5G高速發(fā)展，散熱材料“很熱”

       散熱材料在5G時代的重要性越來越強。時代的大幕已經(jīng)徐徐拉開。5G時代的一個顯著特點是發(fā)熱量顯著增加。隨著電子設(shè)備功耗增加，對散熱的要求更加的嚴苛，導熱散熱材料應(yīng)用也更加廣泛。

01散熱材料概況

       電子設(shè)備的散熱方式主要有主動散熱和自然散熱兩種。

       主動散熱是有動力元件參與的強制散熱，包括強制風冷、間接液冷和直接液冷等，一般應(yīng)用于高功率且體積相對較大的電子設(shè)備。

       自然散熱是沒有動力元件的散熱方式，其主要依賴非動力的材料和器件進行熱量傳遞，廣泛應(yīng)用于手機、平板、智能手表、戶外基站等。自然散熱是電子設(shè)備主要散熱方式，所用的散熱材料主要包括導熱界面材料、石墨片、熱管/VC等。

1、導熱界面材料

       導熱界面材料是發(fā)熱元器件和散熱器之間不可缺少的高效導熱路徑。主要應(yīng)用于系統(tǒng)熱界面之間，通過對粗糙不平的結(jié)合表面進行填充，用導熱系數(shù)遠高于空氣的熱界面材料替代不傳熱的空氣，使通過熱界面的熱阻變小，提高半導體組件的散熱效率。常見的導熱界面材料有導熱硅脂、導熱襯墊、導熱相變化材料、導熱膠（水）、導熱膠帶、導熱凝膠等。

2、石墨片（石墨膜）

       多層石墨片是當前主流散熱方式。石墨是一種良好的導熱材料，導熱性超過鋼、鐵、鉛等多種金屬材料。石墨片的工作原理是利用其在水平方向上具有優(yōu)異的導熱系數(shù)的特點（性能好的石墨片導熱系數(shù)能達到1500－1800W/m·K，而一般的純銅的導熱系數(shù)為380W/m·K，高的導熱系數(shù)有利于熱量的擴散），能夠迅速降低電子產(chǎn)品工作時發(fā)熱元件所在位置的溫度，使得電子產(chǎn)品溫度趨于均勻化，提高電子產(chǎn)品的工作穩(wěn)定性及使用壽命。石墨片在消費電子散熱中應(yīng)用最為廣泛。

       石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯材料也憑借優(yōu)異的導熱特性、快速散熱特性（與空氣對流）以及質(zhì)輕柔韌等特性，被認為是一種具有很強競爭力的散熱材料。石墨烯由于成本較高，目前尚未大規(guī)模使用。

3、熱管和均熱板

       熱管和均熱板（Vapor Chamber，VC，真空腔均熱板散熱技術(shù)）是電子產(chǎn)品中常用的散熱強化部件，導熱系數(shù)非常高，在高功率或高集成度電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。

       熱管和VC的工作原理都是基于高換熱效率的相變傳熱。熱管和VC都是真空腔，內(nèi)部填充相變材料（如水），腔體中的相變材料從液體變?yōu)闅怏w吸收熱量，當氣體觸及到溫度較低的區(qū)域時，凝結(jié)為液體釋放熱量，液體通過腔體內(nèi)的毛細結(jié)構(gòu)（吸液芯）再回流到發(fā)熱區(qū)域，循環(huán)往復，將發(fā)熱部位產(chǎn)生的熱量帶走散發(fā)掉。熱管只有單一方向的“線性”有效導熱能力，而VC相當于從“線”到“面”的升級，可以將熱量向四周傳遞，且VC均熱板面積大，可以覆蓋更多熱源區(qū)域。因此VC較熱管有著更高的散熱效率。

02散熱材料主要應(yīng)用領(lǐng)域

1、5G手機

       5G手機功能創(chuàng)新帶來功耗提升，散熱需求隨之升級。智能手機的主要發(fā)熱源為處理器、電池、攝像頭、LED模組，5G手機需要支持更多的頻段和實現(xiàn)更復雜的功能，天線數(shù)量翻倍，射頻前端增加，處理器性能提升，同時智能手機向大屏折疊屏、多攝高清攝、大功率快充升級，使得手機內(nèi)集成的功能模塊更多更緊密。5G手機芯片功耗約11W，約是4G手機的2.5倍，散熱需求強烈。

       在5G手機功耗提升翻倍的背景下，熱管/VC憑借其高導熱系數(shù)，開始在智能手機領(lǐng)域大量使用，三星、華為、小米、VIVO等手機廠商已發(fā)布的5G手機均已開始采用“石墨+VC/熱管”散熱方案。

2、5G基站

       MassiveMIMO技術(shù)使得5G基站TRX鏈路大幅增加，5G基站功耗約為4G的2.5-3倍。同時，5G AAU將天線和RRU融合，體積卻朝小型輕量化發(fā)展，需要更高效的散熱方式。

       5G基站散熱的方案則引入了更多新的高效器件，在內(nèi)部引入VC完成高效導熱，引入熱傳導效率高、制冷速度快的優(yōu)勢吹脹板提升熱量交換效率，外殼則可能會采用內(nèi)部空隙更少導熱性能更好的半固態(tài)壓鑄件。5G基站散熱將從內(nèi)部到外殼進行革新，帶動產(chǎn)業(yè)價值提升。

3、數(shù)據(jù)中心

       數(shù)據(jù)中心發(fā)展空間巨大，帶動散熱強大需求。國外云計算云存儲持續(xù)繁榮，國內(nèi)云計算市場的規(guī)模持續(xù)加大，驅(qū)動數(shù)據(jù)中心需求高速增長。隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完善，數(shù)據(jù)中心和汽車電子、動力電池等新型領(lǐng)域的快速發(fā)展，將打開導熱領(lǐng)域成長的新空間，新型領(lǐng)域帶來的對材料和器件的需求有望在未來成為新的增長點。

03散熱材料市場格局

1、石墨片市場格局穩(wěn)定，海外龍頭占據(jù)上游

       石墨片/石墨膜的上游原材料市場集中度較高。高導熱石墨片的主要上游原材料為聚酰亞胺（PI）。聚酰亞胺是一種高性能的絕緣材料，該產(chǎn)品具有較高的技術(shù)壁壘，全球范圍內(nèi)高性能的聚酰亞胺生產(chǎn)廠商較少，主要有美國杜邦、日本Kaneka、韓國SKPI等，合計占據(jù)全球高達90%的市場份額。國內(nèi)大約80家規(guī)模大小不等的PI薄膜制造廠商，包括桂林電科院、今山電子、深圳瑞華泰等，但多數(shù)是用于低端市場。

2、熱管/VC：臺資領(lǐng)先一步

       熱管和VC均熱板的供應(yīng)鏈主要在臺灣。臺灣散熱模組廠商的下游客戶覆蓋全球主流的服務(wù)器、計算機、筆記本電腦和手機廠商，約占據(jù)全球PC90%以上出貨量。臺灣熱管/VC的代表性企業(yè)包括超眾、雙鴻、泰碩、奇鋐等。

3、導熱界面材料：外資領(lǐng)先優(yōu)勢還將持續(xù)，國內(nèi)品牌從低端趕超

       國外品牌壟斷導熱界面材料高端市場。目前導熱界面材料的高端市場主要由海外公司Dow Corning（道康寧）、Bergquist（貝格斯）、Laird（萊爾德）、Chomerics（固美麗）、AAvid（愛美達）等公司占據(jù)。如愛美達更是囊括了從導熱界面材料到散熱片、風冷液冷的產(chǎn)品到熱傳導工程及熱傳遞管理解決方案的供應(yīng)。相比國外熱界面材料公司，中國大陸廠商起步較晚，普遍較小，缺少高端產(chǎn)品。

04散熱材料市場規(guī)模

       散熱下游應(yīng)用領(lǐng)域眾多，市場空間在千億級別。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預估，最近5年散熱產(chǎn)業(yè)年復合成長率達8%，市場規(guī)模有望在2023 年增長到2199億元。

       手機散熱市場將隨單機價值量提升和5G手機出貨量提升，迎來百億規(guī)模增量市場空間。未來隨著5G手機滲透率提升和散熱方案的升級，按照華金證券數(shù)據(jù)，全球手機散熱市場有望從2019 年的150億元增長到2022年的230億元。

05國內(nèi)散熱行業(yè)知名公司

1、飛榮達

       飛榮達主要從事電磁屏蔽材料及器件、導熱材料及器件、基站天線及相關(guān)器件、防護功能器件的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)與銷售。飛榮達是電磁屏蔽、導熱材料與器件龍頭，目前在國內(nèi)手機、通信產(chǎn)品的電磁屏蔽和石墨導熱產(chǎn)品具有較高占有率。公司通過收購昆山品岱（VC、熱管及散熱模組產(chǎn)品）、珠海潤星態(tài)（半固態(tài)壓鑄件產(chǎn)品），完善其散熱材料器件的產(chǎn)品線，提供散熱解決方案提供能力，有望在快速成長的5G散熱市場中，在下游客戶國產(chǎn)化替代趨勢下獲得更多份額，提升龍頭地位。

2、中石科技

       中石科技公司是一家以研發(fā)為主導的制造企業(yè)，針對電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)可靠性問題（發(fā)熱，電磁干擾，環(huán)境密封等）提供產(chǎn)品技術(shù)解決方案。主要產(chǎn)品包括導熱界面材料、EMI屏蔽材料、人工合成石墨、熱管/均熱板、熱模組。

       中石科技一直服務(wù)于華為、諾基亞、愛立信等通信設(shè)備知名品牌，2014年進入北美知名手機廠商的供應(yīng)體系，并不斷拓展合作范圍，于2018年成為華為和VIVO的正式供應(yīng)商，2019年7月，公司收購了臺資技術(shù)背景的江蘇凱唯迪51%的股權(quán)，切入了均溫板領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)，有望在未來提供石墨+均溫板的新散熱解決方案。

3、碳元科技

       碳元科技成立于 2010年8月，2017 年3月20 日在上海證券交易所上市。公司自設(shè)立以來一直深耕于消費電子的散熱材料領(lǐng)域，公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的高導熱石墨膜、超薄熱管和超薄均熱板等散熱材料，可應(yīng)用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦等電子產(chǎn)品。碳元科技立足于消費市場，以散熱材料、3D玻璃、陶瓷背板等為發(fā)展方向，致力于為客戶提供專業(yè)、高效、全套的散熱、背板解決方案，是國內(nèi)開發(fā)、制造與銷售高導熱石墨材料的領(lǐng)先企業(yè)。

4、碩貝德

       碩貝德成立于2004年2月，是一家專業(yè)從事移動通信終端無線射頻天線集研發(fā)、制造與銷售為一體的高新技術(shù)企業(yè)。公司控股子公司東莞市合眾導熱科技有限公司成立于2017年6月，專注于熱管理技術(shù)及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品研發(fā)，為全球眾多電子產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)商提供精準的熱管理產(chǎn)品，包括熱管、超薄熱管、VC、超薄VC、吹脹板、定制化散熱模組等產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售服務(wù)。

5、精研科技

       精研科技成立于2004年，是一家專業(yè)的金屬粉末注射成型（MIM）產(chǎn)品生產(chǎn)商和解決方案提供商，為客戶提供大批量高精度、形狀復雜、性能良好、外觀精致的多種金屬材料結(jié)構(gòu)件、功能件和外觀件，并且同時具有陶瓷和鈦合金的開發(fā)能力，可以滿足不同類型客戶的需求。隨著5G時代的到來，并伴隨著智能手機輕薄化、高功耗的趨勢，積極成立散熱事業(yè)部，布局5G終端散熱板塊。

6、領(lǐng)益智造

       領(lǐng)益智造成立于2012年，致力于成為全球領(lǐng)先的精密制造企業(yè)，努力為客戶提供“一站式”的精密智造解決方案。公司基礎(chǔ)材料產(chǎn)品包括磁材、模切材料及陶瓷應(yīng)用等；精密零組件產(chǎn)品包括模切、沖壓、CNC、注塑、印刷、組裝等；核心器件與模組產(chǎn)品包括線性馬達、無線充電、充電器、軟包配件、鍵盤、散熱模組、5G射頻器件、結(jié)構(gòu)件等。

06結(jié)語

       需求端的升級和增長是推動散熱材料器件行業(yè)發(fā)展的主要原因。在設(shè)備高性能、小型化發(fā)展趨勢下，電子設(shè)備單位體積產(chǎn)生的熱量持續(xù)上升，散熱材料在電子設(shè)備中的重要性越來越大。

       5G時代電子設(shè)備功耗上升明顯，隨著5G手機換機潮和基站建設(shè)高峰到來，5G智能手機和基站散熱市場規(guī)模達到雙百億空間。中期看，汽車電子、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，都對及時散熱需求越來越強烈；長期看，隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完善，物聯(lián)網(wǎng)車聯(lián)網(wǎng)等驅(qū)動數(shù)據(jù)中心需求新增長， AR/VR 等新應(yīng)用終端興起，帶來散熱市場廣闊的長期增長空間。

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