3D打印铜金刚石散热更有优势？三帝科技中期规划年产50万片！

当前主要的散热材料有哪些？纯铜、铜合金、铝合金等，这些金属材料的3D打印工艺已经较为成熟。

但英伟达却将一种称之为铜金刚石的复合材料，列为了其新一代AI芯片的散热方案。

查询发现，铜金刚石的热导率超过了500W/(m·k)，而纯铜约为400W/(m·k)，铝合金仅为237W/(m·k)。

基于这一优势，铜金刚石成为了各方关注的新焦点，并在今年迎来规模化量产。

而铜金刚石的3D打印同样值得关注，三帝科技采用其自研的粘结剂喷射工艺，已经实现了该材料的规模化生产。

对铜金刚石散热的产业需求

高效能散热的产业需求不仅仅有AI芯片，6G与激光半导体、汽车与3C电子，以及航空航天等领域，同样需求铜金刚石材料。

➡️ AI服务器

AI领域是当前重要的增量市场。以英伟达GPU芯片为例，H100的功耗还只有700w，而Rubin Ultra则达到了2500w以上，芯片的热流局部密度甚至超过了超过了1000W/cm²，常规的液冷方案已经无法满足这一超高功率挑战。

在这一背景下，英伟达已确认采用将金刚石铜复合材料，作为Rubin的标配散热方案。此外，国内供应商如黄河旋风、中京烽火等已经批量供货相关用户。

预计到2030年，铜金刚石在高端液冷AI服务器中的渗透率将明显提升。

➡️ 6G与激光半导体

6G和光通讯是铜金刚石散热的另一个重要方向。这两个领域的核心器件热流密度能达到300W/cm²以上，与该领域常用的铝碳化硅相比，铜金刚石复合材料的热导率是其3-5倍，热膨胀系数与第三代半导体高度匹配，同时能减少信号损耗。

目前，在该领域占据较大市场份额的是日本住友，中国企业正在快速追赶。

例如，三帝科技基于BJ粘结剂喷射3D打印制造的微通道散热器，已经进入行业头部客户的验证阶段；中科院宁波材料所使用粉末冶金工艺研制的铜金刚石材料，导热率达到了1000W/(m·K)。

三帝科技铜金刚石烧结件

➡️ 汽车与3C电子

新能源汽车行业对高效散热的需求之一来源于超高压充电，铜金刚石复合材料在该领域被用于制造热沉等零部件。

一个具体的案例是，比亚迪申请了名为“金刚石-金属复合材料及其制备方法、散热基板、功率模块、车辆”的专利。

在3C电子领域，铜金刚石散热方案也在发挥重要作用。例如，联想Yoga Slim 7i Aura Edition是全球首个规模化搭载铜金刚石散热的消费电子产品，模组重量减轻约30%，厚度仅12mm，却能稳定输出40W性能，同是将噪音控制在了较低水平。

➡️ 航空航天

航空航天领域对铜金刚石的需求，覆盖从卫星载荷、电驱系统、通信设备等多种应用。

太空具有极端的温差环境，从-200℃到数百摄氏度的高温，铜金刚石均可以保持稳定，热震测试中的性能衰减也极小。它的高化学稳定性还使其能够抵御太空中的辐射(如宇宙射线、太阳风),避免材料因辐照导致的性能退化(如铜的氧化或腐蚀)。

此外，其密度比纯铜低1/3。随着商业航天及卫星发射需求的极具增长，铜金刚石的作用将越来越大。

三帝科技引领

铜金刚石3D打印产业化

铜金刚石的规模化量产面临多项难题，如金刚石掺杂比例难以突破50%，大尺寸制造的颗粒分布不均，复杂微通道结构难以加工等。传统热压烧结和放电等离子烧结工艺面临的问题也较为复杂，如成本高、加工形状受限等。

3D打印技术提供了一种可行的制造手段。但正如前文所述，该目前取得实质突破的，仅有三帝科技的BJ粘结剂喷射工艺。

铜金刚石生坯

三帝科技针对铜金刚石材料，开发出了“粘结剂喷射打印+梯度打印+低温烧结”组合工艺，带来了多项突破。

首先是高掺杂比。该公司将金刚石的掺杂比例一举提高至70%，使热导率稳定在600-800W/(m·K)，对于纯铜来说是明显的提升。

其次是相对于传统加工技术的复杂结构制造能力。得益于3D打印自由制造的属性，可以直接制造出微通道、仿生结构，使散热面积相比传统技术显著提升。而且，三帝科技表示BJ技术的制造精度达±0.1mm，产品无需后续机加工。

最后是采用3D打印制造的铜金刚石具有良好的热稳定性。三帝科技表示，其产品已在热循环稳定性测试中达到了量产要求，热扩散系数衰减率远优于传统工艺。

铜金刚石生坯

三帝科技为推动粘结剂喷射3D打印铜金刚石实现量产，在苏州成立了专门的产业化基地，配备了20余台自研BJ设备，于今年4月正式开工生产。这也是国内首个公开的采用3D打印工艺实现铜金刚石规模化量产的案例。

据三帝科技消息，该项目初期重点量产宏通道铜金刚石散热器，计划逐步完成AI服务器、激光设备等领域头部企业的认证，实现批量供货；中期将建成微通道量产线，年产能规划达50万片以上，可满足多个高端领域的批量需求。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。