一、概況

導(dǎo)熱材料是一種新型工業(yè)材料，主要用于設(shè)備的熱傳導(dǎo)。這些材料性能優(yōu)異、可靠，適合各種環(huán)境和要求，對(duì)可能出現(xiàn)的導(dǎo)熱問(wèn)題都有妥善的對(duì)策。它們對(duì)設(shè)備的高度集成，以及超小超薄提供了有力的幫助。該導(dǎo)熱產(chǎn)品已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用到許多產(chǎn)品中，提高了產(chǎn)品的可靠性。

導(dǎo)熱材料的主要種類包括石墨烯、導(dǎo)熱粘合劑、石墨烯制備設(shè)備、導(dǎo)熱測(cè)試儀、加熱元件、導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱絕緣材料、導(dǎo)熱界面材料、導(dǎo)熱矽膠布、導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膏、散熱膏、散熱硅脂、散熱油、散熱膜和導(dǎo)熱膜等。

高導(dǎo)熱金屬基復(fù)合材料結(jié)合了金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料的性能，表現(xiàn)出高熱導(dǎo)率、高強(qiáng)度、低密度和熱膨脹系數(shù)可調(diào)等綜合優(yōu)勢(shì)，有望解決未來(lái)高性能電子器件的熱管理難題，未來(lái)10年或可大規(guī)模應(yīng)用于電力電子、微波通信、軌道交通和航空航天等領(lǐng)域。

高導(dǎo)熱高分子基復(fù)合材料，相比于金屬、無(wú)機(jī)非金屬等傳統(tǒng)材料,高分子材料具有質(zhì)量輕、成本低、機(jī)械性能好、耐腐蝕性強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì),因此可以在微電子器件、電子儲(chǔ)能和電子封裝材料等領(lǐng)域中替代傳統(tǒng)材料,并且在發(fā)光二極管、柔性可穿戴電子設(shè)備及新能源汽車等新興領(lǐng)域同樣需要大量的導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料。

二、產(chǎn)業(yè)鏈

導(dǎo)熱材料產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料供應(yīng)，主要包括石墨、PI膜、硅橡膠、塑料粒等化工原材料。這些原材料大部分都能通過(guò)市場(chǎng)化采購(gòu)獲得，市場(chǎng)供應(yīng)充足，不存在稀缺性。中游為導(dǎo)熱材料生產(chǎn)，中游的導(dǎo)熱材料生產(chǎn)企業(yè)是產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。這些企業(yè)利用上游原材料，通過(guò)一系列的加工工藝，生產(chǎn)出各種類型的導(dǎo)熱材料，如導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱硅脂等。導(dǎo)熱材料產(chǎn)業(yè)鏈下游主要應(yīng)用于消費(fèi)電子、通信基站、動(dòng)力電池等領(lǐng)域。其中，計(jì)算機(jī)是導(dǎo)熱材料下游占比最重的領(lǐng)域，占比達(dá)到32%。此外，可再生能源、電信、指示燈、醫(yī)療辦公設(shè)備、工業(yè)和軍事以及汽車等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

國(guó)際市場(chǎng)上，導(dǎo)熱材料行業(yè)已經(jīng)形成了相對(duì)比較穩(wěn)定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，主要由國(guó)外的幾家知名廠家壟斷，導(dǎo)熱材料壟斷企業(yè)是美國(guó)Bergquist和英國(guó)Laird，其中合成石墨產(chǎn)品的市場(chǎng)主要由日本Panasonic、中石科技和碳元科技支撐。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，由于中國(guó)導(dǎo)熱材料領(lǐng)域起步較晚，在巨大的市場(chǎng)需求推動(dòng)下，近年來(lái)生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量迅速增加，但絕大多數(shù)企業(yè)品種少，同質(zhì)性強(qiáng)，技術(shù)含量不高，產(chǎn)品出貨標(biāo)準(zhǔn)良莠不齊，未形成產(chǎn)品的系列化和產(chǎn)業(yè)化，多在價(jià)格上開(kāi)展激烈競(jìng)爭(zhēng)。目前少數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)如中石科技等逐漸具備了自主研發(fā)和生產(chǎn)中高端產(chǎn)品的能力，已經(jīng)形成自主品牌并在下游終端客戶中完成認(rèn)證，近年在國(guó)際客戶的供應(yīng)體系中扮演著越來(lái)越重要的角色。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

1、芯片

芯片中的導(dǎo)熱材料主要包括芯片內(nèi)部導(dǎo)熱材料和芯片外部熱管理兩部分。內(nèi)部和外部區(qū)別主要在于導(dǎo)熱材料是否封裝在芯片內(nèi)部。芯片的內(nèi)部導(dǎo)熱材料主要包括封裝基板、底填材料和 TIM 材料。芯片外部的導(dǎo)熱材料則根據(jù)使用不同芯片的設(shè)備而有所不同。一般而言，以被動(dòng)散熱為主的智能手機(jī)和平板電腦中以石墨系材料(主要為合成石墨膜)和VC為主，配備主動(dòng)散熱組件(風(fēng)冷、水冷器件)的 PC和服務(wù)器等則以熱管、VC為主。

芯片內(nèi)部的導(dǎo)熱材料分為頂部連接和底部連接部分。芯片底部需要與基板相連接，頂部需要與封裝殼相連接。在整個(gè)芯片封裝過(guò)程中，這些縫隙位置出現(xiàn)的空氣都可能會(huì)導(dǎo)致傳熱性能的急劇下降，因此頂部和底部都需要合適的 TIM 材料以滿足芯片-封裝蓋和芯片基板-PCB板的兩部分傳熱需求。

底部連接材料目前以環(huán)氧樹(shù)脂基材料為主。底部填充材料一般為了填充芯片和基板連接的焊球間的縫隙(芯片用焊球與基板相連)。在其它各類 TIM 材料中，硅樹(shù)脂是主流的基體，在芯片的底部填充用的底部填充膠中，主流工藝為二氧化硅填充的環(huán)氧樹(shù)脂。選用環(huán)氧樹(shù)脂基填充膠的原因主要是環(huán)氧樹(shù)脂的熱固性，生產(chǎn)過(guò)程方便。

常用的頂部連接材料為硅脂和無(wú)機(jī)相變金屬材料(銦居多)。頂部導(dǎo)熱一般是為了填充芯片與封裝所用的封裝外殼之間的空隙部分。芯片中所使用的灌封膠和頂部包封膠包括聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂和硅橡膠或凝膠等。目前芯片中所使用的頂部填充大多數(shù)為硅脂。硅脂的優(yōu)點(diǎn)在于使用簡(jiǎn)便，只要將其涂膜在裸芯片的頂部，并且安置上封裝外殼即可。目前，在一些高端 PC 的 CPU 中也有使用無(wú)機(jī)相變材料作為頂部連接材料。

芯片外部的導(dǎo)熱材料主要為均熱材料和 TIM 材料，不同用途的芯片所采用的散熱途徑各不相同。產(chǎn)熱量較大的設(shè)備多采用被動(dòng)傳熱+主動(dòng)散熱的模式，所使用的均熱材料主要為熱管、均熱板，TIM 材料一般選用硅脂或相變金屬。產(chǎn)熱量較小的設(shè)備一般不配備主動(dòng)散熱裝置，所使用的均熱材料多為石墨系材料與均熱板，TIM 材料一般選用硅脂或硅膠片。

智能手機(jī)、平板電腦等無(wú)主動(dòng)散熱的設(shè)備中，多使用石墨系材料/均熱板+硅脂/硅膠片的組合。目前大部分的主流安卓智能手機(jī)和平板中使用均熱板作為散熱元件，均熱板和芯片元件中的空隙用硅脂填充。蘋果公司的手機(jī)和平板產(chǎn)品由于軟硬件構(gòu)架適配性較高，目前最新產(chǎn)品仍舊使用合成石膜+硅脂作為芯片外導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，尚未使用均熱板。

PC、服務(wù)器、計(jì)算中心和基站等能耗較大需要進(jìn)行主動(dòng)散熱的設(shè)備中，熱管+硅脂是首選的芯片外導(dǎo)熱材料。由于這些設(shè)備的性能要求較高，往往配備了風(fēng)冷/水冷等散熱模塊，均熱/導(dǎo)熱段的主要作用是將熱傳導(dǎo)至散熱模塊處，由熱風(fēng)/熱水將熱量帶出。因此 5G 基站需要導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)需要接近 10W/m·K，計(jì)算中心和基站則可能更高。在這樣的需求驅(qū)動(dòng)下，大部分需要主動(dòng)散熱的設(shè)備都選擇熱管實(shí)現(xiàn)熱量的定向傳導(dǎo)，并以硅脂填充縫隙。少部分高端 PC 和最新型的基站也有選用VC/相變金屬作為導(dǎo)熱材料。

3、汽車電子

電池系統(tǒng)中的導(dǎo)熱材料主要為聚氨酯導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠。動(dòng)力電池行業(yè)所選的導(dǎo)熱膠不僅需要導(dǎo)熱性能符合需求，還需要對(duì)再粘接性能、輕量化、低成本甚至揮發(fā)性等方面進(jìn)行綜合考量，因此其導(dǎo)熱性能往往維持在1.2-2.0 W/m·K范圍內(nèi)。電池廠商在導(dǎo)熱膠需求量大且不斷降本的趨勢(shì)下，無(wú)法選擇高導(dǎo)熱(>3.0W/m·K)的有機(jī)硅產(chǎn)品，因此粘接強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)成本具有優(yōu)勢(shì)的聚氨酯導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠成為了眾多電池廠的選擇。

導(dǎo)熱硅膠為片狀固體，一般用于發(fā)熱量較小的電子零件和芯片表面，也廣泛用于動(dòng)力電池組。導(dǎo)熱硅膠可涂覆于各種電子產(chǎn)品，電器設(shè)備中的發(fā)熱體與散熱設(shè)施(散熱片、散熱條、殼體等)之間的接觸面，起傳熱媒介作用和防潮、防塵、防腐蝕、防震等性能。目前的導(dǎo)熱硅膠的增量主要是在動(dòng)力電池的電芯中，用于連接電池組。

目前，導(dǎo)熱材料行業(yè)有以下幾大壁壘:

導(dǎo)熱材料關(guān)鍵技術(shù)仍然處于空缺狀態(tài)，國(guó)家鼓勵(lì)行業(yè)發(fā)展。導(dǎo)熱材料是提高電子產(chǎn)品運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵元件，其核心環(huán)節(jié)的確可能對(duì)未來(lái)電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展形成不確定因素。近年來(lái)，國(guó)務(wù)院、發(fā)改委及各主管部門相繼出臺(tái)的一系列行業(yè)發(fā)展政策、規(guī)劃、指導(dǎo)意見(jiàn)，給予電子行業(yè)及其上下游產(chǎn)業(yè)的支持。

重點(diǎn)企業(yè)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步和信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，電子產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了高增長(zhǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，內(nèi)部元器件結(jié)構(gòu)逐漸精密化、集成化，電子設(shè)備硬件配置越來(lái)越高，因此提出更高的熱管理防護(hù)性能要求，推動(dòng)熱管理材料產(chǎn)品種類不斷豐富，材料性能和加工工藝進(jìn)一步升級(jí)。

由于不同的電子產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計(jì)具有一定差異，不同終端廠商對(duì)熱管理材料往往有獨(dú)特的性能乃至特定的外型需求，因此在設(shè)計(jì)階段往往要求供應(yīng)鏈企業(yè)能夠進(jìn)行全方位的分析，為客戶提供高效且個(gè)性化的熱管理解決方案，這將極大地促進(jìn)熱管理材料的持續(xù)創(chuàng)新和性能提升，從而提升行業(yè)產(chǎn)品整體的附加值水平。

隨著電子產(chǎn)品功能逐漸增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，產(chǎn)品內(nèi)部功率密度加大，對(duì)人工合成石墨散熱膜的性能提出了更高要求。超厚型或多層復(fù)合人工合成石墨散熱膜依托于石墨膜的高導(dǎo)熱系數(shù)，通過(guò)增加厚度或設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)疊合，提高整體或者局部厚度，大幅度加大熱量傳遞方向的熱通量，具有高效散熱性、易于加工等特性，能夠滿足復(fù)雜環(huán)境下對(duì)于電子產(chǎn)品的散熱需求，未來(lái)將逐漸替代現(xiàn)有薄的或單層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

隨著電子產(chǎn)品散熱技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)中的散熱解決方案日趨多樣。為增強(qiáng)散熱效果，多種散熱組件構(gòu)成的散熱模組將取代單一散熱材料成為市場(chǎng)主流。以智能手機(jī)市場(chǎng)為例，人工合成石墨散熱膜未來(lái)將作為基礎(chǔ)性導(dǎo)熱材料，與均熱板、熱管等組件形成具備更高效散熱性能的多材料散熱方案。