2022年热管理行业市场现状及未来趋势分析.docx

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1、2022年热管理行业市场现状及未来趋势分析1、 热管理硬件是电子产品的刚需随着科技的发展，电子设备性能不断提高，内部高频率、高功耗的零部件应用更加广泛的 同时体积不断缩小、集成度也不断增加。电子产品在运行过程中会产生热量，这将直接影响电 子产品的性能和可靠性。因此散热器件的发展很大程度上提升产品的性能发挥状况。根据散热 原理的不同，散热产品分为主动与被动两种。主动散热器件采用热对流原理，对发热器件进行 强制散热，比如风扇、液冷中的水泵、相变制冷中的压缩机。主动散热器件特点是效率高，但 需要其它能源的辅助。被动散热采用热传导原理，仅依靠发热体或散热片对发热器件进行降温。 手机终端、平板电脑等轻薄

2、型消费电子受内部空间结构限制的影响，多采用被动散热方案。被动散热方式的散热片包括金属背板、石墨散热膜、石墨烯、导热界面材料（TIM）、热 管（HP）和均热板（VC）等。其中导热界面材料应用于系统热界面之间，通过对粗糙不平的 结合表面填充，使通过的热阻变小，来提高半导体组件的散热效率。智能手机散热系统需通过 导热界面材料填充发热元件与散热片间的空隙，从而提高散热效率。石墨散热片在消费电子散热中应用最为广泛。石墨是相较于铜和铝等金属更好的导热材料， 主要原因在于石墨具有特殊的六角平面网状结构，可以将热量均匀地分布在二维平面并有效地 转移。在水平方向上，石墨的导热系数为 300-1900W/（mK）

3、，而铜和铝的导热系数约为 200-400W/（mK）。在垂直方向上，石墨的导热系数仅为 5-20W/（mK）。因此，石墨具备良 好的水平导热、垂直阻热效果。同时，石墨的比热容与铝相当，约为铜的 2 倍，这意味着吸收 同样的热量后，石墨温度升高仅为铜的一半。此外，由于石墨密度低，因此可以做到轻量化， 能平滑粘附在任何平面和弯曲的表面，提升散热效率。石墨散热膜可分为天然石墨散热膜、人工合成石墨散热膜与纳米碳膜三种。智能手机通常 使用人工合成石墨散热膜，用量视手机性能和要求而定，大概在 3-6 片，使用到的部件包括镜 头、CPU、OLED 显示屏、WiFi 天线、无线充和电池等。石墨烯是已知的导热系

4、数最高的物质，理论导热率达到 5300W/mK，远高于石墨。它是由 单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，厚度仅为 0.335nm，又称为单层石墨， 是碳纳米管、富勒烯的同素异形体。华为 Mate20 X 首次将石墨烯散热技术应用在手机上。目前 石墨烯受限于产能小和价格高的因素，仅在高端手机使用。热管和均热板（Vapor Chamber，VC）利用了热传导与致冷介质的快速热传递性质，导热 系数较金属和石墨材料有 10 倍以上提升，作为新兴的散热技术方案，近年来开始获得广泛应用。 热管的导热系数范围为 10000-100000W/mK，是纯铜膜的 20 倍，是多层石墨膜的 10 倍。均

5、热 板作为热管技术的升级，进一步实现了导热系数的提升。热管和 VC 均热板的差异主要表现在内部的传导方式方式上。热管受制于“条状”形态， 热量（热蒸汽）只能在左右两个方向上进行线性传导。此外，在热管和发热源（芯片）之间往 往还需嵌入一层散热基板，后者的材质、面积和填充物也会影响一定的导热效率。反观 VC 均 热板，得益于其“片状”的形态，热量可以向多个水平方向传导，冷凝的效率更高，而且它与 热源以及散热介质的接触面积更大，能够使表面温度更加均匀。由于 VC 均热板和能与发热源 直接接触无需基板，还可进一步降低热阻。更大面积的 VC 均热板可以更好地减少热点，实现芯片下的等温性，较之热管可以做得

6、更 薄，在水平方向上的散热性能堪称完美。因此，这种导热单元更加符合目前笔记本和智能手机 轻薄化、空间利用最大化的发展趋势。虽然热管和 VC 的导热系数远高于金属、石墨和 TIM 材料，但在电子产品超薄化和轻量化 的发展背景下，将热管和 VC 的厚度控制在合理范围面临很大挑战。除厚度需要满足智能手机 轻薄化的需求外，热管实际导热系数受长度和外观两大因素的影响。长度越长，导热系数越高。 外观方面，打扁和折弯等形状变化都会影响热管的毛细极限和蒸汽腔极限，两大极限值中的较 低者决定了热管的最大导热量。目前超薄的热管已经应用到手机终端，单机价值量约 5 元。均 热板成本较高且超薄款工艺难度较高，在手机端

7、的应用还仅配置在旗舰款手机上，单机价值量 在 10-15 元。目前在很多产品设计中，热管和均热板都是混合使用，解决高密度、大功耗芯片 功率密度过高问题。2、 功率密度驱动热管理硬件市场不断壮大功率密度驱动热管理硬件市场不断壮大。电子行业的进步导致电子产品功率密度增加，与 此同时更轻薄时尚的消费电子产品驱动散热解决方案在不断进步，并产生了巨大的市场需求， 伴随着 5G、EV、车路协同、储能等行业的建设推进，电子产品热管理硬件，需求广泛、成长 性良好、市场前景广阔、潜力巨大。据前瞻产业研究院预估，2023 年市场规模有望增长到 2,199 亿元。2.1 5G 提高散热需求，带动终端和通信设备增量市

8、场随着 5G 通信网络的发展，5G 智能手机正朝着轻薄化、智能化和多功能化等方向发展，设 备的高集成度对手机材料的散热处理技术提出了更高的性能要求和挑战。一方面，伴随着智能 手机由 4G 向 5G 升级，芯片、摄像、频段、带宽、电池等模块的功能大幅提升，比如，5G 手 机芯片处理能力是 4G 手机的 5 倍，相应地，5G 手机芯片功率对比 4G 芯片提升了近 4 倍，发 热量也大幅提升。另一方面，5G 内部结构设计更为紧凑，热量难以扩散，机身向非金属化演进， 散热性差，需要更多的散热设计。使用外置 5G 基带芯片，功耗会进一步增加。外挂式的基带需要独立散热，CPU 加上基带 的功耗，功耗比集成

9、 SoC 芯片要高。其次，屏幕耗费电量也是一个重要方面。屏幕分辨率高， 对 CPU 和 GPU 的处理能力要求也高；屏幕大，所需的背光灯更多，这两方面都会导致耗电和 发热增加。5G 手机在网络连接领域有更高的功耗及发热，为了完成更多的任务，需要更多的带宽。5G 手机的超高网速体验是基于更复杂的天线和射频设计。5G 手机采用 Massive MIMO（大规模多 输入多输出）天线技术，要求手机内置至少 8 个天线，每个天线都有自己的功放，会导致功耗 大幅增加。另外，5G 基站覆盖范围小，在 5G 网络覆盖率低的情况下，如果首选 5G 网，手机 就会频繁搜索信号，加速电量消耗，增加发热。华为 Mat

10、e 30 Pro 5G 和小米 10 Pro 5G 两款机型将分别在 4G 网络和 5G 网络下测试，测试 项目为 5 小时续航测试和发热情况。5 小时续航测试是模拟日常使用一天的场景压缩测试：看 网络视频、本地视频、电子书、微博、拍照、游戏、微信、网页、通话，以及听本地音乐各半 小时，合计 5 小时。从续航结果来看，开启 5G 后，小米总耗电增加了 8%，华为增加了 12%。5G 手机市场的渗透率正在快速提升。2021 年 8 月中国 4G 和 5G 手机市场出货量总共 2,376 万部，其中 4G 手机出货量 607 万部，占比 25.55%，5G 手机出货量 1,769 万部，占比 74

11、.45%。 2021 年 1 月至 8 月 4G 手机出货量 1.93 亿部，5G 手机出货量 3.31 亿部，总共出货量超 5 亿部， 其中 5G 手机出货量占比达 63.22%。Counterpoint 预测，2024 年 5G 手机全球出货量预计将达到 11.6 亿部，复合年增长率为 137%，占手机总出货量的 70%。近几年，手机的散热技术也在不断更新与迭代，“导热石墨片+导热界面材料”的传统散热 方案已经无法满足终端散热需求。在消费电子超薄化、轻量化且性能持续升级的背景下，热管 和均热板有望充分发挥其导热性能优势，渗透率持续提升。三星、华为、小米、VIVO 等手机 厂商发布的 5G

12、手机均已开始采用“石墨+导热界面材料+均热板与热管”散热方案。在基站领域，为了满足 5G 网络高功率、高频段和高速率的关键性能需要，5G 基站和接入 网较 4G 有了有大的变化：（1）采用大规模阵列天线（Massive MIMO）技术，结合波束赋形， 通过大量阵列天线同时收发数据，可以大幅度提升网络容量和用户体验。（2）采用有源天线 （AAU），将传统基站的天线与射频单元一体化集成为 AAU，可以简化站点部署，降低馈线复 杂度，减少传输损耗，提升网络整体性能。（3）无线接入网采用 CU/DU 架构，将传统基站 BBU拆解为 CU（Centralized Unit）和 DU（Distribute

13、d Unit），CU 用来集中处理非实时数据，DU 负责分布处理实时数据，每个 CU 可以管理多个 DU，CU 和 DU 之间通过不同的组网方案可以 适配不同的基站接入场景。Mass MIMO 技术使得 5G 基站的 TRX 链路大幅增加，5G 基站的功耗约为 4G 的 2.5-3 倍。 基站功耗的上升意味着发热量增加。如果散热不及时，会导致基站内部环境温度升高，一旦超 过额定温度（如基站内多芯片的 TC 要求在 90以内），将严重影响网络的稳定性以及设备的 使用寿命。又因基站通常被安装在楼顶的铁架、野外的高处，所以缩小体积、降低重量对设备 的安装便捷性来说至关重要，给 5G 基站散热带来更大

14、的挑战。5G 牌照发放于 2019 年 6 月，2020-2023 年将是 5G 网络的主要投资期，回顾 3G 及 4G 时 期基站建设情况：4G 基站建设较 3G 基站建设明显提速，2010 年 3G 基站增速达 59.93%，2015 年 4G 基站增速达 108.60%，随着 5G 部署以及 5G 商用进程的推进，预计 5G 基站建设增速将 快于 3G、4G 基站建设的增速。新一轮 5G 建设正进入加速期。从政策上看，近期多地“十四五”新基建规划密集出台，为保障 5G 基站建设行动有序实施，各地政府相继提出了 5G 建设的规划方案。据工信部数据， 截止 2021 年 10 月，已建成 5

15、G 基站数 115.9 万个。由于 5G 单站覆盖面积更小，按照 5G 基站 数量是 4G 基站的 1.2-2 倍计算，中国 5G 基站保有量为 446-744 万个。图：5G 基站散热模块及导热界面材料拆解图目前 4G 基站主流散热方案为导热硅胶和铸铝/半固态压铸铝，5G 基站将转变为翅片+环路 热管/VC+导热界面材料组合的散热模组方案，无论是材料还是模式上均实现升级。5G 基站热 量传递路径通常为：芯片导热界面材料导热结构件内部空气外壳外部环境。大规模的基站建设、5G 基站对热管理要求的提高，无论是天线前段或者是基带处理单元、 以及电源管理，都对导热提出了更高要求，从而对热界面材料产生更

16、大的市场机会。 2020 年 2 月，中石科技发布非公开发行 A 股股票预案，拟募集资金总额不超过人民币 8.31 亿元，扣除发行费用后，将全部投资于：（1）实施 5G 高效散热模组建设项目；（2）补充流 动资金。本次募投项目计划通过建设生产基地、购买行业领先的生产及检测设备，开展 5G 高效散热模组产品的研发和生产，生产的 5G 高效散热模组，将主要应用于 5G 智能手机、服务器、 5G 基站和笔记本电脑。该项目目前正在按计划推进，达产后，将实现年产均热板 1.68 亿片，高效散热模组-5G 宏 基站 7.2 万套，高效散热模组-服务器 312 万套，高效散热模组-笔记本电脑 2,160 万

17、套的产能。 中石科技致力于 5G 热管理方面市场开拓，已经与华为建立起长期合作伙伴关系，2020 年，中 石科技从技术上取得突破，推出 13 W/m-K 超软绝缘高导热垫片，提升了公司的核心竞争力。2.2 电池热管理对热界面材料的新需求锂电池按照应用场景可分为消费、动力和储能三种。消费型锂电池主要用于可穿戴设备、 电子烟、无人机、无线蓝牙音箱等消费电子领域。动力型锂电池主要用在各种新能源车行驶、 船舶、飞机等内燃机的启动，不间断电源、移动通讯、便携式电动工具等领域。储能型锂电池 是解决新能源风电、光伏间歇波动性，平衡发电系统的波峰和波谷的核心方式。锂电池占据全 球新增储能设备的最大比重，根据中

18、关村储能产业技术联盟（CNESA）数据，2019 年，全球锂 电池累计装机占电化学储能 87.3%，居主导地位。从原理上说锂离子电池工作本质上是内部正 负极与电解液之间的氧化还原反应。因此，锂电池对温度的要求非常严苛，锂电池的工作温度 通常在 0-40之间，温度过低会导致放电能力降低，温度过高则会造成电池迅速老化，甚至热 失控，产生爆炸起火的事故。锂离子电池温度的高低不仅直接影响其使用中的能量及功率性能，也关乎其安全性和可靠 性。在新能源汽车领域电池热管理主要要求有：使电池组内温度均匀减少内部的温度差异，控 制局部热区的形成，防止因局部温度过高导致电池过快衰减降低电池组整体寿命；在电池温度 较

19、高时进行有效的散热，防止发生热失控事故；在电池温度较低时对电池进行有效预热提升电 池温度，确保低温下的充电放电性能和安全性。所以，电池热管理主要是温度的控制，通过热 传导的方式将热量从动力电池系统传递至散热组件，然后利用散热组件本身的散热性将热量散 发到环境空气中。因此在解决电池包散热问题时，要考虑电池包所用材料存在界面热传导问题。 导热界面材料由于其优良的可塑性以及高导热率可以很好的解决上述问题。当前部分新能源车 型采用风冷、随着电池功率密度的增加，更多厂家采用水冷+导热界面材料的方式进行电源热管 理。迄今为止，中国是全球最大、最重要且盈利最多的汽车市场，据中国汽车工业协会统计， 2020

20、年，我国汽车销量达 2,531.1 万辆，同比下降 1.9%，尽管新冠疫情爆发导致经济增速放缓， 中国依然是全球最大的汽车市场。中国的汽车拥有率仅有 19%左右，远低于德国（59%）和美 国（84%），充满潜力。据埃森哲市场调研数据，68%的消费者将新能源汽车作为新车首选。从产业市场规模来看，新能源汽车保有量逐年递增，根据公安部数据，2015 年全国仅有 42 万辆新能源汽车，2020 年达到了 492 万辆，较 2019 年增长 29.13%。截至 2021 年 9 月，全国新 能源汽车保有量共有 678 万辆。2019 年由于补贴退坡幅度较大，行业增长短暂放缓，新能源汽 车销量较 2018

21、 年有所下降。2020 年 4 月四部委将原定 2020 年底到期的新能源汽车补贴政策， 合理延长到 2022 年底，原则上 2020-2022 年补贴标准分别在上一年基础上退坡 10%、20%、30%。 为加快公共交通等领域汽车电动化，城市公交等领域符合要求的车辆，2020 年补贴标准不退坡， 2021-2022 年补贴标准分别在上一年基础上退坡 10%、20%。近年来，我国乘用车市场销量增速呈下降趋势，2018 年至 2020 年增速为负，而新能源汽 车销量增速均高于乘用车市场销量增速，传统汽车销售行业景气度不高。2020 年乘用车市场销 量增速为-6%，而新能源汽车销量增速逆势上扬，较

22、2019 年同比增长 13.3%。随着新能源汽车 渗透率不断提升，将为热管理硬件市场打开广阔空间。图：2013-2020 年中国市场新能源车销量增速GGII 数据统计，2013 年中国动力电池装机量为 0.8GWh，2018 年为 56.9GWh，中国动力 电池装机量从 2013 年到 2018 年增长了 70 倍，2019 年由于新能源汽车补贴政策退坡，增长率 下降到 10%以下。2020 年中国动力电池出货量为 80GWh，同比增长 13%，主要原因在于 2020 年下半年国内新能源汽车终端市场恢复超预期，加之新车型于下半年集中发布，带动了消费者购车热情，使得国内新能源汽车市场销量超过 1

23、30 万辆。GGII 预测，到 2025 年国内动力电池 出货量将达到 431GWh，是 2020 年的 5.3 倍。中石科技积极开拓新能源汽车市场，目前已获得部分客户认证并实现小批量供货。中石科 技在新能源汽车的动力电池组、电机控制器（MCU）、车载电源、车载显示屏等娱乐系统、整 车控制器等各种控制系统中都具有成熟的热管理材料解决方案和优化的 EMC 电磁兼容整改方 案，提供包括导热、均热、储热、滤波、屏蔽、接地、密封、减震等系列产品配套方案。公司 的产品导热灌封胶主要用于电池组、磁芯和其他元器件的灌封导热。低粘度、密度低、高渗透 渗出性，在有效保护电池和磁芯的同时，还能有效散热。3 、行业

24、竞争格局稳定，VC/热管是未来趋势散热器件存在技术、认证、投入等壁垒，造成行业进入门槛较高。与海外市场相比，中国 市场散热器件领域发展历程较短。我国生产的热界面材料约占全球 20%的市场份额，新思界产 业研究中心预计 2021 年我国热界面材料市场规模将超 2 亿美元。相比于国外热界面材料知名企 业，我国热界面材料生产企业的规模普遍较小，同质性强，技术含量不高，缺少高端产品，未 形成产品的系列化和产业化，多在价格上开展竞争，利润空间日益缩小。仅有少数企业具备自 主研发和生产中高端产品的能力，可以提供导热应用解决方案。在 5G、电子通讯、新能源车、 储能的高速发展下，市场需求日益蓬勃，导热材料行

25、业已形成了相对稳定的市场竞争格局。中 石科技有望充分受益下游市场对导热材料的需求增长。2019 年，中石科技与东南大学南京锐玛毫米波太赫兹技术研究院在南京设立 5G 基站毫米 波技术联合实验室，进入毫米波模组技术领域；同时，公司并购了江苏凯唯迪科技有限公司， 进入热管/VC/热模组设计技术领域。凯唯迪公司主营业务是从事热导管、散热器、五金制品的 技术研发和生产的专业企业，热管等产品广泛应用于通信设备、智能终端产品、计算机、服务 器等电子产品中，可以结合公司产品布局，满足相关通讯、手机、消费电子等行业热管理方面 多样化产品的需求。公司通过本次收购凯唯迪 51%股权实现外延式发展，使得公司产业布局更 加完善，产品更加丰富，同时进一步完善公司 5G 战略布局，提升公司市场综合竞争力。