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中国手机散热行业材料分析及2022年行业市场空间预测[图]

2020年03月12日 13:42:35字号:T|T

    一、手机散热行业材料分析

    随着手机硬件的不断升级,其所执行的任务计算处理更加繁杂,CPU等芯片部件将会面临热量的侵袭。但手机体积有一定的局限性,处理器系统性能会因为温度升高而有所降低。因此手机散热问题尤为重要。5G和无线充电对信号传输的要求更高,而金属背板对信号屏蔽的缺陷将被放大,预计5G手机不再采用金属背板设计,原有的石墨加金属背板散热技术面临重大挑战,预计智能机将更多使用石墨+金属中框方案。目前市场上手机散热的方案主要有:导热凝胶、石墨片、石墨烯、均温板、热管等。

手机主要热源

数据来源:公开资料整理

各类手机散热方案

数据来源:公开资料整理

    多层石墨片是当前智能机主流散热方式。石墨是一种良好的导热材料,导热性超过钢、铁、铅等多种金属材料。石墨片的工作原理是利用其在在水平方向上具有优异的导热系数的特点(性能好的石墨片导热系数能达到1500-1800W/m•K,而一般的纯铜的导热系数为380W/m•K,高的导热系数有利于热量的扩散),能够迅速降低电子产品工作时发热元件所在位置的温度(热点温度),使得电子产品温度趋于均匀化,这会扩大散热表面积以达到降低整个电子产品的温度,提高电子产品的工作稳定性及使用寿命。智能手机中使用石墨片的部件有CPU、电池、无线充电、天线等。石墨散热是目前手机采用的主流散热方式。

石墨片散热方案示意图

数据来源:公开资料整理

    石墨烯具有优异的热传导特性,且其导热率为800~5300W/mk,是已知导热系数较高的材料,其散热效率远高于目前的商用石墨散热片。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯散热膜很薄且具有柔韧性,综合性能优异,为电子产品的薄型化发展提供了可能。其次石墨烯散热膜具有良好的再加工性,可根据用途与PET等其他薄膜类材料复合。此外,这种导热材料有弹性,可裁切冲压成任意形状,并可多次弯折;可将点热源转换为面热源的快速热传导,具有很高的导热性能。

石墨烯散热效果示意图对比

数据来源:公开资料整理

    热管是一种具有极高导热性能的传热元件,它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量。热管技术是将一个充满液体的导热铜管顶点覆盖在手机处理器上,处理器运算产生热量时,热管中的液体就吸收热量气化,这些气体会通过热管到达手机顶端的散热区域降温凝结后再次回到处理器部分,周而复始从而进行有效散热。在手机行业也可以称之为水冷散热。目前华为、小米、三星、OPPO等手机中都有用到热管散热技术。热管具有灵活度高、使用寿命长等特点,受到市场关注。

热管散热结构及原理示意图

数据来源:公开资料整理

    均温板(VaporChamber)从原理上类似于热管,但在传导方式上有所区别。热管为一维线性热传导,而均温板中的热量则是在一个二维的面上传导,因此效率更高。均温板散热方案在于将多个点的热源之热流在短距离内将其均匀的分布于较大散热面积,随着热源之热通量的不同,均温板之等效热传导系数亦会有所不同。将VC在其他的机器上使用时,可以使板上每颗芯片的温度都是一样的,这样做比较有利于电器的散热。均温板是一个内壁面具有微结构的封闭真空腔体,当热流由热源传导至蒸发区时,腔体里面的工作流体会因真空条件下,于特定温度开始产生液相汽化的现象,这时工作流体就会吸收热能并且快速蒸发。

均温板结构示意图

数据来源:公开资料整理

    随着电子产品越来越轻薄化,由于机体内部空间狭窄,其散热能力也就受到一定限制。在智能手机上主要的发热源包括这五个方面:主要芯片工作、LCD驱动、电池释放及充电、CCM驱动芯片、PCB结构设计导热散热量不均匀。为了解决这些散热问题,目前市场上的散热技术主要有4种方案,通过对比发现,热管与均温板的散热技术方案优势明显。

散热方案优缺点对比

数据来源:公开资料整理

    热管的导热系数较金属和石墨材料有10倍以上提升,而均温板散热效率比热管更高。从导热率来看,热管与均温板的优势明显。均温板真空腔底部的液体在吸收芯片热量后,蒸发扩散至真空腔内,将热量传导至散热鳍片上,随后冷凝为液体回到底部。这种蒸发、冷凝过程在真空腔内快速循环,实现了相当高的散热效率。

热管与均温板导热系数高(单位:W/mk)

数据来源:公开资料整理

    二、手机散热行业市场空间

    智研咨询发布的《2020-2026年中国导热散热材料行业市场专项调查及投资前景规划分析报告》数据显示:预测2016年到2020年,智能手机散热器组件市场年复合增长率将达到26.1%,2020年市场规模将达到36亿美元。未来手机散热器市场将主要集中在封装级,芯片封装和印刷电路板。

智能手机散热器组件市场

数据来源:公开资料整理

    随着5G时代的到来,手机散热需求出现剧增的状态;5G手机器件的变化与升级带来对散热的需求增长,因此新型的散热方案备受关注。同时4G手机中的散热问题也一直备受关注。预测2022年手机散热行业中4G手机能够达到58亿的市场规模;5G手机具有31亿的市场规模,5G手机2019-2022年CAGR为376.95%。

4G手机散热行业市场空间

数据来源:公开资料整理

5G手机散热行业市场空间

数据来源:公开资料整理

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