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1)熱界面材料市場
導熱界面材料(或熱界面材料),Thermal Interface Materials(TIM),是一種提高電子設備散熱效率和效果的材料,在電子設備中排除電子元器件和散熱器之間的空氣,使電子設備工作產(chǎn)生的熱量分散更加均勻。常見的導熱界面材料包括導熱硅脂、導熱凝膠、導熱墊片、相變材料、石墨片、片狀導熱間隙填充材料、液態(tài)導熱間隙填充材料等。導熱界面材料的簡要原理和應用場景如下:
資料來源:《電子產(chǎn)品熱設計》
就整體熱管理市場而言,根據(jù) QY Research 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,預計到 2027 年全球熱管理材料市場將達到 139.80 億美元,年復合增長率達 3.63%。根據(jù) BCCResearch 發(fā)布的報告,全球熱管理市場(導熱材料/導熱器件)規(guī)模從 2015 年的107 億美元提高至 2016 年接近 112 億美元,2021 年預計將提高至 147 億美元。
目前熱管理市場的主要增長點集中在 5G 領(lǐng)域先進通訊帶來的散熱需求、電動車電池電機電控系統(tǒng)熱管理需求和高性能計算散熱需求。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù),2021 年中國導熱材料市場規(guī)模為 156.2 億元,其中通訊基站使用規(guī)模 49.5 億元,消費電子使用規(guī)模 69.2 億元,隨著 5G 高速發(fā)展,預計到 2024 年導熱材料市場規(guī)模將達到 186.3 億元,其中通訊基站預計達 54.0 億元,消費電子預計達 76.4億元,未來預計導熱材料在消費電子和通訊基站的比例將進一步降低,新能源汽車、動力電池、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的使用規(guī)模將進一步擴大。
5G 先進通訊領(lǐng)域,5G 設備相比 4G,功耗提升非常明顯,原有的散熱方案不能滿足其正常工作的條件,需要升級。隨著 5G 手機換機潮和基站建設高峰的來臨,全球 5G 智能手機和國內(nèi)基站散熱市場規(guī)模有望在 2020-2022 年間分別達到 360 億和 59 億元。
就手機散熱方面來說,智能手機的主要發(fā)熱源為處理器、電池、攝像頭、LED 模組,5G 手機需要支持更多的頻段和實現(xiàn)更復雜的功能,天線數(shù)量翻倍,射頻前端增加,處理器性能提升,同時智能手機向大屏折疊屏、多攝高清攝升級、大功率快充升級,使得手機內(nèi)集成的功能模塊更多更緊密。5G 手機芯片功耗約 11W,約是 4G 手機的 2.5 倍,散熱需求強烈。根據(jù)華金證券研究所統(tǒng)計,5G手機導熱界面材料的價值量較 4G手機約有 3-4 倍左右的增長,由 4G手機導熱界面材料 4-15 元的平均價格直接增加至 5G 手機導熱界面材料的 10-25 元。
手機散熱市場將隨單機價值量提升和 5G 手機出貨量提升,迎來百億規(guī)模增量市場空間。根據(jù)華金證券測算,未來隨著 5G 手機滲透率提升和散熱方案的升級,預計全球手機散熱市場有望從 2019 年的 150 億元增長到 2022 年的 230 億元,其中 5G 手機散熱市場從 2019 年的 6 億元增長到 2022 年的 164 億元,期間 CAGR2020-2022 年復合增速為 50.6%,其中細分手機導熱界面材料市場空間在 2022 年將達到合計 126.08億元。
5G 先進通訊基站方面,Massive MIMO(大規(guī)模天線)技術(shù)使得 5G 基站TRX(無線通信收發(fā)信機)鏈路大幅增加,使 5G 基站功耗約為 4G 的 2.5-3 倍?;竟挠?PA(功率放大器) 功耗、RF (射頻)功耗和 BBU (基站計算)功耗組成,而 PA功耗和 RF 功耗是 AAU (有源天線單元)功耗的主要構(gòu)成。
相比 4G 基站,5G 基站天線單元變多,每個天線單元都有 PA 和 RF單元,TRX 鏈路增加,同時 BBU 的計算功耗也隨著 TRX 鏈路增加而上升,因此基站總功耗隨之上升。來自運營商一線測試的數(shù)據(jù)顯示,5G 基站單站滿載負荷功率接近 3700W 左右,約是 4G 單站功耗的 2.5-3.5 倍,其中 5G BBU 功耗在 300W左右,5G AAU 功耗在 1,150W 左右,AAU是 5G 基站功耗增加的主要原因。同時,5G AAU 將天線和 RRU (遠端射頻單元)融合,體積卻朝小型輕量化發(fā)展,需要更高效的散熱方式。4G 基站中,天線和 RRU 獨立,5G 基站則將 RRU 和天線融合于 AAU 中,5G AAU 比 4G RRU 集成度更高。同時 AAU 的降體積減重量又是趨勢,華為 5G AAU(64T64R)約為 4G RRU(4T4R)的一半,由于安裝更加簡單,必須要減輕整機重量。5G 基站功耗翻倍不止,又要在更小的空間內(nèi)完成及時散熱,因此需要更高效的散熱方式。根據(jù)華金證券預測,5G 基站量約是 4G 基站量的 1.2-1.5 倍,新基建帶動 20 年大規(guī)模建設,疊加基站散熱價值量的提升,預計 2020-2025 年國內(nèi) 5G 基站散熱材料和器件市場規(guī)模約 102 億元。
服務器的散熱需求是高性能計算設備散熱領(lǐng)域的重要代表,以數(shù)據(jù)中心為代表的高性能計算設備的性能升級,帶動其散熱的強大需求。根據(jù)華金證券相關(guān)材料顯示,僅單臺服務器的導熱產(chǎn)品需求就在幾百元左右。結(jié)合未來服務器市場增量,高性能計算設備散熱相關(guān)的市場空間廣闊。按照前述 2021 年全球服務器市場新增臺數(shù)和中國服務器市場新增臺數(shù)計算,2021 年服務器散熱相關(guān)的全球市場空間在 50 億元級別,國內(nèi)則超過 10億元。
新能源汽車三電系統(tǒng)的散熱領(lǐng)域,根據(jù)中銀證券統(tǒng)計,傳統(tǒng)汽車發(fā)動機冷卻、空調(diào)系統(tǒng)單車價值量共約 1,800-4,000 元,而新能源汽車熱管理單車價值量高達約 3,000-10,000 元。在新能源汽車三電系統(tǒng)中,導熱膠粘劑是電池部件導熱的關(guān)鍵材料,膠粘劑廣泛應用于 PACK 密封、結(jié)構(gòu)粘接、結(jié)構(gòu)導熱、電池灌封等方面,提供安全防護、輕量化設計、熱管理等功能,為動力電池實現(xiàn)持久、穩(wěn)定、高效、安全的運行起到了關(guān)鍵性作用。電控模組主要以 IGBT 模組與冷面之間的剛性界面涂抹導熱硅脂為主要方式,減少熱阻隔;電機系統(tǒng)則應用高導熱膠對驅(qū)動電機內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁性的定子進行整體灌封。
以動力電池中使用的導熱聚氨酯類結(jié)構(gòu)膠為例,有機硅膠及聚氨酯在動力電池中用于密封、結(jié)構(gòu)粘結(jié)、導熱、灌封等。在動力電池單元中,膠粘劑的性能也會顯著影響電池質(zhì)量。受益 CTP 電池工藝放量,導熱/結(jié)構(gòu)膠領(lǐng)域市場空間廣闊,根據(jù)中信證券有關(guān)預測,搭載 CTP 電池的汽車中導熱膠/結(jié)構(gòu)膠的單車價值量有望從傳統(tǒng)工業(yè)的 200-300 元/輛上升至 800-1000元/輛,市場潛力巨大。預計至 2025 年,全球新能源汽車銷量將突破 2,200 萬輛,按照上述單車價值量計算,僅動力電池領(lǐng)域用膠有望達到 200 億市場空間。
2)導熱界面材料上游關(guān)鍵材料導熱粉體市場
導熱界面材料的基材多為聚合物,而聚合物雖然絕緣性好且易于成型加工,但材料本身導熱性能差,是熱的不良導體。填充型導熱聚合物是指通過物理共混的方法直接將作為高導熱填料的導熱粉體加入到聚合物基體中,以提高聚合物的熱導率,該方法加工便捷簡單,成本較低,可工業(yè)化生產(chǎn),是目前國內(nèi)外高導熱聚合物材料的主要制備方法。
導熱粉體是導熱界面材料導熱性能的最核心來源,常用的導熱粉體材料一般有金屬類填料、碳材料和陶瓷類材料三大類。雖然金屬填料和碳材料本身具有較高的熱導率,能顯著地提高聚合物材料的熱導率,然而在高負載時卻易破壞材料的絕緣性能,且碳材料如石墨烯或碳納米管在基體中不易分散,不利于形成有效的導熱通路,因而在電子設備和新能源三電系統(tǒng)中應用有限。
熱界面材料中,導熱粉體填料占比超過 90%,最高可達 95%,因而市場空間廣闊。陶瓷類導熱粉體材料主要以氧化鋁、氮化硼和氮化鋁等粉體為主。
氧化鋁方面,以球形氧化鋁粉體為例,QY Research 調(diào)研顯示,2021 年全球球形氧化鋁市場規(guī)模大約為 15 億元(人民幣),預計 2028 年將達到 38 億元,2022-2028 期間年復合增長率(CAGR)為 14.4%。氮化硼方面,2022 年全球氮化硼市場規(guī)模為 40.41 億元人民幣,其中國內(nèi)氮化硼市場容量為 21.01 億元。由 2018-2022 年全球氮化硼市場發(fā)展概況與各項數(shù)據(jù)指標的變化趨勢來看,預計在預測期內(nèi),全球氮化硼市場規(guī)模將以 7.2%的平均增速增長并在 2028 年達到 61.54 億元。
氮化鋁方面,QY Research 調(diào)研顯示,2021 年全球氮化鋁(AIN)市場規(guī)模大約為 5.1 億元(人民幣),預計 2028 年將達到 7 億元,2022-2028 期間年復合增長率(CAGR)為 4.5%。全球氮化鋁(AIN)市場主要生產(chǎn)商有 TokuyamaCorporation、Surmet Corp、H.C. Starck 等企業(yè),第一大廠商占全球市場約 58%的份額。亞太地區(qū)是主要市場,占全球約 56%的市場份額。