散熱技術(shù)方案持續(xù)升級(jí)，5G時(shí)代市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)

熱設(shè)計(jì)和熱管理是電子產(chǎn)品組件的核心構(gòu)成，并且隨著組裝密度和集成度的持續(xù)提升而越來(lái)越受到重視。散熱下游應(yīng)用領(lǐng)域眾多，包括消費(fèi)電子、和汽車、基站、服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心等，市場(chǎng)空間在千億級(jí)別。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)估，2018年~2023年散熱產(chǎn)業(yè)年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)8%，市場(chǎng)規(guī)模有望從2018年的1497億元增長(zhǎng)到2023年的2199億元。

手機(jī)散熱約占行業(yè)總規(guī)模的7%，2018年約為100億元。雖然占比低，但是未來(lái)受益于5G智能終端持續(xù)升級(jí)的驅(qū)動(dòng)，手機(jī)散熱市場(chǎng)有望保持高增長(zhǎng)，2018~2022年年平均復(fù)合增長(zhǎng)率有望達(dá)26%。此外，5G商用基站大規(guī)模建設(shè)也有望驅(qū)動(dòng)半固態(tài)壓鑄殼體和吹脹板散熱市場(chǎng)空間的擴(kuò)大。而從長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，5G帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)流量的增加，服務(wù)器散熱市場(chǎng)也將持續(xù)擴(kuò)大。

多元材料構(gòu)成目前散熱設(shè)計(jì)解決方案

智能手機(jī)出貨量有望借力于5G實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。根據(jù)IDC發(fā)布的報(bào)告，預(yù)計(jì)2019年全球智能手機(jī)出貨量仍延續(xù)下滑趨勢(shì)，同比下降0.8%，達(dá)到13.9億部。但隨著可折疊屏和5G手機(jī)的商用，2020年智能手機(jī)行業(yè)有望恢復(fù)增長(zhǎng)，預(yù)估該趨勢(shì)將一直延續(xù)到2023年，屆時(shí)全球智能手機(jī)出貨量將達(dá)到15.42億臺(tái)，其中5G手機(jī)滲透率達(dá)到25%。

手機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，CPU、電池、攝像頭和LED等都是重要熱源。同時(shí)伴隨手機(jī)性能的持續(xù)升級(jí)，包括拍照像素提升、電池容量加大、曲面屏設(shè)計(jì)以及玻璃陶瓷等非金屬機(jī)殼的應(yīng)用，都對(duì)散熱提出更高要求。良好的散熱解決方案成為伴隨手機(jī)迭代升級(jí)的關(guān)鍵之一，也是手機(jī)品牌商在推出新一代手機(jī)時(shí)的重要宣傳點(diǎn)。

總體來(lái)看，芯片處理能力、射頻功耗、機(jī)殼材質(zhì)和輕薄化的設(shè)計(jì)是影響手機(jī)散熱需求的主要因素。一方面，隨著智能手機(jī)的發(fā)展，手機(jī)芯片的主頻越來(lái)越高，功率越來(lái)越大。5G芯片處理能力是現(xiàn)有芯片的5倍；5G手機(jī)總功率約9.6W，是4G的2倍；5G手機(jī)運(yùn)行在多頻段和高頻網(wǎng)絡(luò)，MassiveMIMO（大規(guī)模多入多出）天線技術(shù)商用，耗能是4G芯片的2.5倍；加上高速處理大量數(shù)據(jù)，同時(shí)手機(jī)視頻內(nèi)容、游戲內(nèi)容等的高清化。

手機(jī)散熱市場(chǎng)規(guī)模及增速
資料來(lái)源：Yole

目前手機(jī)終端、平板電腦等輕薄型消費(fèi)電子受內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)限制的影響，主流的散熱方案包括石墨片、石墨烯、金屬背板、冰巢散熱、導(dǎo)熱界面材料（ThermalInterface Materials，TIM）、熱管（Heatpipe，HP）和均熱板（Vapor Chamber，VC）。導(dǎo)熱系數(shù)是衡量散熱方案的核心指標(biāo)。以上方案的導(dǎo)熱系數(shù)，按照由低到高，依次為金屬、石墨片、石墨烯、熱管和VC。雖然熱管和均熱板的導(dǎo)熱系數(shù)更高，但是其功能只是加快熱量從手機(jī)發(fā)熱零件轉(zhuǎn)移到散熱片的速度，而最終的散熱效果，還要看散熱片和空氣之間的熱對(duì)流，即散熱片材質(zhì)的熱特性對(duì)手機(jī)散熱效果具有不可忽視的影響。

半固態(tài)壓鑄件+吹脹板，5G基站殼體價(jià)值量提升

基站架構(gòu)包括BBU和AAU（4G為RRU+天線）。其中BBU（Base Band Unite，基帶處理單元）負(fù)責(zé)集中控制與管理整個(gè)基站系統(tǒng)，完成上下行基帶處理功能，并提供與射頻單元、傳輸網(wǎng)絡(luò)的物理接口，完成信息交互。AAU（Active Antenna Unit，有源天線）/RRU（Remote Radio Unit，射頻處理單元）+天線通過(guò)基帶射頻接口與BBU通信，完成基帶信號(hào)與射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

5G基站引入Massive MIMO技術(shù)，典型應(yīng)用是64T64R，單基站典型功耗超過(guò)3500W，而4G基站主要采用4T4R MIMO，單基站典型功耗僅1000W左右。由于設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中消耗的部分電能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，使得基站一體化機(jī)柜內(nèi)的溫度不斷上升，因此散熱需求大幅提升。

從基站功耗數(shù)據(jù)的構(gòu)成來(lái)看，BBU功耗相對(duì)穩(wěn)定，與所插板件相關(guān)，受業(yè)務(wù)負(fù)荷的影響不大。根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的測(cè)試數(shù)據(jù)，5G基站BBU功耗平均為300W左右，大約是4G的2倍。5G功耗的增加主要來(lái)源于有源天線AAU。5G業(yè)務(wù)為空載、負(fù)荷30%和負(fù)荷100%時(shí)，AAU平均功耗依次為633W、762W和1127W；4G時(shí)代，以上三種業(yè)務(wù)負(fù)荷下RRU的功耗分別為222W、259W和290W。因此，5GAAU功耗相對(duì)于4G有3倍左右的提升。

目前主流的基站散熱方案為：BBU正面使用鰭片散熱片覆蓋PCB，僅僅露出電源部分，背面使用金屬散熱片和熱管/均熱板，而內(nèi)部使用導(dǎo)熱界面材料（TIM）。AAU/RRU由于功耗大幅增加，除了在內(nèi)部使用TIM材料填充縫隙之外，還需要使用重量更輕、散熱性能更好的壓鑄殼體，對(duì)翅片設(shè)計(jì)、殼體材料以及殼體壓鑄工藝都提出更高要求。半固態(tài)壓鑄件具有重量輕和散熱性能好的優(yōu)勢(shì)，吹脹板具有熱傳導(dǎo)效率高、制冷速度快的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合半固態(tài)壓鑄件和吹脹板的散熱器件有望大幅提升5G基站的散熱價(jià)值量。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，5G基站散熱價(jià)值量為1500~2000元/站。

理論上，5G基站（宏基站）的覆蓋密度將比4G更密。原因在于，5G通信頻段提升，基站覆蓋范圍持續(xù)縮小（蜂窩小區(qū)的半徑縮小），要達(dá)到同樣的覆蓋范圍，基站的密度會(huì)有所增加。

重量輕、散熱性能好，半固態(tài)壓鑄件廣泛應(yīng)用于基站

半固態(tài)是指金屬原料中既有液態(tài)也有固態(tài)，合金經(jīng)過(guò)連續(xù)攪拌后表觀粘度低且容易變形，很小的力就可以充填模具型腔。半固態(tài)壓鑄就是利用壓鑄機(jī)將半固態(tài)金屬熔液壓入一定形狀的的金屬模具內(nèi)形成精密壓鑄件。其本質(zhì)特點(diǎn)就是高壓和高速。

圖片來(lái)源：中國(guó)壓鑄展官方

相較于傳統(tǒng)壓鑄技術(shù)，半固態(tài)壓鑄技術(shù)可降低壓鑄件中氣孔的含量，使得壓鑄件更加密實(shí)，既提高了壓鑄件的導(dǎo)熱率，又可以使機(jī)箱做得更小、更輕，在通信具有廣泛應(yīng)用，包括基站散熱片、散熱殼體、手機(jī)外殼和風(fēng)扇葉片等。研究顯示，針對(duì)同等功耗的芯片，使用半固態(tài)壓鑄件，芯片機(jī)箱溫度較傳統(tǒng)壓鑄件可以下降7℃以上。

吹脹板用于散熱齒片上，就是將一定規(guī)格的鋁板用化學(xué)方法進(jìn)行表面處理，在鋁板對(duì)合面印上蒸發(fā)器管路圖，烘干圖樣后，將沿邊點(diǎn)焊接，經(jīng)過(guò)熱軋、冷軋以及退火后再用氮?dú)獯得洠X板管路單面外鼓，再對(duì)鋁板進(jìn)行剪切和沖壓。吹脹板具有熱傳導(dǎo)效率高、制冷速度快和外形美觀等特點(diǎn)，其傳統(tǒng)使用場(chǎng)景包括冰箱、冰柜、具備冷藏功能的飲水機(jī)、陳列柜、酒柜以及具有特殊散熱要求的IT設(shè)備。結(jié)合半固態(tài)壓鑄工藝和吹脹板技術(shù)的散熱器件，有望在5G基站成為主流應(yīng)用。

上游壓鑄機(jī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)充分，國(guó)產(chǎn)實(shí)力強(qiáng)勁

壓鑄機(jī)是壓鑄件的上游核心設(shè)備，按照下游不同應(yīng)用，可劃分為大型和中小型兩類，大型設(shè)備主要應(yīng)用于汽車和通信，中小型設(shè)備主要應(yīng)用于3C。目前我國(guó)壓鑄機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)充分，國(guó)內(nèi)廠商形成了力勁、伊之密和海天三足鼎立的格局，國(guó)外進(jìn)口供應(yīng)商以布勒、意德拉、富來(lái)和意特為主。

我國(guó)通信行業(yè)壓鑄件參與者主要包括銀寶山新、潤(rùn)星泰、泰日升、春興精工、東山精密和大富科技等。根據(jù)公司公告，銀寶山新和潤(rùn)星泰在半固態(tài)壓鑄件方面專利數(shù)量領(lǐng)先。

文章來(lái)源：壓鑄快訊