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1.散热技术方案持续升级，5G时代市场规模有望突破亿元
热设计和热管理是电子产品组件的核心构成，并且随着组装密度和集成度的持续提升而越来越受到重视。散热下游应用领域众多，包括消费电子、和汽车、基站、服务器和数据中心等，市场空间在千亿级别。根据前瞻产业研究院预估，年~年散热产业年复合成长率达8%，市场规模有望从年的亿元增长到年的亿元。
手机散热约占行业总规模的7%，年约为亿元。虽然占比低，但是未来受益于5G智能终端持续升级的驱动，手机散热市场有望保持高增长，~年年平均复合增长率有望达26%。此外，5G商用基站大规模建设也有望驱动半固态压铸壳体和吹胀板散热市场空间的扩大。而从长期发展趋势来看，5G带来的网络流量的增加，服务器散热市场也将持续扩大。
1.1.以被动散热为主，多元材料构成目前散热设计解决方案
散热就是将发热部件产生的热量发散到空气中。其技术原理包括热传导(Conduction)、热对流(Convection)和热辐射(Radiation)三种。例如，CPU散热片底座与CPU直接接触带走热量的方式就属于热传导;散热风扇带动气体流动即热对流;热辐射指的是依靠射线辐射传递热量。一般而言，热传导和热对流是散热系统的两种主流方式，其中热传导主要与散热器材料的导热系数和热容有关，热对流则主要与散热器的散热面积有关。
根据热传导和热对流手段的不同，可以将散热器产品分为主动与被动两种方式。主动散热是由与发热体无关的能源参与进行强制散热，比如风扇、液冷中的水泵、相变制冷中的压缩机，其特点是效率高，但同时也需要其它能源的辅助。被动散热就是仅依靠发热体或散热片的自行发散来进行降温。台式电脑和笔记本电脑采用主动与被动结合的方式散热，而手机终端、平板电脑等轻薄型消费电子受内部空间结构限制的影响，多采用被动散热方案。
目前主流的被动散热方案包括石墨片、石墨烯、金属背板、冰巢散热、导热界面材料(ThermalInterfaceMaterials，TIM)、热管(Heatpipe，HP)和均热板(VaporChamber，VC)。导热系数是衡量散热方案的核心指标。以上方案的导热系数，按照由低到高，依次为金属、石墨片、石墨烯、热管和VC。
虽然热管和均热板的导热系数更高，但是其功能只是加快热量从手机发热零件转移到散热片的速度，而最终的散热效果，还要看散热片和空气之间的热对流，即散热片材质的热特性对手机散热效果具有不可忽视的影响。因此，散热片+热管/VC融合的解决方案有望成为发展主流，对石墨片、TIM和热管/VC产业链的参与厂商形成利好。
1.2.热管和VC渗透到智能手机，5G单机散热ASP显著提升
手机在运行的过程中会产生大量的热量，CPU、电池、摄像头和LED等都是重要热源。同时伴随手机性能的持续升级，包括拍照像素提升、电池容量加大、曲面屏设计以及玻璃陶瓷等非金属机壳的应用，都对散热提出更高要求。热量过高对手机性能、手机寿命和用户体验会产生不利影响。根据国际安全标准的规定，手持终端的表面温度上限为48°C，超过则会导致CPU降频和电池损害等安全问题。因此良好的散热解决方案成为伴随手机迭代升级的关键之一，也是手机品牌商在推出新一代手机时的重要宣传点。
总体来看，芯片处理能力、射频功耗、机壳材质和轻薄化的设计是影响手机散热需求的主要因素。一方面，随着智能手机的发展，手机芯片的主频越来越高，功率越来越大。5G芯片处理能力是现有芯片的5倍;5G手机总功率约9.6W，是4G的2倍;5G手机运行在多频段和高频网络，MassiveMIMO(大规模多入多出)天线技术商用，耗能是4G芯片的2.5倍;加上高速处理大量数据，同时手机视频内容、游戏内容等的高清化。
导热系数和厚度是评估散热材料的核心指标。传统手机散热材料以石墨片和导热凝胶等TIM材料为主，但是石墨片存在导热系数相对较低，TIM材料存在厚度相对较大等问题。在手机品牌商的推动下，热管和VC开始从电脑、服务器等领域渗透到智能手机终端，并且在石墨烯材料持续取得突破，也开始切入到消费电子散热应用。相对而言，VC和石墨烯的导热系数高，厚度薄，是散热材料的更优选择。
华为在荣耀NoteG手机中采用了9层立体散热方法，石墨片+金属+TIM+热管，由手机屏幕侧开始，分别是中框石墨片、PC级液冷管、高导热铝合金中框、导热铜片、处理器屏蔽罩、两层导热凝胶、后盖石墨片。具体方案为:CPU的一部分热量经过散热硅脂、铜合金屏蔽罩、铜片、焊锡传输到热管蒸发段，热管负责把这些能量快速传输到整机冷区，并通过铝合金均温板、大面积石墨片，把传送到冷区的热量快速散开。CPU另的一部分热量则经过PCB板均热后，辐射到后壳石墨片上，进行后壳均热。
华为在年发布的Mate20X中率先使用石墨烯+VC的散热技术，三星新款旗舰机Note10中也首度采用了VC散热方案。
随着石墨烯、热管和VC在智能手机中渗透率的提升，5G时代单机ASP有望达到5~10美金的较高水平，实现3~4倍的价值量增长。首先，高端机型单机石墨片/石墨烯使用数量为3~6片，其中石墨片单片价格在0.2~0.3美金，石墨烯价格更高;其次，单机热管使用数量为1个，价格在0.3~0.6美金，均热板VC价格为2~3美金;TIM视不同相变材料而定，价值量区间为0.5~2.5美金。
除了单价ASP的倍增外，智能手机出货量有望借力于5G实现大幅增长。根据IDC发布的报告，预计年全球智能手机出货量仍延续下滑趋势，同比下降0.8%，达到13.9亿部。
但随着可折叠屏和5G手机的商用，年下半年智能手机行业有望恢复增长，预估该趋势将一直延续到年，届时全球智能手机出货量将达到15.42亿台，其中5G手机渗透率达到25%。
1.3.半固态压铸件+吹胀板，5G基站壳体价值量提升
基站架构包括BBU和AAU(4G为RRU+天线)。其中BBU(BaseBandUnite，基带处理单元)负责集中控制与管理整个基站系统，完成上下行基带处理功能，并提供与射频单元、传输网络的物理接口，完成信息交互。AAU(ActiveAntennaUnit，有源天线)/RRU(RemoteRadioUnit，射频处理单元)+天线通过基带射频接口与BBU通信，完成基带信号与射频信号的转换。
5G基站引入MassiveMIMO技术，典型应用是64T64R，单基站典型功耗超过W，而4G基站主要采用4T4RMIMO，单基站典型功耗仅0W左右。由于设备在运行过程中消耗的部分电能会转化为热能，使得基站一体化机柜内的温度不断上升，因此散热需求大幅提升。
从基站功耗数据的构成来看，BBU功耗相对稳定，与所插板件相关，受业务负荷的影响不大。根据运营商的测试数据，5G基站BBU功耗平均为W左右，大约是4G的2倍。5G功耗的增加主要来源于有源天线AAU。5G业务为空载、负荷30%和负荷%时，AAU平均功耗依次为W、W和W;4G时代，以上三种业务负荷下RRU的功耗分别为W、W和W。因此，5GAAU功耗相对于4G有3倍左右的提升。
目前主流的基站散热方案为:BBU正面使用鳍片散热片覆盖PCB，仅仅露出电源部分，背面使用金属散热片和热管/均热板，而内部使用导热界面材料(TIM)。AAU/RRU由于功耗大幅增加，除了在内部使用TIM材料填充缝隙之外，还需要使用重量更轻、散热性能更好的压铸壳体，对翅片设计、壳体材料以及壳体压铸工艺都提出更高要求。半固态压铸件具有重量轻和散热性能好的优势，吹胀板具有热传导效率高、制冷速度快的优势，结合半固态压铸件和吹胀板的散热器件有望大幅提升5G基站的散热价值量。根据产业链调研，5G基站散热价值量为~元/站。
理论上，5G基站(宏基站)的覆盖密度将比4G更密。原因在于，5G通信频段提升，基站覆盖范围持续缩小(蜂窝小区的半径缩小)，要达到同样的覆盖范围，基站的密度会有所增加。
我国4G基站(宏基站)总量在万站左右。考虑到运营商提高资本效率的诉求，5G建网初期广域覆盖的过程中，实际建站数量或将维持在万站左右，但是后续考虑到新终端新应用带动的流量增长，5G基站建设量有望持续提升。从建设进度上看，工信部表示，年5G将在40多个城市进行部署，预计将建设10万个宏基站，~年为我国5G建设高峰期，其中年宏站规模有望达到60~80万个。
1.4.AR/VR新终端有望超预期，创造散热新增需求
VR/AR等新型终端的发展也会带动电子产品市场对散热材料及器件的需求。年，受益于医疗、教育和制造业等下游需求的驱动，AR头显增长迅速。未来，商业级应用仍将驱动AR/VR的持续增长，同时面向消费端的爆款应用也有望推动出货量超预期。根据IDC的数据及预测，年，我国AR/VR合计出货量将达到万台，同比增长%;到年，我国AR/VR合计出货量将达到万台，~年年均复合增长率为67.1%。年，全球AR/VR头显出货量将达到万台，同比增长54.1%;到年，全球AR/VR头显出货量有望突破万，~年预测期间的五年复合年增长率为66.7%。
2.石墨膜:散热方案的主流材料，国内技术成熟稳定
2.1.主流散热材料，单手机用量为3~6片
石墨是相较于铜和铝等金属更好的导热材料，主要原因在于石墨具有特殊的六角平面网状结构，可以将热量均匀地分布在二维平面并有效地转移。在水平方向上，石墨的导热系数为~W/(m〃K)，而铜和铝的导热系数约为~W/(m〃K)。在垂直方向上，石墨的导热系数仅为5~20W/(m〃K)。因此，石墨具备良好的水平导热、垂直阻热效果。同时，石墨的比热容与铝相当，约为铜的2倍，这意味着吸收同样的热量后，石墨温度升高仅为铜的一半。此外，石墨密度仅为0.7~2.1g/cm3，原低于铜的8.96g/cm3和铝的2.7g/cm3，因此可以做到轻量化，能够平滑粘附在任何平面和弯曲的表面。
基于高导热系数、高比热容和低密度等性能优势，石墨自9年开始批量应用于消费电子产品，年开始大规模应用于智能手机，目前已经取代传统金属，成为消费电子领域主流的散热材料。理论上，石墨膜越薄，导热系数越高。早期石墨膜厚度主要介于20~50μm之间，其水平轴的导热系数介于~1,W/(m〃K)。随着技术改善，石墨膜的加工工艺更加成熟，目前最薄可到0.01mm，其水平轴的导热效率也高达1,W/(m〃K)。然而，石墨散热片并不是越薄越好，关键是要将功率器件和散热器之间的缝隙填满。因此，不同应用场景下使用的石墨散热膜各有不同。
主流的散热膜有天然石墨散热膜、人工合成石墨散热膜和纳米碳散热膜三种。
(1)天然石墨膜:完全由天然石墨制成，在真空条件下不会发生脱气现象，在°C以上的温度也可继续使用，最低能做到0.1mm左右，主要应用在数据中心、基站和充电站等。
(2)人工石墨散热膜:由聚酰亚胺(PI膜)经过碳化和石墨化制成，是当前最薄的散热膜材料，最薄可做到0.01mm。
(3)纳米碳散热膜:由纳米碳(石墨同素异构体)制成，最薄可做到0.03mm，散热功率可高达0~。由于纳米碳散热膜加工工序简单，只需要开模和冲切，成本低售价也低。
智能手机中主要使用人工合成石墨膜，用量视手机性能和要求而定，大概在3~6片，使用到的部件包括镜头、CPU、OLED显示屏、WiFi天线、无线充和电池等。其中CPU对散热的性能要求最高，其次是无线充，再次是镜头和电池，最后是显示屏和WiFi天线。目前，高导热石墨膜的价格约为0.2~0.3美金/片。初步估算，单机石墨膜价值量为1~2美金。未来，随着智能手机更多创新型的电子化设计，单机石墨膜价值量有望进一步提升。
2.2.行业竞争激烈，价格持续走低
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国内外企业。日本松下和美国Graftech进入该领域较早，技术较为成熟，是先行者。国内碳元科技、中石科技和飞荣达等技术成熟且相对领先，并且成功进入三星、华为等主要手机生产商的供应链体系。由于行业进入门槛相对较低，众多厂商参与进来，导致价格竞争激烈，产品价格持续走低。根据碳元科技和中石科技招股说明书等公告披露，年以来，单层和多层高导热石墨膜价格持续下滑，已经从年元/m2下降至年的元/m2左右。
2.3.PI膜是人工石墨膜的核心材料，高端产能集中在国外厂商手中
智能手机中广泛使用的人工石墨散热膜是由聚酰亚胺(PI膜)经过碳化和石墨化制成的。从生产工艺的角度来说，主要经过6道工序，依次是基材处理、碳化、石墨化、压延、贴合、模切。其中，碳化指的是高温下将PI膜的结构分子径向排列打乱，羰基断裂，非碳成分全部或大部分挥发，最后形成乱层结构的聚酰亚胺碳化膜(一种多环化合物)。石墨化则是进一步在高温下将多环化合物分子重整，有序性增大，无序性减少，向六角平面的层状石墨结构转变，最后形成高结晶度的大面积石墨原膜。碳化和石墨化之后，再经过压延(挤压延展形成柔软且高密度的石墨原膜)、贴合(在上下表面贴覆离型膜和保护膜)和模切(加工和切割使材料定制零部件)，最终形成满足需求的高导热石墨膜成品。
聚酰亚胺、胶带和保护膜等是上游关键原材料，其中又以聚酰亚胺(PI膜)为主，成本占比高达30%。PI膜是一种高性能的绝缘材料，可广泛应用于卫星导航、数码产品、计算机、手机等领域。该产品具有较高的技术壁垒，全球范围内生产厂商较少，高端主要有美国杜邦、日本Kaneka、韩国SKPI等，其中美国杜邦公司占据全球40%以上的高性能聚酰亚胺薄膜市场，是PI膜厂商龙头，产品品种齐全，能够满足各类PI薄膜应用需求。国内厂商主要生产低端产品。
3.石墨烯膜:理化性能丰富，国产优势明显
3.1.导热系数最高、导电性能好，下游锂电材料和导热膜空间巨大
石墨烯是已知的导热系数最高的物质，理论导热率达到5W/m〃K，远高于石墨。它是由单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，厚度仅为0.nm，又称为单层石墨，是碳纳米管、富勒烯的同素异形体。根据中国石墨烯产业技术创新战略联盟标准，单层石墨烯指由一层碳原子构成的二维碳材料。石墨烯的快速导热特性与快速散热特性，使其成为传统石墨散热膜的理想替代材料，广泛用于智能手机、平板电脑、大功率节能LED照明、超薄LCD电视等散热。除高导热性之外，石墨烯还有其他优异的理化特性，因此下游应用广泛。例如，导电性高，可应用在集成电路、导电剂、传感器和锂电等领域;比功率高，可作为超级电容和储能元件;柔性强，弯折不影响性能，可作为柔性材料用于曲面屏和可穿戴设备;具有高透光率，可用于透明导电薄膜。
石墨烯产品形态包括薄膜和粉体两类，石墨烯粉体的应用领域包括:(1)锂电池正负极材料的导电添加剂，可以提高充放电速度和循环性能;(2)超级电容的电极材料，储能活性强且循环性能优良;(3)特征涂料，作为添加剂掺杂在防腐涂料、散热涂层和导电涂层中改善涂料性能;(4)高效催化剂，应用于能源化工领域。石墨烯薄膜的应用领域包括:(1)导热膜，用于智能手机和平板电脑等的散热层;(2)柔性显示，用于柔性显示屏和可穿戴设备等领域;(3)传感器材料，用于可穿戴设备、医疗和环境监测等领域;(4)集成电路基础材料，用于超级计算机、高频芯片和精密电子元件等领域。
锂电材料和导热膜有望成为最大的下游应用。华为在年发布的Mate20X智能手机中，首次将石墨烯用做散热材料，石墨烯锂电池也有望在手机端实现商用推广。从市场规模来看，根据中商产业研究院的测算，锂电池材料的市场空间最大，有望达到40~50亿元，其次是导热膜，有望达到15~20亿元，此外复合材料的市场空间也在20亿元左右。
根据中国石墨烯产业联盟的统计，我国石墨烯产业规模从年的万美元增长到年的万美元。随着石墨烯量产的解决和下游的拓展，预计年我国石墨烯市场规模将达到2亿美元，超过全球市场的50%，成为最大的石墨烯消费国家。
3.2.我国石墨烯产业全球领先，参与者众多
石墨烯的相关研究从年开始出现，4年英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功分离出石墨烯，并于年诺贝尔物理学奖。近年来，石墨烯研究持续走热，专利数量不断增加，同时产业化进程也在不断推进。
我国石墨烯理论研究和产业化均位居世界前列。理论研究方面，根据石墨烯产业联盟的数据，截止年，在全球主要优先权专利申请统计中，我国石墨烯专利占比达58%(其次是韩国和美国);产业化方面，石墨烯在战略前沿材料中占据关键地位，中国计划实现石墨烯产业“年形成百亿产业规模，年整体产业规模破千亿”的发展目标。
根据中国石墨烯产业联盟的统计，中国石墨烯生产企业已经从年的多家增长到年的多家。在石墨烯导热膜方面，常州富烯技术领先并最先在智能手机中实现商用。根据常州市武进区政府
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