5G背景下智能手机均热板散热和石墨烯散热的市场规模将会快速提升

——均热板散热原理与热管类似，实现了从“线”到“面”的升级

VC（Vapor Chamber）均热板散热，全称是真空腔均热板散热技术，散热的基本原理与热管散热类似，同样是利用水的相变进行循环散热。当热源将热量传导至蒸发区时，腔体里的冷却液（以水为主）在低真空度的环境中受热进行气化，此时吸收热能并且体积迅速膨胀，气态冷却液迅速充满整个腔体，当气体接触到较冷区域会进行凝结成液态。通过凝结过程将此前吸收的热量排出，凝结后的冷却液会由微毛细管道回到蒸发区，此运作将在腔体内周而复始进行。

VC 均热板散热在原理上与热管散热类似，区别在于热管只有单一方向的“线性”有效导热能力，而VC 均热板相当于从“线”到“面”的升级，可以将热量向四面八方传递，有效增强散热效率。根据PConline 数据，热管散热的导热系数为5000–8000 W/(m×k)，而均热板拥有比热管更大的腔体空间，可容纳更多的作动流体，导热系数可以达到20000W/(m×k)以上。同时VC 均热板散热面积更大，可以覆盖更多热源区域实现整体散热；并且VC 均热板更加轻薄，更加符合目前手机轻薄化、空间利用最大化的发展趋势。

——石墨烯凭借高热传导率的特性，成为具有竞争力的散热材料

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，2004年英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，因此获得了2010 年的诺贝尔物理学奖。石墨烯材料也凭借优异的导热特性、快速散热特性（与空气对流）以及质轻柔韧等特性，被认为是一种具有很强竞争力的散热材料。石墨烯有较高的热传导率，单层悬空的石墨烯热传导率高达5300W/(m×k)，远远大于传统的金属散热材料如铜（约400W/(m×k)）和铝（约240W/(m×k)）。

常用复合材料颗粒的导热系数比较

资料来源：Carbontech

目前石墨烯的主流生产方法分为机械法和化学法两类。机械法通过研磨、超声等物理手段把石墨烯从石墨中剥离出来，优点是技术门槛低、成本低，缺点是散热性能一般且生产效率很低。化学法利用强氧化剂均匀插入石墨层间，通过膨胀把石墨烯层层分离出来，因此层数少、均匀性高、性能好，但是量产技术要求高。化学法石墨烯导热膜面内导热系数可达2000W/(m×k)以上，高于人工石墨片和机械法石墨烯导热膜，可能在未来替代目前主流的人工石墨散热膜。

石墨烯制备方法比较

资料来源：公开资料

——均热板+石墨/石墨烯散热方案有望成为5G 时代主流

2019 年VC 均热板散热开始应用于智能手机。华为于2019 年7 月发布的旗下首款5G 手机Mate 20X(5G)搭配了HUAWEISuperCool 超强散热系统，由VC 均热板+石墨烯组成，为首款采用VC 均热板散热、石墨烯散热的智能手机。随后三星的Galaxy Note 10+(5G)、小米的MI 9 Pro、VIVO 的NEX 3(5G)等手机同样使用了VC 均热板散热。

2020 年各品牌旗舰5G 手机选择以VC 均热板为主、石墨及石墨烯等为辅的散热组合。2020 年2 月份发布的小米10 系列手机采用了VC 均热板+石墨烯+6 层石墨的“三明治”散热系统，大大提升了整机散热能力；三星Galaxy S20 Ultra 采用VC 均热板+石墨+高导碳纤维垫片的散热方案。2020 年3 月发布的华为P40 pro 手机采用VC 均热板+3D 石墨烯的散热方案；VIVO NEX 3s、OPPO Find X2 采用VC 均热板散热技术。综合来看，现阶段传统手机散热方案难以单独满足5G 手机散热要求，以VC 均热板为主、石墨及石墨烯等为辅的散热组合或成为主流散热方案。

2020 年各品牌旗舰手机选择以VC 均热板为主的散热方案

资料来源： 5G 产业通

——在5G 时代，智能手机均热板散热和石墨烯散热的市场规模将会快速提升

目前4G 手机尚无应用均热板散热的案例。在5G 手机中，由于功耗大幅增加，分析认为5G 手机均热板散热的渗透率将会持续提升。根据5G 产业通关于2019、2020 年5G 手机散热方案的统计，2019 年约有53.33%的5G 机型采用均热板散热，1Q20 约有61.11%的5G 机型采用均热板散热。考虑到5G iPhone 可能继续沿用石墨片散热的设计，预计20-22 年5G 手机均热板散热的渗透率分别为52.62%、59.31%、66.01%。

根据5G 产业通数据，2019 年均热板散热ASP 为2-3 美元/部；假设汇率为1 美元=7 人民币，约为2.5×7=17.5 元/部；根据科技新报数据，2020 年上半年均热板散热ASP 为1.7-1.8 美元/部，约为1.75×7=12.25 元/部，在2020 年5G 手机出货量快速提升的背景下，我们预计全年均热板散热ASP 将保持在12.25 元/部的水平。随着台系均热板散热供应商扩产以及陆系厂商纷纷布局均热板散热行业，我们预计2021、2022 年均热板散热ASP 将下降至1.5、1.25 美元/部，约为10.50、8.75 元/部。

基于上述假设，我们测算得2019 年全球5G 手机均热板散热的市场规模为1.75 亿元，在5G 手机渗透率提升+均热板散热渗透率提升的双重驱动下，预测2020-2022年全球5G 手机均热板散热的市场规模将快速增长至12.89、28.03、43.32 亿元。

全球5G 手机均热板散热市场规模预测

资料来源：IDC，Strategy Analytics，高通，5G 产业通，科技新报

考虑到石墨烯具有导热性能好、快速散热的优点，我们认为未来石墨烯导热膜将主要应用于5G 手机中，渗透率也将逐步提升。2019 年华为在Mate 20X、Mate 30 系列手机中使用石墨烯散热；根据Strategy Analytics 数据，2019 年华为5G 手机全球市占率为36.9%；结合极光大数据关于4Q19 各型号5G 手机的销量统计，测算可得2019 年5G 手机石墨烯导热膜的渗透率约为33.50%。

2020 年华为在P40 系列手机中继续采用石墨烯导热膜；小米在小米10 系列、Redmi K30Pro 手机中采用石墨烯导热膜。结合2019年全球智能手机出货量数据（IDC）、1Q20 全球5G 手机出货量数据（Strategy Analytics），以及京东5G 手机月销量排行中华为、小米使用了石墨烯导热膜的机型销量占比，考虑到5G iPhone 可能不使用石墨烯导热膜，预计2020年5G 手机石墨烯导热膜的渗透率为30.13%。同时我们预计2021、2022 年5G 手机石墨烯导热膜的渗透率将提升至31.91%、33.79%。

根据《中国化工信息》2020 年8 期，智能手机石墨烯导热膜用量约为0.01 平米/部，价格比现有的人工石墨散热膜低30%；根据碳元科技年报，2019 年石墨散热膜均价约为190.46元/平米，通过190.46×(1-30%)×0.01 计算可得19 年石墨烯导热膜ASP 为1.33 元/部。参考2010 年以来石墨散热膜应用于智能手机后的价格下降幅度（图表23），考虑到石墨烯导热膜19 年才开始应用于智能手机，我们假设ASP 平均每年下降20%，预计20-22年ASP 分别为1.07、0.85、0.68 元/部。

基于上述假设，测算得2019 年全球5G 手机石墨烯导热膜的市场规模为0.08 亿元，在5G 手机渗透率提升+石墨烯导热膜渗透率提升的假设下，预测2020-2022年全球5G手机石墨烯导热膜的市场规模将快速增长至0.64、1.23、1.73 亿元。

全球5G 手机石墨烯导热膜市场规模预测

资料来源：statista，StrategyAnalytics，高通，京东，极光大数据，中国化工信息