5G散热需求增，导热新工艺新材料升级步伐不止

5G散热需求增，导热新工艺新材料升级步伐不止

　　随着5G时代临近，电子产品对热管理方案有着更高的要求，因此对导热石墨膜材料将提出更多新的要求，围绕导热器件特性、产品形式、生产工艺、应用领域拓展等方面均有更高的要求，具备材料生产工艺升级与应用领域创新并重的发展趋势。

　　1.1 高导热石墨膜为主流

　　高导热石墨膜的石墨材料因其碳原子结构具有独特的晶粒取向，具备非常优异的平面导热性能，大大高于一般纯铜的导热系数，其片层状结构可很好地适应任何表面，同时具有密度低(轻量化)、高比热容(耐高温)、长期可靠等优点，成为散热解决方案的优秀材料。因此近年来高导热石墨膜在智能手机、超薄笔记本电脑、平板电脑和LED电视等消费电子产品领域均有广泛应用。

　　从产品形式角度来看，高导热石墨膜主要分为单层高导热膜、复合型高导热膜和多层高导热膜等多种类型。其中，单层高导热膜应用范围最广，复合型和多层高导热膜是在单层高导热膜基础上为满足客户更多的设计功能和需要与铜箔或者多片石墨膜复合而成。其中，单层高导热膜主要强调其优越的导热系数;多层高导热膜在具有高导热性能的同时还有一定的储热性能;复合型高导热膜兼具导热和储热性能，同时具有一定屏蔽辐射作用。5G时代的智能终端产品伴随更高的功耗和散热需求，同时兼具零部件创新升级大势，因此复合型和多层导热石墨膜有望迎来更广泛的应用。

　　从生产工艺角度来看，导热石墨膜主要在基材处理的基础上，通过高温碳化、石墨化等环节加工而成，而高温烧制的工艺可分为片状烧制和卷式烧制技术。片烧石墨是将聚酰亚胺膜(PI膜)裁剪好后以间隔叠片的方式放入模具中，对其施压、碳化并石墨化的过程。而卷烧石墨是近年来的新兴技术，将PI膜卷绕于卷筒上，进行碳化热处理，再进行石墨化热处理，以形成卷筒状石墨膜的过程。相比于片烧工艺，卷烧石墨技术有着节省人工叠片流程的优点，且利于后续工艺的连续生产性，能大幅降低成本，同时成功的卷烧流程能使石墨膜具有良好的机械强度，没有模具大小的限制，因此十分适用于5G时代显著增长的散热需求，特别在大型设备(如基站)中具备广泛应用前景。

　　1.2 多种创新导热方案共存

　　目前多数智能手机的散热方案是采用石墨片，主要是由于石墨片散热技术成熟，且价格较便宜。而随着5G时代的临近和功能不断升级，核心零部件的性能和散热需求均显著提高，因此除了主流的石墨片以外，各品牌厂商也在不断探索其他散热方式，采用多种导热产品综合应用的解决方案，使导热产品不断创新和丰富。

　　在2018年上海举办的亚洲消费电子展上，陶氏化学高性能有机硅事业部推出了针对智能手机部件热管理的新型陶熙TC-3105有机硅导热凝胶，并使用了新品牌陶熙?来替换原道康宁?品牌。导热凝胶主要涂覆在智能手机中主要发热芯片的陶瓷或塑料封装表面，用于替代传统的成品散热垫，成本与散热垫差不多，但该导热凝胶可以在室温下或芯片自发热下固化，固化后形成的接触面积远超成品散热垫，从而大大提升散热效果。由此可见，未来导热凝胶产品有望通过材料工艺升级而保持持续创新。

　　同时，随着5G时代的临近，各智能手机厂商均在近期发布的旗舰机型中加大散热方案的创新和应用力度，为后续的规模导入做准备。其中，热管散热技术作为PC机领域的主流散热方案，已逐渐被搭载于智能手机中。热管方案又常被人们以“水冷散热技术”所认知，在手机中搭载铜制散热管，并在导管中加入特质的导热液体(水或乙二醇)，吸收手机核心元件发出的热量后，导热液体逐渐汽化并在导管内流动，当流动到低温处时将释放热能凝结成液态，完成手机热量的快速转移，并通过与热管连接的固定散热材料将热量散出。

　　当前已有多个手机品牌陆续采用铜制散热管方案，如三星Galaxy Note 9、魅族16、荣耀Note 10等，而华为对于手机导入散热铜管的态度也比较明确，计划在于明年推出的5G手机中采用0.4mm铜制散热板的方案，在铜管的基础上进一步升级。散热板方案是将两片铜板四边焊接，中间留空隙让空气流通，由于面积更大，散热效果更佳。目前散热板方案已在高阶轻薄笔记本中大量采用。

　　未来散热板方案如果大量应用于智能手机中，供应商有望主要来自于PC散热方案厂商的切入，包括日本富士通、台湾双鸿科技(15亿收入体量，PC业务占40%以上、全球市占率13%)、超众科技、奇鋐科技、力致科技、鸿准精密等，其中台湾厂商占据全球70%的PC散热板份额，有望率先受益于智能手机散热板的应用。而国内智能手机散热方案供应也基于散热管、散热板方案有所布局，有望随终端厂商定制化需求逐渐导入创新的方案。

　　手机散热主要依靠热对流和热传导原理，而铜管水冷散热主要取决于内部液体热对流，单独依靠热管散热的效果仍存在一定不足：1)热管可以加速热传递，但加速的程度取决于对流速度，与热管截面积呈正比，手机中的热管大多为扁型，对流效果有所折扣;2)液体比热容较高，能够起到降低最高温度并减缓温升的作用，但在手机热管容积有限的情况下，依靠少量液体所达到的控温效果有限。同时，散热板生产难度较高，且在手机中需要更大空间，因此价格远高于手机中主流的导热石墨片，较散热管成本也多达数倍以上，结合手机产品销量大和轻薄化趋势，散热板在短期内批量应用于手机中仍存在一定瓶颈。

　　因此，无论是散热管还是散热板，只是让热量从手机发热零件转移到散热片的速度有所加快，而最终的散热效果，还是要依靠散热片和空气之间的热对流，散热片材质的热特性则成为手机散热效果的决定因素。未来随着5G时代的到来，智能手机内部零部件轻薄化、集成化趋势明确，对内部空间具有严格限制，因此适用于智能手机的散热方案也将向着超薄、高效的方向发展，必将呈现出多种散热产品并存、材料工艺不断创新的新局面。

　　1.3 电磁屏蔽材料与器件：材料工艺持续升级

　　电磁屏蔽器件的技术水平主要由其材料的发展主导，材料的电导率、磁导率及材料厚度是屏蔽效能的三个基本因素。电磁屏蔽材料将向屏蔽效能更高、屏蔽频率更宽、综合性能更优良的方向发展，各种新材料在电磁屏蔽的创新应用将会得到更多发展。未来的技术发展，电磁屏蔽将往导电性能好、加工工艺简单、性价比高、适合大批量生产等方面发展。而未来越来越多类型的电子设备将被纳入到电磁兼容管理的标准中来，电磁兼容的标准也将愈发的严格，可以预见电磁器件工艺材料的持续升级趋势将是确定性方向。

　　近来出现了一种新的屏蔽技术——共形屏蔽，不同于传统的采用金属屏蔽罩的手机EMI屏蔽方式，共形屏蔽技术是将屏蔽层和封装完全融合在一起，模组自身就带有屏蔽功能，芯片贴装在PCB上后，不再需要外加屏蔽罩，不占用额外的设备空间，主要用于PA，WiFi/BT、Memory等SiP模组封装上，用来隔离封装内部电路与外部系统之间的干扰。共形屏蔽技术可以解决SiP内部以及周围环境之间的EMI干扰，对封装尺寸和重量几乎没有影响，具有优良的电磁屏蔽性能，可以取代大尺寸的金属屏蔽罩，未来有望随着SiP技术以及设备小型化需求而普及。

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