中心。

其中，郑州三磨所作为国家超硬材料领域唯一的综合性研究开发机构，已构建起以全国重点实验室为龙头的20多个创新平台，中南杰特、华晶、四方达、郑钻、富耐克等龙头企业集聚，涵盖设备制造、材料合成、制品应用等多个环节。

河南省商丘市柘城县则包揽了全球近70%的金刚石微粉产能，形成了从石墨提纯、晶体合成到金刚石微粉、超硬工具制造的完整产业链。

谈及上述美日双方共同推进的“半导体材料自主可控”计划，业界普遍认为，美国半导体产业对中国金刚石微粉的短期依赖无法替代。

金刚石微粉的生产需要极高的工艺稳定性，河南企业通过30余年积累，能将高端微粉粒径公差控制在±1纳米，而全球其他地区的供应商，公差普遍在±3至5纳米以上，无法满足3纳米制程芯片加工需求。

更关键的是，河南形成了从石墨提纯到微粉加工、工具制造的完整产业链，同类产品成本仅为欧美企业的1/3至1/4。因此，即便美国愿意承担更高成本，3至5年内也难以找到能满足其产能需求的替代者。

美国供应链咨询公司的报告显示，若中国停止供应高端金刚石微粉，美国半导体产业仅能维持4到6周的正常生产，之后将面临全面停工，单日直接损失超10亿美元。

多位专家学者指出，随着世界大国在人工智能与半导体领域的博弈加剧，中国更需要凭借工业级金刚石，在前沿产业领域形成对美国等超级大国的“卡脖子”技术反制。

眼下，河南省内居多的国内金刚石企业正在依托超硬材料的功底，向半导体级金刚石方向加速转型。

2021年以来，郑州密集出台超硬材料产业政策，明确提出聚焦半导体芯片散热、电子封装、航空航天等具体高附加值应用场景。功能性金刚石中试基地、新产品开发成为补贴重点。政策方向从“扩产能”转向“攻技术”。

今年6月，中科粉研（河南）超硬材料有限公司的中科粉研第四代半导体材料制造基地落户郑州高新区，该基地是国内首个第四代半导体材料制造基地，项目总投资15亿元，年底将实现200台MPCVD投产，三年内年产值达30亿元。

与此同时，央企中国兵器工业集团旗下中兵红箭、中国机械工业集团旗下国机精工，河南国企黄河旋风，以及惠丰钻石、四方达、力量钻石等民企都在同步向半导体级金刚石发力。

例如，中兵红箭金刚石散热片实现小批量生产，与下游应用端开展技术对接。子公司中南钻石实现15mm×15mm及以上大尺寸CVD单晶金刚石稳定量产，热导率达2000W/(m·K)以上。

国机精工依托郑州三磨所超硬材料技术积淀，金刚石散热产品矩阵覆盖单晶、多晶及金刚石铜复合材料。金刚石散热片和光学窗口片已有小批量订单，主要供应国防工业领域。民用领域产品已送样客户，CVD及金刚石铜产品已进入头部客户验证阶段。

黄河旋风是国内较早布局金刚石散热技术的企业，其打造的国内首条8英寸金刚石热沉片生产线已正式投产，自主研发的金刚石—碳化硅复合材料热导率突破700W/(m.K)。公司计划3年内投资20亿元配置300台MPCVD设备，实现年产大尺寸热沉片15万片。

四方达生产的CVD金刚石散热片热导率达到2000W/(m·K)以上，产品已进入小批量供货阶段，公司拟在沙雅投建年产2.5万片CVD金刚石生产线。公司今年一季度营收1.84亿元，同比增长40.20%。

行业机构指出，当前金刚石散热产业正在从实验室技术走向工程化验证阶段，市场空间将逐步打开。

03

仍存挑战

不容忽视的是，尽管我国金刚石散热产业形成了规模优势，但在技术先进性上，面对英国戴比尔斯集团子公司Element Six、日本精密零部件制造商Orbray等国际巨头的竞争，依然感受到了不小的压力。

金刚石的优势在于能够直接改善芯片热传导路径，但真正实现大规模应用取决于晶圆制造、超精密加工、异质键合和成本控制等产业链环节能否同步成熟，这也是金刚石散热产业的核心难点。

多数行业人士表示，与传统硅晶圆相比，金刚石晶圆目前属于相对早期的产业化阶段。尤其是高品质、大尺寸、低缺陷金刚石晶圆，面临着生产效率、良率和成本等多方面挑战。

前述国内某半导体企业人士说，首先，金刚石硬度极高，传统半导体晶圆加工工艺难以直接适用。金刚石晶圆需要进行切割、减薄、抛光等加工，表面粗糙度和形貌精度直接影响后续晶圆键合，如何实现大尺寸金刚石晶圆的高精度加工，是产业化的重要环节。

其次是异质材料键合问题。金刚石与硅、铜或其他半导体材料形成稳定界面，不同材料之间的晶格、热膨胀以及化学性质存在差异，界面存在空洞、污染或缺陷问题将会增加热阻，甚至在热循环过程中发生界面失效。因此，“高热导金刚石+低热阻界面”必须同时实现，单纯拥有高热导率并不能自动转化为芯片级散热性能。

值得关注的是，从2英寸到8英寸，当前全球金刚石晶圆进入了尺寸竞争。

据了解，金刚石晶圆尺寸扩大，对于产业化意义较大。长期以来，半导体产业围绕晶圆尺寸不断演进，大尺寸晶圆能够提高单片晶圆上的芯片数量，并降低单位芯片制造成本。金刚石作为第三代半导体及先进热管理材料，其尺寸能否进一步扩大、加工成本能否持续下降，将直接影响其未来应用范围。

国内企业在金刚石晶圆尺寸竞争上取得了先发优势。近期，河南省力量钻石股份有限公司宣布成功培育出247.82克拉超大颗粒培育单晶，其大小接近一个鸡蛋，刷新世界纪录，为大尺寸金刚石功能材料量产奠定了重要基础；而此前，力量钻石已成功培育156.47克拉全球最大培育钻石单晶，打破了国外对大尺寸金刚石单晶的技术垄断。

业界认为，未来金刚石散热产业的竞争，将重点围绕晶圆尺寸、加工精度、键合良率和单位面积成本展开。谁能够率先建立稳定的规模化制造能力，谁就有可能更快进入主流半导体厂商的供应链。