关注5G时代下新型散热方式

2019-09-26 20:39:14 phpcms 收藏

导热材料是一种针对设备的热传导要求而设计的新型工业材料,它们对可能出现的导热问题都有妥善的对策,对设备的高度集成,以及超小超薄提供了有力的帮助,导热产品已经越来越多的应用到许多产品中,提高了产品的可靠性。

电子设备而言,其可靠性越高,无故障工作的时间就越长,从而越能提高产品竞争力以及提升用户的体验。随着消费电子领域的不断发展,电子设备产品逐渐呈现出两方面发展趋势:一是单一设备上集成的功能逐渐增加并且复杂程度更高;二是产品本身的体积更加追求轻薄化的趋势。这两方面变化都对电子设备的热管理技术提出了更高的要求,如对导热材料的导热系数和长时间工作的导热稳定度要求逐渐提高。

目前广泛应用的导热材料有合成石墨材料、导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂、相变材料等。


关注5G时代下均温板等新型散热方式。

均热板是未来解决手机散热问题的新型方式。VC(Vapor Chambers)即平面热管,也叫均温板或者均热板,随着芯片功率密度的不断提升,均热板已经广泛应用在CPU、NP、ASIC等大功耗器件的散热上。均温板优于热管或金属基板散热器。均温板比金属或热管均温效果更好。可以使表面温度更均匀。此外,均温板传热速度快、启动温度底、均温性能好并且使用寿命长。

根据VIVO发布的消息,VIVO APEX 2019在高导铝合金支架和多层石墨散热的基础上加入了大尺寸液冷均热板技术,以达到高效散热的目的。而华硕ROG近日推出的ROG游戏手机2代中采用了大面积3D真空腔均温板加上铜铝导热片,以确保手机热量能够快速有效的扩散。5G有望带动手机散热回温,同时AU使用大量GPU,也将带动散热应用同步增长,伴随着2020年5G即将商用,均热板预期会成为市场主力产品。

目前台湾主要散热厂商双鸿科技、健策精密和力致科技股价从年初至今均有较大幅度提升。

 

散热市场规模随着消费电子、新能源汽车通信网络建设等市场快速增长。

目前,已有多家手机厂商跟进5G步伐,发布了5G手机时间计划。7月23日OPPO官方宣布Reno 5G版正式获得中国5G终端电信设备进网许可证,Reno 5G版目前已三证在手,具备了5G手机商用的能力。此前,华为6月26日官方宣布华为Mate 20 X 获得中国首张5G终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G手机上市步伐加快,5G商用将进一步提速。6月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G进展情况均超预期。整个智能手机行业呈现以下发展趋势:1)更高的频率和性能,四核、八核将成为主流;2)更大更清晰的屏幕,2K/4K都将出现在手机屏幕上;3)柔性屏,可弯曲;4)更多内置无线设备,如NFC、低频蓝牙、无线充电等。中低端手机配置也不断提升,加大了对散热要求,我们预计未来散热市场随着5G智能手机的普及应用比例将进一步提升。
 

建议关注:建议重点关注精研科技、领益智造、中石科技、飞荣达。

风险提示:宏观经济下行风险,产品价格进一步下跌的风险,市场竞争风险。

 

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一、设备轻超薄化、智能化和多功能化增加散热需求

 


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导热材料用于发热源和散热器的接触界面之间,提高热传导效率,从而有效解决整个高功率电子设备的散热问题。

随着科学技术的不断进步,电子设备产品逐渐呈现出两方面发展趋势:一是单一设备上集成的功能逐渐增加并且复杂化;二是产品本身的体积逐渐缩小。

这两方面变化都对电子设备的热管理技术提出了更高的要求,如对导热材料的导热系数和长时间工作的导热稳定度要求逐渐提高。

目前广泛应用的导热材料有合成石墨材料、导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂、相变材料等。
 

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2.1均热板:散热能力强,技术门槛高,需求强劲

 

 

在传导方式上,热管是一维线性热传导而均热板则是将热量在一二维平面上传导,相对于热管,首先均热板与热源以及散热介质的接触面积更大,能够使表面温度更加均匀;其次使用均热板可以使热源和设备直接接触降低热阻,而热管则在热源和热管间需要嵌入基板。均温版的面积较大,能够更好的减少热点,实现芯片下的等温性,相较于热管有更大的性能优势,同时均温版还更加轻薄,在快速的吸收以及散发热量的同时也更加符合目前手机更加轻薄化、空间利用最大化的发展趋势。
 

均温板优于热管或金属基板散热器。

均温板比金属或热管均温效果更好。可以使表面温度更均匀。此外,均温板传热速度快、启动温度底、均温性能好并且使用寿命长。

 

 

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健策精密
 

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力致科技

 

 

铜管散热技术中的铜管为中空设计,管中装有少量的水或者其他化学物质,当手机的温度超过临界温度时,铜管中的液体液化,蒸汽顺着管壁的毛细结构将热量从主板上带走,后蒸汽降温液化后,又顺着毛细结构流回。
 

 

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铜管的管壳可以是标准的圆形也可以是椭圆、波纹等异形,用于手机中的散热铜管多以圆形和扁平为主。铜管内芯的毛细结构主要包括单层及多层网芯、轴向槽道式管芯和烧结粉末管芯等等。
 

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华为在荣耀Note 10中首次公布THE NINE液冷散热技术,在荣耀Note 10中,华为使用的液冷管长度为113mm约为小米黑鲨中的两倍,液冷管直径与MacBook Air中一致为5mm,是小米黑鲨的1.7倍,贯穿机身的液冷管再加上手机中的九层立体散热,使散热效率提升41%,极限场景CPU最高可降温10摄氏度。

 

而根据华为轮值董事长徐直军称华为的5G芯片将会消耗目前4G调制解调器2.5倍的功率,高功耗芯片必然也会带来更大的热量。而据了解,高通的5G芯片耗电量达5.3W,若同时含镜头及3D感测操作,整部手机瞬间能耗可以达到9.6W。更多的电量消耗,意味着5G手机要采用更复杂更高级的技术控制设备的过热。
 

电子元器件小型化、高功率化。

以Intel芯片为代表,我们可以看到芯片发展趋势呈现单核到多核、低频到高频、低散热设计功耗到高散热设计功耗。一般散热设计功耗主要应用于CPU,CPU散热设计功耗值对应系列CPU的最终版本在满负荷(CPU利用率为100%的理论上)可能会达到的最高散热热量,散热器必须保证在处理器TDP最大的时候,处理器的温度仍然在设计范围之内。

 

笔记本电脑、智能手机呈重量变轻、厚度变薄的趋势。

消费者更加喜好轻薄产品,我们可以看到轻薄本的占比正在持续提升,智能手机厚度变得越来越薄。随着集成电路芯片和电子元器件体积不断缩小,其功率密度却快速增加,散热问题已经成为电子设备亟需解决的问题。
 

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石墨是一种良好的导热材料,其导热性能超过了钢、铜、铁等多种金属材料。

将石墨片贴附于手机内部的电路板上,利用石墨独有的晶粒取向,顺着两个方向均匀导热,可迅速的将CPU产生的热量均匀传递到石墨片的各个位置向外扩散,起到散热的目的。目前石墨散热是使用较为普遍的手机散热方法,苹果、OPPO、小米等厂商都在手机中使用过。

 

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研究发现石墨晶体具有六角平面网状结构,具有耐高温、热膨胀系数小、良好的导热导电性、化学性能稳定、可塑性大的特点。

石墨独特的晶体结构,使其热量传输主要集中在两个方向:X-Y轴和Z轴。其X-Y轴的导热系数为300~1,900W/(m·K),而铜和铝在X-Y方向的导热系数仅为200~400W/(m·K)之间,因此石墨具有更好的热传导效率,可以更快将热量传递出去。与此同时,石墨在Z轴的热传导系数仅为5~20W/(m·K),几乎起到了隔热的效果。因此石墨具有良好的均热效果,可以有效防止电子产品局部过热。从比热容的角度看,石墨的比热容与铝相当,约为铜的2倍,这意味着吸收同样的热量后,石墨温度升高仅为铜的一半。因石墨在导热方面的突出特性,可以替代传统的铝质或者铜质散热器,成为散热解决方案的优秀材料。

 

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三、散热材料市场规模快速增长

 

5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快了数百倍,这意味着一部完整的超高画质电影可在1秒之内下载完成。

Strategy Analytics预测5G智能手机出货量将从2019年的200万增加到2025年的15亿,年复合增长率为201%。中国4G智能手机出货量市场份额2014年初为10%,仅仅用了两年左右市场份额就就达到了90%,我们认为5G采用率也将和4G类似,在中国会迅速提升。
 

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4G作为3G的延伸,主要采用 MIMO 技术,是利用各个天线之间空间信道的独立性来区分用户进行服务,主要包括TD-LTE和FDD-LTE制式。

我国主要采用TD-LTE标准,2013年12月4日,工业和信息化部正式向三大运营商发放了4G牌照,标志着我国通信行业正式进入了4G时代。4G能够以100Mbps的速度下载,上传的速度也能达到20Mbps,比3G更快的传输速率、更好的频率利用率、通信更加灵活及更好的兼容性等优点,使得用户体验更加优异。
 

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3.2平板电脑出货量有望复苏

 

 

2017年全球笔记本计算机出货量达到1.56亿台,预计散热石墨膜的主要使用对象超薄笔记本电脑出货量将从2013年的2600万台增至2017年的5700万台。苹果电脑轻薄是其主要特点,2015年3月10日,苹果发布新款笔记本电脑MacBook,采用全新设计的散热方式,在主板下方放置一整片高导热石墨膜,取代原有的风扇加硅胶。超薄笔记本电脑所使用的高导热石墨膜面积远大于手机,将成为高导热石墨膜行业新的增长点。
 

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3.4可穿戴设备迎来爆发年

 

 

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3.5新能源汽车不断渗透全球汽车市场

 

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成本下降驱动新能源汽车市场从政策主导转向市场主导。

据汽车之家蓝皮书统计,当前全国消费者对于新能源汽车的接受度已超过70%,最大的消费痛点仍旧是充电难、续航低、成本高。
而随着电池单体能量密度的提升、成本下降、电池PACK减少和规模经济发展,新能源汽车的接受度和销量也将迎来新一波的增长。据汽车之家数据,2017年新能源汽车销量为86万辆,占整体乘用车销量3.74%。到2028年,新能源汽车销量将到达1104万辆,占整体乘用车销量29%,10年增长12倍。随着政府补贴优惠进退坡和电动车大规模市场交付,新能源汽车市场正在从从政策主导转向市场主导。

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由产业扶持转向优胜劣汰。

2014年以来,随着大力度补贴、政府采购硬指标、免征购置税、牌照政策、双积分制等一系列强力政策的陆续出台,我国新能源汽车市场迎来快速增长。而近期相关政策对新能源汽车补贴进行了调整,新能源市场进入门槛也将降低,对事中事后的监管进一步加强,政策由产业扶持转向了重点鼓励优者强者,这些又迫使企业技术升级。

 

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通信行业正处于由4G向5G的过渡期,4G通讯基站建设逐步完成,5G的建设需求尚未释放。根据国务院2015年5月颁布的《中国制造2025》规划,全面突破第五代移动通信(5G)技术已经成为我国在新一历史时期高新技术领域的重要目标,并以华为为首的中国科技公司已在全球竞争中取得一定成果。预计在运营商4G乃至5G投资的拉动下,通信设备制造业将继续保持较快的增长速度,从而带动对导热材料等产品的持续需求。
 

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设备轻超薄化、智能化和多功能化的趋势对电子设备的热管理技术提出了更高的要求,消费电子领域的散热需求将会增加。建议关注5G时代下均温板等新型散热方式。

5G有望带动手机散热回温,同时AU使用大量GPU,也将带动散热应用同步增长,伴随着2020年5G即将商用,均热板预期会成为市场主力产品。目前中国台湾主要散热厂商双鸿科技、健策精密和力致科技均有布局均温版等新型散热方式,其股价从年初至今也均有较大幅度提升。建议重点关注精研科技、领益智造、中石科技、飞荣达。

 

宏观经济下行风险:若未来全球经济走低,将会对公司所在行业及其产业链造成不利的影响,由此公司可能遭遇业绩增速放缓甚至下滑的风险。

产品价格进一步下跌的风险:市场竞争加剧导致价格的下降。
 

市场竞争风险:若跨国公司积极通过在国内设立合资或独资企业、战略合作等多种方式争夺中国市场份额,对国内企业则会形成了较大压力。


 
 

文/国盛证券:电子郑震湘团队



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