多領域散熱材料、工藝的發(fā)展歷史與路徑演繹

目錄散熱需求提升的歷史回顧 3處理器的功耗隨著算力的提升而提升 3下一代CPU將需要更強大的冷卻解決方案 3海外龍頭散熱器件與材料公司 6芯片（CPU/GPU）散熱 7芯片散熱材料演變 7風冷和水冷散熱方式對比 7水冷散熱器零部件及工作原理 8風冷散熱模組零部件及工作原理 10市場空間及主要相關公司 12消費電子領域 14手機散熱：均熱板為主，石墨、石墨烯為輔 14電腦：熱管+風扇+鰭片，進步以量變?yōu)橹?18消費電子領域材料龍頭介紹 19新能源車領域散熱 21PCB散熱 21新能源汽車充電 22相關公司 25英特科技 25中石科技 25富信科技 26風險提示 28插圖目錄 29表格目錄 29散熱需求提升的歷史回顧在CPU領域，我們以PassMark的數(shù)據(jù)為例，這是一個由用戶提交的全球統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括個人電腦安裝的CPU，但不包括游戲機。數(shù)據(jù)反映的是單核和多核性能的年度平均值。圖1：2001-2020單核CPU性能 圖2：2001-2020多核CPU性能資料來源：Passmark， 資料來源：BP，GPUAMDNVIDIA/美元、能耗、性能/晶體管等多個方面，我們都可以看到AMD和NVIDIAGPU下一代CPUCPUGPUVLSI（VeryLargeScaleIntegration）電路，這是由數(shù)十億的晶體管、電阻和其他微觀電子組件組成的巨大集合。芯片需要電流來執(zhí)行任務。這些組件都有一定的電阻，電流通過時會產(chǎn)生熱量。每個處理器包含數(shù)十億個晶體管，即使每個晶體管的電阻都非常小，他們的累積效應也會產(chǎn)生相當大的熱量。例如，一塊典型的CPU可能只有幾毫歐的總內阻，但是當有80A或90W到構成整個芯片的材料，這就是每個處理器在工作時都會變熱的原因。芯片需要主動冷卻以防止其溫度過高，因此所有的熱量都需要被排出。如果處理器正在“失”能量（以熱的形式），它將需要不斷地“消耗”能量以保持正常運行。換句話說，正在喪失的熱量幾乎等同于芯片的功率等級。而近年來，CPU和GPU內部的晶體管密度在不斷增加，這使得它們能夠執(zhí)行更多的計算任務。圖3：晶體管密度（黑線）與時間資料來源：Techspot，CPU供應商一直通過一個簡單的數(shù)字來說明其處理器的功耗：熱設計功耗或TDP，為標準功耗。然而市場上幾乎所有的CPU都能以遠高于其基本頻率的速度運行。Pl2為cpu規(guī)定的最大功率，我們可以將PL2視為CPU的實際最大功耗。隨著晶體管密度的增加，其所需電流更多，它們的功耗也正穩(wěn)步提升。圖4：CPU最大功率的提升（紅色為最大功率） 圖5：GPU功率隨時間提升資料來源：Techspot， 資料來源：Techspot，CPU和GPU的算力（或處理能力）大部分由它們的晶體管密度決定。這是因為在基本層面上，晶體管就是這些處理器執(zhí)行所有任務的基本組件。圖6：GPU算力隨晶體管密度提升而提升資料來源：Techspot，更密集的晶體管意味著更高的熱量生成，因為每個晶體管都會在電流通過時產(chǎn)生熱量。這就需要更有效的冷卻解決方案來防止處理器過熱。而在用于計算的GPU系列，V100/A100/H100的功耗同樣隨著算力提升而穩(wěn)步提升。圖7：圖3:V100/A100/H100功率（w） 圖8：圖4:V100/A100/H100FP16算力（PFLPOS）資料來源：Techspot， 資料來源：Techspot，據(jù)DigiTimes報道，散熱組件供應商預計隨著2022年下半年新一代顯卡的亮相，會刺激散熱組件的需求。GeForceRTX40系列的TDP高達600W，而RadeonRX7000系列功耗高達300W。采用優(yōu)質材料的高性能散熱組件意味著顯卡的成本變得更高，對散熱組件供應商而言，將會有更大的利潤空間。散熱解決方案供應商AurasTechnology董事長兼總裁林育深表示，預計服務器用散熱模塊將成為2023年業(yè)務增長的主要來源，相應的收入比例將上升至30%隨著處理器功率和密度的增加，需要更強大和更有效的冷卻解決方案來保持設備的正常運行。這就為冷卻組件供應商提供了更大的市場，通過提供高性能的冷卻解決方案來獲得更大的利潤。其次，隨著AI和加速計算的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的冷卻需求也在增加。數(shù)據(jù)中心的冷卻是一個重要的問題，因為它直接影響到數(shù)據(jù)中心的運行效率和能源消耗。因此，解決這個問題需要投入大量的研發(fā)資源，這也為冷卻技術的研發(fā)和應用提供了資金支持。名稱 所屬地 簡介 收入規(guī)模表1：海外龍頭公司名稱 所屬地 簡介 收入規(guī)模Bergquist（貝格） 美

Bergquist2014Henkel)

HenkelFY23營業(yè)收入為245億美元,但Bergquist收入未披露。主營業(yè)務收入為12.8億美元，公司International Ltd.LairdTechnologies（萊爾德） 英

者，主要為高能量部件提供范圍廣泛的天然和合成石墨熱管理產(chǎn)品、石墨電極。公司為金屬制造、電子、化學、航空、光伏、交通運輸?shù)刃袠I(yè)提供解決方案。LairdPLCLairdRF2021（LairdPerformanceMaterials）已被杜邦收購。

唯一披露的收入板塊即為工業(yè)材料板塊。功能材料業(yè)務（LairdPerformanceMaterials）2020年收入為4.65億美元。9.98成解決方案板塊收入為3.06億美元。公司產(chǎn)品應用領域包括醫(yī)藥、通信、汽車等。主要客戶包括愛立信、華為等。瑞典NolatoNolato是聚合物部件生產(chǎn)商，流體導電橡膠的全球領導者，Kaneka 日本 日本大化工品上公司主產(chǎn)品包化學品、性樹脂、發(fā)泡樹脂制品、電子材料、合成纖維等。

FY23營業(yè)收入約57億美元，其中材料占57.7%，約32.6億美元。Panasonic（松） 日

合成石墨材料全球領導者，從事各種電器相關產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售等。石墨膜與電磁波屏蔽薄膜是公司材料類主要產(chǎn)品之一。

FY23營業(yè)收入達631億美元，其中PanasonicIndustry占14%份額,營業(yè)收入86.6億美元。資料來源：中石科技招股書，海外各公司官網(wǎng)，杜邦網(wǎng)，芯片（CPU/GPU）散熱散熱器最先以風冷方式出現(xiàn)，早期為一體成型的擠鋁下壓式散熱器，鋁材便宜易加工，但導熱效率(237W/(M·K))只有銅的二分之一(401W/(M·K))，因此出現(xiàn)了塞銅式散熱器。就散熱器形態(tài)而言，早期為下壓式散熱器，更新的塔式散熱器能夠通過側吹的方式提高散熱效率。隨CPU功率提高，散熱器開始與熱管、鰭片等器件搭配組成性能更高的散熱模組，并且出現(xiàn)散熱效率風高的水冷散熱器。圖9：芯片散熱材料和散熱器發(fā)展歷程資料來源：中關村在線、硬件茶談，芯片類散熱（包含CPU/GPU）主要有風冷和水冷兩種解決方案，相同規(guī)格功耗下，水冷散熱能力更強，但價格昂貴，高端市場使用多。風冷CPU/GPU風冷CPU/GPU傳遞給散熱器，在風扇作用下與周圍空氣進行熱傳遞價格低（目前頂級雙塔風冷，以利民IBE600元）；安全性高噪音大，體積大；散熱效率有限，依賴機箱通風價格高，360mm規(guī)格價格在800-1000維修難度高，存在漏水風險；在水泵作用下通過管道內液體吸收CPU熱，卻反 噪音低；極限散熱能力高復循環(huán) 風冷不賴箱道；水冷散熱方式 散熱原理 優(yōu)勢 劣勢 示意圖資料來源：硬件茶談，水冷散熱模組主要包含冷排、水管、風扇、冷頭等零部件，分為一體式水冷與分體式水冷，二者工作原理相同，但零部件組裝方式存在不同。以一體式水冷為例，冷頭內部含有泵機，工作時冷頭一面直接接觸CPU表面，另一面采用CNC工藝敲出的大量凹槽（微水道），冷水流經(jīng)微水道被CPU經(jīng)過泵機帶動水流，流經(jīng)水管進入冷排，冷排內部有很多水路，水路之間鑲嵌有大量鰭片，熱量傳遞給鰭片后經(jīng)由冷排上方風扇散熱，降溫后的冷水再次回流，經(jīng)水泵循環(huán)的冷液，帶走冷頭上從核心吸收的熱量。冷排的尺寸很大地影響散熱效率，目前市面常見尺寸有120mm，240mm和360mm。目前CPU冷頭和顯卡冷頭主要都適用銅底導熱，市面CPU噴射到不銅板底部，提升局部流速并且形成亂流，使水冷液的吸熱效率大為提高，噴射式冷頭水阻較大，對水泵揚程要求更高。顯卡冷頭分為單核心、半覆蓋和全覆蓋式冷頭。水冷散熱的工作原理和零部件構造如下表所示。圖10：水冷模組泵機工作原理示意圖 圖11：水冷模組冷排示意圖資料來源：硬件茶談， 資料來源：硬件茶談，零部件 工作原及工零部件 工作原及工細節(jié) 示意圖CPU冷頭CPU冷頭底部銅板尺寸最少需要50X50MM設計，否則無90CPUCPU單核顯水頭 跟CPU水頭構和理本致，對卡GPU進散熱，合端卡GPU

半覆蓋顯卡水冷頭

兼容了GPU43能出現(xiàn)MOS全覆蓋顯卡水冷頭冷排

全覆蓋水冷頭覆蓋了三大發(fā)熱體的水冷頭，包括核心（GPU）（RAM）（MOS）對于大型顯卡，全覆蓋式水冷頭多采用搭橋設計連接MOS管，如果設計不當可能導致MOS水流量不足，散熱效率差"冷排有兩個水口和水室，內部有空心扁平的水道，水道通過與冷排兩端的水室連接形成循環(huán)的水路，同時在這些水道的外面焊接了金屬的鰭片，這些鰭片可以更快的幫助水道散出熱量。一般來講更大、更厚、鰭片更密集冷排散熱效果越好，也需要配置高轉速甚至雙面的風扇吹透厚排。D5和DDCD5水泵 程小、體積大、噪音??；DDC流量小、揚程大、體積小、噪大。揚程是水泵克服水阻的能力，流量是水泵每分鐘\每小時流經(jīng)液體的數(shù)值。資料來源：Yu水冷，中關村在線，風冷散熱模組的工作原理為，CPU/GPU工作時產(chǎn)生的大量熱量傳遞給散熱器，導致散熱器升溫，在風扇作用下散熱器與周圍空氣進行熱傳遞，當散熱器散發(fā)的熱量與CPU最大功耗時產(chǎn)生的熱量相等時，溫度達到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。風冷散熱模組主要包含三個組成部分：1）熱管（HeatPipes）或均熱板（VaporChamber）；2）散熱鰭片（Fins）；3）散熱風扇或渦輪。這三個部分之間常搭配導熱材料和焊接等工藝加速熱量傳導。熱管與鰭片的接觸方式主要有兩種，一種為“穿Fin”，熱管直接插入鰭片；另一種為金屬焊接。熱管與CPU/GPU核心的接觸方式主要有兩種，一種是直觸，直接把熱管加工到大概形狀后對底面進行打磨并貼在核心上，這種加工方法成本低，但容易發(fā)生形變，主要用于中低端；中高端采用銅底更多，加工中把熱管穿插焊接在一個銅塊內，或用帶凹槽的銅塊將熱管夾在中間，熱量先由銅底吸收再傳遞到熱管上，這種方式使用壽命長、傳熱均勻，成本更高。圖12：熱管工作原理示意圖 圖13：均熱板工作原理示意圖資料來源：Antpedia， 資料來源：PConline，風冷模組零部件的工作原理和加工流程如下表所示表4：風冷散熱模組零部件工作原理及加工流程零部件 工作原理 加工流和技術 示意圖負責傳熱，從外部看是一根圓柱形銅零部件 工作原理 加工流和技術 示意圖熱管 液體，在通過燒結壁經(jīng)過毛細作用回0.2mm的特殊銅合金上，蝕刻出真空腔體，再采用電阻焊工藝把毛細銅網(wǎng)固定在腔體中，然后銅片經(jīng)釬焊工藝焊接為一體，并經(jīng)抽真空、注液、二次除氣、頭部點焊0.2mm的特殊銅合金上，蝕刻出真空腔體，再采用電阻焊工藝把毛細銅網(wǎng)固定在腔體中，然后銅片經(jīng)釬焊工藝焊接為一體，并經(jīng)抽真空、注液、二次除氣、頭部點焊等工序，完成超薄均熱板的制造?？涨惑w，通過腔體內的冷卻液氣化以及夠把熱量從核心均攤到更大的面積上

熱管的核心工藝是燒結，燒結用的主要材料為非常細小的銅粉，混合熔點低于銅的少量金屬粉末，將粉末混合物均勻附著在銅管內壁，再對銅管進行快速加熱，溫度一般低于銅粉熔點但高于其他金屬熔點，加熱完成后再迅速降溫，最終粉末混合物顆粒之間發(fā)生粘結，從而在銅管內壁形成一層凹凸不平的結晶體。燒結之后在熱管內部注入少量相變冷卻液，附著在內壁上，帶動熱傳導。為防止內部空氣以及水蒸氣高溫膨脹導致熱管變形破裂，再在熱管內部抽至負壓狀態(tài)，由于負壓，熱管內部的冷卻液在遠低于100度的溫度條件下也能實現(xiàn)蒸發(fā)，實現(xiàn)散熱。均熱板 與熱管工作原理相似，可以理解為板狀均熱板與熱管工作原理相似，可以理解為板狀的熱管，是一個內壁具有微細結構的真鰭片作為冷區(qū)，其表面積影響散熱能力，芯片熱量傳遞給鰭片，再加裝風鰭片 扇，加速鰭片周圍空氣流通，就能快給CPU/GPU散熱

鋁擠式和塞銅式：鋁擠式很早被應用，鋁錠高溫加熱后由擠壓機塑形成初胚，再進行裁剪、剖溝處237W/(M·K))只有銅的二分之一(401W/(M·K)壓固法：將眾多的銅片或鋁片疊加，在兩側加壓并拋光截面，截面與CPU鍛造式：將鋁塊加熱后高壓充滿模具內，鰭片高50mm1mm噸以上）接合型：利用導熱膏或焊錫將銅/鋁鰭片結合在具有溝槽的散熱底座上，導熱膏和焊錫存在介面阻抗問題影響散熱，因此運用插齒技術（利用高壓將鋁片結合在基座中）和回流焊接技術（使用特殊回焊爐，精確設定參數(shù)，焊料采用用鉛錫合金）技術降低介面阻抗。切削式：利用特殊的刀具將整塊材質削出一層層0.5mm資料來源：中石科技官網(wǎng)，硬件茶談，熱管理，昆山福瑞格機電科技有限公司，當前數(shù)字基礎設施建設已經(jīng)成為“十四五”時期及未來一個時期我國經(jīng)濟實現(xiàn)高質量發(fā)展的重要基礎。2023年初以來，以OpenAI公司ChatGPT表的生成式AI在引發(fā)市場廣泛關注，AI技術帶來算力的大幅提升。根據(jù)《冷板式液冷服務器可靠性白皮書》，2022年英特爾第四代服務器處理器單CPU功耗350AIGPU700Market202230計熱管2028年市場規(guī)模將達到46億美元，2022-2028期間CAGR為7.48%。全球熱管主要廠商有InnergytechAdvancedCoolingFujikura、AavidThermalloy、AsiaVitalComponents等。2022年全球均熱板市場規(guī)模大約為46億元人民幣，預計2029137，2023-2029期間CAGR14.2%，均熱板全球市場主Auras、CCI、Jentech、Fujikura公司名稱 公司介紹 產(chǎn)品介紹表5：芯片散熱相關公司及產(chǎn)品介紹公司名稱 公司介紹 產(chǎn)品介紹

公司以研發(fā)為主導，在提供基于石墨材料、導熱界面材料、兩相流產(chǎn)品的先進熱管理功能解決方案的基礎上，以創(chuàng)新性技術為新一代電子設備提供熱管理、電磁屏蔽、粘結密封等“可靠性綜合解決方案”。在導熱界面材料領域，公司深耕行業(yè)16年，是全球通信行業(yè)、消費類電子主流導熱界面材料供應商，公司多項產(chǎn)品屬于業(yè)內首創(chuàng)。公司大力推廣半導體熱電技術，為客戶提供優(yōu)質的產(chǎn)品和應用解決方案

1）導熱界面材料TIM：包括導熱填隙墊片、導熱凝膠、導熱硅脂、相變材料、儲熱材料、高回彈石墨材料、界面石墨產(chǎn)品等。2）熱管：包含標準熱管、薄型熱管、超薄熱管、大功率薄型熱管HPS等。（0.25mm）。熱模組：風冷散熱模組-服務器散熱模組、筆電散熱模組、清潔能源散熱模組、其他定制化散熱模組等;液冷散熱模組-管式液冷半導體制冷片（TEC），研發(fā)生產(chǎn)的微型熱電制冷器件結構小巧、控溫精準、可靠性高；公司生產(chǎn)的熱電制冷系統(tǒng)覆蓋氣冷和液冷散熱方式。資料來源：中石科技2022年度報告，富信科技官網(wǎng)，富信科技2022年度報告，2022年5月24日英偉達宣布推出首款運用直接芯片（Direct-to-Chip）技術的液冷式GPU，該方案應用在A10080GBPCIeGPU上，如構造圖所示，左側為芯片內冷板的出水口與入水口，芯片通過與裝有液體的冷板直接接觸來散熱。數(shù)據(jù)中心運營商Equinix已經(jīng)引入該液冷GPU，采用液冷技術的數(shù)據(jù)中心相比同等工作負荷的風冷數(shù)據(jù)中心減少能源消耗約28%，對于同型號GPU使用液冷后PUE由1.6降低至1.15。相比風冷A100GPU需使用兩個PCIe插槽，液冷A100GPU僅使用一個PCIe插槽，因此空間相同條件下使用直接芯片液冷的數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)雙倍計算量。2023年5月22日Supermicro推出業(yè)內首個NVIDIAHGXH100液冷式8及4-GPUH100SYS-821GE-TNHR350WTDPCPUNVIDIAHGXH1008GPU，CDU80kW的直接芯片(D2C)冷卻，預計為數(shù)據(jù)中心節(jié)省40%電力。圖14：英偉達液冷A100GPU構造圖 圖15：A100PCIe液冷風冷成本對比資料來源：英偉達官網(wǎng)， 資料來源：英偉達官網(wǎng)，消費電子領域隨著現(xiàn)代智能產(chǎn)品性能的不斷提升、經(jīng)濟技術的迅猛發(fā)展，集成電路工藝、集成度、工作速度提升，電子設備朝小型化發(fā)展、元件密度增大、電源續(xù)航能力提高，電子設備系統(tǒng)功耗增加，單位體積產(chǎn)生的熱量持續(xù)上升。手機、筆記本電腦、平板、電視等都面臨散熱的困擾，這就對電子產(chǎn)品的散熱功能提出了更高的要求。一方面，電子元件的“10℃法則”顯示，電子元件的故障發(fā)生率隨工作溫度的提高呈指數(shù)增長，溫度每升高10℃，系統(tǒng)可靠性降低50%。另一方面，熱失效是電子設備失效的最主要原因。因此，在5G、人工智能大流行的背景下，散熱問題已成為電子產(chǎn)品設計過程亟需解決的問題。消費電子領域的散熱方式可以分為兩種，一種為主動散熱，一種為被動散熱。移動設備端因產(chǎn)品體積小、便攜性重要程度高，多為被動散熱；而筆記本電腦、臺式電腦因性能較高且內部空間較大，多采用主動散熱。散熱方式 工作原理 應用表6：散熱方式對比散熱方式 工作原理 應用主動散熱 通過風等元進行制散，包括風散熱水冷熱、冷熱熱管散器散、半體致片熱、壓機輔散熱液氮熱等被動散熱 在不借其他助散方式情下，通散熱自身芯片接，行熱傳導帶走芯片上聚集的熱量

筆記本電腦、臺式電腦等體積較大且產(chǎn)熱量大的設備工作頻率較低的顯卡、智能手機、平板電腦等小型封閉式設備資料來源：百科全說、整理智能手機的散熱設計可以劃分為三個階段：第一階段（2010-2015年）智能手機主要采用以石墨散熱膜為主的基于熱傳導原理的散熱方案；第二階段（2016-2018）智能手機主要采用以熱管（液冷）散熱為主的散熱方案；第三階段（2019）圖16：手機散熱發(fā)展歷程 資料來源：未來智庫、整理2010iphone4A4iPhone4L倍。雖然縱向的導熱系數(shù)不高，但是石墨貼紙本身的厚度并不大（。而石墨同時也具有輕、薄的特點，因此它非常適合用于均攤局部熱量，從智能手機的開端走到了現(xiàn)在。石墨散熱膜分為天然石墨片和人工石墨片兩種：天然石墨散熱膜具有高導熱性、易加工、柔韌、無氣體液體滲透性等特性，優(yōu)點是不易老化和不易脆化，適用于大多數(shù)化學介質，缺點是不能做到太?。蝗斯な崮さ膬?yōu)點是能做很薄，缺點是價格偏高。2011年8一片石墨用來將主板部分熱量傳到背板，另一片則用來分散屏幕附近的熱量，并利用金屬板進一步分散整機熱量。石墨散熱膜經(jīng)由蘋果和小米的高調使用后迅速成為當時市場上主流的散熱方案。20112015圖17：小米1手機宣傳-石墨膜散熱 資料來源：小米，2013NECNECN-06E，2014XperiaZ2采用了單銅管散熱。但直至2016年，隨著芯片處理性能的飛速進步、手機的“炙熱“程度迅猛攀升，熱管散熱才逐漸成為新的主流散熱方案。2016年2月，三星旗艦手機GalaxyS7發(fā)布，搭載高通驍龍820處理器并使用超薄熱管技術，散熱效果得到顯著提升，隨后，三星在GalaxyS8、GalaxyS92023GalaxyS23熱管散熱也叫“液冷散熱”，其原理是利用金屬銅優(yōu)秀的導熱性和銅管中液體的冷凝轉換導出手機中的熱量。熱管為中空設計，內置少量的水或其他化學物質，當手機高于臨界溫度時，散熱銅管內的水蒸氣便會順著毛細結構將熱量從主板上帶走；而當水蒸氣降溫液化后，又會開始循環(huán)回流。熱管散熱的優(yōu)點在于使用壽命長和布置靈活。液冷散熱管永久封裝后不會產(chǎn)生機械或化學降解，因而典型的使用壽命約為20年；液冷散熱可以打扁、折彎，可以放在任何需要散熱的位置；同時，液冷散熱管也會吸收遠處的熱量進而散熱。無論是PC端還是手機端，液冷散熱中的冷卻液常用材料都是水。圖18：熱管散熱原理圖 資料來源：小米公司，整理5G的到來給手機行業(yè)帶來了巨大的影響，也包括對更新的散熱技術的需求。4G5G等功能逐漸成為標配，手機散熱壓力持續(xù)增長。由于在散熱效率方面極具優(yōu)勢，均熱板（VC）逐漸成為5G手機散熱的主流方案，并加速向超薄化、結構簡單化和低成本方向發(fā)展，技術迭代正在加速進行。未來隨著5GVCVC是VaporChamber的縮寫，全稱是：真空腔均熱板散熱技術。其散熱的基本原理與熱管類似，同樣是利用水的相變進行循環(huán)散熱，包括傳導、蒸發(fā)、對流、冷凝四個主要步驟。兩者差別主要在于熱傳導方式不同。熱管的熱傳導方式是一維的，是線的熱傳導方式，而均熱板的熱傳導方式是二維的，相當于從“線”到“面”的升級，有效增強散熱效率。相對于熱管，首先均熱板與熱源以及散熱介質的接觸面積更大，能夠使表面溫度更加均勻；其次使用均熱板可以使熱源和設備直接接觸降低熱阻，而熱管則在熱源和熱管間需要嵌入基板；最后均熱板更加輕薄，更能夠適應手機集成化、輕量化的趨勢。熱管散熱的導熱系數(shù)為5000–8000W/(m×k)，而均熱板擁有比熱管更大的腔體空間，可容納更多的作動流體，導熱系數(shù)可以達到20000W/(m×k)以上。同時VC均熱板散熱面積更大，可以覆蓋更多熱源區(qū)域實現(xiàn)整體散熱；并且VC均熱板更加輕薄，更加符合目前手機輕薄化、空間利用最大化的發(fā)展趨勢。圖19：VC均熱板 資料來源：中石科技，除了以均熱板散熱為主，智能手機還會采用散熱膜輔助。而散熱膜的材料上，除了一直廣為采用的石墨，石墨烯殺出重圍，成為了新的流行材料。石墨烯作為從石墨材料中剝離出的單碳原子片狀材料，由一系列按蜂窩狀晶格排列的碳原子組成。這種特殊的結構使得石墨烯具有比銅更優(yōu)良的導電性，超過鋼100倍的強度，并且能夠快速擴散熱量。在折疊屏手機中，石墨烯材料能夠解決折疊和展開時，元器件散熱不均的問題。如2022年11月華為新發(fā)布的PocketS即采用業(yè)界首創(chuàng)超冷柔性石墨烯散熱系統(tǒng)，跨軸石墨烯導熱層跨軸傳導，高效導熱，導熱面積提升80%，超大面積散熱層迅速散熱，散熱面積提升62%。冷卻方式優(yōu)點缺點冷卻方式優(yōu)點缺點產(chǎn)品舉例石墨膜高導熱性、易加工、柔韌、無氣液體泄漏性石墨片厚度限制，價格偏高iPhone11熱管散熱使用壽命長，布置靈活傳導方式較為單一，接觸面積小華為mate30石墨烯 耐高溫良好導熱、化穩(wěn)性、性比較高

無法與芯片直接接觸，一定程度上影響了散熱效果

華為PocketS、mate50、小米13VC熱板 實現(xiàn)多度多平導，散效好；體積小，滿足輕薄要求資料來源：三句半會客廳，

成本較高 一加Ace、vivoX80小米比起臺式機，筆記本電腦的散熱更是市場攻略的重點。最早的筆記本電腦被認為是臺式機電腦的變種，功能不夠強大，散熱并不是它的重點部位，于是多通過在內部安裝風扇解決問題。自初代開始，風冷就是筆記本電腦最常見的散熱方式。在技術進一步成熟、市場需求進一步擴大后，游戲本等高性能分支出現(xiàn)，隨之而來的就是散熱設計的進步。筆記本的散熱設計原理一直沿用至今，簡言之就是熱管導熱、風扇吹風、鰭片散熱的三合一方式。首先，芯片發(fā)熱，熱量通過硅脂傳到導熱管末端，隨著導熱管一直傳導到另一端的散熱鰭片上。在散熱鰭片的后端有風扇，風扇通過筆記本底部的通風孔吸入空氣，將導到散熱鰭片一端的熱量吹出到機體外部以達到散熱目的。圖20：筆記本電腦散熱原理圖 資料來源：佛大計協(xié)，散熱鰭片是直接與CPU接觸的介質，直接吸收熱量。因為不同金屬有不同的特性，散熱鰭片的材質對于散熱效果有不同影響。如，鋁制鰭片的成本低，散熱效果較好，而銅制鰭片導熱更快?？紤]到鋁制鰭片需要達到一定規(guī)模體積且需要一定數(shù)量熱管才能完全發(fā)揮作用，在筆記本電腦中，銅制鰭片會更為合適。另外，散熱鰭片的表面積大小也會影響最終的散熱效果，表面積越大，散熱效果越好；表面積越小，散熱效果就越差。而對熱管散熱效率有關的因素，是熱管的直徑、數(shù)量、長度、彎曲程度以及扁平程度。一般來說銅管越扁，熱對流越慢，導熱性能越差。2根熱管足以應對大部分不超頻家用以及辦公電腦CPU滿負荷的發(fā)熱量，高端CPU則需要配備4~8根導熱銅管。綜合而言，熱管從芯片到鰭片的距離越短、直徑越粗、彎折次數(shù)越少、彎折角度越小、數(shù)量越多，散熱性能越好。散熱風扇在散熱系統(tǒng)中屬于主動散熱的類型，筆記本電腦的散熱風扇在運轉時可以制造出強對流，將其他散熱組件傳輸出來的熱量通過空氣帶走。散熱風扇的轉速越高，風量越大，目前筆記本電腦常用的風扇類型有軸向型風扇和輻射型風扇。圖21：筆記本電腦散熱系統(tǒng) 資料來源：科技方法派，近年來筆記本電腦的散熱原理并沒有發(fā)生質變，但是更高的性能使得廠家在散熱組件的“量”上堆疊，如更多風扇、更大面積的均熱板、加厚鰭片等等。在消費電子領域，散熱龍頭有專注導熱材料的中石科技、集中于石墨材料的碳元科技、消費電子領域全線布局的飛榮達等。企業(yè)名稱 相關業(yè)務 體量 產(chǎn)品舉例表8：消費電子領域散熱龍頭企業(yè)名稱 相關業(yè)務 體量 產(chǎn)品舉例中石科技

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202214.8293.06%飛榮達碩貝德

公司擁有電磁屏蔽材料及器件導熱材料及器件生產(chǎn)的先進技術，產(chǎn)品線齊全、質量穩(wěn)定、可靠性高、能夠為客戶提供電磁屏蔽、導熱應用及相關通信業(yè)務的解決方案，擁有多年的精密模切、精密沖壓和精密注塑經(jīng)驗，及全球供貨和本地化服務能力。公司作為國內電磁屏蔽熱管理領域的領先企業(yè)，公司產(chǎn)品主要應用在網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)中心(服務器)、消費電子、新能源汽車、人工智能、光伏儲能、醫(yī)療及家用電器等領域。2019

2022年主營業(yè)務收入為0.950.87億元，占比91.570.562022年主營業(yè)務收入為0.950.87億元，占比91.570.56元，占比58.94%碳元科技 電子散領域市場位，發(fā)厚度高能人合成墨等新產(chǎn)品，并已實現(xiàn)批量交付，更好的滿足客戶需求，超薄熱管、超薄均熱板等產(chǎn)品已能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品良率得到不斷提升，已批量生產(chǎn)并交付客戶。2022年公司持續(xù)為vivo、oppo、三星、華為等著名智能手機品牌提供產(chǎn)品和服務。報告期內，公司努力維持在消費202215.46億元，中散組件 1.58億元，比10.20%202225.083.2012.75%資料來源：各公司年報、官網(wǎng)，新能源車領域散熱PCB4.1.1PCB汽車電動化帶動汽車PCB需求穩(wěn)健增長。圖22：汽車電子產(chǎn)品散熱需求資料來源：科技方法派，新能源汽車走向高集成化趨勢，形成大三電集成（將新能源車電控、電機和減速器集成為一體）與小三電集成（將車載充電器、動力驅動單元、DC-DC器整合為充配電一體），新能源汽車800V高壓平臺也將成為主流方案。解決大功率散熱是新能源汽車PCB設計的主流趨勢，包括厚銅或嵌入銅方案、在BMS中用軟板代替線束的方案。圖23：PCB電路板散熱技術流程資料來源：科技方法派，PCB中有少數(shù)器件發(fā)熱量較大時(少于3個)時，可在發(fā)熱器件上加散熱器或導熱管，當溫度還不能降下來時，可采用帶風扇的散熱器，以增強散熱效果。當發(fā)熱器件量較多時(多于3個)，可采用大的散熱罩(板)，它是按PCB板上發(fā)熱器件的位置和高低而定制的專用散熱器或是在一個大的平板散熱器上摳出不同的元件高低位置。將散熱罩整體扣在元件面上，與每個元件接觸而散熱。但由于元器件裝焊時高低一致性差，散熱效果并不好。通常在元器件面上加柔軟的熱相變導熱墊來改善散熱效果。圖24：熱相變導熱墊資料來源：科技方法派，大功率充電標準提高，HPC迎來散熱挑戰(zhàn)汽車工程師協(xié)會SAE、CharINE.V.、CHAdeMO等多個全球協(xié)會、組織都在推進全球新能源汽車的快速充電標準，大功率充電技術雖然前景可期，但是它面臨的挑戰(zhàn)也不少，尤其是在熱管理上的挑戰(zhàn)，大電流帶來的熱損耗和問題非常多而且棘手。所有部件（從連接器到線纜）的電阻都會在大電流下發(fā)熱，針對電池在充電期間出現(xiàn)過熱的情況，需要在設計導電元件和確定尺寸時考慮這些熱損失，以免發(fā)生過載、過熱或充電電流受控降額等問題。圖25：開邁斯180kWHPC高壓充電樁資料來源：科技方法派，HPCDC幾乎代表了電動汽車中電氣系統(tǒng)最大的負載狀態(tài)，而且在充電時因為汽車處于靜止狀態(tài)，沒有可以用于冷卻的對流，過熱問題會進一步惡化。當電流越大時，要想以相同的電壓水平傳輸功率而不會過熱，所需的電纜橫截面積就越大，這也會大大壓縮整車重量和可用空間。HPC的散熱往往從多個方面同時進行，除了材料本身的散熱之外，還存在熱輻射以及通過冷卻空氣或冷卻劑流動進行散熱的方式。熱管理材料一種是材料本身散熱，即使用新能源電池方面的復合相變熱管理材料。金屬有機骨架(MOF)，具有比表面積大、孔隙率高的優(yōu)點，是一種有效的相變材料封裝載體。MOFMOF池組的溫度分布更均勻，減少過熱現(xiàn)象。已有研究設計了一種用于電池熱管理的新型復合相變材料，通過對月桂酸(LA)的吸附，可以得到形狀穩(wěn)定的LA/EG@HPC復合相變材料。載體的三維結構可以為LA提供連續(xù)的分層換熱網(wǎng)絡通道。復合相變材料的負荷率可達70%，導熱系數(shù)為2.546W/(m.K)，是純LA8.4圖26：EG@HPC的制備示意圖 資料來源：科技方法派，液冷散熱對于此類熱流密度較高的設備，液冷系統(tǒng)具有更高的換熱效率，與風冷相比，不僅可以縮小換熱設備體積，還可以實現(xiàn)溫控。大功率充電連接器冷卻系統(tǒng)主要由液冷泵站、循環(huán)管道、散熱器、冷卻液等組成，循環(huán)管道內置于充電電纜中，液冷泵站安置在充電樁內部，當冷卻系統(tǒng)開啟時，冷卻液通過循環(huán)管道帶走熱量并進入散熱器冷卻，從而保證大功率充電連接器在合理的溫度范圍內工作。圖27：大功率充電連接器冷卻系統(tǒng)示意圖 資料來源：科技方法派，大功率充電連接器冷卻系統(tǒng)通常置于充電樁內部，受充電樁體積限制較大。因此在滿足散熱需求的基礎上，應盡量縮小冷卻系統(tǒng)體積以節(jié)省空間及成本，大功率充電連接器冷卻系統(tǒng)小型化已成趨勢。烯泰天工自主研發(fā)的小管徑ф4平行流換熱器，為國內首家推出，集中傳統(tǒng)盤管冷凝器、絲管冷凝器、微通道冷凝器的優(yōu)點，較傳統(tǒng)換熱器換熱比表面積增加80%以上，換熱效率和節(jié)能效果獲得大幅提升，具有體積小、能效高的優(yōu)勢。可實現(xiàn)充電樁散熱系統(tǒng)小型化，為電源電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展助力。此外，液冷充電槍是目前很流行的降低熱損耗的辦法，供應商目前正在整合DCHPC能的智能冷卻設計實時監(jiān)測溫度變化。圖28：小管徑ф4平行流換熱器示意圖 圖29：菲尼克斯HPC充電槍資料來源：科技方法派， 資料來源：科技方法派，相關公司英特科技英特科技是一家專業(yè)從事高效換熱器的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的高新技術企業(yè)，產(chǎn)品主要包括高效新型殼管式換熱器、同軸套管式換熱器、降膜式換熱器等產(chǎn)品以及分配器等，作為熱泵、空調的核心零部件，廣泛應用于采暖、熱水、制冷、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領域。公司憑借先進的研發(fā)能力、高水平的生產(chǎn)工藝以及嚴格的質量管控，在行業(yè)內已建立起較高的品牌知名度和影響力，成為換熱器領域主要生產(chǎn)企業(yè)，2