随着5G元年的开启，消费电子领域的发展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。设备轻薄化、智能化和多功能化对电子设备的热管理技术提出了更高的要求，以热管及均热板为主要产品形态的液冷散热，正是极佳的解决方案。
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散热王朝的更替
4G时代：曾是石墨片的江山
目前手机端主要散热技术包括导热界面材料、导热片、热管/均热板三类，其中以石墨为材料的导热片是4G手机主流方案。石墨是良好导热、散热材料，其导热性能超过了钢、铜、铁等多种金属材料。其常用场景是贴附在手机电路板中，可以同时向顺着两个方向均匀导热，迅速将芯片产生的热量均匀传递，起到散热作用。由于其导热系数高、易加工且具有较高的稳定性，成为使用较为普遍的散热方法。苹果、OPPO、小米等厂商都在其智能手机产品中使用石墨材料作为散热方案。
近年来，中高端智能手机普遍呈现集成化趋势：更高的计算频率和性能，四核、八核成为主流，额外增加NPU增强AI能力；更大更清晰的屏幕，2K/全面屏渗透率提升；柔性屏，可弯曲可折叠；更多内置无线设备，如双WiFi/低频蓝牙/无线充电等。伴随着功能配置和性能的提升，处理器计算量增大，散热需求突出。手机中主要热源为SoC、屏幕、摄像头、以及充电状态下的电池，另外射频前端在持续数据传输过程中亦会有间断性发热现象。SoC中算力的持续提升是确定性趋势，叠加5G信息处理和数据计算工作量大幅增加，SoC仍旧是最主要的发热源。当前4G手机平均功耗在4~5W，5G芯片的峰值耗电量是4G芯片的2.5倍，5G手机平均功耗预计相比4G有30%左右提升，传统散热已经不能满足需求。
图1 智能手机主要发热来源
谁才是5G时代下的散热之王？
随着5G不断落地，2019年开始，我国手机厂商不断发布5G新机。主流散热已从单一石墨散热升级为“热管/均热板（VC）”或者“石墨+热管/均热板（VC）”方案。
图2 2019年国内外主流5G手机厂商产品发布情况
资料来源：各手机公司官网，集微网，国泰君安，水木资本整理
液冷散热正在对4G/5G手机逐步渗透。热管技术成熟较早，在计算机/笔记本、投影仪等领域广泛应用，目前超薄的热管已经应用到手机终端，单机价值量约5元。均热板成本较高且超薄款工艺难度较高，目前在手机端的应用还仅配置在旗舰款手机上，单机价值量在10~15元。华为Mate20系列、三星Note10系列采用了均热板，在IT之家针对华为Mate20的散热测评中，运行大型游戏30分钟后手机温度不超过37摄氏度。华为官方表示，石墨烯膜+均热板的组合方案使华为Mate 20的散热能力较上代Mate 10提升约50%，发热集中点的温度较上代下降了3度以上。
图3 华为Mate 20X 石墨烯+均热板散热方案
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一方之水何以快速导热？
液冷散热，也可称为相变散热，物质在热端气化吸热、在冷端凝结放热，利用相态变化实现热量的快速传导。热管（Heat Pipe）和均热板（Vapor Chamber）以此为原理，是在当下广泛应用的两种主要产品形态。
热管一般划分为三部分：蒸发段、绝热段和冷凝段。在容器的内壁上设有与内壁形状相一致的毛细管心，冷凝液充满整个管心；当冷凝液在蒸发段受热后开始蒸发，蒸汽带着汽化的热量被输送到冷凝段，液化释放热量；冷凝液依靠毛细泵力的作用返回到蒸发段完成物质和热量循环。热管利用热传导与致冷介质的快速热传递性质，导热系数较金属和石墨材料有10倍以上提升，在高端手机逐步获得应用。均热板工作原理与热管类似，差别在于热管传导方式是一维的，而均热板是二维的散热效率更加高，且可以覆盖多个热源。
图5 均热板工作原理及其实际运用展示
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市场规模及竞争格局
根据Yole，2018 年全球手机散热市场为14.2亿美元，受益于5G 手机销量持续增加，手机散热市场有望保持高增长，预计2022 年市场规模达到35.8 亿美元，预计2019-2022 年年平均复合增长率达21.55%。
图6 手机散热市场预期规模及增长情况
在5G散热市场的占有方面，台系厂商遥遥领先。目前热管和均热板的主要供应商为中国台湾厂商，包括双鸿、超众、泰硕等，覆盖全球主流的服务器、笔记本电脑和手机厂商等下游客户，已占据约70%的市场份额；尤其是华为Mate20等5G手机上，双鸿已成为散热模块的独家方案商。
同时，大陆企业也在积极扩厂。上市公司中，碳元科技于2018年投资设立常州碳元热导科技有限公司，主要从事超薄热管/均热板及相关材料的研发和生产，热管产品工厂在2019 年二季度完成建设并投产；中石科技2019年收购江苏凯唯迪科技有限公司51%股权，根据凯唯迪2018年“超导散热材料项目环境影响报告表”，该项目总投资1000万元、规划年产能700万只超导热管；飞荣达于2018年收购昆山品岱55%股权，拥有热管/均热板生产能力。未上市公司中，苏州泰硕、讯强电子、中山伟强、东莞海宝等也陆续在这个领域有所布局。
热管/均热板技术原理成熟，产品核心难点在于精密焊接等工艺环节，良率水平影响产品毛利率。另外，不同终端的结构设计和散热需求差异很大，散热方案具有明显的定制化属性，需要与客户深度配合，同时兼顾成本。当前中国台湾厂商在手机散热产品具有一定先发优势，但中国大陆受于益手机产业链的聚集优势，在热管/均热片领域各企业都在积极布局抢占市场，目前已经具备小幅量产能力，未来通过人才引进或工艺技术进步，有望实现对中国台湾厂商的赶超，成为5G散热核心供应商。
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