专题报告:5G时代,手机散热迎来新机遇

作者: 测试12 CNPIM 2020年01月02日

高性能+轻薄化,散热需求突出

中高端智能手机呈现集成化趋势。(1)更高的计算频率和性能,四核、八核成为主流,额外增加NPU增强AI能力;(2)更大更清晰的屏幕,2K/全面屏渗透率提升;(3)柔性屏,可弯曲可折叠;(4)更多内置无线设备,如双WiFi/低频蓝牙/无线充电等。一方面功能配置和性能提升带来能耗增大,另一方轻薄化要求压缩了手机内部散热空间,如A品牌手机,其堆叠主板区(CPU夹在两层半中间)的工作温度相比其他区域高~2摄氏度。

图1. A品牌手机问温度与层叠主板设计

5G计算量增大,散热需求突出。手机中主要热源为SoC、屏幕、摄像头、以及充电状态下的电池,另外射频前端在持续数据传输过程中亦会有间断性发热现象。SoC中算力的持续提升是确定性趋势,叠加5G信息处理和数据计算工作量大幅增加,SoC仍旧是最主要的发热源。当前4G手机平均功耗在4~5W,5G芯片的峰值耗电量是4G芯片的2.5倍,5G手机平均功耗预计相比4G有30%左右提升,散热需求相比4G更加突出。

表1. 手机主要热源

手机散热进入景气周期,市场空间有望翻倍。目前手机端主要散热技术包括导热界面材料、导热片、热管/均热板三类,其中导热片是4G手机主流方案,在4G高性能手机上出现导热片+热管/均热板的组合方案。2019年全球手机散热市场规模约83亿元;未来5G手机占比不断提升,采用多种散热方案,合计市场规模在2025年有望接近209亿元,CAGR 16。6%。其中我们预测:(1)早期5G手机终端从高端向下渗透,叠加芯片发热量较大,“散热片+均热板”有望成为主要散热方案;(2)中期随着5G终端向入门机渗透及5G SoC成熟,“散热片+热管”有望成为占比最高的散热方案;(3)仅使用“散热片”方案的4G+5G终端总量逐渐减少。

表2. 手机主流散热方案及单机价值量

图2. 全球手机散热市场规模测算(百万元)

导热界面材料:手机部分使用导热膏/导热胶

核心作用是实现热源和散热片的贴合。空气是热的不良导体,为了实现发热部位和散热部位的紧密贴合,一般可以在中间填充导热界面材料,包括相变材料、导热膏、导热胶等,将空气挤出,同时起到绝缘、减震、密封等作用。手机中以导热膏/导热胶为主,由于接触面积小,单机价值量相对有限。目前也有部分旗舰手机探索使用相变材料。

图3. 导热界面材料主要类型

图4. 魅族16系列旗舰手机使用导热膏

高端海外垄断,中低端国内有突破。目前富士高分子、贝格斯、固美丽等海外公司占据导热膏/导热胶高端市场:富士高分子成立于1978年,在高端热界面材料应用市场中市占率超过60%;贝格斯产品系列比较齐全,涉及行业广泛;固美丽在导热相变化材料具有技术优势。中国大陆厂商起步较晚,中石科技、飞荣达在导热界面材料方面有一定产品积累。

表3. 海外导热硅胶主要厂商

导热片:石墨片为主,探索石墨烯等新材料

核心作用是实现热量的扩散和辐射。导热材料包括铜、铝等金属材料和石墨、碳等非金属材料。相较于金属材料,石墨具备高导热系数、高比热容和低密度等性能优势,从从2011年起大规模应用智能手机,目前已经成为消费电子领域主流的导热片材料。石墨烯具有更高的热导率,但成本相对较高,目前华为已经在Mate 20 X使用,未来应用进展取决于石墨烯产业规模及模组价格。

表4。 不同材料导热系数

5G石墨片使用量有望提升。智能手机中使用石墨片的部件包括镜头、CPU、OLED显示屏、Wi-Fi天线、无线充和电池等;4G手机屏幕及背壳为2块面积较大的石墨片,其他有需要的可能增加1~3块面积小的石墨片,核算单机价值量约5~7元;5G手机散热需求提升,单机石墨片价值量未来有望进一步提升到10元。

图5. 用于消费电子的石墨片

图6。 荣耀10散热石墨片

行业价格竞争激烈,争夺核心客户。目前导热石墨膜行业主要参与者为日本松下、美国Graftech、日本Kaneka、碳元科技、中石科技和飞荣达等。日本松下和美国Graftech进入该领域较早,技术成熟主打高端市场。国内碳元科技、中石科技和飞荣达等已经进入三星、华为等主要手机厂商的供应链。由于行业进入门槛相对较低,普通石墨片产品的单价有一定压力,行业往高导热率、高厚度石墨膜升级。

表5. 导热石墨膜主要厂商情况

热管/均热板:提升散热效率,渗透率有望快速提升

核心作用是实现热量的快速传导。热管一般划分为三部分:蒸发段、绝热段和冷凝段。在容器的内壁上设有与内壁形状相一致的毛细管心,冷凝液充满整个管心;当冷凝液在蒸发段受热后开始蒸发,蒸汽带着汽化的热量被输送到冷凝段,液化释放热量;冷凝液依靠毛细泵力的作用返回到蒸发段完成物质和热量循环。热管利用热传导与致冷介质的快速热传递性质,导热系数较金属和石墨材料有10倍以上提升,在高端手机逐步获得应用。均热板(Vapor Chamber,VC)工作原理与热管类似,差别在于热管传导方式是一维的,而均热板是二维的散热效率更加高,且可以覆盖多个热源。

图7。热管工作原理及与均热板对比

在4G/5G手机逐步渗透。热管技术成熟较早,在计算机/笔记本、投影仪等领域广泛应用,目前超薄的热管已经应用到手机终端,单机价值量约5元。均热板成本较高且超薄款工艺难度较高,目前在手机端的应用还仅配置在旗舰款手机上,单机价值量在10~15元。华为Mate20系列、三星Note10系列采用了均热板,在IT之家针对华为Mate20的散热测评中,运行大型游戏30分钟后手机温度不超过37摄氏度。华为官方表示,石墨烯膜+均热板的组合方案使华为Mate 20的散热能力较上代Mate 10提升约50%,发热集中点的温度较上代下降了3度以上。

图8。 Mate 20 X 石墨烯+均热板散热方案

图9. 三星手机S7系列使用散热片+热管方案

台系厂商领先,大陆企业积极扩产。目前热管和均热板的主要供应商为中国台湾厂商,包括双鸿、超众、泰硕等,覆盖全球主流的服务器、笔电和手机厂商等下游客户。大陆厂商中,碳元科技于2018年投资设立常州碳元热导科技乐盈彩票注册,主要从事超薄热管/均热板及相关材料的研发和生产;飞荣达于2018年收购昆山品岱55%股权,拥有热管/均热板生产能力。我们判断中国大陆受益手机产业链的聚集优势,目前在热管/均热片已经具有一定量产能力,未来通过技术/人才引进有望实现对中国台湾厂商的赶超,特别在定制化方面发挥更大竞争优势。

表6. 热管/均热板主要厂商情况

国内手机产业链竞争力持续提升,5G有望迎来新机遇

国产品牌手机在全球份额近40%,带动产业链崛起。2010年以来以华为、OPPO、VIVO、小米为代表的国产品牌手机崛起,四家合计份额从0起步达到2019H1的约40%,其中2019年上半年华为出货份额第二、小米和OPPO分别第四和第五。品牌崛起带动国内手机终端产业链的快速发展,在屏幕、摄像头、电池等重要组件和天线、边框/后盖、EMI/EMC等射频器件均出现行业标杆企业,且已经逐步进入海外品牌核心供应链。

图10. HOMV(华为、OPPO、小米、VIVO)智能机销量及份额

国内5G发展有望领先全球,5G手机有望快速上量。日韩、中国、北美、西欧是通信产业发展第一梯队,在5G部署有望保持领先。截至2018年底,国内4G基站共372万个,超过全球一半;当前5G网络建设韩国起步较早,但我们判断在2020年中国有望赶超,预计2019~2021年国内新建5G几张15/60~80/100万个。根据GSMA测算,2025年中国将拥有最大规模的5G用户。根据我们测算2020年全球5G终端有望销售2~3亿部,其中国内销售有望接近一半,将成为5G终端销售重要市场和产业创新核心力量。

图11.国内5G基站建设数量预测(万)

图12. 全球5G用户及渗透率测算

手机散热进入景气周期,市场空间有望翻倍。2019年全球手机散热市场规模约83亿元;未来5G手机占比不断提升,采用多种散热方案,合计市场规模在2025年有望接近209亿元,CAGR 16.6%。其中:(1)早期5G手机终端从高端向下渗透,叠加芯片发热量较大,“散热片+均热板”有望成为主要散热方案;(2)中期随着5G终端向入门机渗透及5G SoC成熟,“散热片+热管”有望成为占比最高的散热方案;(3)仅使用“散热片”方案的4G+5G终端总量逐渐减少。中国台湾厂商双鸿、超众、泰硕等在手机热管/均热板已批量供货,部分已经在大陆设厂。

图13. 全球手机散热市场规模测算(百万元)

表7. 重点企业智能手机热管/均热板产能及规划

中国大陆主要供应商

碳元科技

公司概况。高导热石墨膜领先国内企业。公司成立于2010年,于2017年上市,公司主要从事高导热石墨散热材料开发、制造与销售,是国内的领先企业。公司产品下游可应用于智能手机、平板电脑、液晶电视、LED灯等电子产品的散热,主要客户为三星、华为、VIVO、OPPO等品牌智能终端。根据招股说明书,2016 年前五大客户依次是华为终端、上海宇为(经销VIV和金立等)、三星、OPPO和浩鸿,收入占比依次为16%、15%、10%、9%和 5%,合计为 55%。

主营业务。多层高导热膜产品持续增长。公司主要产品为高导热石墨散热膜系列和三恒系统,2018年收入占比依次为94%和3%。高导热石墨散热膜系列包括单层高导热膜、复合型高导热膜、多层高导热膜。2018年公司多层高导热膜产品营业收入较上年同期增长150。18%,单层高导热膜产品营业收入较去年同期下降25。16%。

手机散热进展。碳元科技在 2018 年投资设立了常州碳元热导科技乐盈彩票注册,主要研发、生产热管及相关的材料,热管产品工厂在2019 年二季度完成建设并投产。根据公司官方网站介绍,目前公司超薄微热管产品实现直径8mm、长度100mm、厚度0。3mm、导热系数20000w/mk以上。另外公司已经延伸投入均热板研发。

图14. 碳元科技热管产品

财务概要。2018年:碳元实现营收5。42亿元,同比增长8。44%;消费电子行业产品营收同比增长9。16%,仍旧取得一定增长;归母净利润5300万元,同比增长5%。公司为提升自主创新能力,2018年加大研发费用支出至2700万元,同比增长40。64%。受汇率变动及利息收入影响,财务支出同比下降248。77%。销售毛利率降至22。95%,但销售净利润稳定在9%左右。

图15。 碳元科技营收状况(货币单位:亿元)

图16. 碳元科技业务构成(货币单位:百万元)

中石科技

公司概况。导热材料配方技术全球领先。公司成立于1997年,并于2017年上市,产品包括导热材料、EMI屏蔽材料、电源滤波器以及一体化解决方案,主要应用于智能手机、消费电子、通信、汽车电子、高端装备制造、医疗电子等领域。2017年上半年前五大客户为宝德、迈锐、鸿富锦、安洁科技和昌硕,占比为23%、18%、11%、7%和6%,销售产品主要为合成石墨材料。

主营业务。智能消费电子轻薄化推动导热材料需求快速上升。公司核心业务为导热材料,2018年收入占比高达89%。2018年导热材料实现营收6。77亿元,同比增长40%,2014-2018年CAGR达50。49%。公司产品包括合成石墨导热膜、导热垫片、导热凝胶、导热脂以及导热相变材料。

手机散热进展。中石科技具备丰富的散热解决方案,2019年收购江苏凯唯迪科技乐盈彩票注册51%股权,根据凯唯迪2018年“超导散热材料项目环境影响报告表”,该项目总投资1000万元、规划年产能700万只超导热管。中石科技自身在导热界面材料、石墨片等方面具有丰富的产品,收购唯迪进一步提升在热管/均热板的技术和产能储备,有望进一步强化散热平台供应商地位。

图17. 中石科技散热产品(消费电子)

财务概要。2018年中石科技总营收7.63亿元,同比增长33.78%;营业总成本5.98亿元,同比增长26%,净利润1.41亿元,同比增长71.09%。但受市场竞争加剧影响,销售、管理以及财务费用占比增至3.51%、16.79%以及1.24%。营运能力受消费电子行业景气度下降拖累,营业周期、存货周转天数以及应收账款周转天数增至249、135和113天,分别增长85、67和15天。

图18.中石科技营收状况(货币单位:亿元)

图19.中石科技业务构成(货币单位:百万元)

飞荣达

公司概况。电磁屏蔽和散热方案供应商。公司于1993年创立,2017年上市,主要产品为电磁屏蔽器件和导热材料及器件等,下游应用领域包括通信设备、笔记本电脑、智能手机等。此外,公司还生产其他电子器件包括防尘网、保护膜、绝缘片和单双面胶等多元产品。根据招股说明书,2016年公司前五大客户依次为华为、和硕、富士康、比亚迪和中兴,收入占比依次为22%、14%、9%、6%和5%,合计占比为58%。

主营业务。产品结构稳定,主要业务为电磁屏蔽器件。公司主要产品包括电磁屏蔽材料及器件、导热材料及器件及其他电子器件等三大类。导热材料及器件包括导热界面器件、石墨片、导热石墨膜等。公司产品结构稳定,电磁屏蔽器件为第一大业务,2018年收入占比49%,其次为导热材料及器件,收入占比13%。导热材料毛利率25%,同比增长5%。

手机散热进展。飞荣达在导热塑料器件、导热界面材料、石墨片有成熟产品。2019年4月完成收购55%股权的昆山品岱,具备笔记本、通信设备、服务器、工控等大型设备散热产品,有望向消费电子延伸;2019年5月公司公告拟收购昆山中迪36%股权,后者的高导热系数导热材料和低密度导热材料技术国内领先,具备石墨烯膜产品能力。

图20。 品岱散热产品

图21。 中迪石墨烯散热片

财务概要。飞荣达营业收入持续增长,2018年营收13.26亿元,2014-2018年CAGR21.62%;归母净利润1.62亿元,同比增长50%。2017年营业利润同比降低7%是由于项目开发及管理成本上升等原因。2018年财务费用同比下降215%,但销售、管理和研发费用同比增长,增速分别为29%、127%和32%。

图22。 飞荣达营收状况(货币单位:亿元)

图23. 飞荣达业务构成(货币单位:百万元)

来源:中信证券


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