當(dāng)溫度已成性能制約時(shí)，電子設(shè)備散熱市場(chǎng)需求劇增

熱處理功耗不斷上升，散熱需求凸顯：從IntelPentium 4到Intel Core i9-7980XE，10年間芯片熱處理功耗由57.8W上升到165W。但芯片要求的工作溫度卻沒(méi)有顯著上升，試驗(yàn)已經(jīng)證明，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10%；溫升50℃時(shí)的壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6，因此伴隨著更高的熱處理功耗系統(tǒng)需要更強(qiáng)的散熱能力來(lái)配合。

散熱方法多種多樣，各方法側(cè)重不同：根據(jù)傅里葉傳熱定律單位時(shí)間內(nèi)熱量的傳遞與溫差成正比，各個(gè)廠(chǎng)商在制定散熱方案時(shí)主要原理分為兩類(lèi)：一、降低環(huán)境溫度；二、降低熱阻。降低環(huán)境溫度適用于固定設(shè)施，如數(shù)據(jù)中心等。對(duì)于大多數(shù)電子設(shè)備，各廠(chǎng)商的散熱方案主要以降低結(jié)溫與環(huán)境溫度之間的熱阻為主。

導(dǎo)熱材料具有超額增速，石墨材料空間巨大：全球熱管理產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模2021年將提高至147億美元，2016-2021年期間年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.6%。期間熱界面材料（導(dǎo)熱材料）復(fù)合增長(zhǎng)率為12.0%。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行業(yè)平均增速，石墨以及優(yōu)異的材料特性成為目前主流的導(dǎo)熱材料。

消費(fèi)電子整體放緩，石墨材料存在結(jié)構(gòu)性機(jī)會(huì)： 2017年全球智能手機(jī)銷(xiāo)量為14.62億部，比上年減少0.5％，首次下降。但受全面屏、超級(jí)本以及汽車(chē)電子拉動(dòng)，細(xì)分領(lǐng)域石墨導(dǎo)熱產(chǎn)品依然具有成長(zhǎng)性。我們預(yù)測(cè)全面屏手機(jī)會(huì)帶來(lái)10%的單機(jī)石墨導(dǎo)熱產(chǎn)品增量；高端筆記本每年會(huì)帶來(lái)超過(guò)2億元的市場(chǎng)增量；汽車(chē)電子能夠貢獻(xiàn)1%的市場(chǎng)增速。

風(fēng)險(xiǎn)提示：材料技術(shù)替代、新進(jìn)入者增多毛利下降等  

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處理功率上升，散熱需求凸顯

熱處理功耗不斷上升，散熱問(wèn)題日益凸顯：以Intel 2000-2018年發(fā)布的芯片為例，我們可以看到芯片的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)由低頻向高頻、由單核向多核的發(fā)展方向，與此同時(shí)也伴隨著熱設(shè)計(jì)功耗的上升，由最開(kāi)始的58W，上升到165W。熱設(shè)計(jì)功耗代表CPU在滿(mǎn)負(fù)荷(CPU 利用率為100%的理論上)可能會(huì)達(dá)到的最高散熱熱量，散熱器必須保證在處理器熱設(shè)計(jì)功耗最大的時(shí)候，處理器的溫度仍然在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。試驗(yàn)已經(jīng)證明，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10%；溫升50℃時(shí)的壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6。熱設(shè)計(jì)功耗的上升對(duì)散熱方案提出了更高的要求。

　　提升傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射速度為芯片散熱的主要手段：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射為熱傳遞的三種主要方式，圖表1所示為典型的芯片散熱結(jié)構(gòu)示意。圖中芯片產(chǎn)生的熱量主要傳給芯片外封裝，由芯片的外封裝通過(guò)散熱片膠傳到散熱片上，再由散熱片傳到環(huán)境中。除此之外，有一小部分熱量經(jīng)過(guò)芯片襯底傳導(dǎo)到芯片的焊錫球上，再經(jīng)由PCB把熱量散步到環(huán)境中。由于這部分熱量所占的比例比較小，所以在下面討論芯片封裝和散熱片的熱阻時(shí)就忽略了這一部分。為了便于分析，我們引入熱阻的概念：熱阻是描述物體導(dǎo)熱的能力，熱阻越小，導(dǎo)熱性越好，反之越差，與電阻較為相似。我們將圖表1的散熱模型簡(jiǎn)化為圖表2所示的熱阻模型， TJ（結(jié)溫）代表芯片表面的溫度，其中θJC由封轉(zhuǎn)技術(shù)和材料決定芯片廠(chǎng)商在芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)考慮，對(duì)于應(yīng)用廠(chǎng)商而言TA、θCS和θSA成為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

　　以熱傳定律為基礎(chǔ)，散熱方案分為降低環(huán)境溫度和熱阻兩類(lèi)：圖表1中導(dǎo)熱模型達(dá)到熱平衡后，其熱傳導(dǎo)遵循傅里葉熱傳定律，具體可表達(dá)為：Q=K·A·（T2-T1）/L，式中：Q為傳導(dǎo)熱量（W）；K為導(dǎo)熱系數(shù)（W/m℃）；A 為傳熱面積（m2）；L為導(dǎo)熱長(zhǎng)度（m）。(T1-T2)為溫度差。根據(jù)傅里葉傳熱定律單位時(shí)間內(nèi)熱量的傳遞與溫差成正比，各個(gè)廠(chǎng)商在制定散熱方案時(shí)主要原理分為兩類(lèi)：一、降低環(huán)境溫度；二、降低熱阻，而降低熱阻又包含降低導(dǎo)熱片膠熱阻和降低散熱器熱阻。

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散熱方法多種多樣，各方法側(cè)重點(diǎn)不同

降低環(huán)境溫度簡(jiǎn)單有效，適用于數(shù)據(jù)中心等固定設(shè)施：降低使用環(huán)境溫度能夠增大結(jié)溫與環(huán)境溫度的溫差，幫助結(jié)溫更快下降。降低使用環(huán)境溫度的方法一般有兩個(gè)，一是使用空調(diào)降低電子設(shè)備工作溫度，這也是大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的主流做法，但是這會(huì)帶來(lái)巨額的電費(fèi)開(kāi)支，根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)，空調(diào)電費(fèi)占整個(gè)數(shù)據(jù)中心電費(fèi)成本的40%，而后者則占到整個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本的70%；其次是將工作設(shè)備放置于自然溫度比較低的地域，例如Facebook將數(shù)據(jù)中心建設(shè)在冰島，微軟計(jì)劃將數(shù)據(jù)中心建在海底，這樣做可以顯著節(jié)約電費(fèi)開(kāi)支，但會(huì)在數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備維護(hù)上增加部分難度。

降低熱阻更為普適，為主流電子產(chǎn)品散熱手段：在電子設(shè)備使用過(guò)程中大多數(shù)情況下我們并無(wú)法選擇使用環(huán)境的溫度，因此降低結(jié)溫與環(huán)境溫度之間的熱阻成為唯一的辦法。由傅里葉傳熱定律可以得到，傳熱量與材料的熱導(dǎo)率和接觸面積成正比，因此降低熱阻的主要方法有兩種：一種是更換導(dǎo)熱率更高的材料，例如由風(fēng)冷到水冷再到相變冷卻其遵循的就是這個(gè)原理；另一個(gè)是增大接觸面積，如引入導(dǎo)熱膠、采用柵型散熱器等。          

微槽群復(fù)合組變技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，適用大功率電子器件：微槽群復(fù)合組變技術(shù)是散熱技術(shù)的集大成者，其采用微槽技術(shù)來(lái)增大取熱面積，通過(guò)相變材料來(lái)提高熱導(dǎo)率，其導(dǎo)熱能力是鋁基板的10000倍。微槽群復(fù)合組變技術(shù)巧妙利用大功率電力電子器件發(fā)熱的能量使取熱介質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生動(dòng)能和勢(shì)能，蒸氣流動(dòng)到冷凝器放熱冷凝成液體，借助取熱器微槽群的毛細(xì)力和液體重力回流到與大功率電力電子器件緊貼的取熱器，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)外加動(dòng)力的閉式散熱循環(huán)，因此具有無(wú)功耗冷卻、成本低、環(huán)保等特點(diǎn)。

導(dǎo)熱膠片擠壓空氣提高接觸面積，適用于各類(lèi)電子設(shè)備：由于散熱器底面與芯片表面之間會(huì)存在很多溝壑或空隙，其中都是空氣。由于空氣是熱的不良導(dǎo)體，所以空氣間隙會(huì)嚴(yán)重影響散熱效率，使散熱器的性能大打折扣，甚至無(wú)法發(fā)揮作用。為了減小芯片和散熱器之間的空隙，增大接觸面積，必須使用導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱材料來(lái)填充，如導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅酯、導(dǎo)熱黏合劑等。導(dǎo)熱膠片是良好的中間銜接材料，普遍應(yīng)用于各類(lèi)電子設(shè)備。

石墨熱導(dǎo)率最高可達(dá)1900W/mK，是優(yōu)質(zhì)導(dǎo)熱材料，成為消費(fèi)電子設(shè)備主流導(dǎo)熱產(chǎn)品：過(guò)去消費(fèi)電子產(chǎn)品的散熱，主要利用銅質(zhì)和鋁制材料直接散熱，或者配合硅膠、風(fēng)扇及流液形成散熱系統(tǒng)。在消費(fèi)電子向超薄化、智能化和多功能化的發(fā)展趨勢(shì)下，產(chǎn)品內(nèi)部空間越來(lái)越狹小，僅靠利用銅質(zhì)、鋁制材料配合硅膠等設(shè)計(jì)出的散熱通道已經(jīng)很難滿(mǎn)足需求。石墨具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、化學(xué)性能穩(wěn)定、可塑性大的特點(diǎn)。石墨獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，使其熱量傳輸主要集中在兩個(gè)方向：X-Y軸和Z軸。其X-Y軸的導(dǎo)熱系數(shù)為300~1,900W/(m?K)，而銅和鋁在X-Y方向的導(dǎo)熱系數(shù)僅為200~400W/(m?K)之間，因此石墨具有更好的熱傳導(dǎo)效率，可以更快將熱量傳遞出去。其次，從比熱容的角度看，石墨的比熱容與鋁相當(dāng)，約為銅的2倍，這意味著吸收同樣的熱量后，石墨溫度升高僅為銅的一半。良好的導(dǎo)熱系數(shù)與相對(duì)較大的比熱容決定石墨是較為優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)熱材料，目前已廣泛應(yīng)用與各類(lèi)移動(dòng)設(shè)備。

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處導(dǎo)熱材料具有超額增速，石墨導(dǎo)熱機(jī)會(huì)顯著

     熱管理市場(chǎng)空間超百億美元，熱界面材料增速超10%：根據(jù)BCC Research 2016年的報(bào)告，全球熱管理產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模將從2015年的107億美元提高至2016年的將近112億，2021年將提高至147億美元，2016-2021年期間年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.6%。根據(jù)Credence Research數(shù)據(jù)全球熱界面材料（導(dǎo)熱材料）市場(chǎng)規(guī)模從2015年7.74億美元，預(yù)計(jì)將提高至2022年的17.11億美元，2015-2022年期間年復(fù)合增長(zhǎng)率為12.0%，遠(yuǎn)高于行業(yè)平均增速。從導(dǎo)熱材料應(yīng)用來(lái)看，主要下游包括手機(jī)、平板、電腦、通訊設(shè)備和汽車(chē)等領(lǐng)域，而在各應(yīng)用領(lǐng)域中目前以主要以石墨產(chǎn)品為主。

　　智能機(jī)出貨量增速放緩，全面屏拉動(dòng)單機(jī)導(dǎo)熱材料面積增長(zhǎng)超10%：根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2017年全球智能手機(jī)總出貨量為14.62億部，比上年減少0.5％；IDC預(yù)計(jì)2018年將重回增長(zhǎng)，2017-2022年間的年復(fù)合增長(zhǎng)率則會(huì)有2.8％，相比于過(guò)去十年復(fù)合28.7%的增速相比大幅下降，全球智能手機(jī)依靠數(shù)量大幅增長(zhǎng)的紅利期已經(jīng)過(guò)去，智能手機(jī)進(jìn)入存量技術(shù)升級(jí)的時(shí)代。2017年下半年全面屏手機(jī)爆發(fā)，全年滲透率8.7%，根據(jù)WitsView數(shù)據(jù)全面屏手機(jī)滲透率在未來(lái)4年快速攀升，并在2022年達(dá)到92.1%。手機(jī)屏幕從16:9升級(jí)到18:9屏幕面積增加12.5%，升級(jí)到19.5:9則增加超過(guò)20%。我們預(yù)計(jì)相比于普通手機(jī)全面屏手機(jī)對(duì)石墨導(dǎo)熱膜的單機(jī)需求會(huì)增加超過(guò)10%，成為拉動(dòng)石墨導(dǎo)熱膜增速的重要支撐。                      

　　筆記本整體出貨量持續(xù)下降，高端本復(fù)合增速18%，貢獻(xiàn)石墨增量超2億元：2015年3月10日，蘋(píng)果發(fā)布新款筆記本電腦MacBook，采用全新設(shè)計(jì)的散熱方式，在主板下方放置一整片高導(dǎo)熱石墨膜，取代原有的風(fēng)扇加硅膠，開(kāi)創(chuàng)了超級(jí)筆記本散熱新時(shí)代。雖然全球PC出貨量近年持續(xù)下滑，但是高端機(jī)型卻在增長(zhǎng)。但根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，全球高端PC（包括windows 10以上機(jī)型及蘋(píng)果Macbook Air）出貨量將會(huì)由2017年的6100萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)至2019年的8500萬(wàn)臺(tái)，未來(lái)兩年復(fù)合增速18%。高端筆記本往往更加輕薄，而且呈現(xiàn)出去風(fēng)扇的趨勢(shì)，對(duì)高端石墨片的需求有比較好的刺激。根據(jù)我們測(cè)算，由高端筆記本增長(zhǎng)帶來(lái)的石墨片增量市場(chǎng)超過(guò)2億元。                          汽車(chē)電子增速5.55%，石墨可同時(shí)解決散熱和電磁屏蔽問(wèn)題：相比于普通電子設(shè)備，汽車(chē)內(nèi)的電磁環(huán)境更為復(fù)雜，也因此對(duì)汽車(chē)電子相關(guān)芯片的穩(wěn)定性有更高的要求。具有良好的導(dǎo)熱性和電磁屏蔽效果，其應(yīng)用到汽車(chē)內(nèi)可以有效的解決芯片發(fā)熱和電磁屏蔽問(wèn)題。根據(jù)HIS數(shù)據(jù)，未來(lái)2017-2022年全球汽車(chē)電子復(fù)合增速5.55%，我們測(cè)算，每年由汽車(chē)電子市場(chǎng)增長(zhǎng)為石墨片銷(xiāo)售帶來(lái)超過(guò)1%的增長(zhǎng)。此外，近年新能源汽車(chē)快速發(fā)展，與普通汽車(chē)相比新能源汽車(chē)應(yīng)用了大量的功率器件，對(duì)散熱的需求大幅提升。根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，未來(lái)4年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量復(fù)合增速超過(guò)25%，增速較快，是細(xì)分散熱市場(chǎng)不可忽略的部分。

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面對(duì)日新月異發(fā)展的科技和電子產(chǎn)品，昆山福瑞格機(jī)電科技有限公司始終以“專(zhuān)業(yè)服務(wù)客戶(hù)，誠(chéng)信造就未來(lái)”為理念，以最專(zhuān)業(yè)的產(chǎn)品和最貼心的服務(wù)為客戶(hù)持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值，歷年來(lái)福瑞格為全球各地的客戶(hù)提供了優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)，同時(shí)也受到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛好評(píng)與信賴(lài)，取得良好的社會(huì)聲譽(yù)。經(jīng)過(guò)幾年的努力，公司不斷壯大，產(chǎn)品常年出口東南亞，歐美等地，同時(shí)在國(guó)內(nèi)也開(kāi)辟了廣大的貿(mào)易市場(chǎng)和一批忠實(shí)的客戶(hù)群體。智慧創(chuàng)造卓越，汗水澆筑輝煌，我們懷著強(qiáng)烈的時(shí)代使命感，發(fā)揚(yáng)求真務(wù)實(shí)、開(kāi)拓創(chuàng)新的精神，腳踏實(shí)地、努力拼搏，爭(zhēng)創(chuàng)一流企業(yè)和一流的品牌。