2022年中国导热材料行业概览

概览摘要 随着电子产品的升级，电子工业设计向轻薄化、精巧化发展，5G运用让产品性能不断提升使得产品功耗增强，这都对散热技术提出了更高的要求。在此背景下，导热材料应运而生。导热产品分为高分子聚合物和石墨膜，产业链上游主要为基础化工材料，其中PI膜多依赖进口，下游多为通讯设备制造商、消费电子制造商，供应链一体化程度低。当前中国导热材料行业企业数量多，但产品层次不高，高端市场主要被海外企业垄断，中石科技和碳元科技参与全球高端人工合成导热石墨膜的市场竞争。截至2021年，中国导热材料市场规模（按收入计）为156.3亿元人民币。到2024年，中国导热行业市场规模预计达到186.3亿元人民币。 u在5G商用化背景下，导热材料行业迎来高市场需求 5G商用化给导热材料行业带来新机遇。2019年是中国5G商用化元年，5G商用化逐步落地有力推动5G基站建设加速。加之，相对于4G基站而言，5G基站有着功耗大、数量多的特点，因此5G基站则需要使用大量的导热材料以确保其散热效率。在5G基站数量持续增加与散热需求提升的推动下，导热材料市场将会呈现增长态势。此外，5G商用化后消费电子将出现换机热潮，下游消费电子生产商将对导热材料有较大需求。 u导热材料的下游应用领域将更多元化 5G、物联网、柔性屏生产等新兴技术的发展与应用将会在各个领域带来新一波产业升级，导热材料在不同领域的应用会更加广泛。智能化消费电子产品、新能源汽车、数据中心、军事设备等应用领域对散热需求大幅提升，因此这四大领域将成导热材料应用的新赛道。 u推动行业技术进步成为当务之急 现阶段，中国导热材料市场呈现出劳动密集型的行业特征，整体技术水平不高，主要以中低端企业为主，利润水平较低。中国导热材料低端市场相对饱和，下游应用领域企业议价能力高，生产低端导热材料的中小企业则面临淘汰风险。然而，行业内飞荣达、中石科技、碳元科技、傲川等企业拥有较为先进的导热材料生产技术，成功进入优质下游企业的供应商体系，市场份额占比逐步扩大。在未来，中国导热材料行业将逐步向技术导向型行业发展，对技术创新和工艺质量有更高的要求。 名词解释 中国导热材料行业——背景与定义 导热材料是一种主要用于解决设备散热问题的新型工业材料，其可应用在通信、消费电子、新能源汽车、动力电池、数据中心等多个领域 在5G时代，5G设备配置的提高、CPU多核高性能的升级、通信速度的提升导致设备功耗的增加，因此设备对散热技术提出更高要求。然而，机器加工无法做出达到绝对平滑的平面，电子器件和散热器之间存在一定空气间隙，而空气为热的不良导体，空气间隙会对电子器件的散热性能产生影响。在此背景下，导热材料应运而生，其是一种新型的工业材料，主要用于发热电子器件和散热器的接触界面之间，通过采用导热系数高于空气的材料，提高电子元器件的散热效率。 传热的三种基本方式1 导热材料的基本原理 散热器 散热器 散热器 空气 发热器件 发热器件 发热器件 未使用导热材料 导热基本定律 使用非流动导热材料 使用流动导热材料 导热基本定律是指在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。 发热器件和散热器之间存在空气间隙，而空气自身的导热系数非常低，仅有0.02W/m ·C，这导致发热器件表面的能量较难传导至散热器，无法进行有效散热 常见的非流动导热材料有导热硅胶片、导热胶带、石墨垫片等该类材料有一定的导热性能，但不能完全贴合发热器件和散热器，仍留有少量空气间隙 常见的流动导热材料有导热硅脂、导热胶、导热膏等，还有部分在使用时处于流动状态，但使用后将会固化，比如导热灌封胶这类材料能完全将空气挤出，使热量能实现有效进行传导 导热基本原理示意图 t1 t2 t t1 热源穿过截面时 ， 从温度t1变为t2，t1小于t2，热源温度降低 热源 t2 X δ 中国导热材料行业——分类 导热材料的种类多样化，不同类型的导热材料特征、用法各有不相同，常见的导热材料分为高分子聚合物和导热石墨片两种 根据性质分类方式，常见的导热材料分为高分子聚合物和导热石墨片两种，高分子聚合物有相变导热材料、导热硅脂、片状导热间隙填充材料、导热凝胶、导热灌装胶、导热石墨片主要有天然石墨膜石墨片和人工合成石墨膜两种。 常见导热材料分类（按照性质分类） 微处理器、存储器模块DC/DC转换器IGBT组件、功率模块、功率半导体器件、固态继电器、桥式整流器、高速缓冲存储器芯片等。 在大约45-50℃时会发生相变 重复使用可返修 按需使用，操作方便 不易储存运输成本昂贵 在压力作用下流进并填充发热体和散热器之间的不规则间隙 0.5-5 1.5-2mil 相变导热材料（高分子聚合物） 又称为散热硅脂、导热膏等，材质为膏状液态 不可重复使用，无法大面积使用 导热性能好 具有润滑性和电绝缘性耐高温耐老化成本低廉 导热硅脂是用来填充CPU与散热片之间 该物质有一定的黏稠度，没有明显的颗粒感，可以有效的填充各种缝隙 3-5 2mil 操作不便，不可自动化施工稳定性不佳 流动 导热硅脂 （高分子聚合物） 清洁度一般 一种凝胶状的导热材料，其主要工艺是将导热膏中的硅油铰链到一起以解决导热膏易流动和高温工作变干的问题 导热性能好压缩变形能力 无弹性，过度挤压会照成外溢 广泛地应用于LED灯泡、通信设备、手机CPU、内存模块、IGBT及其它功率模块、功率半导体领域。 3-4 1-1.5mil 操作简单，可自动化施工易于清理修整 粘接性差 导热硅胶 （高分子聚合物） 广泛的应用于散热器底部或框架、高速硬盘驱动器、RDRAM内存模块、微型热管散热器、汽车发动机控制装置、通讯硬件便携式电子装置和半导体自动试验设备 常见的有导热硅胶片、导热矽胶片、导热胶带等材料，材质一般为固体，可用于不平整的表面，有部分产品如导热胶带还具有粘接等附加功能 导热性能稳定 使用方便，清洁度好 高等级耐压绝缘，低压中缓冲减震吸音 已成型，有一定厚度性价比一般 1.5-4 10-100mil 片状导热间隙填充材料（高分子聚合物） 非流动 天然石墨膜因厚度受限制（最薄 0.1mm）；主要应用在数据中心、基站和充电站等。 一种碳分子高结晶态组成的全新的高导热散热材料，沿两个方均匀导热 350-700 0.1mm 超高导热性能， 柔软，易加工易安装 操作方便，适用环境广泛耐老化，耐脆化 工艺复杂 天然石墨精度有限，人工石墨成本高 人工石墨膜，是当前最薄的散热膜材料，（最薄0.01mm），广泛应用于手机、电脑等智能终端产品。 石墨片常见类型有天然石墨散热膜、人工合成石墨散热膜 石墨片 （导热石墨片） 1500-1800 0.01mm 中国导热材料行业——工艺流程 由于原材料、产品介质不同，导热材料的生产工艺各不相同，工序较为复杂，其中原材料配比、温度把控等步骤是生产流程的关键步骤 导热材料由于原料与质地的不同，在化学工艺上也采取不同的处理方式。以下选取导热硅胶片和石墨片的制备方法介绍导热材料的制作工艺。 导热硅胶片工艺流程图 导热粉体 初次搅拌 二次搅拌 烘烤 按需裁剪 质检 抽真空 导热油 1.酸处理：把含有99.999%以上碳元素的磨细石墨粉放入强酸中混合配比进行酸处理 2.浸泡 ：随后在100℃以上的温度内浸泡150分钟 4.混合：把石墨粉、金属粉末、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂加入纯水中充分混合 6.冷却干燥 ：冷却到室温 ， 干燥后取得石墨化合物 7.成型 ：通过石墨卷材设备挤压成片状 3.水洗：把经过酸处理的石墨粉水洗至PH值6.6-6.8 5.膨胀 ：把混合物在1000℃至1200℃的条件下高温膨胀2小时 8.喷镀：在石墨片上镀上铝膜 中国导热材料行业产业链分析 中国导热材料行业较海外国家而言起步较晚，供应链一体化程度不高，上游原料多数易取得，中游以导热材料生产商为主，下游通讯设备和消费电子生产商占80% 导热材料行业上游原材料主要为化工原材料，主要包括石墨、PI膜、硅橡胶、塑料粒等，上游原材料大部分都能均可市场化采购取得，市场供应充足，不存在稀缺性；中游为导热材料生产企业，高端市场被海外企业垄断，本土企业逐步成长；下游应用集中在消费电子、通信基站、动力电池等领域。 中国导热材料行业产业链——上游分析（1/2） 在导热材料的上游基础材料中，硅橡胶高端产品依赖进口，生产技术有待提升；塑料粒子的供应量巨大，供应种类繁多，市场供应稳定 导热材料中高分子材料的主要基础原料有硅橡胶和塑料粒子。（1）硅橡胶制品行业：整体市场结构稳定，海外企业在高端市场处于垄断地位，而中国企业以供应中低端产品为主，中国企业如宏达新材、新安化工等企业集中于长三角和珠三角一带；（2）塑料粒子行业：作为传统基础原材料的塑料粒子供应稳定，中国供应商主要包括中石油、中石化等企业。 上游——塑料粒子行业分析 上游——硅橡胶行业分析 中国初级形态塑料产量，2021年2月-2021年12月 合盛硅业 截至2021年末，公司有机硅单体产能93万吨/年 公司2021年有机硅营业收入达12.24亿元 11039.1 12000 10097.8 长三角 9083.7 10000 8171.8 7305 8000 市场占有率25%浙江新安化工 6397.8 5492 6000 4580.9 形成从基础原料到终端产品的完整有机硅产业链 形成硅橡胶、硅油、硅树脂、硅烷偶联剂四大系列产品 3664.9 珠三角 4000 2729.7 1817.4 宏达新材 2000 969.5 905.5 920.6 932.7 977.8 978.7 900.5 906.3 906.3 942.6 深圳通用 通过各大质量体系认证通过海外认证 中外合资企业资金充足技术先进 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 市场占有率13% 配方成熟，产品齐全 中国初级形态塑料产量当期值 中国初级形态塑料产量累计值 中国导热材料行业产业链——上游分析（2/2） 导热材料的上游基础材料中，PI膜为单价最高的原材料，海外头部供应商控制了90%的市场份额；中国石墨资源储量庞大，开采量大，供应充足，价格较低 导热石墨材料的上游涉及PI膜和天然石墨基础材料行业：（1）PI膜行业：一般用于制作人工合成石墨导热材料，其工艺难度高，当前主要依赖进口，价格达到65.0万元/吨， 头部公司垄断全球90%的PI膜市场，因此中游企业在PI膜市场的议价能力较低。（2）石墨行业：中国是天然石墨供应大国，天然石墨储量和开采量都充足，市场供应稳定，价格小幅上涨。 上游——PI膜行业分析 上游——石墨行业分析 全球石墨矿产相对集中分布于少数国家。 PI膜又称为聚酰亚胺，在电子设备中广泛使用的人工合成导热石墨膜是由PI膜经过碳化和石墨化制成。PI膜在人工合成导热石墨膜成本中占30%，为人工合成石墨膜的核心材料。 全球石墨矿产分布情况 晶质石墨矿主要蕴藏在土耳其、中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国家。中国石墨资源丰富，开采量大，产品种类和层次齐全，供应不需要依赖进口，中游企业可选择的供应商多，议价能力强。 PI膜制作工艺难度较大，具有较高的技术壁垒，全球供应商较少，主要供应商分别为美国杜邦、东丽杜邦、钟渊化学、宇部兴产、韩国SKC、迈达科技等海外企业。截止至2021年，海外头部企业占全球PI膜产能的80%，市场占有率达到90%。 乌克兰 土耳其 晶质石墨矿 隐晶质石墨矿 中国大陆地区PI膜技术起步较晚，同时受到技术壁垒的限制，所以在产能和技术水平方面与国际龙头供应商仍有差距。受国家政