散热被认为是AI时代非常重要的一环，当前投资圈普遍认可液冷是散热的主流方式。
然而瑞银近期发布一篇深度研究报告，从散热材料出发，抛出了一个全新的方向——高纯度氧化铝HPA。
瑞银在报告中写道：“为突破下一代AI硬件的散热效率瓶颈，行业正将目光投向新型封装材料，高纯度氧化铝（HPA）因其兼具高导热性、电绝缘性与机械兼容性的独特属性，关注度持续走高。”
与高性能氮化物，如氮化铝AIN、氮化硼BN相比，HPA的规模化生产成本仅为20-30美元/千克，且无需对芯片进行大规模重新设计，即可集成至热封装方案中。
瑞银预测，若将HPA的应用拓展至整个封装材料体系，在基准场景下，2030年HPA的总潜在市场可达7800吨，按25美元/千克计算对应市场规模1.95亿美元；若渗透率提升至50%且价格升至30美元/千克，其市场规模将突破6亿美元。
Part.01
AI算力正逼近散热极限
当前人工智能加速芯片的单设备功耗已达到700-1200瓦，这一数值正将冷却系统与封装材料推向物理性能上限。
近期芝加哥商品交易所数据中心因过热发生宕机，恰恰凸显了当前设备散热余量已极度紧张。与此同时，算力攀升还引发了多重可持续发展压力，涵盖电力需求、关键材料消耗、碳排放及冷却环节水资源消耗等维度。
十年内，数据中心耗电量预计将翻倍，而散热效率低下会直接导致能源支出增加、冷却负荷攀升及运维风险加剧。随着人工智能算力持续扩容，散热性能已不再是“加分项”，正迅速成为制约系统级性能的核心瓶颈。
Part.02
热封装新材料：高纯度氧化铝
为突破下一代AI硬件的散热效率瓶颈，行业正将目光投向新型封装材料，高纯度氧化铝（HPA）因其兼具高导热性、电绝缘性与机械兼容性的独特属性，关注度持续走高。
尤为重要的是，现代提纯工艺可实现极低的α粒子发射量，能消除高密度内存中易被忽视但影响重大的软错误隐患。
这不仅让HPA成为散热性能增强剂，更可提升设备可靠性——尤其是在高带宽内存（HBM）堆叠和高密度封装对辐射敏感度提升的场景下。
与高性能氮化物（如氮化铝AIN、氮化硼BN）相比，HPA的规模化生产成本仅为20-30美元/千克，且无需对芯片进行大规模重新设计即可集成至热封装方案中。
Part.03
足以撬动系统级的巨大价值
瑞银的场景分析从热界面材料（TIM）切入——它是AI芯片封装中最薄且对温度最敏感的层状结构。若将传统硅基TIM替换为HPA增强型复合材料，其有效导热率可提升2-3倍，芯片结温可降低4-5℃。
这将带来两大核心收益：一是单加速器的持续性能可提升1.1%-1.2%，二是每年每台加速器可节省约94千瓦时的IT设备及冷却系统能耗，同时降低性能降频风险、冷却负荷与碳排放。
需要说明的是，仅优化TIM的收益属于“下限值”：TIM在现代AI服务器陶瓷填充材料中的占比不足10%，而底部填充胶、环氧塑封料（EMC）、芯片粘接剂、间隙填充剂等均存在散热瓶颈。
若将HPA的应用拓展至整个封装材料体系，在基准场景（20%渗透率）下，2030年HPA的总潜在市场（TAM）可达7800吨，按25美元/千克计算对应市场规模1.95亿美元；若渗透率提升至50%且价格升至30美元/千克，其市场规模将突破6亿美元。
Part.04
人工智能算力的散热瓶颈
AI算力的功耗与散热挑战
人工智能算力需求激增，散热已成为核心制约因素。当前主流AI加速芯片单颗功耗达700-1000瓦，传统冷却方案已濒临极限。数据中心行业甚至将“热管理”列为“算力扩容的最大障碍”。
为应对这一难题，半导体行业正探索超越传统散热器和液冷的方案，其中核心方向是从芯片源头提升散热效率的先进封装材料，而HPA正是其中的焦点材料。
以厂商动态为例，英伟达旗舰AI芯片H100功耗达700瓦，下一代芯片功耗预计突破1000瓦；亚马逊云科技（AWS）也透露其下一代Trainium3芯片功耗将超1千瓦，届时液冷将成为必需方案。
但多数现有数据中心仍依赖风冷，1千瓦级芯片的普及将迫使行业进行高成本的基础设施升级，因此芯片与封装层面的散热突破迫在眉睫。
传统冷却方案已触顶
历史上，芯片功耗提升后，行业曾先后采用加大散热器与风扇、高导热TIM、均热板、水冷冷板乃至浸没式冷却等方案，但这些手段均是“治标不治本”——仅解决系统级散热，未攻克封装内部的积热问题。
即便像芯片直连两相冷却这类前沿技术，也存在复杂度高、成本高的弊端。例如，英伟达1000瓦级Blackwell GPU需配备6U液冷机箱，而当前700瓦模块仅需4U机箱。
冷却方案的每一次升级，都伴随着投入产出比下降与总拥有成本（TCo）上升，这倒逼行业转向降低封装内部热阻的技术路径，从而让现有冷却系统发挥更高效率。
热封装材料成散热短板
矛盾的是，芯片毫米级范围内的封装高分子材料，恰恰是最大的散热障碍。在高密度封装（如搭载HBM的倒装芯片模块）中，环氧底部填充胶、塑封料和基板会严重阻碍热量传导。
这类材料最初因机械支撑和电绝缘性被选用（如硅填充底部填充胶可保护焊点、匹配芯片热膨胀系数），但导热性极差——传统硅填充底部填充胶的导热率仅0.5-1瓦/米·开，近乎隔热材料。
在芯片功耗较低的年代，这一问题尚不突出，但在多芯片AI模块中，封装内部积热会引发热点、性能降频和可靠性风险。
以GPU堆叠HBM的3D封装为例，当堆叠层数超过12层，封装内部热阻会急剧上升，传统的均热板、导热过孔等方案仅能缓解却无法根除这一问题。
可以说，先进芯片的功率密度已让封装材料成为散热的核心瓶颈，行业亟需高导热且适配现有封装设计的新材料。
Part.05
高纯度氧化铝（HPA）的核心优势
过去十年的研究表明，用高导热陶瓷填料替代或增强传统硅基填料，可大幅提升聚合物复合材料的导热性，而HPA正是这一方向的最优解之一，其核心优势体现在以下维度：
导热性能
尽管氮化铝、氮化硼等材料的本征导热率高于HPA，但HPA在复合材料体系中的实际表现、成本与配方复杂度上具备综合优势。硅基TIM因本征导热率极低，已无法应对现代加速芯片的热负荷。
而HPA凭借更优的颗粒形态、更窄的粒径分布和更低的界面热阻，可将复合材料TIM的导热率提升至硅基材料的2-3倍，且成本仅为高端氮化物的几分之一，是兼顾性能与规模化的“黄金选择”。
热膨胀与机械兼容性
热膨胀系数（CTE）匹配是芯片组件长期可靠性的关键。铜、铝等金属虽导热性优异，但热膨胀系数远高于硅，易引发剪切应力、分层或焊点疲劳。
而HPA等陶瓷填料的CTE与硅更接近，在TIM、底部填充胶等场景中可有效缓解封装翘曲，提升长期可靠性。尽管氮化铝、氮化硅是功率电子陶瓷基板的“金标准”，但其成本与工艺复杂度限制了在大规模TIM中的应用，这让HPA成为平衡CTE、散热性能与量产性的优选。
电学与介电性能
TIM、底部填充胶等多数封装层对电绝缘性有硬性要求。HPA兼具高介电强度、高电阻率与可观的导热性，这是金属材料（需额外绝缘层）和碳化硅（易产生漏电）无法比拟的。虽然氮化铝、氮化硼也具备介电优势，但成本与配方难度更高，因此HPA在高密度AI模块和电源架构中具备独特价值。
可持续性、纯度与可靠性
传统氧化铝生产能耗高、废弃物多，但现代工艺（如氯化物提纯、AlphaHPA的专有工艺）大幅降低了能耗与污染物排放。更关键的是，新工艺可实现极低的α粒子发射量——HPA中铀、钍杂质含量可低于1ppb（十亿分之一），能彻底消除封装材料放射性杂质引发的芯片软错误，这是其他填料体系难以规模化实现的可靠性优势。
成本与商业可扩展性
商业化的核心是成本与供应链能力。氮化铝、氮化硼等材料本征性能优异，但成本与生产复杂度使其无法大规模应用于聚合物TIM；而HPA单价约25-50美元/千克，略高于普通氧化铝，但远低于高端氮化物，且随着工艺优化，氯化法HPA的成本有望降至10美元/千克以下。
从单芯片用量看，HPA仅需数克，其材料成本增量仅为几分钱，而带来的系统级性能、冷却成本与可靠性收益则以每年数美元至数十美元计，具备极强的商业性价比。
Part.06
HPA工厂调研启示
在瑞银澳大拉西亚会议期间，瑞银组织投资者调研了澳大利亚AlphaHPA公司（ASX:A4N）。该公司正将HPA商业化，应用于科技市场与锂电池领域，其位于昆士兰州格拉德斯通的工厂，是全球规划中最大的单体HPA精炼厂，年产能超1万吨，可生产4N（99.99%）与5N（99.999%）级氧化铝产品。
专有湿法冶金工艺
AlphaHPA采用独创的“SmartSX”溶剂萃取提纯工艺，其核心是从铝盐溶液中“精准靶向”提取铝离子。与传统工艺不同，该公司以力拓氧化铝业务的氢氧化铝中间体为原料，通过酸溶解形成铝盐溶液，再经定制溶剂萃取系统实现铝离子的分子级提纯，最终得到超高纯度铝前驱体。
生产灵活性与低排放
萃取后的铝有机相可通过两步结晶生成固体前驱体，进而煅烧为HPA粉末，也可根据需求生产5N+级铝前驱体或勃姆石（AlOOH）。整个工艺为闭环体系，酸与试剂可循环利用，废弃物经合作方处理后可转化为工艺原料，实现近乎零排放。
此外，该工厂计划采用可再生能源供电，其碳排放强度仅为传统工艺的1/3左右（可再生能源供电下为5.0千克二氧化碳/千克HPA，传统工艺为17.3千克二氧化碳/千克HPA）。
产品规格与核心优势
AlphaHPA的核心产品包括4N/5N级氧化铝粉末、电池隔膜用高纯度氢氧化物及硝酸铝溶液等。其优势在于同一产线可切换4N/5N产品，既能满足常规应用需求，也可供应半导体基板、蓝宝石生长等高端场景。
尤为关键的是，其产品铀、钍杂质含量低于1ppb，达到“低α粒子”等级，可彻底消除封装材料引发的芯片软错误，这一指标显著优于行业同类产品（普遍为5ppb左右）。
战略价值
澳大利亚虽是全球最大铝土矿与氧化铝出口国，但此前几乎无HPA产能。AlphaHPA项目推动其产业链从原矿向高端科技材料升级，同时为全球市场提供了地缘友好的HPA供应来源（当前HPA主要由日本住友化学、法国Baikowski等少数厂商供应），可满足LED与半导体行业的供应链多元化需求。
Part.07
产业链影响与核心厂商
HPA在半导体封装的应用将牵动全产业链，各环节核心厂商如下：
氧化铝原料供应：传统氧化铝厂商（如力拓），该环节供应充足，无产能瓶颈；
HPA提纯厂商：住友化学（TYO:4005）、Baikowski（EP:ALB）、沙索（JSE:SOL）、AlphaHPA（ASX:A4N）、日本轻金属（TYO:5703）；
材料配方厂商：汉高（Henkel）、信越化学（TYO:4063）、瑞翁（TYO:4004）、长兴材料（TPE:1717）、住友电木（TYO:4203）；
陶瓷基板厂商：京瓷（TYO:6971）
封装厂商：日月光（NYSE:ASX）、安靠（NASDAQ:AMKR）、长电科技（SSE:600584）、台积电（TSMC）、英特尔、三星；
终端用户：亚马逊AWS、微软Azure、谷歌云、戴尔、惠普（HPE）。
从投资视角看，HPA的普及将利好特种材料厂商与新兴HPA项目公司，同时助力封装厂承接高端订单，芯片设计厂商也可借助HPA实现性能突破，巩固竞争力。
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