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一、 消費電子朝多功能、輕薄化方向發展,提高散熱需求
消費電子在實現智能化的同時逐步向輕薄化、高性能和多功能方向發展。智慧型手機輕薄化和便攜化的設計要求內部組件散熱性和可靠性更好。電子產品的性能越來越強大,而集成度和組裝密度不斷提高,導致其工作功耗和發熱量的急劇增大。據統計,電子元器件因熱量集中引起的材料失效佔總失效率的 65%-80%,熱管理技術是電子產品考慮的關鍵因素。
(一) 高性能電子產品發展突出散熱需求
在消費電子向超薄化、智能化和多功能化的發展趨勢下,集成電路晶片和電子元器件體積不斷縮小,其功率密度卻快速增加;手機 CPU 頻率正迅速提升,同時封裝密度也越來越高、機身 越來越薄,散熱問題已經成為電子設備亟需解決的問題。
智能機性能不斷提升,中高端智慧型手機朝集成化方向發展:(1)更高的頻率和性能,四 核、八核將成為主流;(2)更大更清晰的屏幕,2K/4K 都將出現在手機屏幕上;(3)柔性屏, 可彎曲;(4)更多內置無線設備,如 NFC、低頻藍牙、無線充電等。這些發展趨勢將會大 大增加智慧型手機的發熱量,散熱將成為整個智慧型手機行業面臨的主要問題之一。散熱問題處 理不好將造成智慧型手機卡頓、運行程序慢、燒壞主板甚至造成爆炸的危險。
OLED 屏幕的滲透和無線充電技術的普及也加大了散熱的需求和難度。一方面,手機的快充 功率及無線充電的功率逐步提升,功率增加提高了散熱的需求。另一方面 OLED 屏幕滲透率逐步 提升,而 OLED 材料由於高溫受熱易衰退,因此對散熱要求越來越高。同時 5G 智慧型手機天線數量可達 4G 手機的 5-10 倍,無線充電等技術的創新也同樣提高了散熱的需求。
智能機功耗變大,智能終端處理高效能應用時將會發出大量熱量。其中功耗主要來源於以下部件:(1)屏幕顯示:其主要耗電部分為背光燈、觸控傳感器和 GPU。超高像素的計算量增加 和高背光需求及 GPU 性能逐年增強加重了這一趨勢。2560x1440 的原始解析度(577ppi)運行時, 高達 10.247W 的功耗比 1280x720 解析度(289ppi)運行時的功耗高出 87.3%。(2)處理器:處 理器是整機絕對的耗電大戶,運行於 2.4GHz 的八核心 CPU 滿載情況下可達到 3~5W 的功耗並嚴 重發熱。(3)網絡與無線連接:數據網絡與連接的基礎作用在智慧型手機上的重要性與日俱增, WIFI 和藍牙設備也增加功耗,這部分在使用時的功耗水平普遍也在 1000~1500mW 左右。(4) 位置服務:這部分的功耗來自於 GPS 晶片的計算工作和加速計陀螺儀等的支持工作,約為 50mW。 (5)數據存取:每 MB 的文件寫入需要峰值約 400mW 的功耗,以壓縮後碼率為 3000kbps 的 1080p 視頻寫入 ROM 來計算,功耗約 120mW,而寫入 4K 視頻需要的功耗更多。
(二) 導熱材料廣泛應用於消費電子散熱,但散熱效果減弱
手機散熱有主動與被動散熱兩種,基本思路是降低手機散熱的熱阻(被動散熱)或減少手機的發熱量(主動散熱)。主動散熱通過降低晶片的功耗減少熱量而實現,與電子設備的研發相關。而被動散熱是通過導熱材料與器件來達到散熱效果。手機產生熱量的部件主要是 CPU、電池、主板、射頻前端等,這些部件所產生的熱量會由散熱片導入到熱容量大的夾層中,然後通過手機外殼和散熱孔散出。
正常狀態下手機溫度為 30-50 度,總體溫度不要超過 50 度為佳,超過 50 度時手機的性能會 受到影響。當手機的功耗越強時,CPU 的發熱量越大,散熱也越困難。手機過熱的原因之一是導 熱不充分,散熱不合理,導致熱量在手機內部聚集,使某一部分過熱。
導熱材料主要用於解決電子設備的熱管理問題。試驗已經證明,電子元器件溫度每升高 2℃, 可靠性下降 10%;溫度達到 50℃時的壽命只有 25℃時的 1/6。導熱材料主要是應用於系統熱界面之間,通過對粗糙不平的結合表面填充,用導熱係數遠高於空氣的熱界面材料替代不傳熱的空氣,使通過熱界面的熱阻變小,提高半導體組件的散熱效率,行業又稱「熱界面材料」。
熱量的傳遞方式主要有三種:熱傳導,熱對流和熱輻射。根據熱的傳遞方式,散熱系統可以由風扇、散熱片(如石墨片、金屬散熱片等)和導熱界面器件組成。以普通的 CPU 風冷散熱器 為例,其工作原理是 CPU 散熱片通過導熱界面器件與 CPU 表面接觸,CPU 表面的熱量傳遞給 CPU 散熱片,散熱風扇產生氣流將 CPU 散熱片表面的熱量帶走。目前市場上廣泛應用的導熱材料有導熱膠、導熱泥、導熱凝膠、導熱石墨膜、相變化導熱界面材料等。
傳統的導熱材料主要是金屬材料,如銅、鋁、銀等。但是金屬材料密度大,膨脹係數高,在要求高導熱效率的場合尚不能滿足使用要求(如銀、銅、鋁的導熱係數分別為 430W/m.K, 400W/m.K, 238 W/m.K)。導熱石墨片具有獨特的晶粒取向,可沿兩個方向均勻導熱;其通過將手機發熱的中心溫度分布到一個大區域以便均勻地散熱。目前智慧型手機中的散熱方案大多採用石墨片散熱方案,但隨著電子設備散熱需求的增加,單層或雙層石墨片的導熱不能滿足更高的散熱需求。
二、 5G 發展提高散熱需求,新技術推動散熱革新
5G 時代的高速度和低延遲給我們帶來更佳的體驗感,但是對於電子設備而言功耗會增 加,發熱量也隨著上升。消費電子的導熱和散熱能力的強弱成為產品穩定立足的關鍵技術之 一。另一方面,5G 時代電子設備上集成的功能逐漸增加並且複雜化,以及設備本身的體積 逐漸縮小,對電子設備的熱管理技術提出了更高的要求。解決消費電子的散熱問題成為 5G 時代電子設備的難點和重點之一。
(一) 5G 對散熱要求急劇增加
1、5G 來襲射頻前端升級,發熱量劇增
5G 手機要求更快速的傳輸速率,MIMO 技術帶來天線數量增加。5G 時代射頻前端需要 支持的頻段數量大幅增加,同時高頻段信號處理難度增加導致系統射頻器件的性能要求大幅 提高,載波聚合及 MIMO 技術等新應用要求各射頻器件進行相應的技術更新。4G 的手機天 線主要是 2*2 MIMO,5G 將更多採用 4*4 MIMO 天線方案,從而提高 5G 的傳輸速度。但是 在高速傳輸的過程當中極其容易產生熱量,需要降低傳輸過程中的溫度。如何解決傳輸過程 當中的射頻前端溫度,降低手機性能的損耗是目前 5G 手機裡面的挑戰之一。
5G 手機中普通的濾波器對於溫度的敏感度高,一旦外部的溫度環境發生了變化,會使 濾波器的性能出現急劇的下降。隨著頻段數量的增加,相比於 4G 手機,5G 手機中射頻濾波 器件的需求量也相應增加,對於溫度的控制與散熱的要求也越來越高。
2、5G 手機功耗及結構變化增加散熱需求
功耗增加及手機結構的變化增加 5G 手機散熱需求。(1)5G 手機晶片處理能力有望達到 4G 手機的 5 倍,隨著 5G 手機功能越來越強大、處理能力越來越強的同時功耗也隨之增加,手機發熱 密度絕對值也將增長,因此 5G 手機將面臨著更大的散熱壓力。(2)隨著 5G 手機天線數量增加 以及電磁波穿透能力變弱,手機機身材質逐漸向非金屬靠攏,同時 5G 手機越來越輕薄化、緊湊, 對於手機的散熱設計也越來越具有難度。
(二) 手機散熱方案對比,熱管、均溫板方案突出
隨著手機硬體的不斷升級,其所執行的任務計算處理更加繁雜,CPU 等晶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的要求更高,而金屬背板對信號屏蔽的缺陷將被 放大,預計 5G 手機不再採用金屬背板設計,原有的石墨加金屬背板散熱技術面臨重大挑戰,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。
從各類手機機型的散熱方案來看,熱管與均溫板散熱技術逐漸興起。2018 年小米發布的黑鯊 手機採用熱管散熱技術,熱管直徑為 3mm,長度為 60mm,散熱面積高達 6000mm,對比無熱管 CPU 散熱效率提升 20 倍;CPU 核心溫度降低 8℃,處理器可以長時間保持高頻和穩定輸出。
201 9年華為發布的新款 5G 手機 Mate 20 X 中散熱系採用的是超強導熱的均熱液冷技術 (Vapor Chamber) 和石 墨烯膜組成。VC 液冷冷板同時覆蓋了華為 Mate 20 X 處理器的大核、小核、GPU,處理器的熱量 通過更短的路徑傳到 VC 冷板上,並通過相變傳熱系統將熱量擴散到整個機身。據華為官方表示, 石墨烯膜+VC 液冷冷板的組合散熱方案的應用使華為 Mate 20 X 的散熱能力較上代 Mate 10 提升 約 50%,發熱集中點的溫度較上代下降了 3 度以上。官方實測顯示,遊戲一小時後華為 Mate 20 X 的正反面溫度分別只有 37.4℃、38.1℃,明顯低於三星 Note 9 和 iPhone XS Max。
(三) 石墨烯、熱管/均溫板散熱技術興起
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異的導熱係數的 特點(性能好的石墨片導熱係數能達到 1500-1800W/mK·,而一般的純銅的導熱係數為 380W/mK·,高的導熱係數有利於熱量的擴散),能夠迅速降低電子產品工作時發熱元件所在 位置的溫度(熱點溫度),使得電子產品溫度趨於均勻化,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定性及使用壽命。智慧型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採用的主流散熱方式。
石墨片生產工藝流程中核心環節是碳化和石墨化,在此過程中原料的選擇、碳化和石墨化爐的製造、升溫速率的選取、碳化和石墨化溫度的控制、石墨化中升溫和降溫的控制方式、參照溫度和閾值的擬定以及周期性振蕩的調控都影響著高導熱石墨原膜的質量乃至製備的成功性。壓延工藝需要高技術水平進行處理以取得高密度的石墨膜並提高其熱導係數;貼合需要特定的機器進行處理從而使得塗膠層均勻且厚度儘可能小,從而保證後續產品的質量;模切需要根據客戶需求通過 精密加工和切割將壓延後的高導熱石墨膜原膜製備成形狀大小不同的高導熱石墨膜成品。
石墨烯具有優異的熱傳導特性,且其導熱率為 800~5300 W/mk,是已知導熱係數較高的材料,其散熱效率遠高於目前的 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,綜合性能優異,為電子產品的薄型化發展提供了 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 等其他薄膜類材料複合。 此外,這種導熱材料有彈性,可裁切衝壓成任意形狀,並可多次彎折;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。華為 Mate20 系列手機中採用了石墨烯材料。
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域降溫凝結後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。
均溫板( V a p o rChamber)從原理上類似於熱管,但在傳導方式上有所區別。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。均溫板散熱方案在於將多個點的熱源之熱流在短距離內將其均勻的分布於較大散熱面積,隨著熱源之熱通量的不同,均溫板 之等效熱傳導係數亦會有所不同。將 VC 在其他的機器上使用時,可以使板上每顆晶片的溫 度都是一樣的,這樣做比較有利於電器的散熱。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區時,腔體裡面的工作流體會因真空條件下,於特定溫度開 始產生液相汽化的現象,這時工作流體就會吸收熱能並且快速蒸發。
(四) 對比 各 類 散 熱 技 術 , 熱 管 與均溫板優勢凸顯
隨著電子產品越來越輕薄化,由於機體內部空間狹窄,其散熱能力也就受到一定限制。 在智慧型手機上主要的發熱源包括這五個方面:主要晶片工作、LCD 驅動、電池釋放及充電、 CCM 驅動晶片、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,通過對比發現,我們認為熱管與均溫板的散熱技術方案優勢明顯。
1、熱管與均溫板導熱係數高於其他方案,導熱效率優勢突出
熱管的導熱係數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,熱管與均溫板的優勢明顯。均溫板真空腔底部的液體在吸收晶片熱量後,蒸發擴散至真空腔內,將熱量傳導至散熱鰭片上,隨後冷凝為液體回到底部。這種蒸發、冷凝 過程在真空腔內快速循環,實現了相當高的散熱效率。
5000-10000 W / mK。這是固態銅的 250 倍、固態鋁的 500 倍。但是熱管的導熱率隨著溫度的 變化而變化。當 75mm 的熱管長度能夠達到 10,000 W / mK 的導熱率,而 200mm 長導熱管導 熱率剛好超過 44,000 W / mK。如榮耀 note10 熱管長度約 113mm,貫穿散熱面積達到 177mm*85mm,經過的金屬散熱面積 15000 mm,整體均溫效果好。
均溫板散熱技術方案的性能優於熱管散熱技術方案的 15-30%。一方面是均溫板通常與 熱源直接接觸,從而降低總熱阻並改善了性能,而熱管需要在熱源和熱管之間安裝一塊安裝 板。另一方面,均溫板在晶片界面實現更好的等溫從而減少熱點,比熱管產品有更高的性能。
2、熱管/均溫板均溫效果好且使用壽命長
均溫版的面積較大,能夠更好的減少熱點,實現晶片下的等溫性,同時均溫版還更加輕薄,在快速的吸收以及散發熱量的同時也更加符合目前手機更加輕薄化、空間利用最大化的 發展趨勢。此外均溫板傳熱速度快、啟動溫度低、均溫性能好並且使用壽命長。
熱管內腔裡面的蒸汽的飽滿度可使熱管具有等溫性。原理在於主要蒸汽處於飽滿的狀態下,溫度才會處於飽和的狀態,因此熱管會有等溫的特性。此外手機中的熱管不會發生機械 或化學降解,使用壽命約 20 年,已超過液冷系統的平均壽命。
(五) 均溫板、熱管散熱技術未來朝更輕薄、高效能方向發展
隨著智慧型手機等各類消費電子的輕薄化趨勢,電子元器件也越來越輕薄,研發厚度更薄的熱管及均溫板,以及能用在高度輕薄的產品上成為均溫板及熱管未來的演化方向之一。目 前,日本和臺灣的多家散熱廠商都已經做好了量產 0.6 毫米超薄熱管的準備,並計劃在此基 礎上繼續縮減 25%,達到 0.45 毫米級別。熱管的主要材質是銅,必須有一定的厚度才能保 持形狀,但是手機、平板內部空間有限,熱管不得不儘可能地做薄,這是一個需要平衡把握的難題也是未來的發展方向。目前日本和臺灣以及國內的公司都已經在布局研發專供智能手 機的超薄熱管。PC 上用的熱管直徑一般在 1-2 毫米,超薄本、平板機的分別為 1-1.2 毫米、 0.8 毫米,用於智慧型手機的則進一步縮小到了 0.6 毫米以內。未來手機熱管的直徑還會繼續縮 至 0.4-0.5 毫米。
開發高效能的熱管/均溫板以廣泛運用在高瓦數需求的產品是未來熱管/均溫板演化方向。隨著企業走向數位化,預期會產生越來越多的要求,加上物聯網與 5G 及人工智慧的發展, 對於產品運行瓦數要求也越來越高,也將促進消費電子等電子產品散熱往更高規格升級。
(六) 5G 手機散熱行業市場空間廣闊
隨著 5G 時代的到來,手機散熱需求出現劇增的狀態: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。我們預測 2022 年手機散熱行業中 4G 手機能夠達到 58 億的市場規模;5G 手機具有 31 億的市場規模,5G 手機 2019-2022 年 CAGR 為 376.95%。
(七) 平板電腦、可穿戴設備等擴大散熱行業空間
智慧型手機、平板電腦和可穿戴設備等消費電子產品的快速增長要求產品性能的不斷提高,增加了散熱需求。隨著 5G 時代帶來的換機潮,預計到 2023 年智慧型手機出貨量將達到 15.4 億部。 根據 Wind 資訊的統計數據,2012-2018 年平板電腦出貨量保持高速增長,雖然近幾年略有下滑,但預計未來下降速度會有所緩和。隨著硬體性能和可擴展性的不斷提升,已經有部分平板電腦產品具有替代筆記本電腦的能力,但高性能平板電腦的散熱問題仍需進一步解決。
根據 IDC 發布的數據,預計 2022 年可穿戴設備市場可達到 1.9 億臺。Apple Watch 中具有醫 療傳感器、無線充電、壓力傳感器、觸覺反饋、藍寶石和 SIP 封裝等技術特點,其中的無線充電、晶片等對散熱都提出了更高的要求。可穿戴設備中的晶片、電池、屏幕等都會增加散熱的需求。
三、 熱管、均溫板工藝難度高,龍頭公司享受高附加值
(一) 石墨片市場格局穩定,海外龍頭佔據上遊高端材料
石墨膜/石墨片的上遊原材料市場集中度較高。高導熱石墨膜的主要上遊原材料為聚醯亞胺,輔料為膠帶、保護膜等,主要生產設備為碳化爐、模切機、壓延機等設備。其中聚醯亞胺是一種高性能的絕緣材料,該產品具有較高的技術壁壘,全球範圍內高性能的聚醯亞胺生產廠商較少,主要有美國杜邦、日本 Kaneka、韓國 SKPI 等,合計佔據全球高達 90%的市場份額。國內大約 80 家規模大小不等的 PI 薄膜製造廠商,包括桂林電科院、今山電子、深圳瑞華泰等,但多數是 用於低端市場,高端市場仍多數為國外企業壟斷。
國產廠商積極參與中遊石墨片/石墨膜行業競爭:國際廠商包括日本松下、美國 Graftech 和日本 Kaneka,國內廠商包括碳元科技、中石科技、嘉興中易碳素、博昊科技、新綸科技、 深圳壘石。由於散熱需求的增加以及廣闊的市場空間,多家公司已積極部署在石墨片/石墨膜 業務的研製與開發。
中石科技在石墨材料的工藝技術方面具有較強的經驗和研發能力。中石科技是一家兼有 導熱材料技術和合成石墨技術的全面熱解決方案公司,石墨收入佔公司總收入的 70%左右。中石科技在導熱材料業務方面已經開發成功完整導熱材料產品線,掌握核心配方和製造工藝技術。在導熱材料方面,公司擁有超高溫燒結技術、高精度壓延技術、導熱流體高分子材料 技術、導熱柔性彈性體材料技術等主要核心技術,並且公司研發的導熱係數 1800W/m-K 厚 度 10u 的高導熱超薄的石墨膜已完成小批量試製,公司擁有導熱材料獨特技術配方,生產工 藝水平較高,產品性能指標保持在較高水平。
碳元科技自主研發取得核心技術並已申請專利。碳元科技是具有大規模生產高導熱石墨 膜能力的企業之一,2016 年已形成年產近 300 萬平方米的產能,具有一定的規模效應。公司 生產的高導熱石墨膜最薄可達 10m,導熱係數達到了 1,900W/(mK· ),處於世界先進水平。 在高導熱石墨膜生產工藝流程的碳化石墨化中原料的選擇、碳化和石墨化爐的製造、升溫速率的選取、碳化和石墨化溫度的控制、石墨化中升溫和降溫的控制方式、參照溫度和閾值的擬定以及周期性振蕩的調控都影響著高導熱石墨原膜的質量乃至製備的成功性,而碳元科技經過長時間試驗調整並經過工業化量產實踐後,擁有核心生產工藝且已取得專利。公司通過溫度振蕩的方式來改進高導熱石墨膜的製造工藝,同時公司研發的一種超薄高導熱石墨膜及 其製備方法已處於應用改善階段。
下遊消費電子產品出貨量的高速增長帶動石墨片/石墨膜的高速增長。下遊智慧型手機、平 板電腦和可穿戴設備等消費電子產品的快速增長要求產品性能的不斷提高和產品外觀的快 速更新換代,帶來了散熱行業的發展機遇,石墨片/石墨膜以優良的散熱效果被廣泛接受。
(二) 熱管/均溫板核心技術要求高,工藝難
吸液芯的結構對均溫板內部的循環和相變換熱有著極大影響。常見的吸液芯結構主要有三種:金屬粉末燒結型、微槽道型及絲網型。金屬粉末燒結型是將金屬粉末(一般是銅粉)直接燒結在管(或板)的內壁,其優點是能提供大的毛細力。日本 Fujikura 和美國 Thermacore 以及雙鴻科技 和超眾科技目前以燒結銅粉工藝為主。
均溫板釺焊技術成品率不高。均溫板在製造過程中總共有三處需要焊接,即上下板的焊接、充注管與腔體的焊接以及充注管封口。均溫板上下板的焊接,其本質就是兩塊純銅板接觸面間的焊接,採用傳統釺焊的方式。釺焊是利用低於銅質均溫板熔點的釺料,和均溫板一同放到釺焊爐內,利用液態釺料填充上下均溫板間的空隙,冷卻後上下板即焊接在一起。釺焊技術的最大缺點是成品率不高。目前擴散焊工藝受到關注,擴散焊是一種在真空或者保護氣體的環境下,將均溫板上下板緊密結合,並對均溫板焊件施加一定的壓力,放到真空焊接爐內,在一定溫度下保持一定時間後,使焊接接觸面間的原子充分相互擴散,從而達到緊密連接的目的。
(三)材料 技 術 是 熱 管 / 均 溫板核心環節
熱管/均溫板的上遊材料大多通過採購方式獲得,主要包括銅片、銅粉、吸液毛細芯、腔 體、散熱鰭片等。生產廠商具有穩定的材料供應商(2 家及以上),在原材料的供應上面具有一定的穩定性。
國內公司參與中遊熱管/均溫板研發與設計。國際廠商包括美國 Honeywell Electronic Materials、日本 Fujikura、日本 Shinko 等。國內多家臺系廠商早已開始熱管/均溫板的研發與 設計,主要有雙鴻科技、健策精密、力致科技、超眾科技。大陸廠商碳元科技、中石科技也 在積極部署熱管/均溫板的散熱技術。
雙鴻科技:公司在散熱模組業務上具有前沿的工藝,研發超薄熱管/均溫板工藝具有核心 優勢。公司具有 Programmable Temperature & Humidity Chamber、EDX-720 等先進的研發設 備,並且在前置組裝工藝、回焊工藝及烤漆工藝上面具有超前的工藝水平。在熱管/均溫板的 厚度方面,公司具有核心的競爭優勢:於 2014 年已研發出超薄型均溫板、超薄型熱導管等 產品,並且公司的產品開發技術來源均以自行研發為主。公司散熱模組的客戶除了 DELL、 廣達、仁寶、緯創、三星、和碩、英業達與鴻海外,更是蘋果超薄筆電散熱模塊的唯一臺廠; 今年華為發布的 5G 手機中應用了雙鴻科技生產的高端冷卻模塊,該模塊由 0.4 毫米厚的銅 片組成。
健策精密:能提供客戶從模具製造、衝壓生產至電鍍成品垂直整合的生產流程。公司的核心競爭優勢在於產品研究開發技術可自行掌控,並且公司擁有完整的生產線,公司不僅是專業模具及衝壓廠商,並掌握表面處理等相關垂直製程。公司的高工藝水平使得產品從開發、加工到投入產出已建立完善的整合流程,能夠為客戶直接提供全程的開發技術與服務。公司 的核心散熱產品均熱片主要客戶為國際半導體大廠 AMD,產品被廣泛應用於下遊 3C 產業的 產品終端中。
超眾科技:掌握散熱關鍵元件之開發設計能力。超眾科技自 1997 年成功量產熱導管以 來,研製熱導管技術已非常成熟,公司具有累積 10 年以上及處理 1000 個以上散熱模組/元件 的經驗,並且近幾年公司將核心技術之應用範圍進一步拓展,以熱管傳導性佳、體積小之特性完成迷你熱管、凸臺熱板等散熱模組的開發。公司擁有熱管、超薄管、熱板及相關產品完 整研製能力與產能。目前公司研發技術發展持續朝輕、薄、強(Slight、Slim、Strong) 3S 散熱 方案開發。
力致科技:掌握主要元件-散熱風扇及熱導管核心製程。公司的熱導管屬於自製產品,主 要技術來源於自行研發。公司在工藝生產流程中擁有前沿水平,通過使用 Icepac 軟體設計、 模擬並驗證每樣產品的方式縮短開發時程同時降低成本。同時公司擁 CFD 散熱模擬的技術能 力,可進行效能評估。力致科技在熱管與均溫板技術上已發明多項專利,具有核心的自主研發技術。公司的主要客戶為知名資訊大廠,有鴻海、仁寶、廣達及緯創等,擁有穩定的客戶 群。
中石科技:公司超導散熱材料的生產工藝流程嚴謹:通過自動切管機、截斷機將銅管裁 剪出所需的規格,隨後利用軟管縮口機將一端縮口;使用電爐(900°C)將工件內部的銅粒 與銅管結合固定形成毛細;使用真空機、二次除氣機使工件內部呈現真空狀態;通過壓力測試、溫差測試、功率測試進行檢驗等。在製造工藝方面公司經過長期的生產製造積累了豐富 的工藝技術經驗,形成了標準化的工藝技術管理體系。
碳元科技:相變超導熱元件積極研發。公司在積極研發真空密封的高效傳熱元件,目前 公司的產品包括超薄微熱管和 VC 均熱板,產品主要由封閉的容器腔體結構、毛細微結構、 液體工質三部分構成。公司已實現產品超薄微熱管:能實現直徑 8mm,長度 100mm,厚度 打扁 0.3mm 以下,導熱係數 20000w/mk 以上,最大熱導功率 Q > 15w,溫差 Dt < 2℃,以及 產品 VC 均熱板:超薄微熱管的延伸,從一維擴展至二維面的熱傳導。產品可應用於各式熱 交換器、伺服器、冷卻器、電子產品散熱元件等,主要客戶為三星、華為、VIVO、OPPO 等。公司在超薄熱管工藝的研究與開發、液冷微超薄熱管工藝的研究與開發方面正在加大支 出。
四、 龍頭公司加大產業鏈布局
(一) 中石科技:積極布局熱管/均溫板技術
中石科技致力於使用導熱/導電功能高分子技術和電源濾波技術提高電子設備可靠性的 專業化企業,公司導熱材料產品主要包括合成石墨導熱膜、導熱墊片、導熱凝膠、導熱脂和 導熱相變材料。目前公司為愛立信、諾基亞、華為、三星、微軟、亞馬遜、谷歌、ABB、中 興、比亞迪、偉創力、捷普、鴻富錦、昌碩等國際知名企業的供應商。
2018年,公司實現7.63億的營業收入,其中導熱材料營收為6.77億,佔總營收的88.73%; 2014-2018 年營收的 CAGR 為 35.56%。2018 年歸母淨利潤為 1.41 億,同比增長 71.09%。2018 年公司研發支出 0.33 億,同比增長 10%。公司注重在散熱技術上的研發,10 月 16 日公司披 露定增預案,擬定增募資不超過 8.31 億元,淨額將用於「5G 高效散熱模組建設項目」以及補 充流動資金。
2019 年,中石科技司併購了江蘇凱唯迪科技有限公司 51%股權,進入熱管/VC/熱模組 設計技術領域。凱唯迪於 2018 年已開始布局熱管/均溫板項目,並投資 1000 萬元於超導散熱 材料項目,項目建成後預計年產 700 萬支超導熱管。通過併購凱唯迪,中石科技在積極部署 在熱管/均溫板散熱技術方面的產能儲備,在散熱行業進行產業擴展戰略布局選擇。
公司在石墨布局方面通過新產品開發取得新進展。為解決智慧型手機日益增長的均熱新要求,公司成功推出單層厚石墨新品。公司已完成智慧型手機市場重大布局,成為(中國第一知 名手機品牌商)華為和 VIVO 的正式供應商,進一步增強了在石墨市場地位。
公司向國內外申請發明專利及實用新型專利累計 100 項,其中公司向國內外申請發明專 利 47 項,取得國內發明專利 5 項,國外發明專利 1 項;公司申請實用新型專利 53 項,其中 已經授權使用新型專利 33 項。為解決智慧型手機日益增長的散熱要求,公司成功推出單層厚 石墨新品、超薄熱管及 VC 產品等並且公司率先在業界研發出可摺疊柔性石墨均熱組件,在 今年上半年取得國際發明專利正式授權,可應用於摺疊屏手機等可彎折設備。
碳元科技立足於消費市場,以散熱材料、3D 玻璃、陶瓷背板等為發展方向,致力於為客戶提供專業、高效、全套的散熱、背板解決方案,是國內開發、製造與銷售高導熱石墨材料的領先企業。公司自主研發、生產高導熱石墨膜,產品可應用於智慧型手機、平板電腦、筆記本電腦、LED 燈等電子產品的散熱。目前,公司產品主要應用於三星、華為、VIVO、OPPO 等品牌智能終端。
2018年,公司實現5.42億的營業收入,其中高導熱石墨膜營收為5.07億,佔總營收的93.54%; 2014-2018 年營收的 CAGR 為 12.61%。2018 年歸母淨利潤為 0.54 億,同比增長 5.04%。2018 年 公司研發支出 0.27 億,同比增長 40.64%,公司在石墨新材料領域加大研發投入,與科研院所加 強合作,開發新產品,加強消費電子產業鏈的產品布局。
為鞏固並加強在消費電子散熱領域的優勢地位,公司於 2018 年投資設立了常州碳元熱 導科技有限公司並投資 180 萬,主要研發、生產熱管及相關的材料。同時 2018 年投資的超薄熱管項目已經按期完成,產品已經取得了多家客戶的驗證及審核,並開始小批量生產。 2019 年公司建立熱管產品工廠:以研發、生產和銷售超薄熱管以及 VC 板為主。目前公司 在超薄熱管、超薄均熱板產品上已初步完成一期生產建設,具備一定量產能力。VC 均熱板 散熱速度快,目前其應用針對電子產品如 CPU 或 GPU 功耗在 80W~1009W 以上的市場。 2019 年上半年,公司開發支出 182 萬用於熱管工藝的研究於開發。
在石墨片/石墨膜方面,公司繼續擴大石墨新材料行業應用布局。公司在石墨新材料領域 加大研發投入,與科研院所加強合作,積極開發新產品;2019 年碳元科技將投入更加先進的 設備,達成 800 萬㎡的年產能。同時,隨著超薄熱管在手機中的應用開始逐步增加,公司 將以高導熱石墨和超薄熱管及 VC 形成產品組合,為終端提供整套散熱解決方案,鞏固在散 熱領域的領先地位。
目前公司擁有授權專利 73 項,其中發明專利 43 項,實用新型專利 28 項,外觀設計 專利 2 項, 正在申請的專利共有 11 項。在超薄熱管項目方面已完成初步籌建,碳元科技 順利導入熱管/均溫板業務。在高導熱石墨膜方面將穩步提升市場份額。
(三) 益 智 造 : 增 發計劃布局散熱方案
領益智造為國內知名的智能終端零部件廠商,2019 年 5 月公司發行增發計劃,募投資金 總額不超過 30 億元,其中公司計劃形成年產 5,800 萬套電腦及手機散熱管。領益智造消費類 電子行業的客戶包括蘋果、華為、OPPO、vivo、小米等,公司布局的散熱產品與現有產品下 遊市場應用和客戶群體等都存在顯著協同效應。
(四) 精研科技:成立散熱事業部
精研科技積極部署 5G 手機散熱行業。精研科技在常州總部成立了散熱事業部,著力於 5G 終端散熱板塊,目前已進行前期的研發投入,且設備投入已到位。2018 年精研科技的累 計投入研發費用 0.94 億元,2018 年度公司研發人員數量同比增長 63.76%。 目前公司主要 為筆記本及平板電腦領域客戶提供散熱風扇、轉軸等 MIM 產品。 2014 年公司開發出了一 款全球超薄的全金屬一體成型的電腦散熱風扇,該產品葉片厚度僅 0.15 毫米,散熱效果提 升明顯。
(五) 飛榮達:子公司助力熱管/均溫板技術
飛榮達是全球的領先導熱解決方案提供商,導熱材料及器件包括導熱界面器件、石墨片、 導熱石墨膜等;目前,公司與多家國內外知名企業合作,包括世界 500 強或行業內知名企業 華為、中興、諾基亞、思科、聯想、微軟和阿爾卡特-朗訊等以及行業內領先的 EMS 企業。
2018 年,公司實現 13.26 億的營業收入,其中導熱器件營收為 1.79 億,佔總營收的 13.50%; 2014-2018 年營收的 CAGR 為 21.62%。2018 年歸母淨利潤為 1.62 億,同比增長 50.22%。2018 年 公司研發支出 0.68 億,同比增長 30.77%。公司在導熱器件方面一直注重研發,2019 年初導熱界 面材料方面的研發:導熱帽套導熱凝膠、相變導熱材料、導熱矽膠管等已進入性能測試階段。
2019 年 4 月,飛榮達完成收購崑山品岱 55%股權,與公司導熱材料業務形成協同效應, 形成從上遊材料到下遊模組的產業鏈布局。崑山品岱是中國領先的散熱產品製造企業之一, 主要專注於筆記本、電信設備、伺服器、工控板、臺式機、LED 等散熱產品,擁有完整的核 心部件設計和製造能力,現在擁有風扇、熱管、衝壓、VC 均溫板、吹脹板和模組總裝的生 產線。目前飛榮達已經具有完善的熱管開發團隊和製造部門,可以從客戶系統端要求出發,通過專業分析,設計並製造出符合客戶要求的熱管,目前可以提供產品包括:普通熱管、手 機超博熱管、均溫板等類型。
飛榮達在石墨片等導熱材料的產品種類廣泛。公司自設立以來注重研發與創新,經多年 研發生產積累,公司掌握了導熱石墨膜卷材生產技術、高性能導熱材料及相變導熱材料研發 生產等核心工藝技術,在導熱材料及器件方面包含導熱矽膠、導熱塑料材料及器件、導熱石墨膜及石墨片等滿足熱管理需要的產品,產品種類非常廣泛,在導熱方面具有比較齊全的產 品線及相關技術。
公司已獲得專利共計 117 項,其中發明專利 33 項,實用新型專利 84 項,導熱材料及器 件行業形成自主的研發、設計和應用等競爭優勢。2018 年公司研發出相變儲能均熱片並取得 重要專利。該實用新型的相變儲能均熱片,將均熱和相變儲能相結合,均熱部分能迅速的將 晶片等熱源的熱量傳遞給相變儲能部分(相變溫度 30-90℃),相變儲能部分通過相變吸熱存儲 熱量,降低晶片瞬間溫升幅度,保證晶片正常工作。
供者
雙鴻科技原專營 NB 散熱器設計、加工製造及販售,後鑑於電子系統散熱需求日益蓬勃, 公司開始擴大經營正式轉型為專業全方位熱流方案提供者。目前公司主力 NB 產品外,同時 延伸發展至非 NB 產品線的設計製造,包括伺服器、主機板與繪圖卡散熱模塊、一體成型計 算機(AIO)、工作站、DVD 播放器的散熱模塊,在短短數年內已成為全球第一大筆記型計算機散熱模塊設計及製造廠。
2018 年雙鴻科技實現 15.48 億的營業總收入,同比增長 10.15%;公司主要產品為散熱模 組,佔營業總收入的 100%;2014-2018 年營收 CAGR 為 16.9%。2018 年扣非後歸母淨利潤 為0.14億。雙鴻科技一直注重產品的研發,自1999年設立研發部以來,公司成功研發出Intel、 AMD 及 Nvidia 等不同世代之相容散熱對策,2018 年公司的研發支出達到 0.57 億元,同比增 長 18.75%。
塊,於 1999 年 11 月起開始擴大營業,整合產品供應鏈,開始自製散熱管、散熱鰭片及風扇, 2006 年設立澤鴻子公司-熱管廠、衝壓廠。雙鴻科技在行業內為領先企業,也是熱管/均溫 板的主要供應商之一。雙鴻科技均溫板月產能將猛增至 800 萬片,同時推出新的液冷技術, 積極布局散熱行業。
(七) 健策精密:AMD 均熱片主力供應商
健策精密成立於 1987 年,主要產品包括:均熱片、LED 導線架、電子周邊零組件、通 訊周邊零組件等。健策精密主要業務包括散熱解決方案、電子和通訊周邊零組件等,公司深 耕於均熱片業務,是國際半導體大廠 AMD 均熱片的主力供應商。公司散熱業務涵蓋範圍廣 闊,包括 3C 產品、汽車等多種散熱解決方案,並可提供均熱板、導熱管和導熱版等產品。 公司在臺灣、無錫均設有工廠,積極布局在散熱行業的產能布局。2017 年公司在均溫板業務 上實現 16.33 億新臺幣的營業收入,佔比 28.84%;1.11 億新臺幣的產能、9.4 千萬新臺幣的 產量。公司的均溫板產品已逐步拓展至 3C 產品的各個領域並積極拓展新市場應用領域。
2018 年公司實現 9.47 億的營業收入,同比增長 27.83%,其中均熱片實現 3.46 億的營收,佔總營收的 36.54%;2014-2018 年營收 CAGR 為 6.91%。2018 年扣非後歸母淨利潤為 0.80億。公司一直注重研發,2018 年研發支出為 0.52 億。
(八) 超眾科技:熱管理業務的關鍵參與者
超眾科技專門從事熱管理產品,包括散熱器,熱管,均溫板,熱模塊和集成了 IoT 的熱系統。由於預見到對熱管及其相關產品的巨大需求,1995 年公司與與工業技術研究院(ITRI)合作開發熱管,並成立了熱模塊部門。到 1997 年底,超眾科技的熱管已準備好進行批量生產。從 1998 年開始,超眾科技為全球客戶提供筆記本電腦散熱模塊(帶有自己製造的熱管)。憑藉 45 年的經驗,超眾科技已成為熱管理業務的關鍵參與者。
2018 年公司實現 15.49 億的營業收入,同比增長 8.42%,公司銷售產品為熱管、熱板相關散熱模組及散熱片,佔營收的 100%;2014-2018 年營收 CAGR 為 7.50%。2018 年扣非後歸母淨利潤為 1.02 億。2018 年公司的研發支出為 0.59 億,在整合風扇/熱管/熱板/鰭片散熱方案上已於 2017 年完成設計並成功申請專利。針對高功率伺服器、通訊設備、人工智慧裝置所需之散熱方案開發液冷循環與氣冷散熱之輕/薄/強三合一熱板散熱模組,預計 2020 年完成開發。
(九) 力致科技:專注散熱管理產品開發
力致科技一直專注研究發展相關散熱管理之產品開發,產品應用於計算機、VGA、LED燈、伺服器、汽車、智能型手機、及生技應用。長久以來,力致的散熱模塊及風扇供應給許多知名品牌計算機商及其 ODM 廠商,包括戴爾、惠普、聯想、谷歌、三星、索尼等企業。
2018 年公司實現 8.84 億營業收入,同比增長 12.10%,公司主營產品為散熱模組,佔營業總收入的 100%;2014-2018 年的 CAGR 為 10.54%。公司一直注重熱管理產品的研發,2007年熱管生產線成立,2015 年成立均溫板事業部 2018 年發展新型熱管 TGP(Thermal Ground Plane)業務;2018 年公司的研發支出為 0.61 億。
細結構的熱管設計。公司的熱管包括溝槽式結構、粉末燒結、複合式材料與薄管。力致科技 在蘇州擁有每月量產 500 萬支以上熱管的生產能力。並且公司已發展可用於桌面計算機以及 行動裝置的超薄管。目前超薄管的壁厚已經可以低於 1.0mm 並且依照不同的壁厚可以提供 6W-12W 熱源的散熱設計。同時公司正研發輕量化、超薄以及低成本的均溫板:設計專利的 特殊形狀和毛細結構可以降低成本和厚度;超薄管(2-3mm)可以客制化設計;新設計專利的 特殊形狀和毛細結構以及鋁和鎂合金外蓋可以降低成本和重量。
溫板技術領先者
泰碩電子自 1994 年成立以來主要從事於散熱器及散熱器模組、連接器的研發與製造, 公司已有 20 年的經驗和專業知識,並且具有筆記本、設備熱管/均熱板產品積累。目前公司 可提供一系列熱管產品,包括多熱管、嵌入式熱管、大功率熱管、均溫板和具有高效導熱性 的環形熱管,適用於遠距離傳輸熱量。
2018 年,公司實現 7 億的營業收入,同比增長 12.94%,公司主營產品為散熱器及散熱 器模組,佔營業總收入的 100%。2014-2018 年營收的 CAGR 為 8.03%。2018 年公司研發支 出 0.34 億。
五、 投資建議
消費電子產品朝輕薄化、功能多元化、集成化趨勢發展的同時手機散熱問題也越來越重 要,同時 5G 時代手機功耗增加及結構件變化進一步增加散熱的需求。OLED 屏幕的滲透和 無線充電技術的發展也擴大了散熱的市場空間。我們建議關注 5G 時代下熱管、均溫板等新 型散熱方案。隨著 5G 時代的到來,我們預計熱管、均溫板會成為散熱行業主力軍。雙鴻科 技、健策精密、力致科技、超眾科技等臺系公司均有熱管/均溫板產品的布局方式。國內廠商 緊跟行業步伐,建議重點關注中石科技、領益智造、精研科技、碳元科技、飛榮達。
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(報告來源:民生證券)
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