當溫度已成性能制約時，電子設備散熱市場需求劇增

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有顯著上升，試驗已經(jīng)證明，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10%；溫升50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6，因此伴隨著更高的熱處理功耗系統(tǒng)需要更強的散熱能力來配合。

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間內(nèi)熱量的傳遞與溫差成正比，各個廠商在制定散熱方案時主要原理分為兩類：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施，如數(shù)據(jù)中心等。對于大多數(shù)電子設備，各廠商的散熱方案主要以降低結溫與環(huán)境溫度之間的熱阻為主。

導熱材料具有超額增速，石墨材料空間巨大：全球熱管理產(chǎn)品市場規(guī)模2021年將提高至147億美元，2016-2021年期間年復合增長率為5.6%。期間熱界面材料（導熱材料）復合增長率為12.0%。遠遠高于行業(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熱材料。

消費電子整體放緩，石墨材料存在結構性機會： 2017年全球智能手機銷量為14.62億部，比上年減少0.5％，首次下降。但受全面屏、超級本以及汽車電子拉動，細分領域石墨導熱產(chǎn)品依然具有成長性。我們預測全面屏手機會帶來10%的單機石墨導熱產(chǎn)品增量；高端筆記本每年會帶來超過2億元的市場增量；汽車電子能夠貢獻1%的市場增速。

風險提示：材料技術替代、新進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，與此同時也伴隨著熱設計功耗的上升，由最開始的58W，上升到165W。熱設計功耗代表CPU在滿負荷(CPU 利用率為100%的理論上)可能會達到的最高散熱熱量，散熱器必須保證在處理器熱設計功耗最大的時候，處理器的溫度仍然在設計范圍之內(nèi)。試驗已經(jīng)證明，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10%；溫升50℃時的壽命只有溫升25℃時的1/6。熱設計功耗的上升對散熱方案提出了更高的要求。

　　提升傳導、對流和輻射速度為芯片散熱的主要手段：傳導、對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構示意。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)過芯片襯底傳導到芯片的焊錫球上，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：熱阻是描述物體導熱的能力，熱阻越小，導熱性越好，反之越差，與電阻較為相似。我們將圖表1的散熱模型簡化為圖表2所示的熱阻模型， TJ（結溫）代表芯片表面的溫度，其中θJC由封轉(zhuǎn)技術和材料決定芯片廠商在芯片設計過程中已經(jīng)考慮，對于應用廠商而言TA、θCS和θSA成為重點關注對象。

　　以熱傳定律為基礎，散熱方案分為降低環(huán)境溫度和熱阻兩類：圖表1中導熱模型達到熱平衡后，其熱傳導遵循傅里葉熱傳定律，具體可表達為：Q=K·A·（T2-T1）/L，式中：Q為傳導熱量（W）；K為導熱系數(shù)（W/m℃）；A 為傳熱面積（m2）；L為導熱長度（m）。(T1-T2)為溫度差。根據(jù)傅里葉傳熱定律單位時間內(nèi)熱量的傳遞與溫差成正比，各個廠商在制定散熱方案時主要原理分為兩類：一、降低環(huán)境溫度；二、降低熱阻，而降低熱阻又包含降低導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)重點不同

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

降低熱阻更為普適，為主流電子產(chǎn)品散熱手段：在電子設備使用過程中大多數(shù)情況下我們并無法選擇使用環(huán)境的溫度，因此降低結溫與環(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：一種是更換導熱率更高的材料，例如由風冷到水冷再到相變冷卻其遵循的就是這個原理；另一個是增大接觸面積，如引入導熱膠、采用柵型散熱器等。          

微槽群復合組變技術優(yōu)勢明顯，適用大功率電子器件：微槽群復合組變技術是散熱技術的集大成者，其采用微槽技術來增大取熱面積，通過相變材料來提高熱導率，其導熱能力是鋁基板的10000倍。微槽群復合組變技術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)生動能和勢能，蒸氣流動到冷凝器放熱冷凝成液體，借助取熱器微槽群的毛細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，從而實現(xiàn)無外加動力的閉式散熱循環(huán)，因此具有無功耗冷卻、成本低、環(huán)保等特點。

導熱膠片擠壓空氣提高接觸面積，適用于各類電子設備：由于散熱器底面與芯片表面之間會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體，所以空氣間隙會嚴重影響散熱效率，使散熱器的性能大打折扣，甚至無法發(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，必須使用導熱性能好的導熱材料來填充，如導熱膠帶、導熱墊片、導熱硅酯、導熱黏合劑等。導熱膠片是良好的中間銜接材料，普遍應用于各類電子設備。

石墨熱導率最高可達1900W/mK，是優(yōu)質(zhì)導熱材料，成為消費電子設備主流導熱產(chǎn)品：過去消費電子產(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、風扇及流液形成散熱系統(tǒng)。在消費電子向超薄化、智能化和多功能化的發(fā)展趨勢下，產(chǎn)品內(nèi)部空間越來越狹小，僅靠利用銅質(zhì)、鋁制材料配合硅膠等設計出的散熱通道已經(jīng)很難滿足需求。石墨具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、良好的導熱導電性、化學性能穩(wěn)定、可塑性大的特點。石墨獨特的晶體結構，使其熱量傳輸主要集中在兩個方向：X-Y軸和Z軸。其X-Y軸的導熱系數(shù)為300~1,900W/(m?K)，而銅和鋁在X-Y方向的導熱系數(shù)僅為200~400W/(m?K)之間，因此石墨具有更好的熱傳導效率，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，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。良好的導熱系數(shù)與相對較大的比熱容決定石墨是較為優(yōu)質(zhì)的導熱材料，目前已廣泛應用與各類移動設備。

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處導熱材料具有超額增速，石墨導熱機會顯著

     熱管理市場空間超百億美元，熱界面材料增速超10%：根據(jù)BCC Research 2016年的報告，全球熱管理產(chǎn)品市場規(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年期間年復合增長率為5.6%。根據(jù)Credence Research數(shù)據(jù)全球熱界面材料（導熱材料）市場規(guī)模從2015年7.74億美元，預計將提高至2022年的17.11億美元，2015-2022年期間年復合增長率為12.0%，遠高于行業(yè)平均增速。從導熱材料應用來看，主要下游包括手機、平板、電腦、通訊設備和汽車等領域，而在各應用領域中目前以主要以石墨產(chǎn)品為主。

　　智能機出貨量增速放緩，全面屏拉動單機導熱材料面積增長超10%：根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2017年全球智能手機總出貨量為14.62億部，比上年減少0.5％；IDC預計2018年將重回增長，2017-2022年間的年復合增長率則會有2.8％，相比于過去十年復合28.7%的增速相比大幅下降，全球智能手機依靠數(shù)量大幅增長的紅利期已經(jīng)過去，智能手機進入存量技術升級的時代。2017年下半年全面屏手機爆發(fā)，全年滲透率8.7%，根據(jù)WitsView數(shù)據(jù)全面屏手機滲透率在未來4年快速攀升，并在2022年達到92.1%。手機屏幕從16:9升級到18:9屏幕面積增加12.5%，升級到19.5:9則增加超過20%。我們預計相比于普通手機全面屏手機對石墨導熱膜的單機需求會增加超過10%，成為拉動石墨導熱膜增速的重要支撐。                      

　　筆記本整體出貨量持續(xù)下降，高端本復合增速18%，貢獻石墨增量超2億元：2015年3月10日，蘋果發(fā)布新款筆記本電腦MacBook，采用全新設計的散熱方式，在主板下方放置一整片高導熱石墨膜，取代原有的風扇加硅膠，開創(chuàng)了超級筆記本散熱新時代。雖然全球PC出貨量近年持續(xù)下滑，但是高端機型卻在增長。但根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，全球高端PC（包括windows 10以上機型及蘋果Macbook Air）出貨量將會由2017年的6100萬臺增長至2019年的8500萬臺，未來兩年復合增速18%。高端筆記本往往更加輕薄，而且呈現(xiàn)出去風扇的趨勢，對高端石墨片的需求有比較好的刺激。根據(jù)我們測算，由高端筆記本增長帶來的石墨片增量市場超過2億元。                          汽車電子增速5.55%，石墨可同時解決散熱和電磁屏蔽問題：相比于普通電子設備，汽車內(nèi)的電磁環(huán)境更為復雜，也因此對汽車電子相關芯片的穩(wěn)定性有更高的要求。具有良好的導熱性和電磁屏蔽效果，其應用到汽車內(nèi)可以有效的解決芯片發(fā)熱和電磁屏蔽問題。根據(jù)HIS數(shù)據(jù)，未來2017-2022年全球汽車電子復合增速5.55%，我們測算，每年由汽車電子市場增長為石墨片銷售帶來超過1%的增長。此外，近年新能源汽車快速發(fā)展，與普通汽車相比新能源汽車應用了大量的功率器件，對散熱的需求大幅提升。根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，未來4年新能源汽車銷量復合增速超過25%，增速較快，是細分散熱市場不可忽略的部分。

　　?昆山福瑞格機電科技有限公司系專業(yè)的散熱風扇、散熱模組、銅鋁散熱片研發(fā)、生產(chǎn)、銷售公司，技術品質(zhì)源于臺灣。公司產(chǎn)品推廣至各應用行業(yè)，專業(yè)銷售的直流風扇、交流風扇、直流風機、交流風機、防水(油)風扇、長壽命風扇，靜音風扇等廣泛應用于通訊設備、電源、醫(yī)療設備、安防設備、工控設備、儀器儀表、汽車等產(chǎn)品中。

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