导热材料行业研究：AI发展推动产业升级，国产替代崛起

（报告出品方/作者：中信证券，王喆、李鸿钊）

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，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。

最先进的 NLP 模型中参数的数量呈指数级增长。近年来，自然语言处理（NLP）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，NLP 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 力需求也大幅增加。为了训练 GPT-3 模型，OpenAI 需要使用超过 285,000 个 CPU 核心 和 10,000 多个 GPU。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 OpenAI 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， 2016-2021 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，Chiplet 或成 AI 芯片“破局”之路。ChatGPT 等 AI 应用蓬勃发展， 对上游 AI 芯片算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 Chiplet 或将成为提升芯片算力的重要途径。Chiplet 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。

Chiplet 技术是提升芯片集成度的全新方法。Chiplet 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。Chiplet 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，可以显著降低成本。此外，Chiplet 技术带来高速的 Die to Die 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。Chiplet 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 断増大以减小电路延迟，提高运行速度；同时，芯片和封装模组的热通量也不断増大，显 著提高导热材料需求。

全球 Chiplet 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趋势，Chiplet 技术或成为未来的主流芯片制造方案。 据 Omida 测算，全球 Chiplet 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%。近年，全球头部导体公司都已经开始布局 Chiplet，已经有 商业化设备公布。

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》，2021 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（Active Antenna Unit，AAU）或远端射 频单元（Radio Remote Unit，RRU）的能耗相比于 4G 基站高出 3-5 倍，基带处理单元（Base Band Unit，BUU）的功耗也比 4G 基站高出 30%-50%。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。截止 2022 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%。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。

新能源车产销量不断提升，带动导热材料需求。2017-2022 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，2022 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，同比增加 99%。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。

（1）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 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》，2022 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 2000 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%。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%。 此外，我们认为随着热管、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%。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。

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。

芯片内部的基板除了连接电路外，还起到导热的作用，导热效率可通过基板材料和连 接方式提升。基板是一个“金属导电层-绝缘层-金属导电层”的三明治结构，上下两层金 属导电层分别用于芯片和底板的互连。实际芯片封装使用的基板必须同时具备导电部分和 绝缘部分，通常为陶瓷材料和底板材料复合而成。陶瓷材料主要用作基板中的绝缘层，金 属材料主要用作金属导电层底板。目前工艺经过多次迭代，基板材料及结构已经较为复杂。

芯片内部的导热材料分为顶部连接和底部连接部分。芯片底部需要与基板相连接，顶 部需要与封装壳相连接。在整个芯片封装过程中，这些缝隙位置出现的空气都可能会导致 传热性能的急剧下降，因此顶部和底部都需要合适的 TIM 材料以满足芯片-封装盖和芯片基板-PCB 板的两部分传热需求。

底部连接材料目前以环氧树脂基材料为主。底部填充材料一般为了填充芯片和基板连 接的焊球间的缝隙（芯片用焊球与基板相连）。在其它各类 TIM 材料中，硅树脂是主流的 基体，在芯片的底部填充用的底部填充胶中，主流工艺为二氧化硅填充的环氧树脂。选用 环氧树脂基填充胶的原因主要是环氧树脂的热固性，生产过程方便。

常用的顶部连接材料为硅脂和无机相变金属材料（铟居多）。顶部导热一般是为了填 充芯片与封装所用的封装外壳之间的空隙部分。芯片中所使用的灌封胶和顶部包封胶包括 聚氨酯、环氧树脂和硅橡胶或凝胶等。目前芯片中所使用的顶部填充大多数为硅脂。硅脂 的优点在于使用简便，只要将其涂膜在裸芯片的顶部，并且安置上封装外壳即可。目前， 在一些高端 PC 的 CPU 中也有使用无机相变材料作为顶部连接材料。

芯片外部的导热材料主要为均热材料和 TIM 材料，不同用途的芯片所采用的散热途径 各不相同。产热量较大的设备多采用被动传热+主动散热的模式，所使用的均热材料主要 为热管、均热板，TIM 材料一般选用硅脂或相变金属。产热量较小的设备一般不配备主动 散热装置，所使用的均热材料多为石墨系材料与均热板，TIM 材料一般选用硅脂或硅胶片。

智能手机、平板电脑等无主动散热的设备中，多使用石墨系材料/均热板+硅脂/硅胶片 的组合。目前大部分的主流安卓智能手机和平板中使用均热板作为散热元件，均热板和芯 片元件中的空隙用硅脂填充。苹果公司的手机和平板产品由于软硬件构架适配性较高，目 前最新产品仍旧使用合成石膜+硅脂作为芯片外导热结构，尚未使用均热板。

PC、服务器、计算中心和基站等能耗较大需要进行主动散热的设备中，热管+硅脂是 首选的芯片外导热材料。由于这些设备的性能要求较高，往往配备了风冷/水冷等散热模块， 均热/导热段的主要作用是将热传导至散热模块处，由热风/热水将热量带出。因此 5G 基站 需要导热材料的导热系数需要接近 10W/m.K，计算中心和基站则可能更高。在这样的需求 驱动下，大部分需要主动散热的设备都选择热管实现热量的定向传导，并以硅脂填充缝隙。 少部分高端 PC 和最新型的基站也有选用 VC/相变金属作为导热材料。

电池系统中的导热材料主要为聚氨酯导热结构胶。动力电池行业所选的导热胶不仅需 要导热性能符合需求，还需要对再粘接性能、轻量化、低成本甚至挥发性等方面进行综合 考量，因此其导热性能往往维持在 1.2-2.0 W/m.K 范围内。电池厂商在导热胶需求量大且 不断降本的趋势下，无法选择高导热（>3.0W/m.K）的有机硅产品，因此粘接强度、经济 成本具有优势的聚氨酯导热结构胶成为了众多电池厂的选择。

导热硅胶为片状固体，一般用于发热量较小的电子零件和芯片表面，也广泛用于动力 电池组。导热硅胶可涂覆于各种电子产品，电器设备中的发热体与散热设施（散热片、散 热条、壳体等）之间的接触面，起传热媒介作用和防潮、防尘、防腐蚀、防震等性能。目 前的导热硅胶的增量主要是在动力电池的电芯中，用于连接电池组。

石墨膜系均热材料是被广泛使用的均热材料，现存的石墨膜系均热材料主要包括天然 石墨膜、合成石墨膜和石墨烯。石墨可以被作为均热材料是由其独特的片层结构决定。层 片结构带来的极高的横向导热能力，能够迅速让点热源释放出的热量沿着碳原子层传导， 达到使热量均匀分布在整个平面上的目的。由于膜的尺寸可以自由裁剪，较为灵活。

天然石墨膜是成本较低的常用均热材料。天然石墨膜是第一种 “石墨系均热材料”， 也是最早被使用的均热材料。天然石墨膜是将高碳鳞片石墨经过化学处理、高温膨胀轧制 而成。由于天然石墨所用的原材料成本极低，所以成本上优于合成石墨等材料。

我国天然石墨存量丰富，天然石墨技术和成本优势显著。截止 2020 年末，我国探明 天然石墨储量约 7000 万吨，为世界第二，仅次于土耳其的 9000 万吨。且我国天然石墨产 地主要分布在黑龙江、四川和山东等地，石墨类型多为鳞片状晶质石墨，具有易开采、易 选等特点，使用价值大。天然石墨主要通过开采石墨矿获得，所以不存在断供等风险。中 国石墨深加工技术走在世界前列，高温提纯、石墨烯生产等加工产品在国际市场具有优势。

天然石墨的主要问题在于结构易出现缺陷且横向导热能力相比人造材料不够突出。由 于天然石墨是天然产品，相比于合成石墨或石墨烯膜，片层容易出现缺陷，从而可能影响 局部均热性能。其次，尽管天然石墨的横向导热能力已经远强过绝大部分材料，但对比通 过化学合成方法提升结构完整度的人造石墨和石墨烯，性能上仍处于劣势。由于导热性不 好，天然石墨主要应用于低端领域。 合成石墨膜是工艺最为成熟的主流石墨类均热材料。为了解决天然石墨的厚度和纵向 导热的问题，合成石墨应运而生。合成石墨是人工合成的超厚型或多层复合的石墨散热膜。 依托于石墨片层的高导热系数，通过增加厚度或设计多层结构叠合，提高整体或者局部厚度，大幅度加大热量传递方向的热通量，具有纵向导热性强、易于加工等特性，能够满足 电子产品的需求，目前合成石墨正在逐渐替代天然石墨均热材料。

合成石墨膜生产流程工艺主要由碳化、石墨化、压延和模切构成。现阶段，国内各企 业石墨膜的基本工艺路线基本相同，均采用聚酰亚胺（PI）膜作为原材料。由于合成石墨 膜对于石墨化程度要求较高，通常温度要求在 3000 摄氏度以上。

随着消费电子产品功耗的增加，高导热石墨膜逐渐由传统单层或薄的石墨膜向复合型 或超厚型石墨膜发展。PI 膜烧制成高导热石墨膜的关键特性为导热性。单层或薄的石墨 膜受制于其本身的结构和尺寸，导热性能有一定的上限，因此在一些需要更高导热性能的 应用场合，需要更厚的多层石墨膜来实现，多层石墨膜的市场占比也是在逐步上升。其次， 厚型石墨膜的厚度和多层薄层的石墨膜厚度一致，但单层厚型石墨可减少粘的层数，增强 热通量实现更好的导热性能。

厚型石墨膜加工难度较大。厚度也直接影响薄膜性能，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，有关研究（《聚酰亚 胺基石墨膜材料研究进展》（蔡云飞，陈子豪，张腾飞等））发现预拉伸、调整石墨膜烧结 中的加热温度速率和对 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 备。目前，厚型石墨做到 100μm 以上就具有一定挑战性。

石墨烯是新型均热材料，具有最强的横向导热性和柔性，应用前景广阔。石墨烯是指 单层的碳原子层，其理论导热系数高达 5300W/m·K，是迄今为止导热系数最高的物质之 一。随着手机性能的不断增强，越来越高的均热需求带动了石墨烯膜的使用。除了强导热 性外，石墨烯膜的柔性也是其重要性能指标。天然石墨和合成石墨都具有较高的刚度，无 法实现折叠过程。目前三星、华为等厂商推出的折叠屏手机几乎都选用石墨烯导热膜为其 核心均热组件。

石墨烯制造工艺包括机械剥离法、化学气相沉积法（CVD）、外延生长法与氧化还原 法。现阶段，石墨烯散热膜的工业化制备主要基于氧化还原法和 CVD 法。石墨烯氧化还 原法主要材料为天然石墨，而 CVD 法制备石墨烯涉及的材料包括含碳气体与铜箔。CVD 法生产石墨烯所需要的 CVD 设备目前已基本实现国产化。中国石墨烯产业链材料、设备 与制造等多环节已较为成熟。

石墨烯膜的生产工艺具有差异性，国内已经出现了一批具有石墨烯膜供货能力的厂商。 目前，国内具有石墨烯膜生产能力的厂商包括中石科技、富烯科技、深瑞墨烯（贝特瑞子 公司）、斯迪克等。

热管是一种具有快速均温特性的特殊组件，由外部的空心金属管和内部的可相变液体 组成。热管的工作原理是借由空心金属管腔内持续循环的液汽二相变化过程使管体表面快 速均温。热管最早期运用于航天领域，现早已普及运用于各式热交换器、冷却器等，担任 起快速热传导的角色，是现今电子产品散热装置中最普遍高效的导热元件。热管的形状一 般较为细长，均热的同时也起到将热量沿管传导到散热组件附近的作用。

热管设计灵活，是个人电脑（PC）均热的首选组件，智能手机中也有少部分使用。 由于 PC 是通过主板/ CPU/显卡/内存等多个组件组合而成，内部空间结构较为复杂，且不 同厂商的设计模式多样性较高。因此目前市面上绝大部分的 PC 使用的都是可以灵活排布 的热管。目前智能手机中也有部分使用热管，由于厚度要远低于 PC 中的热管，智能手机 中的热管一般称为超薄热管。

均热板（VC）属于高端均热器件，主要应用场景为厚度或重量敏感设备。均热板通 常由外层的铜和内部的可发生相变的冷凝液组成，结构和均热原理上与热管较为相似，主 要的区别在于均热板呈现出二维的“板”状。透过传导、蒸发、对流、凝固四个步骤，将 点热源释放的热量均匀分布在整个平面上。VC 单板就能达到整个平面均热的效果，效果 相比石墨系材料更强，且 VC 相比热管质量更加轻薄，更适用于手机。因此在高性能发热 量较大的手机上具有天然的优势，得到了广泛的应用。除了手机外，目前也有少部分高端 笔记本电脑采用均热板工艺。

VC 厚度降低是发展趋势。相比于厚重的热管，均热板的重要优点之一就是轻薄。早 期 PC 和智能机中使用的均热板厚度一般在 2-5mm 甚至更厚，厚度低于 2mm 的均热板就 被称为超薄均热板。为了进一步降低重量，均热板主流厂商不断研发，目前厚度已经达到 0.5mm 以下。发布于 2022 年 Samsung S22 手机已经开始使用 0.4mm 的均热板。

TIM 一般由基体材料和填充物两部分组成。基材主要用于保证 TIM 能尽可能遍及所有 有空气缝隙的位置，主要选用具有一定流动性的高分子聚合物，例如：硅油、聚烯烃、丙 烯酸树脂，石蜡油等。填充物则选用各类高导热系数的材料，如：ZnO、Ag、AlNl、Al、 Fe、碳纳米管等，主要起到的是增加传热效率的作用。 提高导热率主要可通过改变添加的粉体材料实现。对导热高分子材料来说，提高材料 的导热性能是关键。目前，生产导热高分子材料最简单有效的办法是添加导热填料，此方 法能够有效提高导热高分子材料的热导率，且工艺简单，利于工业化生产。

减小粉体尺寸提高填充率从而提升导热性能。增加导热功能填料在树脂基体中的填充 量仍然是提高导热性的有效手段，但不科学地增加填充比例会破坏复合材料的流变性能和 机械性能，而合理的粒径匹配填充方法可以在一定的颗粒体积填充分数下沿传热方向形成 更多的导热路径，对提高导热性能有很大的帮助。

导热功能粒子的混杂填充更能提升 TIM 材料的导热效率。不同粒径填料混合填充效果 必然优于单一粒径填充。而在不同粒径配比下，复合材料的粘度和导热系数随两个填料相对含量的变化情况也是不同的。采用粒径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，大小粒径紧密堆积，形成更加良好的导热通路。

高导热、低迁移的导热界面材料将是未来趋势。绝大多数 TIM 材料都是采用有机硅树 脂体系，因为有机硅聚合物具有优异的化学稳定性，另外它的物理特性随温度变化不明显， 例如粘度，模量等。但是有机硅油存在气相和液相迁移等潜在问题，通过气态挥发或液态 溢出，TIM 材料的性能会大幅下降乃至失效，导致元器件受到一定程度的负面影响。

导热相变材料主要用于要求热阻小、热传导效率高的高性能器件，具有高安全性。导 热相变材料主要是利用其相变过程进行导热。当温度达到相变点时，导热相材料会发生相 变，由固态变为流动态，在压力效果下流进并填充发热体和散热器之间的不规则空隙，挤 走空气，降低接触面热阻。同时相变过程能够将热量吸收，起到控温的效果。导热相变材 料一般在室温下具有天然黏性，无需黏合胶粘，液化后热阻降低，能够极大提升电子元件 的安全性与可靠性。

导热相变材料主要有有机相变材料（例如石蜡、脂肪醇等）和无机相变材料（例如低 熔点金属等）两类。有机相变材料具有化学稳定性好、相变热大等特点，但导热性较差， 常与高导热填料（如石墨、碳纳米管等）复合使用以提高导热性能。无机相变材料则具有 较好的导热性能和更高的相变温度，但可能存在相对较低的化学稳定性和相变热。 相变材料自身热导率有限，提高导热相变材料将是未来趋势。相变材料的优势在于固 态状态具有更高的安全性，但其热导率普遍在 1W/（m.K）以下。通过与高导热材料复配 可以提升显著提高导热率。复合相变材料可以兼顾高安全性和高导热性，复合配方将是未 来发展重点。

应用场景的拓展和导热材料的选择不断推动导热材料产业的发展。导热材料产业的发 展历程十分悠久，其商业化历程可以追溯到上世纪 50 年代，当时主要使用金属铝和铜作 为导热材料；60-80 年代，硅胶和氧化铝等开始作为导热材料被用于电子设备和汽车等领 域；90 年代，热塑性高分子材料和石墨烯等新型导热材料开始应用。21 世纪以来，随着 人工智能、5G 等新兴技术的发展，更多具有高导热效率的新型材料被开发以满足市场需 求。

PI 膜为合成石墨膜的核心原材料。成本中原材料成和制造费用占据合成石墨膜大部分 制造成本，原材料成本占比约 78%；制造费用占比约 12%。原材料主要包含 PI 膜、胶带、 硅胶保护膜和离型膜，其中 PI 膜对成本影响最大，约占总成本的 36%。

合成石墨膜的原料是聚酰亚胺（PI）膜，美日韩企业垄断全球 PI 市场。合成石墨膜 原材料主要为聚酰亚胺（PI）膜，PI 膜生产具有极高的技术壁垒。PI 膜行业中国大陆起步 晚，还处于追赶阶段，多数生产商以生产电工级产品为主，低端电绝缘 PI 薄膜市场基本已 实现自给，但高性能电子领域的产品仍然高度依赖进口（2020 年，进口率 85 %以上，日 本、韩国和中国台湾省是最主要的进口来源地）。目前的主流高端 PI 膜厂商包括：韩国 SKC Kolon PI、日本钟渊化学、日本东丽、美国杜邦等。

填充物是 TIM 材料的关键。导热粉体是导热界面材料导热性能的最核心来源。根据相 关专利可知，热界面材料中，导热粉体填料占比普遍在 70- 90%，最高可达 95%。

功能性粉体填充材料国产化能力较弱。填料的体积决定了 TIM 材料中的填充度，因此 通常填料颗粒越小，导热性能就越好，但我国在微米和纳米级填料方面较海外企业仍然不 小差距。以硅球为例，2019 年电化株式会社、日本龙森公司和日本新日铁公司合计占据 了全球球形硅微粉 70%的市场份额，而日本雅都玛公司则垄断了 1 微米以下的球形硅微粉 市场（数据源自联瑞新材招股说明书）。

人工合成石墨导热材料的兴起源于消费电子产品的快速发展。2011 年，人工合成石 墨散热膜开始大规模应用于智能手机，随后在平板电脑、笔记本电脑等领域得到拓展。发 达国家人工合成石墨导热材料产业起步较早，拥有丰富技术积累及应用推广经验。人工合 成石墨导热材料在消费电子行业应用之初，市场主要由 Panasonic、美国 Graftech、日 本 Kaneka 等知名生产厂商占据，形成寡头垄断的竞争格局。

国产厂商已经切入手机巨头供应链，合成石墨膜已经基本实现国产替代，目前中国为 全球重要的导热石墨膜供应基地之一。导热石墨膜最主要的应用是在智能手机上，由于国 内智能手机厂商的高速发展，当前全球部分的导热石墨膜产能已经由国内龙头导热材料厂 商供应，国外的手机巨头苹果、三星等也大量采用国内供货商的导热石墨膜。以中石科技、 碳元科技、思泉新材等为代表的国内企业在人工合成石墨导热材料领域实现技术突破，凭 借价格、区位及服务优势开始对海外龙头企业形成冲击，行业竞争格局从垄断竞争向市场 化竞争转变。

国内合成石墨膜呈现“一超多强”竞争格局。国内厂家中，中石科技的导热石墨膜产 量最大，2021 年报披露导热石墨膜产量达到 932 万平方米，收入为 11.27 亿元。其它各 厂家如深圳垒石、思泉新材、苏州天脉、碳元科技也有一定的市占率。根据 Global Info Research 数据，2021 年全球导热石墨膜市场约为 72.5 亿元，以收入计，中石科技市占率 为 15.53%，国内主要企业的市占率合计约 30%。

石墨膜毛利率工艺路线和下游客户类型密切相关，不同企业间有差异。由于合成石墨 膜的下游多为智能手机厂商，不同下游厂商收购石墨膜时的价格各不相同。例如，苹果公 司的大部分的合成石墨膜都由中石科技供货，整体毛利率表现较好。碳元科技则是安卓系 三星、华为等合成石墨膜的供货商，毛利率表现较低。尽管下游的客户较为稳定，但由于 合成石墨膜的制备门槛并不高，且下游的手机巨头们通常都具有较高的议价权，主流厂商 产品的毛利率总体呈现逐年下降的趋势。

不同企业合成石墨膜业务的增长效率与自身下游客户的需求和产品产量密切相关。 苹果手机在产品迭代中依然采用石墨膜作为导热材料，且在使用量方面还在进一步提升。 中石科技作为苹果产品体系核心供应商，石墨膜出货量也不断增加。安卓系列的手机中， 由于不断采用 VC、石墨烯等导热材料，石墨膜的渗透率受到影响，导致安卓系手机石墨 膜供应商增速不及苹果系供应商。

供应链相对稳定，先发认证优势明显。不同合成石墨膜企业的下游客户存在显著差异， 且合作关系稳定。以合成石墨膜业务产量、收入均为最高的中石科技为例，从 2014 进入 北美大客户供应商名单后，合作关系已经稳定至今。下游客户的需求量上升带动上游石墨 膜供货商的盈利上升。

TIM 材料在消费电子、芯片封装过程中均有广泛的应用，目前市场供应仍以境外老牌 材料厂商为主。TIM 核心技术的掌握依赖于长期的研发投入和技术沉淀，中高端产品领域 技术壁垒较高。境外企业起步较早，掌握研发的核心技术且并具有丰富的材料性能数据储 备，品牌知名度高，市场占有率高，具备较大的先发优势。其中，中高端市场多由莱尔德、 汉高、贝格斯、3M、信越化学等少数境外公司垄断。国内市场绝大多数企业产品种类较少， 同质性强，经营规模普遍较小。

目前已经有少部分国内厂商可以生产 TIM 材料，但产品类别和营收仍然较少，全球市 占率较低。根据富士经济报告，2021 全球 TIM 材料市场容量约 60-70 亿元。据德邦科技 招股说明书，德邦科技业务中集成电路封装材料子项中包括了电子级 TIM 材料，德邦科技 2019-2021 年度此项目的营收分别为 0.30、0.39、0.83 亿元。以 2021 年营收计算，全球 市占率约 1.3%。据苏州天脉招股书，苏州天脉 2021 收入为 1.52 亿元，全球市占率约 2.4%。

国内 TIM 业务目前仍然以种低端产品为主，高端市场尚待突破。目前，大部分国内 TIM 厂商的体量还较小，且主要针对是手机等能耗较低，散热需求小的厂家。下游客户中 不包括 Intel、AMD、英伟达等 CPU、GPU、计算中心制造厂商（CPU/GPU 等芯片内部 散热实际上需要用到电子级高端 TIM）。

最高端产品性能对比上，国内厂家仍有劣势。以苏州天脉招股书中的产品性能对比为 例，莱尔德、富士高分子、贝格斯三家外企分别在导热片、导热凝胶、导热膏三类产品的 最高导热率上有优势。考虑到这些已经打入客户供应链的老牌外企已经占据了高端 TIM 材 料的市场先发地位，目前国内厂家仍旧存在不小的竞争劣势。

导热材料关键技术仍然处于空缺状态，国家鼓励行业发展。导热材料是提高电子产品 运行可靠性的关键元件，其核心环节的确实可能对未来电子产品行业发展形成不确定因素。近年来，国务院、发改委及各主管部门相继出台的一系列行业发展政策、规划、指导意见， 给予电子行业及其上下游产业的支持。

国产替代空间广阔，国内企业加速发力。由于早期我国消费电子代加工发展迅速，带 动了石墨膜等材料的发展，目前全球石墨膜中较大比重产自中国。TIM 材料方面，我国导 热材料企业产品主要应用于动力电池等相对产品要求较低的领域，但在半导体领域的主要 参与企业仍旧以国际巨头为主。考虑到导热材料技术仍然处于快速更迭中，我国企业有望 实现弯道超车。目前，国内企业正在积极布局导热材料相关产能，国产替代将是未来导热 材料行业发展趋势。

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