导热界面材料:解决电子设备于“火热”之中

    2019-09-05 10:35
    头豹研报

    2019年中国导热界面材料行业概览

    2022-03-02

    消费电子、通信设备引领导热界面材料行业高速发展

    21世纪初期全球制造业向中国转移,中国导热界面材料得以快速发展,导热界面材料市场规模不断扩增。导热界面材料下游消费电子、新能源汽车、通信技术、医疗等应用行业的发展,推动了中国导热界面材料的高速增长。 

                                                                                                                               

    导热界面材料概念介绍

    导热界面材料(或热界面材料),Thermal Interface Materials(TIM),是一种提高电子设备散热效率和效果的材料,在电子设备中排除电子元器件和散热器之间的空气,使电子设备工作产生的热量分散更加均匀。空气的导热系数只有0.024瓦/米·度,不利于散热,阻碍了热量的传导。导热界面材料将电子设备中的空气排除,在电子元器件和散热器之间建立高效热传导通道,可提高散热器工作效率。

    电子设备功能日渐复杂,计算性能、显示性能、续航性能提高,电子设备内模组集成度加速提升,导致电子设备的工作功耗和发热量变大,提高电子设备散热效率已成为其设计阶段的首要目标之一。


    中国导热界面材料行业产业链分析

    导热界面材料产业链上游参与者为原材料供应商,如石墨供应商、PI膜供应商、硅胶供应商等;中游参与者为导热界面材料生产商;下游参与者为导热界面材料的应用领域,如消费电子、新能源汽车、基站、工业、数据中心、医疗等领域。

    中国导热界面材料行业产业链

    来源:头豹研究院编辑整理


    上游:

    原材料成本约占导热界面材料生产总成本的70%左右。导热界面材料以石墨、PI膜、硅胶为主,大多数原材料市场化成熟,市场中存在众多供应商,因此原材料供应充足。中国石墨深加工技术走在世界前列,高温提纯、石墨烯生产等加工产品在国际市场具有优势。PI膜生产具有极高的技术壁垒,中国企业多采用工艺简单的热亚胺化法,而难度较大的化学亚胺化技术产能高,所生产的PI膜物化性能好,此技术多由美国、日本、韩国等国的企业掌握。中国硅胶产业成熟,拥有完整的产业链,每年可生产约280万吨有机硅胶。但中国硅胶市场集中度低,竞争激烈,硅胶产品同质化,以低端产品为主,高端产品依赖进口。

    中游:

    导热界面材料行业产业链参与者为导热界面材料生产商以及导热解决方案服务商。导热界面材料生产商从事导热材料的研发、设计、生产和销售,并可有偿为客户提供导热应用解决方案。导热界面材料厂商为其客户提供导热材料产品的同时,可全方位了解下游客户应用需求,以帮助客户更好实现应用目标。此外,导热界面材料厂商根据下游客户要求,对客户产品进行深入分析,并对客户定制导热应用解决方案。

    下游:

    导热界面材料下游应用领域丰富,消费电子、通信设备、新能源汽车、工业、医疗、数据中心等领域对导热界面材料均存在巨大需求。随着电子设备的发展,电子设备性能不断加强、功能变多、产品体积在逐渐缩小,电子设备朝着高性能、集成化、紧凑化发展,高性能导热电子设备中电子元器件功耗变大,发热量提高,而密封环境导致电子设备自然散热能力变差,电子设备散热需求急速上升,带动导热界面材料需求量上市


    中国导热界面材料行业市场规模分析

    导热界面材料作为电子设备中不可或缺材料,其下游应用领域的发展将推动导热界面材料需求上升。中国导热界面材料行业市场销售规模从2014年的6.6亿元增长至2018年的9.6亿元,年复合增长率达9.9%

    受益于2019年5G技术开始商用,5G基站和5G电子设备散热需求提升,导热界面材料有望迎来大幅增长。同时,随着中国制造业水平的不断提升,以及导热界面材料下游新兴应用领域如数据中心、新能源汽车、可穿戴设备等的高速发展,其散热需求也将同步上升,中国导热界面材料行业市场规模未来有望继续攀升

    中国导热界面材料市场规模(按销售额计),2018-2023年预测

    来源:头豹研究院编辑整理


    中国导热界面材料行业驱动因素分析

    Ø 消费电子散热需求升级,带动导热界面材料发展

    随着电脑、手机、可穿戴设备等消费电子产品配置升高,消费电子产品硬件不断升级,向高性能、高传输速率和智能化方向发展,消费电子产品的CPU、显示屏、射频器件等都将迎来新的改变。硬件的升级改造对散热提出了更高的要求,推动导热材料需求扩增

    Ø 5G基站建设拉动导热材料需求增长

    由于5G基站采用大规模天线阵列技术(Massive MIMO)且具有更高的传输速率与容量,5G基站内射频单元、天线振子等电子元器件数量增加,为兼顾基站体积和重量,基站将朝小型化和集成化发展,狭小的空间导致热量难以散发,基站散热需采用更高效的热管理方式,传统的铝、铜散热方式难以克服体积问题,具有高导热效率、小体积的导热界面材料将被引用于5G基站中。

    Ø 新能源汽车高速发展,导热材料需求迎来增长

    汽车电子化程度升高,汽车内电子设备数量增多,构件更为复杂,为导热界面材料市场带来新的增长空间。不同于传统汽车,新能源汽车应用了大量如传感器、雷达、计算芯片等高功率电子设备,设备产热量增加,汽车内导热材料和器件需求提高。同时,为有效控制新能源汽车电池温度,导热界面材料被应用至锂离子电池组中,能有效保持电池热量传递的通畅性以及电池不同部位之间温度分布均匀,保证电池处于适宜的工作温度。

    中国导热界面材料行业驱动因素

    来源: 头豹研究院编辑整理


    中国导热界面材料行业发展趋势

    Ø 石墨烯是导热界面材料未来新方向

    石墨烯理论导热系数高达5,300W/mK,是常见金属银材料的13倍、铜材料的14倍,也远高于石墨151 W/mK的导热率,是良好的导热材料。利用石墨烯制成的高导热石墨烯散热片具有极高的导热率和热辐射系数,应用于智能手机、电脑等电子产品中,可有效提升设备性能、提高设备使用寿命。同时,石墨烯还可被用于制作复合材料,生成热导纤维和导热塑料。石墨烯所形成的导热塑料具有散热性能好、成本低、重量轻、易生产等优势,可用于电子产品塑料外壳生产等领域。

    Ø 多种散热解决方案结合

    整个智能手机行业呈现向更高性能、更大屏幕和更多功能趋势发展,中低端手机配置也不断升高,均加大了手机散热需求。未来手机厂商将采用多种散热解决方案共同实现智能手机散热。现在已有部分手机厂商在其产品中采用石墨片与热管散热结合方案,如华为手机Mate 20,三星Galaxy Note 9等。随着石墨烯技术逐渐成熟,热管散热成本减低,预计未来此种复合方案应用比例会进一步提高。

    中国导热界面材料行业发展趋势

    来源: 头豹研究院编辑整理


    深度见解

    导热界面材料是消费电子、通信设备、工业等领域不可或的缺的材料,其设计理念、生产工艺发展受应用领域需求影响大。中国导热界面材料市场规模受益于新能源汽车普及和5G基础设施建设呈现稳步增长,且随着下游应用领域对导热界面材料性能要求提高,导热界面材料向着高性能发展。同时为填补中国导热界面材料在高端领域的空缺,高端导热界面材料是未来主要布局方向。

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