高性能TIM材料の石墨烯散熱膜及應(yīng)用

12月13日，蘇州錦富技術(shù)股份有限公司發(fā)布公告，擬向特定對(duì)象發(fā)行股票募集資金總額不超過(guò)7.38億元，用于高性能石墨烯散熱膜生產(chǎn)基地建設(shè)項(xiàng)目及補(bǔ)充流動(dòng)資金。

公告稱，高性能石墨烯散熱膜項(xiàng)目建設(shè)期24個(gè)月，總投資5.87億元。項(xiàng)目主要包括石墨烯散熱膜等生產(chǎn)線的建設(shè)，擬通過(guò)購(gòu)置生產(chǎn)廠房的方式實(shí)施。該項(xiàng)目建成達(dá)產(chǎn)后，公司將每年新增石墨烯散熱膜產(chǎn)能400萬(wàn)平方米。經(jīng)測(cè)算，項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率（稅后）為17.75%，稅后回收期（含建設(shè)期）為6.48年。

石墨烯具有卓越的力學(xué)特性、熱性能、光學(xué)特性，下游應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于消費(fèi)電子、柔性顯示、散熱材料等領(lǐng)域，被業(yè)界稱為“材料之王”。近年來(lái)，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)石墨烯行業(yè)的發(fā)展。

公告顯示，石墨烯材料是 21 世紀(jì)最具革命性的先進(jìn)材料之 一，公司高性能石墨烯散熱膜生產(chǎn)基地建設(shè)項(xiàng)目符合國(guó)家戰(zhàn)略導(dǎo)向。此外，該項(xiàng)目的建設(shè)是公司為實(shí)現(xiàn)國(guó)有資產(chǎn)保值增值，提升公司效益，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的目標(biāo)，落實(shí)公司向上游先進(jìn)材料延伸布局戰(zhàn)略的關(guān)鍵舉措，有利于提升公司對(duì)消費(fèi)電子散熱膜產(chǎn)品的供應(yīng)能力，滿足下游客戶產(chǎn)品市場(chǎng)需求， 持續(xù)增強(qiáng)公司盈利能力和市場(chǎng)地位，推動(dòng)公司產(chǎn)品、技術(shù)、資金實(shí)力等綜合實(shí) 力的提升，符合公司發(fā)展戰(zhàn)略。

公告顯示，近年來(lái)，消費(fèi)電子逐步向輕薄化、高性能和多功能方向發(fā)展。電子產(chǎn)品的性能越來(lái)越強(qiáng)大，而集成度和組裝密度不斷提高，導(dǎo)致其工作功耗和發(fā)熱量的增大。據(jù)研究，電子元器件因熱量集中引起的材料失效占總失效率的 65%- 80%，熱管理技術(shù)是電子產(chǎn)品考慮的關(guān)鍵因素。此外，5G 時(shí)代電子設(shè)備上集成的功能逐漸增加并且復(fù)雜化，以及設(shè)備本身的體積逐漸縮小，對(duì)電子設(shè)備的熱管理技術(shù)提出了更高的要求。解決消費(fèi)電子的散熱問(wèn)題成為 5G 時(shí)代電子設(shè)備的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。

2018 年 10 月華為在 Mate20 系 列手機(jī)中首次采用石墨烯膜作為其主要散熱方案，其后石墨烯膜在華為的“Mate 系 列”、“P 系列”及“MatePad 系列”、小米的“xiaomi10”等消費(fèi)電子產(chǎn)品中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。據(jù)華金證券研究所測(cè)算，全球手機(jī)散熱市場(chǎng)有望從 2019 年的 150 億元增長(zhǎng)到 2022 年的 230 億元，2022 年手機(jī)散熱行業(yè)中 4G 手機(jī)能夠達(dá)到 60 億元的市場(chǎng)規(guī)模，其中 5G 手機(jī)散熱市場(chǎng) 2022 年達(dá) 164 億元，應(yīng)用市場(chǎng)廣闊。

公告表示，公司“高性能石墨烯散熱膜”研發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)完成中試，具備規(guī)模生產(chǎn)的條件，所產(chǎn)產(chǎn)品具有機(jī)械性能好、導(dǎo)熱系數(shù)高，質(zhì)量 輕、柔韌性好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)筆記本 電腦、LED 照明設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、新能源汽車動(dòng)力電池等領(lǐng)域。

本產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)自主研發(fā)的高質(zhì)量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導(dǎo)熱、高柔性、低介電系數(shù)、低介電損耗等多種優(yōu)異特性,解決了當(dāng)前我國(guó)電子封裝及熱管理領(lǐng)域面臨的“卡脖子”問(wèn)題，擁有國(guó)際先進(jìn)的熱管理TIM解決方案及相關(guān)材料生產(chǎn)技術(shù)，是國(guó)內(nèi)低維材料技術(shù)領(lǐng)域頂尖的創(chuàng)新型高科技產(chǎn)品。

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第5代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。5G是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G有助于建立一個(gè)新的、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長(zhǎng)的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點(diǎn)，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機(jī)器。

公認(rèn)的5G優(yōu)勢(shì)是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G網(wǎng)絡(luò)利用在26GHz 至40GHz范圍內(nèi)運(yùn)行的高頻波長(zhǎng)（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹(shù)木甚至雨等物體，在這些高頻下會(huì)遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。

5G部署最初可能會(huì)以增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶應(yīng)用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無(wú)縫的用戶體驗(yàn)，超越現(xiàn)有移動(dòng)寬帶應(yīng)用所支持的水平。

二

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計(jì)技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進(jìn)展。但是隨著新一代無(wú)線通信對(duì)無(wú)線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長(zhǎng)距離、高移動(dòng)、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應(yīng)用場(chǎng)景的需求，針對(duì)毫米波無(wú)線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)，開(kāi)展面向長(zhǎng)距離、高移動(dòng)毫米波無(wú)線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動(dòng)通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢(shì)：毫米波由于其頻率高、波長(zhǎng)短，具有如下特點(diǎn)：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽(tīng)難度，適合短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；波長(zhǎng)極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點(diǎn)：毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，那就是不容易穿過(guò)建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收，對(duì)材料非常敏感。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)采用小基站的方式來(lái)加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔。

什么是TIM熱管理?

定義

熱管理？顧名思義，就是對(duì)“熱“進(jìn)行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，控制著系統(tǒng)中熱的分散、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換。先進(jìn)的熱管理材料構(gòu)成了熱管理系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而熱傳導(dǎo)率則是所有熱管理材料的核心技術(shù)指標(biāo)。

導(dǎo)熱率，又稱導(dǎo)熱系數(shù)，反映物質(zhì)的熱傳導(dǎo)能力，按傅立葉定律，其定義為單位溫度梯度（在1m長(zhǎng)度內(nèi)溫度降低1K）在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的熱量。熱導(dǎo)率大，表示物體是優(yōu)良的熱導(dǎo)體；而熱導(dǎo)率小的是熱的不良導(dǎo)體或?yàn)闊峤^緣體。

5G手機(jī)以及硬件終端產(chǎn)品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，電子設(shè)備和許多其他高功率系統(tǒng)的性能和可靠性受到散熱問(wèn)題的嚴(yán)重威脅。要解決這個(gè)問(wèn)題，散熱材料必須在導(dǎo)熱性、厚度、靈活性和堅(jiān)固性方面獲得更好的性能，以匹配散熱系統(tǒng)的復(fù)雜性和高度集成性。

一

5G時(shí)代高功率、高集成、高熱量趨勢(shì)明顯，熱管理成為智能手機(jī)“硬需求”

一代通信技術(shù)，一代手機(jī)形態(tài)，一代熱管理方案。通信技術(shù)的演進(jìn)，會(huì)持續(xù)引發(fā)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的變革，并推動(dòng)手機(jī)芯片和元器件性能快速提升。但與此同時(shí)，電子器件發(fā)熱量迅速增加，對(duì)手機(jī)可靠性和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。從4G時(shí)代進(jìn)入5G時(shí)代，智能手機(jī)芯片性能、數(shù)據(jù)傳輸速率、射頻模組等都有著巨大提升，無(wú)線充電、NFC等功能逐漸成為標(biāo)配，手機(jī)散熱壓力持續(xù)增長(zhǎng)。5G手機(jī)散熱的主流方案，高導(dǎo)熱材料、并加速向超薄化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化和低成本方向發(fā)展，技術(shù)迭代正在加速進(jìn)行。未來(lái)隨著5G終端產(chǎn)品進(jìn)一步放量，TIM市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。

2020年，5G技術(shù)邁向全面普及，消費(fèi)電子產(chǎn)品向高功率、高集成、輕薄化和智能化方向加速發(fā)展。由于集成度、功率密度和組裝密度等指標(biāo)持續(xù)上升，5G時(shí)代電子器件在性能不斷提升的同時(shí)，工作功耗和發(fā)熱量急遽升高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65-80%。為避免過(guò)熱帶來(lái)的器件失效，導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠、石墨導(dǎo)熱片、熱管和均熱板（VC）等技術(shù)相繼出現(xiàn)、持續(xù)演進(jìn)，散熱管理已經(jīng)成為5G時(shí)代電子器件的“硬需求”。

根據(jù)EUCNC數(shù)據(jù)，LTE智能手機(jī)功耗主要來(lái)源于功率放大器、應(yīng)用處理器、屏幕和背光、信號(hào)收發(fā)器和基帶處理器。隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品向高集成、輕薄化和智能化方向發(fā)展，芯片和元器件體積不斷縮小，功率密度卻在快速增加，智能手機(jī)的散熱需求成為亟需解決的問(wèn)題：

（1）芯片性能更高，四核、八核成為主流；

（2）柔性顯示、全面屏逐漸普及，2K/4K屏占領(lǐng)高端市場(chǎng)；

（3）內(nèi)置更多無(wú)線功能，例如NFC、GPS、藍(lán)牙和無(wú)線充電；

主要導(dǎo)熱材料

耐溫石墨烯材介の紹介

石墨烯均熱膜可廣泛運(yùn)用于應(yīng)用于手機(jī)、智能穿戴、通訊、醫(yī)療設(shè)備、計(jì)算機(jī)等高功率、高集成度系統(tǒng)的散熱領(lǐng)域。

充滿變革性技術(shù)創(chuàng)新的時(shí)代，帶來(lái)了無(wú)數(shù)日常活動(dòng)的變化。在這樣的背景下，隨著全新商業(yè)模式的涌現(xiàn)，提供商品與服務(wù)的舊方式被急劇改變或徹底拋棄，毫米波5G手機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也面臨全新的挑戰(zhàn)。