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5G高速发展,散热材料“很热”

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散热材料在5G时代的重要性越来越强。时代的大幕已经徐徐拉开。5G时代的一个显著特点是发热量显著增加。随着电子设备功耗增加,对散热的要求更加的严苛,导热散热材料应用也更加广泛。


01散热材料概况

电子设备的散热方式主要有主动散热和自然散热两种。

主动散热是有动力元件参与的强制散热,包括强制风冷、间接液冷和直接液冷等,一般应用于高功率且体积相对较大的电子设备。

自然散热是没有动力元件的散热方式,其主要依赖非动力的材料和器件进行热量传递,广泛应用于手机、平板、智能手表、户外基站等。自然散热是电子设备主要散热方式,所用的散热材料主要包括导热界面材料、石墨片、热管/VC等。

1、导热界面材料

导热界面材料是发热元器件和散热器之间不可缺少的高效导热路径。主要应用于系统热界面之间,通过对粗糙不平的结合表面进行填充,用导热系数远高于空气的热界面材料替代不传热的空气,使通过热界面的热阻变小,提高半导体组件的散热效率。常见的导热界面材料有导热硅脂、导热衬垫、导热相变化材料、导热胶(水)、导热胶带、导热凝胶等。


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2、石墨片(石墨膜)

多层石墨片是当前主流散热方式。石墨是一种良好的导热材料,导热性超过钢、铁、铅等多种金属材料。石墨片的工作原理是利用其在水平方向上具有优异的导热系数的特点(性能好的石墨片导热系数能达到1500-1800W/m·K,而一般的纯铜的导热系数为380W/m·K,高的导热系数有利于热量的扩散),能够迅速降低电子产品工作时发热元件所在位置的温度,使得电子产品温度趋于均匀化,提高电子产品的工作稳定性及使用寿命。石墨片在消费电子散热中应用最为广泛。

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石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯材料也凭借优异的导热特性、快速散热特性(与空气对流)以及质轻柔韧等特性,被认为是一种具有很强竞争力的散热材料。石墨烯由于成本较高,目前尚未大规模使用。

3、热管和均热板

热管和均热板(Vapor Chamber,VC,真空腔均热板散热技术)是电子产品中常用的散热强化部件,导热系数非常高,在高功率或高集成度电子产品中应用广泛。

热管和VC的工作原理都是基于高换热效率的相变传热。热管和VC都是真空腔,内部填充相变材料(如水),腔体中的相变材料从液体变为气体吸收热量,当气体触及到温度较低的区域时,凝结为液体释放热量,液体通过腔体内的毛细结构(吸液芯)再回流到发热区域,循环往复,将发热部位产生的热量带走散发掉。热管只有单一方向的“线性”有效导热能力,而VC相当于从“线”到“面”的升级,可以将热量向四周传递,且VC均热板面积大,可以覆盖更多热源区域。因此VC较热管有着更高的散热效率。


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02散热材料主要应用领域

1、5G手机

5G手机功能创新带来功耗提升,散热需求随之升级。智能手机的主要发热源为处理器、电池、摄像头、LED模组,5G手机需要支持更多的频段和实现更复杂的功能,天线数量翻倍,射频前端增加,处理器性能提升,同时智能手机向大屏折叠屏、多摄高清摄、大功率快充升级,使得手机内集成的功能模块更多更紧密。5G手机芯片功耗约11W,约是4G手机的2.5倍,散热需求强烈。

在5G手机功耗提升翻倍的背景下,热管/VC凭借其高导热系数,开始在智能手机领域大量使用,三星、华为、小米、VIVO等手机厂商已发布的5G手机均已开始采用“石墨+VC/热管”散热方案。

2、5G基站

MassiveMIMO技术使得5G基站TRX链路大幅增加,5G基站功耗约为4G的2.5-3倍。同时,5G AAU将天线和RRU融合,体积却朝小型轻量化发展,需要更高效的散热方式。

5G基站散热的方案则引入了更多新的高效器件,在内部引入VC完成高效导热,引入热传导效率高、制冷速度快的优势吹胀板提升热量交换效率,外壳则可能会采用内部空隙更少导热性能更好的半固态压铸件。5G基站散热将从内部到外壳进行革新,带动产业价值提升。

3、数据中心

数据中心发展空间巨大,带动散热强大需求。国外云计算云存储持续繁荣,国内云计算市场的规模持续加大,驱动数据中心需求高速增长。随着5G网络建设完善,数据中心和汽车电子、动力电池等新型领域的快速发展,将打开导热领域成长的新空间,新型领域带来的对材料和器件的需求有望在未来成为新的增长点。

03散热材料市场格局

1、石墨片市场格局稳定,海外龙头占据上游

石墨片/石墨膜的上游原材料市场集中度较高。高导热石墨片的主要上游原材料为聚酰亚胺(PI)。聚酰亚胺是一种高性能的绝缘材料,该产品具有较高的技术壁垒,全球范围内高性能的聚酰亚胺生产厂商较少,主要有美国杜邦、日本Kaneka、韩国SKPI等,合计占据全球高达90%的市场份额。国内大约80家规模大小不等的PI薄膜制造厂商,包括桂林电科院、今山电子、深圳瑞华泰等,但多数是用于低端市场。

2、热管/VC:台资领先一步

热管和VC均热板的供应链主要在台湾。台湾散热模组厂商的下游客户覆盖全球主流的服务器、计算机、笔记本电脑和手机厂商,约占据全球PC90%以上出货量。台湾热管/VC的代表性企业包括超众、双鸿、泰硕、奇鋐等。

3、导热界面材料:外资领先优势还将持续,国内品牌从低端赶超

国外品牌垄断导热界面材料高端市场。目前导热界面材料的高端市场主要由海外公司Dow Corning(道康宁)、Bergquist(贝格斯)、Laird(莱尔德)、Chomerics(固美丽)、AAvid(爱美达)等公司占据。如爱美达更是囊括了从导热界面材料到散热片、风冷液冷的产品到热传导工程及热传递管理解决方案的供应。相比国外热界面材料公司,中国大陆厂商起步较晚,普遍较小,缺少高端产品。


04散热材料市场规模

散热下游应用领域众多,市场空间在千亿级别。根据前瞻产业研究院预估,最近5年散热产业年复合成长率达8%,市场规模有望在2023 年增长到2199亿元。

手机散热市场将随单机价值量提升和5G手机出货量提升,迎来百亿规模增量市场空间。未来随着5G手机渗透率提升和散热方案的升级,按照华金证券数据,全球手机散热市场有望从2019 年的150亿元增长到2022年的230亿元。


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05国内散热行业知名公司

1、飞荣达

飞荣达主要从事电磁屏蔽材料及器件、导热材料及器件、基站天线及相关器件、防护功能器件的研发、设计、生产与销售。飞荣达是电磁屏蔽、导热材料与器件龙头,目前在国内手机、通信产品的电磁屏蔽和石墨导热产品具有较高占有率。公司通过收购昆山品岱(VC、热管及散热模组产品)、珠海润星态(半固态压铸件产品),完善其散热材料器件的产品线,提供散热解决方案提供能力,有望在快速成长的5G散热市场中,在下游客户国产化替代趋势下获得更多份额,提升龙头地位。

2、中石科技

中石科技公司是一家以研发为主导的制造企业,针对电子产品的基础可靠性问题(发热,电磁干扰,环境密封等)提供产品技术解决方案。主要产品包括导热界面材料、EMI屏蔽材料、人工合成石墨、热管/均热板、热模组。

中石科技一直服务于华为、诺基亚、爱立信等通信设备知名品牌,2014年进入北美知名手机厂商的供应体系,并不断拓展合作范围,于2018年成为华为和VIVO的正式供应商,2019年7月,公司收购了台资技术背景的江苏凯唯迪51%的股权,切入了均温板领域的研发和生产,有望在未来提供石墨+均温板的新散热解决方案。

3、碳元科技

碳元科技成立于 2010年8月,2017 年3月20 日在上海证券交易所上市。公司自设立以来一直深耕于消费电子的散热材料领域,公司自主研发、生产的高导热石墨膜、超薄热管和超薄均热板等散热材料,可应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品。碳元科技立足于消费市场,以散热材料、3D玻璃、陶瓷背板等为发展方向,致力于为客户提供专业、高效、全套的散热、背板解决方案,是国内开发、制造与销售高导热石墨材料的领先企业。

4、硕贝德

硕贝德成立于2004年2月,是一家专业从事移动通信终端无线射频天线集研发、制造与销售为一体的高新技术企业。公司控股子公司东莞市合众导热科技有限公司成立于2017年6月,专注于热管理技术及关联产品研发,为全球众多电子产品研发生产商提供精准的热管理产品,包括热管、超薄热管、VC、超薄VC、吹胀板、定制化散热模组等产品的研发、生产、销售服务。

5、精研科技

精研科技成立于2004年,是一家专业的金属粉末注射成型(MIM)产品生产商和解决方案提供商,为客户提供大批量高精度、形状复杂、性能良好、外观精致的多种金属材料结构件、功能件和外观件,并且同时具有陶瓷和钛合金的开发能力,可以满足不同类型客户的需求。随着5G时代的到来,并伴随着智能手机轻薄化、高功耗的趋势,积极成立散热事业部,布局5G终端散热板块。

6、领益智造

领益智造成立于2012年,致力于成为全球领先的精密制造企业,努力为客户提供“一站式”的精密智造解决方案。公司基础材料产品包括磁材、模切材料及陶瓷应用等;精密零组件产品包括模切、冲压、CNC、注塑、印刷、组装等;核心器件与模组产品包括线性马达、无线充电、充电器、软包配件、键盘、散热模组、5G射频器件、结构件等。


06结语

需求端的升级和增长是推动散热材料器件行业发展的主要原因。在设备高性能、小型化发展趋势下,电子设备单位体积产生的热量持续上升,散热材料在电子设备中的重要性越来越大。

5G时代电子设备功耗上升明显,随着5G手机换机潮和基站建设高峰到来,5G智能手机和基站散热市场规模达到双百亿空间。中期看,汽车电子、数据中心等领域,都对及时散热需求越来越强烈;长期看,随着5G网络建设完善,物联网车联网等驱动数据中心需求新增长, AR/VR 等新应用终端兴起,带来散热市场广阔的长期增长空间。





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