1. 散热技术方案持续升级，5G 时代市场规模有望突破 2000亿元

热设计和热管理是电子产品组件的核心构成，并且随着组装密度和集成度的持续提升而越来 越受到重视。散热下游应用领域众多，包括消费电子、和汽车、基站、服务器和数据中心等， 市场空间在千亿级别。根据前瞻产业研究院预估，2018年~2023年散热产业年复合成长率 达 8%，市场规模有望从 2018 年的 1497亿元增长到2023 年的 2199 亿元。

 

手机散热约占行业总规模的7%，2018 年约为 100 亿元。虽然占比低，但是未来受益于5G 智能终端持续升级的驱动，手机散热市场有望保持高增长，2018~2022年年平均复合增长率 有望达 26%。此外，5G 商用基站大规模建设也有望驱动半固态压铸壳体和吹胀板散热市场 空间的扩大。而从长期发展趋势来看，5G带来的网络流量的增加，服务器散热市场也将持 续扩大。

 

1.1. 以被动散热为主，多元材料构成目前散热设计解决方案

 

散热就是将发热部件 产生的热量发 散到空气中。其 技术原理包括 热传导(Conduction)、热 对流(Convection)和热辐射(Radiation)三种。例如，CPU散热片底座与CPU 直接接触 带走热量的方式就属于热传导;散热风扇带动气体流动即热对流;热辐射指的是依靠射线辐 射传递热量。一般而言，热传导和热对流是散热系统的两种主流方式，其中热传导主要与散 热器材料的导热系数和热容有关，热对流则主要与散热器的散热面积有关。

 

根据热传导和热对流手段的不同，可以将散热器产品分为主动与被动两种方式。主动散热是 由与发热体无关的能源参与进行强制散热，比如风扇、液冷中的水泵、相变制冷中的压缩机， 其特点是效率高，但同时也需要其它能源的辅助。被动散热就是仅依靠发热体或散热片的自 行发散来进行降温。 台式电脑和笔 记本电脑采用 主动与被动结 合的方式散热 ，而手机终端、 平板电脑等轻薄型消费电子受内部空间结构限制的影响，多采用被动散热方案。

 

5G散热市场专题报告：新材料、新技术、新方案

 

 

目前主流的被动散热方案包括石墨片、石墨烯、金属背板、冰巢散热、导热界面材料(Thermal Interface Materials，TIM)、热管(Heatpipe，HP)和均热板(Vapor Chamber，VC)。导 热系数是衡量散热方案的核心指标。以上方案的导热系数，按照由低到高，依次为金属、石 墨片、石墨烯、热管和 VC。

 

虽然热管和均热板的导热系数更高，但是其功能只是加快热量从手机发热零件转移到散热片 的速度，而最终的散热效果，还要看散热片和空气之间的热对流，即散热片材质的热特性对 手机散热效果具有不可忽视的影响。因此，散热片+热管/VC融合的解决方案有望成为发展 主流，对石墨片、TIM 和热管/VC 产业链的参与厂商形成利好。

 

1.2.热管和 VC 渗透到智能手机，5G 单机散热 ASP 显著提升

深圳导热散热展现场图片

 

手机在运行的过程中会产生大量的热量，CPU、电池、摄像头和 LED等都是重要热源。同时伴随手机性能的持续升级，包括拍照像素提升、电池容量加大、曲面屏设计以及玻璃陶瓷 等非金属机壳的应用，都对散热提出更高要求。热量过高对手机性能、手机寿命和用户体验 会产生不利影响。根据国际安全标准的规定，手持终端的表面温度上限为 48°C，超过则会导 致 CPU 降频和电池损害等安全问题。因此良好的散热解决方案成为伴随手机迭代升级的关 键之一，也是手机品牌商在推出新一代手机时的重要宣传点。

 

总体来看，芯片处理能力、射频功耗、机壳材质和轻薄化的设计是影响手机散热需求的主要 因素。一方面，随着智能手机的发展，手机芯片的主频越来越高，功率越来越大。5G 芯片 处理能力是现有芯片的5 倍;5G 手机总功率约 9.6W，是 4G的2 倍;5G 手机运行在多频 段和高频网络，Massive MIMO(大规模多入多出)天线技术商用，耗能是 4G芯片的2.5 倍;加上高速处理大量数据，同时手机视频内容、游戏内容等的高清化。

 

导热系数和厚度是评估散热材料的核心指标。传统手机散热材料以石墨片和导热凝胶等TIM 材料为主，但是石墨片存在导热系数相对较低，TIM 材料存在厚度相对较大等问题。在手机 品牌商的推动下，热管和VC 开始从电脑、服务器等领域渗透到智能手机终端，并且在石墨 烯材料持续取得突破，也开始切入到消费电子散热应用。相对而言，VC 和石墨烯的导热系 数高，厚度薄，是散热材料的更优选择。

 

华为在荣耀 Note 10 4G 手机中采用了 9 层立体散热方法，石墨片+金属+TIM+热管，由 手机屏幕侧开始，分别是中框石墨片、PC 级液冷管、高导热铝合金中框、导热铜片、 处理器屏蔽罩、两层导热凝胶、后盖石墨片。具体方案为:CPU 的一部分热量经过散热 硅脂、铜合金屏蔽罩、铜片、焊锡传输到热管蒸发段，热管负责把这些能量快速传输到 整机冷区，并通过铝合金均温板、大面积石墨片，把传送到冷区的热量快速散开 。CP U 另的一部分热量则经过 PCB 板均热后，辐射到后壳石墨片上，进行后壳均热。

 

华为在 2019 年发布的 Mate 20 X 中率先使用石墨烯+VC 的散热技术，三星新款旗舰机 Note 10 中也首度采用了 VC 散热方案。

 

5G散热市场专题报告：新材料、新技术、新方案

 

 

随着石墨烯、热管和 VC 在智能手机中渗透率的提升，5G 时代单机 ASP 有望达到 5~10 美 金的较高水平，实现 3~4 倍的价值量增长。首先，高端机型单机石墨片/石墨烯使用数量为 3~6 片，其中石墨片单片价格在 0.2~0.3 美金，石墨烯价格更高;其次，单机热管使用数量 为 1 个，价格在 0.3~0.6 美金，均热板 VC 价格为 2~3 美金;TIM 视不同相变材料而定，价 值量区间为 0.5~2.5 美金。

 

除了单价 ASP 的倍增外，智能手机出货量有望借力于 5G 实现大幅增长。根据 IDC 发布的 报告，预计 2019 年全球智能手机出货量仍延续下滑趋势，同比下降0.8%，达到 13.9 亿部。

 

但随着可折叠屏和 5G 手机的商用，2019 年下半年智能手机行业有望恢复增长，预估该趋势 将一直延续到 2023 年，届时全球智能手机出货量将达到 15.42 亿台，其中 5G 手机渗透率达到 25%。

 

1.3. 半固态压铸件+吹胀板，5G 基站壳体价值量提升

 

基站架构包括 BBU 和 AAU(4G 为 RRU+天线)。其中 BBU(Base Band Unite，基带处理 单元)负责集中控制 与管理整个基 站系统，完成 上下行基带处 理功能，并提 供与射频单元、 传输网络的物理接口，完成信息交互。AAU(Active Antenna Unit，有源天线)/RRU(Remote Radio Unit，射频处理单元)+天线通过基带射频接口与 BBU 通信，完成基带信号与射频信 号的转换。

 

5G 基站引入 Massive MIMO 技术，典型应用是 64T64R，单基站典型功耗超过 3500W，而 4G 基站主要采用 4T4R MIMO，单基站典型功耗仅1000W 左右。由于设备在运行过程中消 耗的部分电能会转化为热能，使得基站一体化机柜内的温度不断上升，因此散热需求大幅提 升。

 

从基站功耗数据的构成来看，BBU 功耗相对稳定，与所插板件相关，受业务负荷的影响不大。 根据运营商的测试数据，5G 基站 BBU 功耗平均为 300W 左右，大约是 4G 的 2 倍。5G 功 耗的增加主要来源于有源天线 AAU。5G 业务为空载、负荷 30%和负荷 100%时，AAU 平均 功耗依次为 633W、762W 和 1127W;4G 时代，以上三种业务负荷下 RRU 的功耗分别为 222W、259W 和 290W。因此，5G AAU 功耗相对于 4G 有 3 倍左右的提升。

 

目前主流的基站散热方案为:BBU 正面使用鳍片散热片覆盖 PCB，仅仅露出电源部分，背 面使用金属散热片和热管/均热板，而内部使用导热界面材料(TIM)。AAU/RRU由于功耗大 幅增加，除了在内部使用 TIM 材料填充缝隙之外，还需要使用重量更轻、散热性能更好的压铸壳体，对翅片设计、壳体材料以及壳体压铸工艺都提出更高要求。半固态压铸件具有重量 轻和散热性能好的优势，吹胀板具有热传导效率高、制冷速度快的优势，结合半固态压铸件 和吹胀板的散热器件有望大幅提升 5G基站的散热价值量。根据产业链调研，5G基站散热价 值量为 1500~2000 元/站。

 

5G散热市场专题报告：新材料、新技术、新方案

 

 

5G散热市场专题报告：新材料、新技术、新方案

 

 

理论上，5G 基站(宏基站)的覆盖密度将比 4G 更密。原因在于，5G 通信频段提升，基站 覆盖范围持续缩小( 蜂窝小区的半 径缩小)，要 达到同样的覆 盖范围，基站 的密度会有所增 加。

 

我国 4G 基站(宏基站)总量在 400 万站左右。考虑到运营商提高资本效率的诉求，5G 建 网初期广域覆盖的过程中，实际建站数量或将维持在400 万站左右，但是后续考虑到新终端 新应用带动的流量增长，5G 基站建设量有望持续提升。从建设进度上看，工信部表示，2019 年 5G 将在 40 多个城市进行部署，预计将建设10 万个宏基站，2020~2022 年为我国 5G 建 设高峰期，其中 2020 年宏站规模有望达到 60~80 万个。

 

1.4. AR/VR 新终端有望超预期，创造散热新增需求

 

VR/AR 等新型终端的发展也会带动电子产品市场对散热材料及器件的需求。2018 年，受益 于医疗、教育和制造业等下游需求的驱动，AR 头显增长迅速。未来，商业级应用仍将驱动AR/VR 的持续增长，同时面向消费端的爆款应用也有望推动出货量超预期。根据 IDC 的数 据及预测，2019 年，我国 AR/VR 合计出货量将达到240 万台，同比增长 100%;到 2023 年，我国 AR/VR 合计出货量将达到1872 万台，2019~2023 年年均复合增长率为 67.1%。 2019 年，全球 AR/VR 头显出货量将达到890 万台，同比增长 54.1%;到 2023 年，全球 AR/VR 头显出货量有望突破6860 万，2019~2023 年预测期间的五年复合年增长率为 66.7%。