（報告出品方/作者：中信證券，王喆、李鴻釗）導熱材料市場增長迅速，未來可期熱管理是“后摩爾”時代電子技術發展的重大挑戰之一熱物理定

（報告出品方/作者：中信證券，王喆、李鴻釗）

導熱材料市場增長迅速，未來可期

熱管理是“后摩爾”時代電子技術發展的重大挑戰之一

熱物理定律的限制和產品熱失效機制特征使得熱管理正變得日益重要。在現代電子系 統中，受電子器件自身效率的限制，輸入電子器件的近 80%電功率耗散會變成廢熱。美國 空軍航空電子整體研究項目的研究結果表明，55%的器件失效是由溫度因素導致的。通過 熱管理，可確保高功率系統或設備有效地控制和管理產生的熱量，以確保系統設備運行時 保持在可接受的溫度水平，最終保障系統的可靠性、性能和壽命。

電子產品內部工作產生的熱量主要通過均熱（橫向傳遞）和導熱（縱向傳遞）傳遞至 外部。均熱是指熱量會自動從高溫區域流向低溫區域，直到整個物體的溫度達到均勻狀態； 兩個溫度不同的物體接觸時，高溫物體會向低溫物體傳遞熱量，直到兩者溫度達到平衡狀 態。均熱主要關注物體內部的熱量分布，而導熱更多地關注物體之間的熱量傳遞。

導熱材料主要提升熱傳導中的導熱和均熱效率。元器件沿其材料表面的兩個方向的均 勻導熱性能通常有限，所以需要使用水平方向上具有較高導熱率的材料將局部高溫向四周 擴散。而不同元器件之間，由于界面之間直接接觸存在凹凸不平的空隙，會產生熱阻（空氣的導熱效率非常低），因此需要使用導熱界面材料填充空隙，以便于熱量更快地在不同 界面間傳導。

導熱材料分類繁多，不同的導熱材料有不同的特點和應用場景。目前廣泛應用的導熱 材料有合成石墨材料、均熱板（VC）、導熱填隙材料、導熱凝膠、導熱硅脂、相變材料等。 其中合成石墨類主要是用于均熱；導熱填隙材料、導熱凝膠、導熱硅脂和相變材料主要用 作提升導熱能力；VC 可以同時起到均熱和導熱作用。

導熱材料行業具有較高的技術和供應商認證壁壘。由于導熱材料的工作空間主要集中 在凹凸不平的縫隙中，需要具有一定的可塑性和柔軟性，所以上游所涉及的原材料主要集 中在高分子樹脂、硅膠塊、金屬材料及布料等。下游方面，導熱材料通常需要與一些器件 結合，二次開發形成導熱器件并最終應用于消費電池、通信基站、動力電池等領域。由于 導熱材料在終端的中的成本占比并不高，但其扮演的角色非常重要，因而供應商業績穩定 性好、獲利能力穩定。

算力需求提升，導熱材料需求有望放量

最先進的 NLP 模型中參數的數量呈指數級增長。近年來，自然語言處理（NLP）中 的基于 Transformer 的語言模型借助于大規模計算、海量數據以及先進的算法和軟件取得 快速進展。擁有大量參數、更多數據和更長訓練時間的語言模型可以獲得更加豐富、更加 細致的語言理解能力。因此，從 2018 年開始，NLP 模型參數以每年近乎一個數量級的速 度在增長。

AI 大模型的持續推出帶動算力需求放量。ChatGPT-3 模型版本擁有 1750 億個參數， 而此前的 GPT-2 只有 1.5 億個參數。由于參數數量的增加，ChatGPT-3 的訓練時間和算 力需求也大幅增加。為了訓練 GPT-3 模型，OpenAI 需要使用超過 285,000 個 CPU 核心 和 10,000 多個 GPU。訓練 ChatGPT-3 模型的總計算量大約相當于在普通筆記本電腦上 運行 175 億年的計算量，大約是 GPT-2 的數百倍（數據源自 OpenAI 官網）。而且，在推 理過程中，ChatGPT 也需要大量的算力來生成連貫、準確的文本。以中國近年算力規模看， 2016-2021 年算力規模 CAGR 為 47%（數據源自中國信通院）。隨著 AI 大模型等對參數 需求大幅提升，全球對于算力的需求預計將呈現爆發式的增加。

面對算力缺口，Chiplet 或成 AI 芯片“破局”之路。ChatGPT 等 AI 應用蓬勃發展， 對上游 AI 芯片算力提出了更高的要求，頭部廠商通過不斷提升制程工藝和擴大芯片面積推 出更高算力的芯片產品。然而在后摩爾時代，制程升級和芯片面積擴大帶來的經濟效益銳 減，架構創新如 Chiplet 或將成為提升芯片算力的重要途徑。Chiplet 技術除了成本和良率 端的優勢，還能夠在最大程度上提升芯片的算力以滿足不同應用的需求。

Chiplet 技術是提升芯片集成度的全新方法。Chiplet 指的是將芯片的不同芯粒分開制 備后再通過互聯封裝形成一個完整芯片。Chiplet 較小的硅片面積不太容易產生制造缺陷， 因此可以避免大算力芯片良率太低的問題。芯粒可以采用不同工藝進行分離制造，可以顯著降低成本。此外，Chiplet 技術帶來高速的 Die to Die 互連，使得芯片設計廠商得以將多 顆計算芯粒集成在一顆芯片中，以實現算力的大幅提升。

芯片算力提升對導熱材料的要求不斷提升。Chiplet 技術的核心思路在于盡可能多在物 理距離短的范圍內堆疊大量芯片，以使得芯片間的信息傳輸速度足夠快。隨著更多芯片的 堆疊，不斷提高封裝密度已經成為一種趨勢。隨著封裝密度的提高，單位電路的功率也不 斷増大以減小電路延遲，提高運行速度；同時，芯片和封裝模組的熱通量也不斷増大，顯 著提高導熱材料需求。

全球 Chiplet 市場增長強勢。隨著下游人工智能（AI）、虛擬現實（MR）、物聯網（IoT） 的不斷發展，高算力的要求成為的未來趨勢，Chiplet 技術或成為未來的主流芯片制造方案。 據 Omida 測算，全球 Chiplet 市場規模將從 2018 年的 6.45 億美元逐步攀升至 2024 年的 24 億美元，CAGR 為 44.2%。近年，全球頭部導體公司都已經開始布局 Chiplet，已經有 商業化設備公布。

數據中心的算力需求與日俱增，導熱材料需求會提升。根據中國信通院發布的《中國 數據中心能耗現狀白皮書》，2021 年，散熱的能耗占數據中心總能耗的 43%，提高散熱能 力最為緊迫。隨著 AI 帶動數據中心產業進一步發展，數據中心單機柜功率將越來越大，疊 加數據中心機架數的增多，驅動導熱材料需求有望快速增長。

5G 通信基站相比于 4G 基站功耗更大，對于熱管理的要求更高。根據廣州 4G/5G 基 站功耗的實際測試結果，5G 基站的有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）或遠端射 頻單元（Radio Remote Unit，RRU）的能耗相比于 4G 基站高出 3-5 倍，基帶處理單元（Base Band Unit，BUU）的功耗也比 4G 基站高出 30%-50%。綜合來看，5G 基站能耗大約為4G 基站的 3-4 倍。能耗的提升對導熱材料提出更高要求，因此 5G 基站中多采用高效導熱 的 TIM 材料以應對高能耗帶來的高熱負載。

未來 5G 全球建設會為導熱材料帶來新增量。截止 2022 年 12 月，我國完成的 5G 基 站數超過 230 萬個，占全球基站的超過 60%。當前我國的萬人人均 5G 基站數已經達到了 16.3 個，遠遠大于全球平均水平。伴隨著未來全球的 5G 基站逐步建設，對導熱材料的需 求預計將持續存在。

消費電子在實現智能化的同時逐步向輕薄化、高性能和多功能方向發展。隨著集成電 路芯片和電子元器件體積不斷縮小，手機機身厚度越來越薄，但由于功能件數量增多，手 機功率密度和發熱量快速增加。此外，無線充電和快充技術的普及也加大了散熱的需求和 難度。簡而言之，電子產品的性能越來越強大，而集成度和組裝密度不斷提高，導致其工 作功耗和發熱量的急劇增大，提高散熱需求。

新能源車產銷量不斷提升，帶動導熱材料需求。2017-2022 年我國新能源汽車產銷量 迅速攀升。據中國汽車工業協會披露，2022 年國內新能源汽車銷量為 688.7 萬輛，同比 增加 96%，產量為 705.8 萬輛，同比增加 99%。由于新能源車單車導熱材料的價值高于 傳統燃油車，新能源車滲透率的上升將帶動導熱材料的需求上漲。

預計 2030 年全球導熱材料市場規模達到 361 億元

（1）AI 算力缺口加速數據中心建設，料將帶動導熱材料的需求。數據中心的運行會 產生大量的熱量，需要使用高效的散熱系統來保證其正常運行。假設單位耗電量下的數據 中心與個人電腦（PC）中的導熱材料價值量相似，則數據中心導熱材料價值量約為 14 萬 元/架。未來隨著 AI 等領域的發展將會持續刺激數據量的增長，進而推動數據中心建設， 因此我們預計未來數據中心新建數量仍能維持雙位數增長，2023-2025 年對應導熱材料市 場規模為 4.1、5.5、7.1 億元。

（2）5G 基站的持續建設會為導熱材料的增長帶來持續的需求。目前我國的 5G 建設 速度較快，居于全球領先地位。根據工信部《“十四五”信息通信行業發展規劃》及《通 信業統計公報》，2022 年每萬人擁有 5G 基站數為 16.4，距離 2025 年每萬人擁有 5G 基站數達到 26 個的目標存在一定差距，因此未來預計我國還需追加建設大量 5G 基站。同時 未來全球 5G 基站的建設會提升導熱材料的需求。根據工信部《通信業統計公報》披露的 我國歷年基站新建設數量以及其中提及的全球約 60%5G 基站分布于我國，我們預測 2023-2025 年全球 5G 基站建設數量分別為 185、213、223 萬座。根據我國臺灣地區電氣 電子工業同業公會調研結果，5G 基站散熱材料價值量約為 2000 元/臺，對應基站導熱材 料全球市場規模為 37、43、45 億元。

（3）消費電子技術迭代、性能提升帶動高端導熱材料需求及單機導熱材料價格上升。 考慮到 5G 在手機領域的滲透率已經接近 50%，后續滲透率提升速度或會逐步放緩，我們 預計 2023-2025 年，5G 手機的滲透率為 54.4%/59.4%/64.4%。由于 5G 手機會帶來更大 的發熱量，對于熱管理提出更高的要求，帶動單機所需要的導熱材料價值不斷上升。我們 預計智能手機中石墨烯膜和 VC 等高端導熱材料的滲透率將不斷上升，我們假設 VC、石 墨烯膜滲透率為 25%/30%/35%和 10%/15%/20%；PC 中的 VC 滲透率為 2.0%/3.0%/4.0%。 此外，我們認為隨著熱管、石墨烯的散熱材料技術成熟度的不斷提升，平均單機價值量會 逐步下降。綜合考慮下，我們預測 2023/24/25 年消費電子導熱材料市場 規模將達到 135、143、152 億。

（4）新能源汽車滲透率上升，帶動汽車導熱材料市場規模的提升。當前汽車導熱材 料市場規模的提升來源于新能源汽車滲透率的上升。基于我們調研，我們對新能源汽車中 動力電池、電機/電控以及燃油車 ECM 系統中的導熱材料的單車需求用量做出如下假設。根據中信證券研究部新能源汽車行業電驅動行業系列專題《聚焦 3000 億市場， 技術迭代推動降本增效》（外發日期：2023 年 03 月 08 日），我們預計 2023-2025 年全球 新能源車滲透率為 16.7%/20.7%/24.7%。在此基礎上，對應汽車導熱材料的市場規模將達 到 46/55/64 億元。

導熱材料趨于復合化使用

芯片的導熱材料

芯片中的導熱材料主要包括芯片內部導熱材料和芯片外部熱管理兩部分。內部和外部 區別主要在于導熱材料是否封裝在芯片內部。芯片的內部導熱材料主要包括封裝基板、底 填材料和 TIM 材料。芯片外部的導熱材料則根據使用不同芯片的設備而有所不同，一般以 被動散熱為主的智能手機和平板電腦中以石墨系材料（主要為合成石墨膜）和 VC 為主， 配備主動散熱組件（風冷、水冷器件）的 PC 和服務器等則以熱管、VC 為主。

芯片內部的基板除了連接電路外，還起到導熱的作用，導熱效率可通過基板材料和連 接方式提升。基板是一個“金屬導電層-絕緣層-金屬導電層”的三明治結構，上下兩層金 屬導電層分別用于芯片和底板的互連。實際芯片封裝使用的基板必須同時具備導電部分和 絕緣部分，通常為陶瓷材料和底板材料復合而成。陶瓷材料主要用作基板中的絕緣層，金 屬材料主要用作金屬導電層底板。目前工藝經過多次迭代，基板材料及結構已經較為復雜。

芯片內部的導熱材料分為頂部連接和底部連接部分。芯片底部需要與基板相連接，頂 部需要與封裝殼相連接。在整個芯片封裝過程中，這些縫隙位置出現的空氣都可能會導致 傳熱性能的急劇下降，因此頂部和底部都需要合適的 TIM 材料以滿足芯片-封裝蓋和芯片基板-PCB 板的兩部分傳熱需求。

底部連接材料目前以環氧樹脂基材料為主。底部填充材料一般為了填充芯片和基板連 接的焊球間的縫隙（芯片用焊球與基板相連）。在其它各類 TIM 材料中，硅樹脂是主流的 基體，在芯片的底部填充用的底部填充膠中，主流工藝為二氧化硅填充的環氧樹脂。選用 環氧樹脂基填充膠的原因主要是環氧樹脂的熱固性，生產過程方便。

常用的頂部連接材料為硅脂和無機相變金屬材料（銦居多）。頂部導熱一般是為了填 充芯片與封裝所用的封裝外殼之間的空隙部分。芯片中所使用的灌封膠和頂部包封膠包括 聚氨酯、環氧樹脂和硅橡膠或凝膠等。目前芯片中所使用的頂部填充大多數為硅脂。硅脂 的優點在于使用簡便，只要將其涂膜在裸芯片的頂部，并且安置上封裝外殼即可。目前， 在一些高端 PC 的 CPU 中也有使用無機相變材料作為頂部連接材料。

芯片外部的導熱材料主要為均熱材料和 TIM 材料，不同用途的芯片所采用的散熱途徑 各不相同。產熱量較大的設備多采用被動傳熱+主動散熱的模式，所使用的均熱材料主要 為熱管、均熱板，TIM 材料一般選用硅脂或相變金屬。產熱量較小的設備一般不配備主動 散熱裝置，所使用的均熱材料多為石墨系材料與均熱板，TIM 材料一般選用硅脂或硅膠片。

消費電子熱管理所涉及的導熱材料

智能手機、平板電腦等無主動散熱的設備中，多使用石墨系材料/均熱板+硅脂/硅膠片 的組合。目前大部分的主流安卓智能手機和平板中使用均熱板作為散熱元件，均熱板和芯 片元件中的空隙用硅脂填充。蘋果公司的手機和平板產品由于軟硬件構架適配性較高，目 前最新產品仍舊使用合成石膜+硅脂作為芯片外導熱結構，尚未使用均熱板。

PC、服務器、計算中心和基站等能耗較大需要進行主動散熱的設備中，熱管+硅脂是 首選的芯片外導熱材料。由于這些設備的性能要求較高，往往配備了風冷/水冷等散熱模塊， 均熱/導熱段的主要作用是將熱傳導至散熱模塊處，由熱風/熱水將熱量帶出。因此 5G 基站 需要導熱材料的導熱系數需要接近 10W/m.K，計算中心和基站則可能更高。在這樣的需求 驅動下，大部分需要主動散熱的設備都選擇熱管實現熱量的定向傳導，并以硅脂填充縫隙。 少部分高端 PC 和最新型的基站也有選用 VC/相變金屬作為導熱材料。

汽車電池熱管理所涉及的導熱材料

電池系統中的導熱材料主要為聚氨酯導熱結構膠。動力電池行業所選的導熱膠不僅需 要導熱性能符合需求，還需要對再粘接性能、輕量化、低成本甚至揮發性等方面進行綜合 考量，因此其導熱性能往往維持在 1.2-2.0 W/m.K 范圍內。電池廠商在導熱膠需求量大且 不斷降本的趨勢下，無法選擇高導熱（>3.0W/m.K）的有機硅產品，因此粘接強度、經濟 成本具有優勢的聚氨酯導熱結構膠成為了眾多電池廠的選擇。

導熱硅膠為片狀固體，一般用于發熱量較小的電子零件和芯片表面，也廣泛用于動力 電池組。導熱硅膠可涂覆于各種電子產品，電器設備中的發熱體與散熱設施（散熱片、散 熱條、殼體等）之間的接觸面，起傳熱媒介作用和防潮、防塵、防腐蝕、防震等性能。目 前的導熱硅膠的增量主要是在動力電池的電芯中，用于連接電池組。

下游產品發展驅動導熱材料技術更迭

石墨膜系均熱材料的機遇及挑戰

石墨膜系均熱材料是被廣泛使用的均熱材料，現存的石墨膜系均熱材料主要包括天然 石墨膜、合成石墨膜和石墨烯。石墨可以被作為均熱材料是由其獨特的片層結構決定。層 片結構帶來的極高的橫向導熱能力，能夠迅速讓點熱源釋放出的熱量沿著碳原子層傳導， 達到使熱量均勻分布在整個平面上的目的。由于膜的尺寸可以自由裁剪，較為靈活。

天然石墨膜是成本較低的常用均熱材料。天然石墨膜是第一種 “石墨系均熱材料”， 也是最早被使用的均熱材料。天然石墨膜是將高碳鱗片石墨經過化學處理、高溫膨脹軋制 而成。由于天然石墨所用的原材料成本極低，所以成本上優于合成石墨等材料。

我國天然石墨存量豐富，天然石墨技術和成本優勢顯著。截止 2020 年末，我國探明 天然石墨儲量約 7000 萬噸，為世界第二，僅次于土耳其的 9000 萬噸。且我國天然石墨產 地主要分布在黑龍江、四川和山東等地，石墨類型多為鱗片狀晶質石墨，具有易開采、易 選等特點，使用價值大。天然石墨主要通過開采石墨礦獲得，所以不存在斷供等風險。中 國石墨深加工技術走在世界前列，高溫提純、石墨烯生產等加工產品在國際市場具有優勢。

天然石墨的主要問題在于結構易出現缺陷且橫向導熱能力相比人造材料不夠突出。由 于天然石墨是天然產品，相比于合成石墨或石墨烯膜，片層容易出現缺陷，從而可能影響 局部均熱性能。其次，盡管天然石墨的橫向導熱能力已經遠強過絕大部分材料，但對比通 過化學合成方法提升結構完整度的人造石墨和石墨烯，性能上仍處于劣勢。由于導熱性不 好，天然石墨主要應用于低端領域。 合成石墨膜是工藝最為成熟的主流石墨類均熱材料。為了解決天然石墨的厚度和縱向 導熱的問題，合成石墨應運而生。合成石墨是人工合成的超厚型或多層復合的石墨散熱膜。 依托于石墨片層的高導熱系數，通過增加厚度或設計多層結構疊合，提高整體或者局部厚度，大幅度加大熱量傳遞方向的熱通量，具有縱向導熱性強、易于加工等特性，能夠滿足 電子產品的需求，目前合成石墨正在逐漸替代天然石墨均熱材料。

合成石墨膜生產流程工藝主要由碳化、石墨化、壓延和模切構成。現階段，國內各企 業石墨膜的基本工藝路線基本相同，均采用聚酰亞胺（PI）膜作為原材料。由于合成石墨 膜對于石墨化程度要求較高，通常溫度要求在 3000 攝氏度以上。

隨著消費電子產品功耗的增加，高導熱石墨膜逐漸由傳統單層或薄的石墨膜向復合型 或超厚型石墨膜發展。PI 膜燒制成高導熱石墨膜的關鍵特性為導熱性。單層或薄的石墨 膜受制于其本身的結構和尺寸，導熱性能有一定的上限，因此在一些需要更高導熱性能的 應用場合，需要更厚的多層石墨膜來實現，多層石墨膜的市場占比也是在逐步上升。其次， 厚型石墨膜的厚度和多層薄層的石墨膜厚度一致，但單層厚型石墨可減少粘的層數，增強 熱通量實現更好的導熱性能。

厚型石墨膜加工難度較大。厚度也直接影響薄膜性能，厚度越大，薄膜的石墨化程度 越低，性能也越差，石墨膜本身的物理性能限制了石墨厚度。目前，有關研究（《聚酰亞 胺基石墨膜材料研究進展》（蔡云飛，陳子豪，張騰飛等））發現預拉伸、調整石墨膜燒結 中的加熱溫度速率和對 PI 膜改性是提高薄膜石墨化性能的有效手段，可用于厚石墨膜的制 備。目前，厚型石墨做到 100μm 以上就具有一定挑戰性。

石墨烯是新型均熱材料，具有最強的橫向導熱性和柔性，應用前景廣闊。石墨烯是指 單層的碳原子層，其理論導熱系數高達 5300W/m·K，是迄今為止導熱系數最高的物質之 一。隨著手機性能的不斷增強，越來越高的均熱需求帶動了石墨烯膜的使用。除了強導熱 性外，石墨烯膜的柔性也是其重要性能指標。天然石墨和合成石墨都具有較高的剛度，無 法實現折疊過程。目前三星、華為等廠商推出的折疊屏手機幾乎都選用石墨烯導熱膜為其 核心均熱組件。

石墨烯制造工藝包括機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、外延生長法與氧化還原 法。現階段，石墨烯散熱膜的工業化制備主要基于氧化還原法和 CVD 法。石墨烯氧化還 原法主要材料為天然石墨，而 CVD 法制備石墨烯涉及的材料包括含碳氣體與銅箔。CVD 法生產石墨烯所需要的 CVD 設備目前已基本實現國產化。中國石墨烯產業鏈材料、設備 與制造等多環節已較為成熟。

石墨烯膜的生產工藝具有差異性，國內已經出現了一批具有石墨烯膜供貨能力的廠商。 目前，國內具有石墨烯膜生產能力的廠商包括中石科技、富烯科技、深瑞墨烯（貝特瑞子 公司）、斯迪克等。

超薄熱管及均熱板是未來趨勢

熱管是一種具有快速均溫特性的特殊組件，由外部的空心金屬管和內部的可相變液體 組成。熱管的工作原理是借由空心金屬管腔內持續循環的液汽二相變化過程使管體表面快 速均溫。熱管最早期運用于航天領域，現早已普及運用于各式熱交換器、冷卻器等，擔任 起快速熱傳導的角色，是現今電子產品散熱裝置中最普遍高效的導熱元件。熱管的形狀一 般較為細長，均熱的同時也起到將熱量沿管傳導到散熱組件附近的作用。

熱管設計靈活，是個人電腦（PC）均熱的首選組件，智能手機中也有少部分使用。 由于 PC 是通過主板/ CPU/顯卡/內存等多個組件組合而成，內部空間結構較為復雜，且不 同廠商的設計模式多樣性較高。因此目前市面上絕大部分的 PC 使用的都是可以靈活排布 的熱管。目前智能手機中也有部分使用熱管，由于厚度要遠低于 PC 中的熱管，智能手機 中的熱管一般稱為超薄熱管。

均熱板（VC）屬于高端均熱器件，主要應用場景為厚度或重量敏感設備。均熱板通 常由外層的銅和內部的可發生相變的冷凝液組成，結構和均熱原理上與熱管較為相似，主 要的區別在于均熱板呈現出二維的“板”狀。透過傳導、蒸發、對流、凝固四個步驟，將 點熱源釋放的熱量均勻分布在整個平面上。VC 單板就能達到整個平面均熱的效果，效果 相比石墨系材料更強，且 VC 相比熱管質量更加輕薄，更適用于手機。因此在高性能發熱 量較大的手機上具有天然的優勢，得到了廣泛的應用。除了手機外，目前也有少部分高端 筆記本電腦采用均熱板工藝。

VC 厚度降低是發展趨勢。相比于厚重的熱管，均熱板的重要優點之一就是輕薄。早 期 PC 和智能機中使用的均熱板厚度一般在 2-5mm 甚至更厚，厚度低于 2mm 的均熱板就 被稱為超薄均熱板。為了進一步降低重量，均熱板主流廠商不斷研發，目前厚度已經達到 0.5mm 以下。發布于 2022 年 Samsung S22 手機已經開始使用 0.4mm 的均熱板。

TIM 材料組分多元化發展

TIM 一般由基體材料和填充物兩部分組成。基材主要用于保證 TIM 能盡可能遍及所有 有空氣縫隙的位置，主要選用具有一定流動性的高分子聚合物，例如：硅油、聚烯烴、丙 烯酸樹脂，石蠟油等。填充物則選用各類高導熱系數的材料，如：ZnO、Ag、AlNl、Al、 Fe、碳納米管等，主要起到的是增加傳熱效率的作用。 提高導熱率主要可通過改變添加的粉體材料實現。對導熱高分子材料來說，提高材料 的導熱性能是關鍵。目前，生產導熱高分子材料最簡單有效的辦法是添加導熱填料，此方 法能夠有效提高導熱高分子材料的熱導率，且工藝簡單，利于工業化生產。

減小粉體尺寸提高填充率從而提升導熱性能。增加導熱功能填料在樹脂基體中的填充 量仍然是提高導熱性的有效手段，但不科學地增加填充比例會破壞復合材料的流變性能和 機械性能，而合理的粒徑匹配填充方法可以在一定的顆粒體積填充分數下沿傳熱方向形成 更多的導熱路徑，對提高導熱性能有很大的幫助。

導熱功能粒子的混雜填充更能提升 TIM 材料的導熱效率。不同粒徑填料混合填充效果 必然優于單一粒徑填充。而在不同粒徑配比下，復合材料的粘度和導熱系數隨兩個填料相對含量的變化情況也是不同的。采用粒徑大小不同的粒子混合填充可以提高填充量，小粒 子填充大粒子形成的空隙，大小粒徑緊密堆積，形成更加良好的導熱通路。

高導熱、低遷移的導熱界面材料將是未來趨勢。絕大多數 TIM 材料都是采用有機硅樹 脂體系，因為有機硅聚合物具有優異的化學穩定性，另外它的物理特性隨溫度變化不明顯， 例如粘度，模量等。但是有機硅油存在氣相和液相遷移等潛在問題，通過氣態揮發或液態 溢出，TIM 材料的性能會大幅下降乃至失效，導致元器件受到一定程度的負面影響。

導熱相變材料復合化提升性能

導熱相變材料主要用于要求熱阻小、熱傳導效率高的高性能器件，具有高安全性。導 熱相變材料主要是利用其相變過程進行導熱。當溫度達到相變點時，導熱相材料會發生相 變，由固態變為流動態，在壓力效果下流進并填充發熱體和散熱器之間的不規則空隙，擠 走空氣，降低接觸面熱阻。同時相變過程能夠將熱量吸收，起到控溫的效果。導熱相變材 料一般在室溫下具有天然黏性，無需黏合膠粘，液化后熱阻降低，能夠極大提升電子元件 的安全性與可靠性。

導熱相變材料主要有有機相變材料（例如石蠟、脂肪醇等）和無機相變材料（例如低 熔點金屬等）兩類。有機相變材料具有化學穩定性好、相變熱大等特點，但導熱性較差， 常與高導熱填料（如石墨、碳納米管等）復合使用以提高導熱性能。無機相變材料則具有 較好的導熱性能和更高的相變溫度，但可能存在相對較低的化學穩定性和相變熱。 相變材料自身熱導率有限，提高導熱相變材料將是未來趨勢。相變材料的優勢在于固 態狀態具有更高的安全性，但其熱導率普遍在 1W/（m.K）以下。通過與高導熱材料復配 可以提升顯著提高導熱率。復合相變材料可以兼顧高安全性和高導熱性，復合配方將是未 來發展重點。

導熱材料國產替代空間廣闊

導熱材料發展初期集中在海外

應用場景的拓展和導熱材料的選擇不斷推動導熱材料產業的發展。導熱材料產業的發 展歷程十分悠久，其商業化歷程可以追溯到上世紀 50 年代，當時主要使用金屬鋁和銅作 為導熱材料；60-80 年代，硅膠和氧化鋁等開始作為導熱材料被用于電子設備和汽車等領 域；90 年代，熱塑性高分子材料和石墨烯等新型導熱材料開始應用。21 世紀以來，隨著 人工智能、5G 等新興技術的發展，更多具有高導熱效率的新型材料被開發以滿足市場需 求。

核心原料技術仍面臨供給不確定性

PI 膜為合成石墨膜的核心原材料。成本中原材料成和制造費用占據合成石墨膜大部分 制造成本，原材料成本占比約 78%；制造費用占比約 12%。原材料主要包含 PI 膜、膠帶、 硅膠保護膜和離型膜，其中 PI 膜對成本影響最大，約占總成本的 36%。

合成石墨膜的原料是聚酰亞胺（PI）膜，美日韓企業壟斷全球 PI 市場。合成石墨膜 原材料主要為聚酰亞胺（PI）膜，PI 膜生產具有極高的技術壁壘。PI 膜行業中國大陸起步 晚，還處于追趕階段，多數生產商以生產電工級產品為主，低端電絕緣 PI 薄膜市場基本已 實現自給，但高性能電子領域的產品仍然高度依賴進口（2020 年，進口率 85 %以上，日 本、韓國和中國臺灣省是最主要的進口來源地）。目前的主流高端 PI 膜廠商包括：韓國 SKC Kolon PI、日本鐘淵化學、日本東麗、美國杜邦等。

填充物是 TIM 材料的關鍵。導熱粉體是導熱界面材料導熱性能的最核心來源。根據相 關專利可知，熱界面材料中，導熱粉體填料占比普遍在 70- 90%，最高可達 95%。

功能性粉體填充材料國產化能力較弱。填料的體積決定了 TIM 材料中的填充度，因此 通常填料顆粒越小，導熱性能就越好，但我國在微米和納米級填料方面較海外企業仍然不 小差距。以硅球為例，2019 年電化株式會社、日本龍森公司和日本新日鐵公司合計占據 了全球球形硅微粉 70%的市場份額，而日本雅都瑪公司則壟斷了 1 微米以下的球形硅微粉 市場（數據源自聯瑞新材招股說明書）。

國內企業在石墨膜等材料發展迅速

人工合成石墨導熱材料的興起源于消費電子產品的快速發展。2011 年，人工合成石 墨散熱膜開始大規模應用于智能手機，隨后在平板電腦、筆記本電腦等領域得到拓展。發 達國家人工合成石墨導熱材料產業起步較早，擁有豐富技術積累及應用推廣經驗。人工合 成石墨導熱材料在消費電子行業應用之初，市場主要由 Panasonic、美國 Graftech、日 本 Kaneka 等知名生產廠商占據，形成寡頭壟斷的競爭格局。

國產廠商已經切入手機巨頭供應鏈，合成石墨膜已經基本實現國產替代，目前中國為 全球重要的導熱石墨膜供應基地之一。導熱石墨膜最主要的應用是在智能手機上，由于國 內智能手機廠商的高速發展，當前全球部分的導熱石墨膜產能已經由國內龍頭導熱材料廠 商供應，國外的手機巨頭蘋果、三星等也大量采用國內供貨商的導熱石墨膜。以中石科技、 碳元科技、思泉新材等為代表的國內企業在人工合成石墨導熱材料領域實現技術突破，憑 借價格、區位及服務優勢開始對海外龍頭企業形成沖擊，行業競爭格局從壟斷競爭向市場 化競爭轉變。

國內合成石墨膜呈現“一超多強”競爭格局。國內廠家中，中石科技的導熱石墨膜產 量最大，2021 年報披露導熱石墨膜產量達到 932 萬平方米，收入為 11.27 億元。其它各 廠家如深圳壘石、思泉新材、蘇州天脈、碳元科技也有一定的市占率。根據 Global Info Research 數據，2021 年全球導熱石墨膜市場約為 72.5 億元，以收入計，中石科技市占率 為 15.53%，國內主要企業的市占率合計約 30%。

石墨膜毛利率工藝路線和下游客戶類型密切相關，不同企業間有差異。由于合成石墨 膜的下游多為智能手機廠商，不同下游廠商收購石墨膜時的價格各不相同。例如，蘋果公 司的大部分的合成石墨膜都由中石科技供貨，整體毛利率表現較好。碳元科技則是安卓系 三星、華為等合成石墨膜的供貨商，毛利率表現較低。盡管下游的客戶較為穩定，但由于 合成石墨膜的制備門檻并不高，且下游的手機巨頭們通常都具有較高的議價權，主流廠商 產品的毛利率總體呈現逐年下降的趨勢。

不同企業合成石墨膜業務的增長效率與自身下游客戶的需求和產品產量密切相關。 蘋果手機在產品迭代中依然采用石墨膜作為導熱材料，且在使用量方面還在進一步提升。 中石科技作為蘋果產品體系核心供應商，石墨膜出貨量也不斷增加。安卓系列的手機中， 由于不斷采用 VC、石墨烯等導熱材料，石墨膜的滲透率受到影響，導致安卓系手機石墨 膜供應商增速不及蘋果系供應商。

供應鏈相對穩定，先發認證優勢明顯。不同合成石墨膜企業的下游客戶存在顯著差異， 且合作關系穩定。以合成石墨膜業務產量、收入均為最高的中石科技為例，從 2014 進入 北美大客戶供應商名單后，合作關系已經穩定至今。下游客戶的需求量上升帶動上游石墨 膜供貨商的盈利上升。

TIM 材料仍以國際巨頭為主流

TIM 材料在消費電子、芯片封裝過程中均有廣泛的應用，目前市場供應仍以境外老牌 材料廠商為主。TIM 核心技術的掌握依賴于長期的研發投入和技術沉淀，中高端產品領域 技術壁壘較高。境外企業起步較早，掌握研發的核心技術且并具有豐富的材料性能數據儲 備，品牌知名度高，市場占有率高，具備較大的先發優勢。其中，中高端市場多由萊爾德、 漢高、貝格斯、3M、信越化學等少數境外公司壟斷。國內市場絕大多數企業產品種類較少， 同質性強，經營規模普遍較小。

目前已經有少部分國內廠商可以生產 TIM 材料，但產品類別和營收仍然較少，全球市 占率較低。根據富士經濟報告，2021 全球 TIM 材料市場容量約 60-70 億元。據德邦科技 招股說明書，德邦科技業務中集成電路封裝材料子項中包括了電子級 TIM 材料，德邦科技 2019-2021 年度此項目的營收分別為 0.30、0.39、0.83 億元。以 2021 年營收計算，全球 市占率約 1.3%。據蘇州天脈招股書，蘇州天脈 2021 收入為 1.52 億元，全球市占率約 2.4%。

國內 TIM 業務目前仍然以種低端產品為主，高端市場尚待突破。目前，大部分國內 TIM 廠商的體量還較小，且主要針對是手機等能耗較低，散熱需求小的廠家。下游客戶中 不包括 Intel、AMD、英偉達等 CPU、GPU、計算中心制造廠商（CPU/GPU 等芯片內部 散熱實際上需要用到電子級高端 TIM）。

最高端產品性能對比上，國內廠家仍有劣勢。以蘇州天脈招股書中的產品性能對比為 例，萊爾德、富士高分子、貝格斯三家外企分別在導熱片、導熱凝膠、導熱膏三類產品的 最高導熱率上有優勢。考慮到這些已經打入客戶供應鏈的老牌外企已經占據了高端 TIM 材 料的市場先發地位，目前國內廠家仍舊存在不小的競爭劣勢。

國內企業加速導熱材料布局

導熱材料關鍵技術仍然處于空缺狀態，國家鼓勵行業發展。導熱材料是提高電子產品 運行可靠性的關鍵元件，其核心環節的確實可能對未來電子產品行業發展形成不確定因素。近年來，國務院、發改委及各主管部門相繼出臺的一系列行業發展政策、規劃、指導意見， 給予電子行業及其上下游產業的支持。

國產替代空間廣闊，國內企業加速發力。由于早期我國消費電子代加工發展迅速，帶 動了石墨膜等材料的發展，目前全球石墨膜中較大比重產自中國。TIM 材料方面，我國導 熱材料企業產品主要應用于動力電池等相對產品要求較低的領域，但在半導體領域的主要 參與企業仍舊以國際巨頭為主。考慮到導熱材料技術仍然處于快速更迭中，我國企業有望 實現彎道超車。目前，國內企業正在積極布局導熱材料相關產能，國產替代將是未來導熱 材料行業發展趨勢。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。