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散热材料行业专项调研

2021-07-14 09:35:54

(1)多元化、组合化散热方案逐渐成为市场主流

在消费电子领域,随着智能设备运行功率的增加,传统单一的散热方案已不能满足高性能产品多元化的散热需求。新型散热材料的出现,使得电子设备散热方案进一步扩充,散热方案逐渐演变为多种材料“协同运作、并驾齐驱”的散热模式。在 5G 时代,作为基础散热材料的石墨散热膜,可与热管、均温板、石墨烯散热膜等高效散热材料搭配使用,在高端智能设备市场发挥巨大优势,且不断向中低端智能设备渗透。

未来,电子产品、5G 基站、大型服务器等设备的散热方案均将朝着多材料、立体化的组合散热方式继续迈进。

(2)石墨散热膜未来仍为主流散热材料,市场需求可观,并朝着高热通量方向发展萝北富达石墨;黑龙江石墨企业;石墨制品供应商

相较于热管、均温板等散热材料,石墨散热膜具有柔韧性好、质量轻薄的性能优势,且易于贴合于摄像头模组、手机中框、芯片等各种电子元器件中。基于多元化、组合化的散热方案逐渐成为市场主流,多种散热材料协同运作的背景下,石墨散热膜仍是目前及今后主流散热材料,市场需求量可观。而增加石墨散热膜热通量则是其未来发展的主要方向之一。

材料的热通量是指单位面积的材料在单位时间内所传递的热能。通常情况下,材料厚度越大,单位时间内可传递的热能更多,其热通量也就越高,散热效果越好。通过增加石墨散热膜厚度进而加大热通量的方法能较好匹配 5G 时代高功率电子设备的散热需求。石墨散热膜由于材料特性,本身厚度薄、质量轻,厚度也不及热管、均温板的 1/2,因此增加石墨散热膜厚度提高材料热通量,既不会影响电子产品轻薄便携、美观的形态要求,还可以进一步提升各元器件和整机的散热效率,增强电子产品可靠性。高热通量石墨散热膜是 5G 时代极具性能优势的散热材料之一。

通过增加材料厚度提高热通量通常可采用两种途径,一种是将常规石墨散热膜反复粘贴胶带叠加在一起,但由于胶类材料热阻通常较高,导致多层石墨膜散热效果并不理想;另一种则是采用超厚 PI 膜通过特殊工艺烧制而成,无需使用胶带粘合,生产的高热通量的厚石墨膜具有更好的散热效果。

制作高热通量的厚石墨散热膜不仅要求原材料 PI 膜到达相应厚度,同时还对生产商核心技术的掌握程度、生产工艺的熟悉程度以及操作人员的专业素质都有着较高要求。

(3)热管及均温板渗透率不断增加,并朝着超轻、超薄、高强度方向发展

热管和均温板利用腔体中工作介质通过液气两相变化吸收热量方式进行散热,不需要借助外力,即可发挥强大特性,特别适合放置在芯片等高发热量部位,达到高效的局部散热效果。作为新型散热材料的代表之一,热管及均温板散热逐步从笔记本电脑、台式电脑应用方案中渗透到智能手机终端,国内“HMOV”等厂商近年来发布的智能手机中较多采用了热管或均温板散热方案。在消费电子高刷屏、高功耗、性能持续升级的背景下,热管和均温板在消费电子市场的渗透率将持续提高,且朝着超轻、超薄、高强度方向发展。萝北富达石墨;黑龙江石墨企业;石墨制品供应商

随着电子产品朝着超轻、超薄化的趋势演变,将热管和均温板的厚度控制在合理范围且仍保持的散热效果将面临极大挑战,尤其在生产工艺上,需要保证其内部拥有高毛细力与一定的内腔空间以供液体和蒸汽充分循环流动,维持良好的散热效果。对于热管,在压缩厚度并维持高性能同时,不仅需要选择合适的毛细结构,同时还需要保证工作中蒸汽的传播速率,例如利用凹槽型毛细结构设计并在狭小的内腔中开辟新的通道,使得工作时蒸汽流动通道加大同时也进一步降低整体厚度,这对生产商的技术储备以及设计能力都有着极高的要求。而降低均温板的厚度条件通常更为苛刻,一方面,均温板制作工艺复杂、精细化程度较高,厚度越薄,则铜片封合的间隙越难掌控,封合阶段的良品率也就越低;另一方面,均温板厚度越薄,意味着其内部毛细通道与蒸汽通道空间越小、蒸汽的有效传播距离更短,均温板的工作性能也将损失更多。因此,生产商封合技术的先进性以及对内部蒸汽通道的合理设计将成为制造高强度超薄均温板的关键。

(4)拥有优质特性和成本优势的石墨烯膜将成为极具竞争力的散热材料

石墨烯是从石墨原材中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,拥有其他材料所不具备的特殊性能,如优异的电学性能、出色的机械性能、超高的导热性、优异的阻隔性能等,可运用于能源、环境、电子、化工等多类行业,具备良好的发展前景。

由于石墨烯在面内方向是各项同性的,在平面内的热传导不会存在方向性,通过独特的加工工艺,可得到任意厚度(特别是超厚)的石墨烯散热膜。石墨烯散热膜导热效率实验可达 5,300W/m.K,因此将石墨烯用于散热材料领域,开发新型石墨烯散热薄膜为大势所趋。

石墨烯由于独特的晶体结构,通过“氧化”—“还原”—“压延”—“模切”等工艺,可加工成为石墨烯散热膜,且由于工艺特性,得到的材料厚度较大、热通量较高,散热效果较石墨散热膜更优。不仅如此,石墨烯散热膜还具有良好的耐弯折性及柔韧性,在折叠屏、柔性屏等智能设备散热方案中占据优势,是未来极具竞争力的散热材料。2018 年 10 月华为在 Mate20 系列手机中首次采用石墨烯膜作为其主要散热方案,产品的散热效果更是将石墨烯散热技术推向大众视野。

石墨烯散热膜系通过氧化还原天然石墨得到原材料后加工制成,相较于石墨散热膜,在材料成本方面更具优势。但由于目前石墨烯加工工艺复杂,对设备投资、研发实力、人员技能的要求较为苛刻,能熟练掌握全套生产工艺的厂商较少,产品良率偏低。同时,由于产线前期投资较高,产品规模效应尚未凸显,目前产品单位成本普遍偏高。未来,随着加工工艺不断优化与改进,石墨烯散热膜的生产质量将进一步得到保障,产、销量持续扩大,成本优势逐渐体现,成为极具市场竞争力的新型散热材料。

3、行业发展的挑战

(1)新工艺、新技术、新材料带来的冲击

目前消费类电子产品散热方案主要采用石墨散热膜、热管、均温板、石墨烯散热膜、微型风扇等散热材料。随着消费电子产品对散热需求的不断增加,未来石墨散热膜、石墨烯散热膜等膜类材料将继续朝着提高导热性能、增加热通量的方向演变,导致生产工艺难度持续加大,这对上游原料的基本要求、热处理工艺的参数的把控以及技术人员的实力提出了新的挑战。

另一方面,随着轻薄、智能、商务出行的需求不断增长,热管、均温板等金属类散热材料制备工艺将朝着超轻、超薄化发展,如何将热管、均温板“做得更薄”同时又能保持优良的散热性能将成为行业内企业的一大难题。最后,随着散热材料技术的不断延伸与拓展,未来也可能存在其他新型散热材料应用于电子产品散热方案中。虽然短期内由于产能、工艺的限制新材料并不能取代现有材料,但长期来看也会对现有材料带来一定冲击。萝北富达石墨;黑龙江石墨企业;石墨制品供应商

(2)下游产品散热需求多元化

散热材料主要的应用领域为消费电子行业,随着生活水平提高,技术水平的不断提升,人们需求的日益多样化,电子产品的更新加快,人们对电子产品的需求加大。传统的消费习惯随着时代的变迁也发生了巨大变化,人们对电子产品的需求呈现多样化的趋势,包括对个性化、时尚化和新颖化的要求。多样化的产品会对散热材料企业研发和设计能力提出更高的要求,跟不上终端市场需求的企业将难以在激烈的市场竞争中立足,生存空间将越来越小;同时,多样化的产品趋势意味着产品更迭速度将加快,产品的生命周期将缩短,散热材料企业下游客户将对上游供应商供货的稳定性和及时性提出更高的要求,这将对企业的品质控制和供货能力提出挑战。


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