散熱被認為是AI時代非常重要的一環，當前投資圈普遍認可液冷是散熱的主流方式。然而瑞銀近期發表一篇深度研究報告，從散熱材料出發，拋出了一個全新的方向－高純度氧化鋁HPA。瑞銀在報告中寫道：“為突破下一代AI硬體的散熱效率瓶頸，行業正將目光投向新型封裝材料，高純度氧化鋁（HPA）因其兼具高導熱性、電絕緣性與機械相容性的獨特屬性，關注度持續走高。”與高性能氮化物，如氮化鋁AIN、氮化硼BN相比，HPA的規模化生產成本僅為20-30美元/公斤，且無需對晶片進行大規模重新設計，即可整合至熱封裝方案中。瑞銀預測，若將HPA的應用拓展至整個封裝材料體系，在基準場景下，2030年HPA的總潛在市場可達7,800噸，以25美元/公斤計算對應市場規模1.95億美元；若滲透率提升至50%且價格升至30美元/公斤，其市場規模將突破6億美元。Part.01 AI算力正逼近散熱極限目前人工智慧加速晶片的單裝置功耗已達到700-1200瓦，這一數值正將冷卻系統與封裝材料推向實體效能上限。近期芝加哥商品交易所資料中心因過熱發生當機，恰恰凸顯了當前裝置散熱余量已極度緊張。與此同時，算力攀升也引發了多重永續發展壓力，涵蓋電力需求、關鍵材料消耗、碳排放及冷卻環節水資源消耗等維度。十年內，資料中心耗電量預計將翻倍，而散熱效率低下會直接導致能源支出增加、冷卻負荷攀升及維運風險加劇。隨著人工智慧算力持續擴容，散熱性能已不再是“加分項”，正迅速成為制約系統級性能的核心瓶頸。Part.02 熱封裝新材料：高純度氧化鋁為突破下一代AI硬體的散熱效率瓶頸，業界正將目光投向新型封裝材料，高純度氧化鋁（HPA）因其兼具高導熱性、電絕緣性與機械相容性的獨特屬性，關注度持續走高。特別重要的是，現代提純工藝可實現極低的α粒子發射量，能消除高密度記憶體中易被忽視但影響重大的軟錯誤隱患。這不僅讓HPA成為散熱效能增強劑，更可提升裝置可靠性－尤其是在高頻寬記憶體（HBM）堆疊和高密度封裝對輻射敏感度提升的場景下。與高性能氮化物（如氮化鋁AIN、氮化硼BN）相比，HPA的規模化生產成本僅為20-30美元/公斤，且無需對晶片進行大規模重新設計即可整合至熱封裝方案中。Part.03 足以撬動系統級的巨大價值瑞銀的場景分析從熱介面材料（TIM）切入－它是AI晶片封裝中最薄且對溫度最敏感的層狀結構。若將傳統矽基TIM取代為HPA增強型複合材料，其有效導熱率可提升2-3倍，晶片結溫可降低4-5℃。這將帶來兩大核心收益：一是單加速器的持續性能可提升1.1%-1.2%，二是每年每台加速器可節省約94千瓦時的IT裝置及冷卻系統能耗，同時降低性能降頻風險、冷卻負荷與碳排放。需要說明的是，僅最佳化TIM的收益屬於「下限值」：TIM在現代AI伺服器陶瓷填充材料中的佔比不足10%，而底部填充膠、環氧塑封料（EMC）、晶片黏接劑、間隙填充劑等均存在散熱瓶頸。若將HPA的應用拓展至整個封裝材料體系，在基準場景（20%滲透率）下，2030年HPA的總潛在市場（TAM）可達7800噸，以25美元/公斤計算對應市場規模1.95億美元；若滲透率提升至50%且價格升至30美元/公斤，其市場規模將突破6億美元。Part.04 人工智慧算力的散熱瓶頸AI算力的功耗與散熱挑戰人工智慧算力需求激增，散熱已成為核心限制因素。當前主流AI加速晶片單顆耗電量達700-1000瓦，傳統冷卻方案已瀕臨極限。資料中心產業甚至將「熱管理」列為「算力擴容的最大障礙」。為應對這一難題，半導體產業正探索超越傳統散熱器和液冷的方案，其中核心方向是從晶片源提升散熱效率的先進封裝材料，而HPA正是其中的焦點材料。以廠商動態為例，輝達旗艦AI晶片H100功耗達700瓦，新一代晶片功耗預計突破1000瓦；亞馬遜雲科技（AWS）也透露其新一代Trainium3晶片功耗將超1千瓦，屆時液冷將成為必要方案。但大多數現有資料中心仍依賴風冷，1千瓦級晶片的普及將迫使產業進行高成本的基礎設施升級，因此晶片與封裝層面的散熱突破迫在眉睫。傳統冷卻方案已觸頂歷史上，晶片功耗提升後，產業曾先後採用加大散熱器與風扇、高導熱TIM、均熱板、水冷冷板乃至浸沒式冷卻等方案，但這些手段均是「治標不治本」－僅解決系統級散熱，未攻克封裝內部的積熱問題。即便像晶片直連兩相冷卻這類前緣技術，也存在著複雜度高、成本高的弊端。例如，輝達1000瓦級Blackwell GPU需配備6U液冷機箱，而目前700瓦模組僅需4U機箱。冷卻方案的每一次升級，都伴隨著投入產出比下降與總擁有成本（TCo）上升，這倒逼產業轉向降低封裝內部熱阻的技術路徑，從而讓現有冷卻系統發揮更高效率。熱封裝材料成散熱短板矛盾的是，在晶片毫米級範圍內的封裝高分子材料，恰恰是最大的散熱障礙。在高密度封裝（如搭載HBM的倒裝晶片模組）中，環氧底部填充膠、塑膠封料和基板會嚴重阻礙熱量傳導。這類材料最初因機械支撐和電絕緣性被選用（如矽填充底部填充膠可保護焊點、匹配晶片熱膨脹係數），但導熱性極差——傳統矽填充底部填充膠的導熱率僅0.5-1瓦/米·開，近乎隔熱材料。在晶片功耗較低的年代，這個問題尚不突出，但在多晶片AI模組中，封裝內部積熱會引發熱點、效能降頻和可靠性風險。以GPU堆疊HBM的3D封裝為例，當堆疊層數超過12層，封裝內部熱阻會急劇上升，傳統的均熱板、導熱過孔等方案僅能緩解卻無法根除這個問題。可以說，先進晶片的功率密度已讓封裝材料成為散熱的核心瓶頸，產業亟需高導熱且適配現有封裝設計的新材料。Part.05 高純度氧化鋁（HPA）的核心優勢過去十年的研究表明，以高導熱陶瓷填料替代或增強傳統矽基填料，可大幅提升聚合物複合材料的導熱性，而HPA正是這一方向的最優解之一，其核心優勢體現在以下維度：導熱性能儘管氮化鋁、氮化硼等材料的本征導熱率高於HPA，但HPA在複合材料體系中的實際表現、成本與配方複雜度上具備綜合優勢。矽基TIM因本征導熱率極低，已無法應付現代加速晶片的熱負荷。而HPA憑藉更優的顆粒形態、更窄的粒徑分佈和更低的介面熱阻，可將複合材料TIM的導熱率提升至矽基材料的2-3倍，且成本僅為高端氮化物的幾分之一，是兼顧性能與規模化的「黃金選擇」。熱膨脹與機械相容性熱膨脹係數（CTE）匹配是晶片元件長期可靠性的關鍵。銅、鋁等金屬雖導熱性優異，但熱膨脹係數遠高於矽，易引發剪下應力、分層或焊點疲勞。而HPA等陶瓷填料的CTE與矽更接近，在TIM、底部填充膠等場景中可有效緩解封裝翹曲，提升長期可靠性。儘管氮化鋁、氮化矽是功率電子陶瓷基板的“黃金標準”，但其成本與工藝複雜度限制了在大規模TIM中的應用，這讓HPA成為平衡CTE、散熱性能與量產性的優選。電學與介電性能TIM、底部填充膠等多數封裝層對電絕緣性有硬性要求。 HPA兼具高介電強度、高電阻率與可觀的導熱性，這是金屬材質（需額外絕緣層）和碳化矽（易產生漏電）無法比擬的。雖然氮化鋁、氮化硼也具備介電優勢，但成本與配方難度較高，因此HPA在高密度AI模組和電源架構中具有獨特價值。可持續性、純度與可靠性傳統氧化鋁生產能耗高、廢棄物多，但現代工藝（如氯化物提純、AlphaHPA的專有工藝）大幅降低了能耗與污染物排放。更關鍵的是，新工藝可實現極低的α粒子發射量－HPA中鈾、釷雜質含量可低於1ppb（十億分之一），能徹底消除封裝材料放射性雜質引發的晶片軟錯誤，這是其他填料體系難以規模化實現的可靠性優勢。成本與商業可擴展性商業化的核心是成本與供應鏈能力。氮化鋁、氮化硼等材料本征性能優異，但成本與生產複雜度使其無法大規模應用於聚合物TIM；而HPA單價約25-50美元/公斤，略高於普通氧化鋁，但遠低於高端氮化物，且隨著工藝最佳化，氯化法HPA的成本可望降至10美元/公斤以下。從單晶片用量來看，HPA僅需數克，其材料成本增量僅為幾分錢，而帶來的系統級性能、冷卻成本與可靠性收益則以每年數美元至數十美元計，具備極強的商業性價比。Part.06 HPA工廠調查啟示在瑞銀澳大拉西亞會議期間，瑞銀組織投資者調研了澳洲AlphaHPA公司（ASX:A4N）。該公司正將HPA商業化，應用於科技市場與鋰電池領域，其位於昆士蘭州格拉德斯通的工廠，是全球規劃中最大的單體HPA精煉廠，年產能超1萬噸，可生產4N（99.99%）與5N（99.999%）級氧化鋁產品。專有濕法冶金工藝AlphaHPA採用獨創的「SmartSX」溶劑萃取提純工藝，其核心是從鋁鹽溶液中「精準靶向」提取鋁離子。與傳統工藝不同，該公司以力拓氧化鋁業務的氫氧化鋁中間體為原料，通過酸溶解形成鋁鹽溶液，再經定製溶劑萃取系統實現鋁離子的分子級提純，最終得到超高純度鋁前驅體。生產靈活性與低排放萃取後的鋁有機相可經由兩步驟結晶生成固體前驅體，進而鍛燒為HPA粉末，也可依需求生產5N+級鋁前驅體或勃姆石（AlOOH）。整個工藝為閉環體系，酸與試劑可循環利用，廢棄物經合作方處理後可轉化為工藝原料，實現近乎零排放。此外，該工廠計畫採用再生能源供電，其碳排放強度僅為傳統工藝的1/3左右（再生能源供電下為5.0公斤二氧化碳/公斤HPA，傳統工藝為17.3公斤二氧化碳/公斤HPA）。產品規格與核心優勢AlphaHPA的核心產品包括4N/5N級氧化鋁粉末、電池隔膜用高純度氫氧化物及硝酸鋁溶液等。其優勢在於同一產線可切換4N/5N產品，既能滿足常規應用需求，也可供應半導體基板、藍寶石生長等高階場景。特別關鍵的是，其產品鈾、釷雜質含量低於1ppb，達到「低α粒子」等級，可徹底消除封裝材料引發的晶片軟錯誤，這一指標顯著優於行業同類產品（普遍為5ppb左右）。戰略價值澳洲雖是全球最大鋁土礦與氧化鋁出口國，但先前幾乎無HPA產能。 AlphaHPA項目推動其產業鏈從原礦向高端科技材料升級，同時為全球市場提供了地緣友好的HPA供應來源（當前HPA主要由日本住友化學、法國Baikowski等少數廠商供應），可滿足LED與半導體行業的供應鏈多元化需求。Part.07 產業鏈影響與核心廠商HPA在半導體封裝的應用將牽動全產業鏈，各環節核心廠商如下：氧化鋁原料供應：傳統氧化鋁廠商（如力拓），此環節供應充足，無產能瓶頸；HPA提純廠商：住友化學（TYO:4005）、Baikowski（EP:ALB）、沙索（JSE:SOL）、AlphaHPA（ASX:A4N）、日本輕金屬（TYO:5703）；材料配方廠商：漢高（Henkel）、信越化學（TYO:4063）、瑞翁（TYO:4004）、長興材料（TPE:1717）、住友電木（TYO:4203）；陶瓷基板廠商：京瓷（TYO:6971）封裝廠商：日月光（NYSE:ASX）、安靠（NASDAQ:AMKR）、長電科技（SSE:600584）、台積電（TSMC）、英特爾、三星；終端使用者：亞馬遜AWS、微軟Azure、Google雲、戴爾、惠普（HPE）。從投資視角來看，HPA的普及將利多特種材料廠商與新興HPA項目公司，同時助力封裝廠承接高端訂單，晶片設計廠商也可藉助HPA實現性能突破，鞏固競爭力。 （智通財經APP）
