中國手機散熱行業(yè)材料分析及2022年行業(yè)市場空間預測[圖]

    一、手機散熱行業(yè)材料分析

    隨著手機硬件的不斷升級，其所執(zhí)行的任務計算處理更加繁雜，CPU等芯片部件將會面臨熱量的侵襲。但手機體積有一定的局限性，處理器系統(tǒng)性能會因為溫度升高而有所降低。因此手機散熱問題尤為重要。5G和無線充電對信號傳輸?shù)囊蟾?，而金屬背板對信號屏蔽的缺陷將被放大，預計5G手機不再采用金屬背板設計，原有的石墨加金屬背板散熱技術面臨重大挑戰(zhàn)，預計智能機將更多使用石墨+金屬中框方案。目前市場上手機散熱的方案主要有：導熱凝膠、石墨片、石墨烯、均溫板、熱管等。

手機主要熱源

數(shù)據來源：公開資料整理

各類手機散熱方案

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    多層石墨片是當前智能機主流散熱方式。石墨是一種良好的導熱材料，導熱性超過鋼、鐵、鉛等多種金屬材料。石墨片的工作原理是利用其在在水平方向上具有優(yōu)異的導熱系數(shù)的特點（性能好的石墨片導熱系數(shù)能達到1500－1800W/m•K，而一般的純銅的導熱系數(shù)為380W/m•K，高的導熱系數(shù)有利于熱量的擴散），能夠迅速降低電子產品工作時發(fā)熱元件所在位置的溫度（熱點溫度），使得電子產品溫度趨于均勻化，這會擴大散熱表面積以達到降低整個電子產品的溫度，提高電子產品的工作穩(wěn)定性及使用壽命。智能手機中使用石墨片的部件有CPU、電池、無線充電、天線等。石墨散熱是目前手機采用的主流散熱方式。

石墨片散熱方案示意圖

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    石墨烯具有優(yōu)異的熱傳導特性，且其導熱率為800~5300W/mk，是已知導熱系數(shù)較高的材料，其散熱效率遠高于目前的商用石墨散熱片。石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯散熱膜很薄且具有柔韌性，綜合性能優(yōu)異，為電子產品的薄型化發(fā)展提供了可能。其次石墨烯散熱膜具有良好的再加工性，可根據用途與PET等其他薄膜類材料復合。此外，這種導熱材料有彈性，可裁切沖壓成任意形狀，并可多次彎折；可將點熱源轉換為面熱源的快速熱傳導，具有很高的導熱性能。

石墨烯散熱效果示意圖對比

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    熱管是一種具有極高導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內的液體的蒸發(fā)與凝結來傳遞熱量。熱管技術是將一個充滿液體的導熱銅管頂點覆蓋在手機處理器上，處理器運算產生熱量時，熱管中的液體就吸收熱量氣化，這些氣體會通過熱管到達手機頂端的散熱區(qū)域降溫凝結后再次回到處理器部分，周而復始從而進行有效散熱。在手機行業(yè)也可以稱之為水冷散熱。目前華為、小米、三星、OPPO等手機中都有用到熱管散熱技術。熱管具有靈活度高、使用壽命長等特點，受到市場關注。

熱管散熱結構及原理示意圖

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    均溫板（VaporChamber）從原理上類似于熱管，但在傳導方式上有所區(qū)別。熱管為一維線性熱傳導，而均溫板中的熱量則是在一個二維的面上傳導，因此效率更高。均溫板散熱方案在于將多個點的熱源之熱流在短距離內將其均勻的分布于較大散熱面積，隨著熱源之熱通量的不同，均溫板之等效熱傳導系數(shù)亦會有所不同。將VC在其他的機器上使用時，可以使板上每顆芯片的溫度都是一樣的，這樣做比較有利于電器的散熱。均溫板是一個內壁面具有微結構的封閉真空腔體，當熱流由熱源傳導至蒸發(fā)區(qū)時，腔體里面的工作流體會因真空條件下，于特定溫度開始產生液相汽化的現(xiàn)象，這時工作流體就會吸收熱能并且快速蒸發(fā)。

均溫板結構示意圖

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    隨著電子產品越來越輕薄化，由于機體內部空間狹窄，其散熱能力也就受到一定限制。在智能手機上主要的發(fā)熱源包括這五個方面：主要芯片工作、LCD驅動、電池釋放及充電、CCM驅動芯片、PCB結構設計導熱散熱量不均勻。為了解決這些散熱問題，目前市場上的散熱技術主要有4種方案，通過對比發(fā)現(xiàn)，熱管與均溫板的散熱技術方案優(yōu)勢明顯。

散熱方案優(yōu)缺點對比

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    熱管的導熱系數(shù)較金屬和石墨材料有10倍以上提升，而均溫板散熱效率比熱管更高。從導熱率來看，熱管與均溫板的優(yōu)勢明顯。均溫板真空腔底部的液體在吸收芯片熱量后，蒸發(fā)擴散至真空腔內，將熱量傳導至散熱鰭片上，隨后冷凝為液體回到底部。這種蒸發(fā)、冷凝過程在真空腔內快速循環(huán)，實現(xiàn)了相當高的散熱效率。

熱管與均溫板導熱系數(shù)高（單位：W/mk）

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    二、手機散熱行業(yè)市場空間

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國導熱散熱材料行業(yè)市場專項調查及投資前景規(guī)劃分析報告》數(shù)據顯示：預測2016年到2020年，智能手機散熱器組件市場年復合增長率將達到26.1%，2020年市場規(guī)模將達到36億美元。未來手機散熱器市場將主要集中在封裝級，芯片封裝和印刷電路板。

智能手機散熱器組件市場

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    隨著5G時代的到來，手機散熱需求出現(xiàn)劇增的狀態(tài)；5G手機器件的變化與升級帶來對散熱的需求增長，因此新型的散熱方案備受關注。同時4G手機中的散熱問題也一直備受關注。預測2022年手機散熱行業(yè)中4G手機能夠達到58億的市場規(guī)模；5G手機具有31億的市場規(guī)模，5G手機2019-2022年CAGR為376.95%。

4G手機散熱行業(yè)市場空間

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5G手機散熱行業(yè)市場空間

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