导热材料行业市场分析

导热材料行业市场分析

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S

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。

图8：导热行业产业链

算力需求提升，导热材料需求有望放量

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c

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。

图11：3DChiplet较2DSoC的优势

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。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Chiplet市场增长强势。随着下游人工智能（Al）、虚拟现实（MR）、

物联网（loT）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。

图16：全球Chipkrt市场增长势头号劲

■Chiplet市场规模(亿美元)

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

(ActiveAntennaUnit,AAU)或远端射频单元(RadioRemoteUnit,

RRU)的能耗相比于4G基站高出3-5倍，基带处理单元(BaseBand

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。

图22：华为手机快充发展趋势（W）

PkO

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。

预计2030年全球导热材料市场规模达到361亿元

（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20％/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'也系列专题《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小同，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：典型芯片中的导焦材料分布

散热

器

封装

芯片

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材料以满足芯片一封装盖和芯片基板-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（锢居多）。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。

消费电子热管理所涉及的导热材料

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/导热段的主要作月是

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。

汽车电池热管理所涉及的导热材料

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

1.2-2.0W/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。

BB36：动力电池组中的导热畦胶片

下游产品发展驱动导热材料技术更迭

石墨膜系均热材料的机遇及挑战

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。

图40：我国天然石墨进出口量

进口量（万吨）—出口量（万吨）

-----进口YoY--------出口YoY

20142015201620172018201920202021

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深，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。

图42：思泉新材石墨朦多层产品占比情况

2019年度

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100pm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设冬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。

S44：CVD法制》石墨年的流程

停源个体.

MB入保g气体

金IX菌片放入停止保妒'体.

降至空泪

炉内通入核源气体

Hia^iooo-c,

通入保护气体

保通

超薄热管及均热板是未来趋势

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木电脑采用均热板

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SamsungS22手机已经开始使用0.4mm的均

热板。

TIM材料组分多元化发展

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、聚烯烧、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、AINI、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。

«10：常见浑加粉体的导热系依

填料导型系数/CW・（》・10个

Ag417BeO219

Al190MgO36

Ca380AI2O330

Mg103CaO15

Fe63SQ25-15

Cu398NiO12

Au315AIN36-320

石as100-400（面方向）SiC80-120

炭黑6-174BN（立方）1309

碳纳米管2000~6000BN（六方）4（卜120

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。

导热相变材料复合化提升性能

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。

图52：广东力王8300系列导热相变材料

<4O℃6O℃

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。

导热材料国产替代空间广阔

导热材料发展初期集中在海外

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。

核心原料技术仍面临供给不确定性

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%o

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（PD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SKCKolonPI、日本钟渊化学、日

本东丽、美国杜邦等。

图54：2020年全球PI薄朦产能企业分布（全球产能约26.2kt）

■SKC.KolonPI

■钟渊化学

■东丽世邦

・达迈科技

杜邦

■宇部兴产

・桂林电器科学研究院

■宝应精工绝缘材料

■山东方达宗H子切英

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H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）。

国内企业在石墨膜等材料发展迅速

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，合成石墨膜已经基木实现国产替

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'也形成冲击，行业竞争格局从垄断竞争向市场化竞争转变。

图55：国内主要合成石凝艘厂商的全球市占率（以收入计）

■中石科技・深圳垒石■思泉新材■苏州天脉碳元科技其它

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GlobalInfoResearch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