新材料：2023导热材料行业研究报告.docx

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1、新材料：2023导热材料行业研究报告导热材料市场增长迅速，未来可期热管理是后摩尔时代电子技术发展的重大挑战之一热物理定律的限制和产品热失效机制特征使得热管理正变得日益重要。在现代电子系统中，受电子器件自身效率的限制，输入电子器件的近80%电功率耗散会变成废热。美国空军航空电子整体研究项目的研究结果表明，55%的器件失效是由温度因素导致的。通过热管理，可确保高功率系统或设备有效地控制和管理产生的热量，以确保系统设备运行时保持在可接受的温度水平，最终保障系统的可靠性、性能和寿命。电子产品内部工作产生的热量主要通过均热（横向传递）和导热（纵向传递）传递至外部。均热是指热量会自动从高温区域流向低温区域

2、，直到整个物体的温度达到均匀状态；两个温度不同的物体接触时，高温物体会向低温物体传递热量，直到两者温度达到平衡状态。均热主要关注物体内部的热量分布，而导热更多地关注物体之间的热量传递。导热材料主要提升热传导中的导热和均热效率。元器件沿其材料表面的两个方向的均匀导热性能通常有限，所以需要使用水平方向上具有较高导热率的材料将局部高温向四周扩散。而不同元器件之间，由于界面之间直接接触存在凹凸不平的空隙，会产生热阻（空气的导热效率非常低），因此需要使用导热界面材料填充空隙，以便于热量更快地在不同界面间传导。导热材料分类繁多，不同的导热材料有不同的特点和应用场景。目前广泛应用的导热材料有合成石墨材料、均

3、热板（VC）、导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂、相变材料等。其中合成石墨类主要是用于均热；导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂和相变材料主要用作提升导热能力；VC可以同时起到均热和导热作用。导热材料行业具有较高的技术和供应商认证壁垒。由于导热材料的工作空间主要集中在凹凸不平的缝隙中，需要具有一定的可塑性和柔软性，所以上游所涉及的原材料主要集中在高分子树脂、硅胶块、金属材料及布料等。下游方面，导热材料通常需要与一些器件结合，二次开发形成导热器件并最终应用于消费电池、通信基站、动力电池等领域。由于导热材料在终端的中的成本占比并不高，但其扮演的角色非常重要，因而供应商业绩稳定性好、获利能力稳定。图8：导

4、热行业产业链资料来源：深圳芯酷科技官网，中信证券研究部算力需求提升，导热材料需求有望放量最先进的N1P模型中参数的数量呈指数级增长。近年来，自然语言处理（N1P）中的基于Transformer的语言模型借助于大规模计算、海量数据以及先进的算法和软件取得快速进展。拥有大量参数、更多数据和更长训练时间的语言模型可以获得更加丰富、更加细致的语言理解能力。因此，从2018年开始,N1P模型参数以每年近乎一个数量级的速度在增长。AI大模型的持续推出带动算力需求放量。ChatGPT-3模型版本拥有1750亿个参数，而此前的GPT-2只有1.5亿个参数。由于参数数量的增加，ChatGPT-3的训练时间和算力

5、需求也大幅增加。为了训练GPT-3模型,OpenAI需要使用超过285z000个CPU核心和IOzOOO多个GPUo训练ChatGPT-3模型的总计算量大约相当于在普通笔记本电脑上运行175亿年的计算量,大约是GPT-2的数百倍（数据源自OPenA1官网）。而且，在推理过程中,ChatGPT也需要大量的算力来生成连贯、准确的文本。以中国近年算力规模看，2016-2023年算力规模CAGR为47%（数据源自中国信通院）。随着AI大模型等对参数需求大幅提升，全球对于算力的需求预计将呈现爆发式的增加。面对算力缺口，Chip1et或成A1芯片破局之路。ChatGPT等A1应用蓬勃发展，对上游AI芯片算

6、力提出了更高的要求，头部厂商通过不断提升制程工艺和扩大芯片面积推出更高算力的芯片产品。然而在后摩尔时代，制程升级和芯片面积扩大带来的经济效益锐减,架构创新如Chip1et或将成为提升芯片算力的重要途径。Chip1et技术除了成本和良率端的优势，还能够在最大程度上提升芯片的算力以满足不同应用的需求。图11：3DChiP1et较2DSOC的优势Chip1et技术是提升芯片集成度的全新方法。Chip1et指的是将芯片的不同芯粒分开制备后再通过互联封装形成一个完整芯片。Chip1et较小的硅片面积不太容易产生制造缺陷，因此可以避免大算力芯片良率太低的问题。芯粒可以采用不同工艺进行分离制造，可以显著降低

7、成本。止矽卜，Chip1et技术带来高速的DietoDie互连，使得芯片设计厂商得以将多颗计算芯粒集成在一颗芯片中，以实现算力的大幅提升。芯片算力提升对导热材料的要求不断提升。Chip1et技术的核心思路在于尽可能多在物理距离短的范围内堆叠大量芯片，以使得芯片间的信息传输速度足够快。随着更多芯片的堆叠，不断提高封装密度已经成为一种趋势。随着封装密度的提高，单位电路的功率也不断增大以减小电路延迟，提高运行速度；同时，芯片和封装模组的热通量也不断增大，显著提高导热材料需求。全球Chip1et市场增长强势。随着下游人工智能（AI）、虚拟现实（MR）、物联网（IoT）的不断发展，高算力的要求成为的未来

8、趋势,Chip1et技术或成为未来的主流芯片制造方案。据Omida测算,全球Chip1et市场规模将从2018年的6.45亿美元逐步攀升至2024年的24亿美元，CAGR为44.2%o近年，全球头部导体公司都已经开始布局Chip1et,已经有商业化设备公布。图16：全球ChiPIet市场增长势头强劲Chip1et市场规模（亿美元）资料来源：Omida（含预测），中信证券研究部数据中心的算力需求与日俱增，导热材料需求会提升。根据中国信通院发布的中国数据中心能耗现状白皮书，2023年，散热的能耗占数据中心总能耗的43%,提高散热能力最为紧迫。随着AI带动数据中心产业进一步发展，数据中心单机柜功率将

9、越来越大，叠加数据中心机架数的增多，驱动导热材料需求有望快速增长。5G通信基站相比于4G基站功耗更大,对于热管理的要求更高。根据广州4G/5G基站功耗的实际测试结果，5G基站的有源天线单元（ActiveAntennaUnit,AAU）或远端射频单元(RadioRemoteUnit,RRU)的能耗相比于4G基站身出3-5倍，基带处理单元(BaseBandUnit,BUU)的功耗也比4G基站高出30%-50%o综合来看，5G基站能耗大约为4G基站的3-4倍。能耗的提升对导热材料提出更高要求，因此5G基站中多采用高效导热的TIM材料以应对高能耗带来的高热负载。未来5G全球建设会为导热材料带来新增量。

10、截止2023年12月，我国完成的5G基站数超过230万个,占全球基站的超过60%o当前我国的万人人均5G基站数已经达到了16.3个，远远大于全球平均水平。伴随着未来全球的5G基站逐步建设，对导热材料的需求预计将持续存在。消费电子在实现智能化的同时逐步向轻薄化、高性能和多功能方向发展。随着集成电路芯片和电子元器件体积不断缩小，手机机身厚度越来越薄，但由于功能件数量增多，手机功率密度和发热量快速增加。此外，无线充电和快充技术的普及也加大了散热的需求和难度。简而言之，电子产品的性能越来越强大，而集成度和组装密度不断提高，导致其工作功耗和发热量的急剧增大，提高散热需求。09876543210Wauoq

11、d-0222co18uoqd一0212en020211rnJOq10192Xuoqd一01728UOqd一01721者一016298UO一0142g8UO一0122寸uoud一0102图21：苹果手机厚度变化(mm)图22：华为手机快充发展趋势(W)iii111UIIIIIIIIIMateP3020ProProMateMateP40MateMateMate3030Pro4050Pro40Pro+新能源车产销量不断提升，带动导热材料需求。2017-2023年我国新能源汽车产销量迅速攀升。据中国汽车工业协会披露,2023年国内新能源汽车销量为688.7万辆，同比增加96%,产量为705.8万辆，同

12、比增加99%o由于新能源车单车导热材料的价值高于传统燃油车，新能源车渗透率的上升将带动导热材料的需求上涨。预计2030年全球导热材料市场规模达到361亿元(I)AI算力缺口加速数据中心建设，料将带动导热材料的需求。数据中心的运行会产生大量的热量，需要使用高效的散热系统来保证其正常运行。假设单位耗电量下的数据中心与个人电脑(PC)中的导热材料价值量相似，则数据中心导热材料价值量约为14万元/架。未来随着AI等领域的发展将会持续刺激数据量的增长，进而推动数据中心建设，因此我们预计未来数据中心新建数量仍能维持双位数增长，2023-2025年对应导热材料市场规模为4.1、5.5、7.1亿元。(2)5G

13、基站的持续建设会为导热材料的增长带来持续的需求。目前我国的5G建设速度较快，居于全球领先地位。根据工信部十四五信息通信行业发展规划及通信业统计公报,2023年每万人拥有5G基站数为16.4,距离2025年每万人拥有5G基站数达到26个的目标存在一定差距，因此未来预计我国还需追加建设大量5G基站。同时未来全球5G基站的建设会提升导热材料的需求。根据工信部通信业统计公报披露的我国历年基站新建设数量以及其中提及的全球约60%5G基站分布于我国,我们预测2023-2025年全球5G基站建设数量分别为185、213、223万座。根据我国台湾地区电气电子工业同业公会调研结果，5G基站散热材料价值量约为20

14、00元/台，对应基站导热材料全球市场规模为37、43、45亿元。(3)消费电子技术迭代、性能提升带动高端导热材料需求及单机导热材料价格上升。考虑到5G在手机领域的渗透率已经接近50%,后续渗透率提升速度或会逐步放缓，我们预计2023-2025年，5G手机的渗透率为54.4%59.4%64.4%o由于5G手机会带来更大的发热量，对于热管理提出更高的要求，带动单机所需要的导热材料价值不断上升。我们预计智能手机中石墨烯膜和VC等高端导热材料的渗透率将不断上升，我们假设VC、石墨烯膜渗透率为25%30%35%和10%15%20%;PC中的VC渗透率为2.0%3.0%4.0%o止的卜,我们认为随着热管、

15、石墨烯的散热材料技术成熟度的不断提升,平均单机价值量会逐步下降。综合考虑下，我们预测2023/24/25年消费电子导热材料市场规模将达到135、143、152亿。（4）新能源汽车渗透率上升，带动汽车导热材料市场规模的提升。当前汽车导热材料市场规模的提升来源于新能源汽车渗透率的上升。基于我们调研，我们对新能源汽车中动力电池、电机/电控以及燃油车ECM系统中的导热材料的单车需求用量做出如下假设。根据中信证券研究部新能源汽车行业电驱动行业系列专题聚焦3000亿市场，技术迭代推动降本增效（外发日期：2023年03月08日），我们预计2023-2025年全球新能源车渗透率为16.7%20.7%24.7%o在此基础上，对应汽车导热材料的市场规模将达到46/55/64亿元。导热材料趋于复合化使用芯片的导热材料芯片中的导热材料主要包括芯片内部导热材料和芯片外部热管理两部分。内部和外部区别主要在于导热材料是否封装在芯片内部。芯片的内部导热材料主要包括封装基板、底填材料和TIM材料。芯片外部的导热材料则根据使用不同芯片的设备而有所不同，一般以被动散热为主的智能手机和平板电脑中以石墨系材料（主要为合成石墨膜）和VC为主，配备主动散热组件（风冷、水冷器件）的PC和服务器等则以热管、VC为主。图25：典型芯片中的导热材料分布TIM2T1M1散封芯热装片PCB资料来源：微电子封装中的热界面材料综述（杨宇军