芯片运行产生的热量,持续限制电子产品性能的释放。电子元器件温度每上升2℃,器件可靠性大约下降10%。伴随芯片功耗持续走高,散热材料潜藏的价值,正在慢慢被市场看见。
消费电子散热方案经历了多轮技术迭代。从早期简单导热介质,到石墨膜、热管,再到如今普及的均温板,每一轮材料升级,本质都是在解决芯片发热带来的性能瓶颈。整个散热体系分为被动散热、主动散热两大路径。被动散热不需要动力部件,依靠各类导热介质,把芯片产生的热量向外传导,包含导热界面材料、石墨膜、热管、VC均温板等品类。主动散热依靠外部动力组件强制换热,风冷、液冷都归属于这个范畴。手机作为消费电子最具代表性的产品,它的散热方案演变,刚好能完整展现行业材料迭代的全过程。
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一、消费电子散热材料的四段技术演进
2010年之前,手机处理器算力偏弱,发热问题不算突出,行业停留在导热界面材料阶段。这个阶段的思路相对简单,依靠导热界面材料,把芯片和元器件的热量传导到金属中框,依靠自然对流完成散热。对于材料导热能力的要求不高,产品构造也更为简易。
2010至2015年,石墨膜迎来大规模落地。iPhone4推出之后,在机身多处大面积铺设石墨散热膜,这套方案很快被行业借鉴。石墨膜凭借出众的面内导热能力,迅速成为手机散热体系里的基础材料,往后数年,绝大多数智能手机都会搭载石墨膜。
2016到2018年,热管开始规模化应用。早年日系厂商虽然很早就尝试把热管装进手机,但受限于机身内部空间,一直没能普及。直到骁龙810带来棘手的发热难题,倒逼行业寻找更强的散热方案,热管才开始大量装配在安卓旗舰机型上。热管能够快速转移局部聚集的热量,弥补石墨膜在垂直方向导热不足的短板。
2019年至今,行业进入均温板时代。三星S10系列、华为Mate 20 X 5G等机型率先搭载VC均温板。对比热管,均温板可以在二维平面均匀摊开热量,散热覆盖面积更大,换热效率更高,逐步成为高端旗舰手机的标配。即便到均温板广泛应用的阶段,石墨膜、导热界面材料依旧是整套散热架构不可或缺的基础部分,多种材料相互配合,共同疏导热量。
国内电子制造产业链持续完善,散热材料配套产业也随之成长。过去不少高端散热材料依赖海外供应,近几年本土厂商不断突破技术,产品认证持续落地,国产化推进速度稳步加快。
二、被动与主动散热,两类方案的适用场景
被动散热在消费电子领域应用更广,也是手机、平板这类便携设备优先选用的方案。它没有风扇、泵体这类活动零件,运行不会产生噪音,自身功耗偏低,结构稳定,故障风险更小。导热界面材料用来填充芯片和散热结构之间的微小缝隙,消除空气带来的热阻;石墨膜负责在平面方向快速铺开热量;热管、VC均温板依靠内部工质相变,远距离快速传递热量。
主动散热更适配功耗极高的设备。风冷依靠风扇带动空气流动带走热量;液冷依靠液体介质传递热量,换热能力更强。但主动散热部件体积偏大,还会消耗额外电力,存在噪音与寿命方面的隐患,很难在轻薄手机上大规模落地,更多应用在高性能掌机、算力设备之中。
IDC最新电子硬件行业报告提到,未来消费电子芯片功耗还会继续抬升,单纯依靠单一材料很难满足散热需求,复合式散热结构会成为行业主流。多种导热材料组合使用,平衡散热能力、机身厚度、成本之间的矛盾,是后续产品设计的主要方向。
三、三家国内散热材料企业,产品布局与行业进展
1、苏州天脉
这家企业是国内导热散热赛道的重要供应商,产品线覆盖多个被动散热品类。产品矩阵包含VC均温板、各类导热界面材料、热管、散热模组与石墨散热膜。多品类布局带来的优势,在于可以为终端客户提供成套散热方案,而非只供应单一材料。
手机终端客户新品开发阶段,企业能够同步参与散热结构设计,根据整机空间、功耗指标,匹配适配的材料组合。从基础导热垫片,到高阶均温板,一站式完成交付。终端品牌持续精简供应链,能够提供多品类产品的厂商,更容易拿到稳定订单。除消费电子之外,相关产品也逐步拓展至其他高功耗电子硬件领域,开辟新的需求来源。
2、思泉新材
企业主营散热材料供应,同时持续向外拓展海外客户。旗下产品覆盖石墨散热膜、石墨片、导热界面材料、热管、VC均温板,同步布局散热风扇、风冷模组以及液冷散热模组。产品布局兼顾被动散热和主动散热,适配更多类型硬件产品。
石墨类产品属于它的传统优势品类,长期供给消费电子终端。在热管、VC均温板方向持续投入研发,不断优化产品导热性能与可靠性。企业积极挖掘海外客户资源,跳出国内手机市场的激烈竞争,面向海外消费电子品牌供货,分散单一市场带来的波动。主动散热模组的研发推进,也为后续高功耗硬件需求预留成长空间。
3、中石科技
作为散热解决方案服务商,业务布局覆盖多个细分材料。核心产品包含高导热石墨制品、导热界面材料、热管、VC均温板、一体化热模组。企业在导热界面材料领域积淀时间较长,材料配方经过大量终端验证,产品稳定性得到市场认可。
企业不只是简单售卖材料,还会参与客户的热仿真分析,从设计源头降低整机发热压力。在消费电子之外,产品延伸到通信硬件等领域,不同下游板块互相平衡,削弱单一行业周期带来的冲击。面对芯片功耗持续走高的趋势,企业持续迭代均温板、复合导热材料,跟进终端品牌新品迭代节奏。
四、赛道长期变化与潜在发展方向
消费电子散热材料的迭代,本质上是芯片性能提升催生的配套升级。处理器算力越强,单位面积产生的热量越多,对导热材料的导热系数、厚度、耐温能力都会提出更高标准。
过去很长一段时间,行业比拼重心放在材料本身的导热性能。而现在,终端厂商更看重整套热管理方案。单一材料的提升空间有限,如何把石墨、导热界面材料、VC均温板合理搭配,在有限机身空间内实现最优散热效果,成为行业竞争新的侧重点。
国内厂商对比海外老牌企业,拥有供应链响应速度、成本、本地化配套等优势。终端品牌新品迭代节奏快,本土企业可以快速配合样品测试、工艺调整,缩短产品验证周期。不过高端材料的长期可靠性测试、精密制造工艺,依旧需要持续积累,国产化进程不会快速完成。
消费电子市场需求带有周期性波动,手机出货量起伏会直接影响散热材料订单规模。但长期来看,芯片性能向上的趋势不会改变,只要硬件持续追求更高算力,热管理相关材料就会持续迎来升级需求。三家本土企业依托各自产品布局,在消费电子散热赛道持续抢占海外厂商市场份额,伴随下游硬件迭代,逐步释放业务增量。
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