5G时代电子产品新型散热办法专题研究申报

导热材料紧张用于办理电子设备的热管理问题。
运行中产生的热量将直接影响电子产品 的性能和可靠性。
试验已经证明，电子元器件温度每升高 2C，可靠性低落 10%;温升 50C时的寿命只有温升 25C时的 1/6。
随着集成电路芯片和电子元器件体积不断缩小， 其功率密度却快速增加，散热问题已经成为电子设备亟需办理的问题。

导热、对流、辐射是热通报的三种基本办法。
在热量通报的过程中，依据散热器构造的不同，会结合导热、对流、辐射的办法进行热通报。
电子产品散热的事理是通过导热界面材料从产热器件中将热量取到散热器中，终极将热量散至外部环境，降落电子产品温度。

导热材料用于发热源和散热器的打仗界面之间，提高热传导效率，从而有效办理全体高功率电子设备的散热问题。
随着科学技能的不断进步，电子设备产品逐渐呈现出两方面发展趋势:一是单一设备上集成的功能逐渐增加并且繁芜化;二是产品本身的体积逐渐缩小。
这两方面变革都对电子设备的热管理技能提出了更高的哀求，如对导热材料的导热系数和永劫光事情的导热稳定度哀求逐渐提高。
目前广泛运用的导热材料有合成石墨材料、导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂、相变材料等。

散热问题一贯是消 费电子行业高度关注的痛点和难点。
导热材料紧张用于办理电子设备 的热管理问题。
运行中产生的热量将直接影响电子产品的性能和可靠性。
导热材料紧张 是运用于系统热界面之间，通过对粗糙不平的结合表面添补，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， 行业又称“热界面材料”。
过去消费电子产品的散热，紧张利用铜质和铝制材料高的热传 导率直接散热，或者合营硅胶、风扇及流液形成散热系统，将器件散发出的热量带走。

随着智能时期的来临，人们对手机的需求越来越高，手机的硬件配臵也随之提高，CPU 从单核到双核在逐渐提升至四核、八核，屏幕大小和分辨率也不断提升。
伴随动手机硬 件和性能提升所带来的则是手机发热越来越严重的问题，如果热量未能及时散发出去面 临的将是手机发烫、卡顿、去世机乃至爆炸等问题。
目前手机中利用的散热技能紧张包括 石墨散热、金属背板、边框散热、导热凝胶散热、热管散热、均温板等等。

2.1均热板:散热能力强，技能门槛高，需求强劲

均热板是未来办理手机散热问题的新型办法。
VC(Vapor Chambers)即平面热管，也叫 均温板或者均热板，随着芯片功率密度的不断提升，均热板已经广泛运用在CPU、NP、 ASIC 等大功耗器件的散热上。

事情事理: 均热板事理与导热管事理相似，均热板常日由铜板制成的内壁具有细微构造 的真空腔体，当热量传导至蒸发区时，真空腔体中的冷却液受热产生气化征象，能够吸 收热能并且体积迅速膨胀直至充满全体腔体，当气体打仗到较冷的区域时，则会产生凝 结征象开释出在蒸发时积累的热量，而凝集后的冷却液会顺着预热版内壁中的细微毛细 管构造回到热源处，进行下一轮的热量传导过程。

在传导办法上，热管是一维线性热传导而均热板则是将热量在一二维平面上传导，相对付热管，首先均热板与热源以及散热介质的打仗面积更大，能够使表面温度更加均匀;其次利用均热板可以使热源和设备直接打仗降落热阻，而热管则在热源和热管间须要嵌入基板。
均温版的面积较大，能够更好的减少热点，实现芯片下的等温性，相较于热管有更大的性能上风，同时均温版还更加轻薄，在快速的接管以及散发热量的同时也更加符合目前手机更加轻薄化、空间利用最大化的发展趋势。

均温板优于热管 或金属基板散热器。
均温板比金属或热管均温效果更好。
可以使表面温 度更均匀。
此外，均温板传热速率快、启动温度底、均温性能好并且利用寿命长。

均温板运用范围广 泛。
特殊适用于高度空间受到严格限定的狭小空间环境中的散热需求。
如条记本电脑，电脑事情站和网路做事器等。
随着下贱消费电子轻薄化的趋势，均温板 的需求有望增加。

均温板制造工艺 哀求较高。
由于均温板的腔体面积相对较大，空腔间隙小，须要办理适 宜的铜粉末定型烧结，包括真空抽管等所有焊缝的焊接，对制作工艺哀求较高。

根据 VIVO 发布的，VIVO APEX 2019 在高导铝合金支架和多层石墨散热的根本上加 入了大尺寸液冷均热板技能，以达到高效散热的目的。
而华硕ROG近日推出的 ROG 游 戏手机 2 代中采取了大面积3D真空腔均温板加上铜铝导热片，以确保手机热量能够快 速有效的扩散，其采取了矩阵式液冷散热架构，首先是加大的3D Vapor chamber 真空 腔均温板，并加入了铜铝导热片，其前后包夹热源，并在SoC层迭封装，中间细缝加入 散热添补剂作为导热介质，这样可以让热量均匀散热出去。

除了内部高效的散热技能，外部还有可拆卸的 AeroActive 酷冷风扇，装置酷冷风扇的 ROG 游戏手机永劫光游戏也能掌握手机温度，并带有Type-C和 3.5mm 耳机接口。

从散热龙头企业 看均温板的发展。
多年来，美国日本中国等许多有名的散热器模组生产 企业都投入巨大的资源在研究均温板，如美国 Thermocore、日本 Fujilura、中国台湾双 鸿科技、健策精密、力致科技等。
根据双鸿科技董事长林育申在法说会中表示:5G 有望 带动手机散热回温，也将带动散热运用同步增长，伴随着 2020 年 5G 即将商用，均热板 预期会成为市场主力产品。
目前台湾紧张散热厂商双鸿科技、健策精密和力致科技股价 近期均有较大幅度提升。

……

2.2液冷散热铜管:散热效率高，导热均匀

铜管散热技能中的铜管为中空设计，管中装有少量的水或者其他化学物质，当手机的温 度超过临界温度时，铜管中的液体液化，蒸汽顺着管壁的毛细构造将热量从主板上带走， 后蒸汽降温液化后，又顺着毛细构造流回。

铜管的管壳可以是标准的圆形也可以是椭圆、波纹等异形，用于手机中的散热铜管多以圆形和扁平为主。
铜管内芯的毛细构造紧张包括单层及多层网芯、轴向槽道式管芯和烧结粉末管芯等等。

最初在将液冷铜管散热技能利用在手机中的代表是索尼，在 Xperia Z2 和 Xperia Z5 Premium 等分别利用了单铜管和双铜管散热，利用铜精良的导热性和管中液体的冷凝过 程导脱手机中的热量。

相较于石墨散热办法，液冷铜管散热办法散热效率更高，导热也更加均匀。
随着手机处理器性能越来越强对散热的需求持续提升，越来越多的手机开始利用液冷散热系统，目前市场上搭载液冷散热系统的紧张手机型号如下:

小米黑鲨游戏手机 Helo 利用双热管液冷散热方案，手机中的液冷系统是一套完全的液 冷回路，热量铜管高导热材料传至导热铜管，铜管中的冷却液一定程度上帮助散热，此外热量还能够经由导热管分散得手机的其他位臵，使元器件的温度能够均匀传导至手机 外层提高散热效率。
相较与之前黑鲨一代，Helo 将导热铜管从一条增加至两条，分别经 过 CPU和 WiFi 区域，散热效率较之前有所提高。
而小米在外洋发布的 Poco F1 机型则 利用水冷散热系统，搭载装满水雾的散热铜管，铜管从芯片组上的金属散热器吸走热量， 后进入电池下方连接得手机的金属主干，将热量均匀分散得手机的各个部位，大大提升 散热性能。

华为在光彩 Note 10 中首次公布 THE NINE 液冷散热技能，在光彩Note 10 中，华为使 用的液冷管长度为 113mm 约为小米黑鲨中的两倍，液冷管直径与 MacBook Air 中同等 为 5mm，是小米黑鲨的1.7倍，贯穿机身的液冷管再加上手机中的九层立体散热，使散 热效率提升 41%，极限场景 CPU 最高可降温10摄氏度。

而根据华为轮值董事长徐直军称华为的 5G 芯片将会花费目前 4G 调制解调器2.5倍的功 率，高功耗芯片一定也会带来更大的热量。
而据理解，高通的 5G 芯片耗电量达 5.3W， 若同时含镜头及3D感测操作，整部手机瞬间能耗可以达到 9.6W。
更多的电量花费，意 味着 5G 手机要采取更繁芜更高等的技能掌握设备的过热。

电子元器件小型化、高功率化。
以 Intel 芯片为代表，我们可以看到芯片发展趋势呈现单 核到多核、低频到高频、低散热设计功耗到高散热设计功耗。
一样平常散热设计功耗紧张应 用于 CPU，CPU 散热设计功耗值对应系列CPU的终极版本在满负荷(CPU 利用率为 100% 的理论上)可能会达到的最高散热热量，散热器必须担保在处理器 TDP 最大的时候，处 理器的温度仍旧在设计范围之内。

条记本电脑、智好手 机呈重量变轻、厚度变薄的趋势。
消费者更加喜好轻薄产品，我们 可以看到轻薄本的占比正在持续提升，智好手机厚度变得越来越薄。
随着集成电路芯片 和电子元器件体积不断缩小，其功率密度却快速增加，散热问题已经成为电子设备亟需 办理的问题。

由于液冷技能精良的散热效果，市场上已发布的 5G 手机中大都搭载有液冷散热装臵以 知足 5G 手机远超 4G 的散热需求。

2.3石墨散热:传统散热方案，技能成熟

石墨是一种良好的导热材料，其导热性能超过了钢、铜、铁等多种金属材料。
将石墨片 贴附于手机内部的电路板上，利用石墨独占的晶粒取向，顺着两个方向均匀导热，可迅 速的将 CPU产生的热量均匀通报到石墨片的各个位臵向外扩散，起到散热的目的。
目前 石墨散热是利用较为普遍的手机散热方法，苹果、OPPO、小米等厂商都在手机中利用过。

散热石墨膜又称为导热石墨膜，导热石墨片，石墨散热膜等，是一种全新的导热散热材料，具有高导热系数、各向异性、低密度和小体积的特点，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，具有很高的导热性能，是由一种高度定向的石墨聚合物薄膜制成。
片层状构造可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件同时改进消费类电子产品的性能。

研究创造石墨晶体 具有六角平面网状构造，具有耐高温、热膨胀系数小、良好的导热导 电性、化学性能稳定、可塑性大的特点。
石墨独特的晶体构造，使其热量传输紧张集中 在两个方向:X-Y 轴和 Z 轴。
其 X-Y 轴的导热系数为300~1,900W/(m〃K)，而铜和铝在X-Y方向的导热系数仅为 200~400W/(m〃K)之间，因此石墨具有更好的热传导效率，可 以更快将热量通报出去。
与此同时，石墨在 Z 轴的热传导系数仅为 5~20W /(m〃K)，几 乎起到了隔热的效果。
因此石墨具有良好的均热效果，可以有效防止电子产品局部过热。
从比热容的角度看，石墨的比热容与铝相称，约为铜的 2 倍，这意味着接管同样的热量 后，石墨温度升高仅为铜的一半。
因石墨在导热方面的突出特性，可以替代传统的铝质 或者铜质散热器，成为散热办理方案的精良材料。

根据 BCC Research 发布的报告，环球热管理产品市场规模将从 2015 年的 107 亿美元提 高至 2016年的将近 112 亿，2021 年将提高至147亿美元，2016-2021 年期间年复合增 长率为 5.6%。
根据Credence Research 数据，环球热界面材料市场规模从 2015 年 7.74 亿美元，估量将提高至2022年的 17.11 亿美元，2015-2022 年期间年复合增长率为12.0%。

3.1智好手机:5G 推进步伐逐渐加快，带来新的换机潮

5G网络作为第五代移动通信网络，其峰值理论传输速率可达每秒数十 Gb，这比 4G 网 络的传输速率快了数百倍，这意味着一部完全的超高画质电影可在1秒之内下载完成。
Strategy Analytics 预测 5G 智好手机出货量将从2019年的 200 万增加到 2025 年的 15 亿，年复合增长率为 201%。
中国 4G 智好手机出货量市场份额 2014 年初为 10%，仅 仅用了两年旁边市场份额就就达到了90%，我们认为5G采取率也将和 4G 类似，在中 国会迅速提升。

IDC估量 2019 年 5G 手机出货量仅占了手机出货总量的0.5%，只管在 2019 年环球智 好手机的整体销量将会涌现低落，但是在今年下半年中，随着 5G 设备开始逐渐走入消 费者的身边，智好手机的销量将会开始得到提升。

4G作为 3G 的延伸，紧张采取 MIMO 技能，是利用各个天线之间空间信道的独立性来 区分用户进行做事，紧张包括 TD-LTE 和 FDD-LTE 制式。
我国紧张采取TD-LTE标准， 2013 年 12 月 4 日，工业和信息化部正式向三大运营商发放了 4G 牌照，标志着我国通 信行业正式进入了 4G 时期。
4G 能够以 100Mbps 的速率下载，上传的速率也能达到 20Mbps，比 3G 更快的传输速率、更好的频率利用率、通信更加灵巧及更好的兼容性等 优点，使得用户体验更加精良。

5G:随着物联网、AR 和 VR 等技能的出身和发展，对移动网络的哀求更高，5G 将采取 NR 技能，传输速率高达10 Gps，比 4G 快达 100 倍、而且具有低延时、低功耗的特 点。
我国 5G估量按照 2019 年预商用，2020 年规模商用的方案逐步履行。

目前，已有多家手机厂商跟进 5G 步伐，发布了 5G 手机韶光操持。
7 月 23 日 OPPO 官 方宣告 Reno 5G 版正式得到中国5G终端电信设备进网容许证，Reno 5G 版目前已三证 在手，具备了 5G 手机商用的能力。
此前，华为 6 月 26 日官方宣告华为Mate 20 X 得到 中国首张 5G 终端电信设备进网容许证，这标志着国产 5G 手机上市步伐加快,5G 商用将 进一步提速。
6 月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放 5G 牌照，上游运营商和下贱手机厂商的 5G 进展情形均超预期。

全体智好手机行业呈现以下发展趋势:1)更高的频率和性能，四核、八核将成为主流; 2)更大更清晰的屏幕，2K/4K 都将涌如今手机屏幕上;3)柔性屏，可波折;4)更多内 臵无线设备，如 NFC、低频蓝牙、无线充电等。
中低端手机配臵也不断提升，加大了对 散热哀求，我们估量未来高导热石墨膜在智好手机中的运用比例将进一步提升。

3.2平板电脑出货量有望复苏

根据 IDC 公布的《2019 年第一季度中国平板市场调查报告》显示，一季度中国平板电 脑整体市场出货量达 464 万台，同比增长 9.5%，实现四个季度连续上涨。
从品牌角度 来看，苹果连续保持市场领先，华为表现喜人。
苹果 2019 年一季度出货量约228万台， 同比增长 11.2%，霸占 42.9%市场份额。
华为位居第二，平板产品出货量约144万台， 同比增长 12.1%，出货量市场份额占比 27.1%。
华为平板增量紧张来自于华为 M5 10.8 英寸版和M5 Pro。
小米平板出货量约 30 万台，出货量市场份额占比 5.6%，环比增长36.1%。
我们估量未来几年环球平板电脑出货量有望复苏。
随着 5G 时期的到来，平板 电脑可以充分发挥其携带方便、显示效果优秀的特点，得到更多的商用市场机会。
由于 平板电脑是一种小型、方便携带的个人电脑，以触摸屏作为基本的输入设备，其内部空 间狭小，因此对导热石墨膜散热的需求也将增加。

3.3条记本电脑散热亟待办理

2017年环球条记本打算机出货量达到 1.56 亿台，估量散热石墨膜的紧张利用工具超薄 条记本电脑出货量将从 2013 年的 2600 万台增至2017年的 5700 万台。
苹果电脑轻薄 是其紧张特点，2015 年 3 月 10 日，苹果发布新款条记本电脑 MacBook，采取全新设计 的散热办法，在主板下方放臵一整片高导热石墨膜，取代原有的风扇加硅胶。
超薄条记 本电脑所利用的高导热石墨膜面积远大于手机，将成为高导热石墨膜行业新的增长点。

3.4可穿着设备迎来爆发年

近年来，可穿着设备发达发展。
以康健计步器为代表的各种智好手环、Oculus VR 为代 表的虚拟现实设备、Apple Watch 为代表的智好手表等智能可穿着设备的用场和出货量 迅速增加。
可穿着设备包括基本腕带、基本腕表、智好手表、织物、耳穿着等，其芯片 组、屏幕、电池都具有散热需求。

根据市场调查机构 IDC 的预测，2019 年可穿着设备市场环球出货量有望打破2.229亿 台，若按照 7.9%的复合年增长率来打算，2023 年市场规模将增加至 3.023 亿台，增长 的紧张驱动力便是智好手表和耳塞式设备，在2023年的市场占比份额将超过 70%。

中国市场 2019 年第一季度可穿着设备市场出货量为 1950 万台，同比增长 34.7%。
其 中根本可穿着设备(不支持第三方运用的可穿着设备)同比增长 25.5%，智能可穿着设备 同比增长达到 84.6%。

3.5新能源汽车不断渗透环球汽车市场

自 2016 年其环球总汽车销量已经进入了持续性缓慢发展的阶段。
2017 年同比环球汽车 销量仅仅只增长了 1%，2018 年整年估量将会有2%的同比增长，环球汽车销量将达到 9678.6 万辆。

与之形成光鲜比拟的是新能源汽车的渗透率在不断提升。
在 2013 年环球新能源汽车的 总销量达到了 175.5 万量，根据市场前瞻的估量至 2018 年整年，新能源汽车的销量将 实现 373.4 万辆，与去年同期比较同比增长 23%。

通过对电动乘用车销量及汽车总销量的比拟，电动车占环球汽车总销量从 2013 年的 2% 上升至 2018 年的 4%。
同时电动乘用车的从2013年至预估的 2019 年，复合增长率将 持续超过 15%，远远赶过总汽车量的复合增长率 2.11%。

新能源汽车产量上升带动动力电池本钱低落。
根据中国汽车家当的测算，2013 年新能源 汽车产量 1.8 万辆提升至2018年的 100 万量时，新能源汽车用动力电池的本钱将从 3.2 元/Wh 骤降至 1 元/Wh。

随着新能源汽车产量的不断拔高，我们预见在 2030 年新能源汽车的产量将达到 1500 万 辆，对应的动力电池本钱也降至 0.46 元/Wh。

本钱低落驱动新能源汽车市场从政策主导转向市场主导。
据汽车之家蓝皮书统计，当前 全国消费者对付新能源汽车的接管度已超过 70%，最大的消费痛点仍旧是充电难、续航 低、本钱高。
而随着电池单体能量密度的提升、本钱低落、电池 PACK 减少和规模经济 发展，新能源汽车的接管度和销量也将迎来新一波的增长。
据汽车之家数据，2017 年新 能源汽车销量为 86 万辆，占整体乘用车销量3.74%。
到 2028 年，新能源汽车销量将到 达 1104万辆，占整体乘用车销量 29%，10 年增长 12 倍。
随着政府补贴优惠进退坡和 电动车大规模市场交付，新能源汽车市场正在从从政策主导转向市场主导。

……

3.6 4G 及未来 5G 通信网络的培植带动导热材料的需求

通信行业正处于由 4G 向 5G 的过渡期，4G 通讯基站培植逐步完成，5G 的培植需求尚未 开释。
根据国务院 2015年 5 月颁布的《中国制造 2025》方案，全面打破第五代移动通 信(5G)技能已经成为我国在新一历史期间高新技能领域的主要目标，并以华为为首的 中国科技公司已在环球竞争中取得一定成果。
估量在运营商 4G 乃至 5G 投资的拉动下， 通信设备制造业将连续保持较快的增长速率，从而带动对导热材料等产品的持续需求。

（报告来源：国盛证券；剖析师：郑震湘）

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