人造金刚石行业：从可选消费到AI材料，金刚石散热与PCB加工双重突破

摘要

方正证券新兴产业团队认为，AI算力升级正推动人造金刚石从传统超硬材料与可选消费品向高附加值功能材料升级，形成AI芯片热管理+高阶PCB精密加工两条新成长曲线；中国占全球人造金刚石产量90%以上，2023年产量增至165.97亿克拉，河南约占全国80%。 散热端，当单芯片功耗突破1000W、局部热流密度超过1000W/cm²时，热导率约400W/m·K的传统铜散热已抵达物理极限，而CVD金刚石热沉片热导率可达2000W/m·K以上；GPU功耗沿A100 400W、H100/H200 500-700W、Blackwell B200 1000-1200W向Vera Rubin 1500-2300W演进，2026年联想、Akash Systems、Coherent、曙光数创、纬颖等相继落地金刚石散热方案，纬颖确认Rubin全系列AI服务器将标配金刚石复合微通道冷板并计划2026年Q3量产。 市场空间按等效NVL72机柜数×72颗GPU×单GPU价值量×渗透率测算，50万柜、单GPU价值量50美元下，10%渗透对应约12.6亿元、50%对应63亿元、100%渗透对应理论TAM约126亿元；单GPU价值量升至100美元或机柜提至200万柜时，100%渗透TAM可升至约252亿-504亿元。 PCB钻针端，M9级材料使适配M8的钨钢钻针寿命由800-1000次骤降至100-200次，金刚石钻针单支售价1500-2000元、可完成8000-10000个钻孔，综合加工成本较钨钢方案下降约37.5%-40%。 弗若斯特沙利文预计全球PCB钻针市场2030年达人民币100亿元、2026-2030年复合增速9.6%，高端涂层钻针份额由31.3%提升至50.5%，中国市场2030年有望达63.0亿元、占全球约63.5%。 报告建议关注四方达、沃尔德、国机精工、中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、惠丰钻石，风险为技术迭代、商业化落地不及预期与认证周期。

主要观点

• 中国是全球最大人造金刚石生产国：2023年产量165.97亿克拉、占全球总产量90%以上，河南约占全国80%，形成郑州、许昌、南阳、商丘产业集聚区。

• AI芯片功耗逼近传统散热物理极限：单芯片功耗突破1000W、局部热流密度超过1000W/cm²时，热导率约400W/m·K的铜已到极限；GPU功耗沿A100（2020）400W→H100/H200 500-700W→Blackwell B200（2025）1000-1200W→Vera Rubin（2026-2027）1500-2300W演进，散热从风冷走向液冷+新材料双路线竞争。

• 2026年被视为金刚石散热产业化元年，落地事件密集：1月联想Yoga Slim 7i Aura Edition采用超薄金刚石铜热沉（热导率约为传统铜材2倍）；2月Akash Systems向印度NxtGen交付全球首批金刚石冷却NVIDIA GPU服务器（GPU性能提升15%，并获AMD MI350X 3亿美元订单）；3月Coherent推出Thermadite 800金刚石复合材料基底冷板；4月曙光数创MW级相变浸没液冷整机柜C8000 V3.0首次规模化应用金刚石铜微通道（导热率提升80%、性能提升10%）；5月纬颖确认Rubin全系列标配金刚石复合微通道冷板、郑州超算实现规模化应用（传热能力提升80%、温度降低5℃）。

• 三条材料路线成熟度递进：金刚石铜复合材料（600-800W/m·K）成熟度最高，2026年导入、2027-2028年放量，是性价比首选；多晶CVD金刚石（1000-2000W/m·K）中等成熟度，小批量2027-2029年、8英寸突破中；单晶金刚石（2000-2400W/m·K）成熟度最低，远期3年以上、成本暂不可承受。

• 传统领域金刚石铜已有稳定基本盘：2023年全球金刚石铜市场规模1.51亿美元，2019-2023年CAGR为9.27%；预计2030年达3.34亿美元，2024-2030年CAGR为12.41%，此前6G通信等应用是主要拉动力。

• 制备端HPHT与CVD互补：HPHT占全球人造金刚石产量90%以上（河南贡献全球80%以上），主要产出单晶、微粉和培育钻石；CVD占比小但增速快，纯度可达半导体级、可控掺杂，热沉片热导率可达2000W/(m·K)以上，国内已实现8英寸多晶热沉片量产；MPCVD被认为是较适合金刚石膜工业生产的方法，生长速率最大可达30μm·h⁻¹。

• 全球PCB钻针市场扩容且结构高端化：2021年41亿元增至2025年60亿元（CAGR 10.0%），预计2030年达100亿元（2026-2030年CAGR 9.6%），高端涂层钻针份额从31.3%提升至50.5%；中国市场2021年25.0亿元增至2025年38.0亿元（CAGR 10.6%），2030年有望达63.0亿元、占全球约63.5%；全球CR5超70%，日本佑能份额约40%，鼎泰高科、金洲精工分别约29.2%和21%。

• 规模化量产在即、验证推进中：沃尔德用0.25mm金刚石微钻加工3.5mm厚M9基板全程无断针钻孔8000个以上，产品已进入深南电路、沪电股份等头部PCB厂商小批量测试，并拟定增14.5亿元加码金刚石微钻及功能材料；四方达PCD微钻已实现直径φ0.5mm-φ20mm、PCD厚度1mm-10mm系列供应，公示年产710万支金刚石钻针项目、总投资18.46亿元；英诺激光2024年攻克金刚石隐切技术，安泰科技金刚石钻针处研发阶段。

• 海内外散热产业化布局提速：海外Akash Systems、Element Six（与Orbray合作晶圆级单晶金刚石）、Coherent（145mm CVD基板）、Diamond Foundry、住友电工等推进；国内力量钻石高功率散热金刚石功能材料项目2025年1月投产（热导率可达2200W/(m·K)）、黄河旋风国内首条8英寸热沉片产线落成（一期投资3.6亿元、年产能2万片）、四方达2025年12月具备批量制备12英寸金刚石衬底及薄膜能力、国机精工牵头国内首个热沉用金刚石片团体标准并与华为联合测试异质芯片热沉片。

论述逻辑

• AI算力升级→GPU功耗由A100的400W增至Vera Rubin的1500-2300W、单芯片突破1000W且局部热流密度超1000W/cm²→热导率约400W/m·K的传统铜散热抵达物理极限→热导率约2000W/m·K的金刚石成为散热升级刚需，其中金刚石铜（600-800W/m·K）率先规模部署、多晶/单晶CVD跟进→2026年联想、Akash Systems、Coherent、曙光数创、纬颖等商用事件密集落地，2026年成为产业化元年→按等效NVL72机柜×72颗GPU×单GPU价值量×渗透率测算，50万柜、50美元/GPU下100%渗透对应126亿元TAM，价值量或机柜提升可将TAM推高至252亿-504亿元；第二条主线：AI PCB向M9/M9Q、高多层及石英布等高硬度材料升级→钨钢钻针寿命由800-1000次骤降至100-200次→CVD金刚石涂层（寿命15-20倍）与PCD钻针（万孔至1.5万孔）以每孔成本反超（较钨钢降约30%-40%）→全球PCB钻针市场2030年达100亿元、高端涂层份额由31.3%升至50.5%→金刚石钻针直接受益且多家企业验证与小批量导入推进→据此梳理四方达、沃尔德、国机精工、中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、惠丰钻石等标的。

关键展望

• 短期验证点：金刚石铜复合材料在服务器中的渗透率提升，以及M9/M9Q/M10对高端CVD金刚石涂层钻针渗透率的提升。

• 中期验证点：大尺寸CVD金刚石热沉片产能落地、客户送样验证与小批量订单、8英寸等大尺寸产品良率与设备爬坡、单GPU价值量由局部小面积热沉向Package级均热升级，以及PCD钻针客户验证、小批量订单与良率提升和成本下降推动单孔经济性兑现。

• 长期方向：12英寸及更大尺寸CVD金刚石量产能力、与微通道液冷/封装结构一体化集成、金刚石材料向芯片级/封装级/系统级热管理平台延伸，以及金刚石钻针向先进封装基板等高难度精密加工场景延伸。

• 明确时间窗口：纬颖面向英伟达Vera Rubin NVL72平台的金刚石复合微通道冷板计划2026年Q3正式量产；金刚石铜2026年导入、2027-2028年放量；多晶CVD小批量2027-2029年；单晶为远期（3年+）；Element Six、II-VI等展示的金刚石衬底GaN射频器件大规模量产还需3-5年。

• 风险提示：技术迭代风险、商业化落地不及预期风险、认证周期风险。

推荐标的

• 四方达（建议关注）：CVD金刚石功能材料领先，自主研发MPCVD设备及工艺，具备12英寸级产品技术储备，2026年4月天璇半导体拟投资约4.5亿元在新疆沙雅建设年产2.5万片CVD金刚石项目，并布局年产710万支金刚石钻针项目（总投资18.46亿元），形成'CVD散热材料+PCB/半导体金刚石钻针'双线扩张；2026-2028E归母净利润1.7/2.9/4.2亿元（+81%/+73%/+43%），对应PE 111/64/45。

• 国机精工（建议关注）：超硬材料全产业链平台型龙头，具备六面顶压机+MPCVD设备到材料的全链自制能力，CVD产品进入头部客户验证，散热片+光学窗口片小批量订单2025年收入超1000万元，牵头国内首个热沉用金刚石片团体标准并与华为联合测试；2026-2028E归母净利润3.2/4.1/4.8亿元（+23%/+27%/+18%），对应PE 86/68/57。

• 中兵红箭（建议关注）：全球超硬材料龙头之一，HPHT+CVD双路线，旗下中南钻石为全球最大超硬材料供应商之一，持续加大多晶金刚石热沉等功能材料研发投入；2026-2028E归母净利润4.5/7.0/8.9亿元（+991%/+53%/+28%），对应PE 48/31/25。

• 黄河旋风（建议关注）：大尺寸金刚石热沉片产业化领先，国内首条8英寸热沉片产线落成（一期投资3.6亿元、年产能2万片），规划三年内配置300台MPCVD、年产15万片，目标将热管理业务打造为第一大主业；市值229亿元，Wind无一致预测。

• 力量钻石（建议关注）：培育钻石龙头向半导体功能金刚石延伸，10亿元募资投向金刚石功能材料生产研发建设项目，2025年1月项目建成投产、热导率可达2200W/(m·K)；2026-2028E归母净利润2.4/4.3/6.9亿元（+117%/+80%/+63%），对应PE 66/37/23。

• 惠丰钻石（建议关注）：金刚石微粉及功能材料特色厂商，若金刚石铜、金刚石复合材料需求放量，上游高品质金刚石粉体有望形成新的增量方向；市值77亿元，Wind无一致预测。

• 报告同时提及但未给出推荐结论的产业链公司：PCB钻针竞争格局中日本佑能（UNION TOOL）全球份额约40%、鼎泰高科约29.2%、中钨高新旗下金洲精工约21%；钻针验证环节还提及英诺激光（金刚石隐切技术）与安泰科技（金刚石钻针研发阶段）。报告对上述公司及全部建议关注标的均未给出评级与目标价，估值为截至2026年9月7日收盘的Wind一致预测。