導語：5G時代巨大數據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時，引起了這些部位發熱量的急劇增加。BN氮化硼散熱膜是當前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI、物聯網等領域最為有效的散熱材料，具有不可替代性。

本產品是國內首創自主研發的高質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、高導熱、高柔性、低介電系數、低介電損耗等多種優異特性,解決了當前我國電子封裝及熱管理領域面臨的“卡脖子”問題，擁有國際先進的熱管理TIM解決方案及相關材料生產技術，是國內低維材料技術領域頂尖的創新型高科技產品。

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第5代移動網絡。5G是繼之前的標準（1G、2G、3G、4G 網絡）之后的最新全球無線標準，并為數據密集型應用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G有助于建立一個新的、更強大的網絡，該網絡能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯網”的設備爆炸式增長的連接——該網絡不僅可以連接人們通常使用的端點，還可以連接一系列新設備，包括各種家用物品和機器。

公認的5G優勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網絡

?更高的峰值數據速度（多Gbps）

?超低延遲

與前幾代網絡不同，5G網絡利用在26GHz 至40GHz范圍內運行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。

5G部署最初可能會以增強型移動寬帶應用為中心，滿足以人為中心的多媒體內容、服務和數據接入需求。增強型移動寬帶用例將包括全新的應用領域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗，超越現有移動寬帶應用所支持的水平。

二

毫米波是關鍵技術

毫米波通信是未來無線移動通信重要發展方向之一，目前已經在大規模天線技術、低比特量化ADC、低復雜度信道估計技術、功放非線性失真等關鍵技術上有了明顯研究進展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網絡提出新的長距離、高移動、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統設計面臨重大挑戰，開展面向長距離、高移動毫米波無線寬帶系統的基礎理論和關鍵技術研究，已經成為新一代寬帶移動通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優勢：毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點：

頻譜寬，配合各種多址復用技術的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業務；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，增大了竊聽難度，適合短距離點對點通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內集成大規模天線陣。

毫米波的缺點：毫米波也有一個主要缺點，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收，對材料非常敏感。這也是為什么5G網絡將會采用小基站的方式來加強傳統的蜂窩塔。

什么是TIM熱管理?

定義

熱管理？顧名思義，就是對“熱“進行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統廣泛應用于國民經濟以及國防等各個領域，控制著系統中熱的分散、存儲與轉換。先進的熱管理材料構成了熱管理系統的物質基礎，而熱傳導率則是所有熱管理材料的核心技術指標。

導熱率，又稱導熱系數，反映物質的熱傳導能力，按傅立葉定律，其定義為單位溫度梯度（在1m長度內溫度降低1K）在單位時間內經單位導熱面所傳遞的熱量。熱導率大，表示物體是優良的熱導體；而熱導率小的是熱的不良導體或為熱絕緣體。

5G手機以及硬件終端產品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，電子設備和許多其他高功率系統的性能和可靠性受到散熱問題的嚴重威脅。要解決這個問題，散熱材料必須在導熱性、厚度、靈活性和堅固性方面獲得更好的性能，以匹配散熱系統的復雜性和高度集成性。

一

5G時代高功率、高集成、高熱量趨勢明顯，熱管理成為智能手機“硬需求”

一代通信技術，一代手機形態，一代熱管理方案。通信技術的演進，會持續引發移動互聯網應用場景的變革，并推動手機芯片和元器件性能快速提升。但與此同時，電子器件發熱量迅速增加，對手機可靠性和移動互聯網發展帶來了嚴峻挑戰。從4G時代進入5G時代，智能手機芯片性能、數據傳輸速率、射頻模組等都有著巨大提升，無線充電、NFC等功能逐漸成為標配，手機散熱壓力持續增長。5G手機散熱的主流方案，高導熱材料、并加速向超薄化、結構簡單化和低成本方向發展，技術迭代正在加速進行。未來隨著5G終端產品進一步放量，TIM市場增長潛力巨大。

2020年，5G技術邁向全面普及，消費電子產品向高功率、高集成、輕薄化和智能化方向加速發展。由于集成度、功率密度和組裝密度等指標持續上升，5G時代電子器件在性能不斷提升的同時，工作功耗和發熱量急遽升高。據統計，電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65-80%。為避免過熱帶來的器件失效，導熱硅脂、導熱凝膠、石墨導熱片、熱管和均熱板（VC）等技術相繼出現、持續演進，散熱管理已經成為5G時代電子器件的“硬需求”。

（一）智能手機功耗持續提升，散熱需求水漲船高4G時代，智能手機數據傳輸速度和處理能力相比2G、3G時代有顯著提升，AR、高清視頻、直播等應用場景加速落地，人們對手機性能的要求越來越高，推動手機硬件配置快速迭代。但與此同時，智能手機發熱的問題也越來越嚴重，手機發燙、卡頓和死機時有發生，嚴重時甚至會導致主板燒壞乃至爆炸。

根據EUCNC數據，LTE智能手機功耗主要來源于功率放大器、應用處理器、屏幕和背光、信號收發器和基帶處理器。隨著消費電子產品向高集成、輕薄化和智能化方向發展，芯片和元器件體積不斷縮小，功率密度卻在快速增加，智能手機的散熱需求成為亟需解決的問題：

（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屏占領高端市場；

（3）內置更多無線功能，例如NFC、GPS、藍牙和無線充電；

（4）機身越來越薄，封裝密度越來越高。表1 手機主要熱量來源

隨著5G技術逐漸走向成熟，智能手機對散熱管理的需求再次大幅提升，主要表現為以下幾方面：（1）5G手機射頻前端支持的頻段數量大幅增加，需采用Massive MIMO技術以增強信號接收能力，天線數量和射頻器件數量遠超4G手機；（2）5G手機芯片處理能力有望達到4G手機的5倍以上，手機發熱密度絕對值將是4G手機的2倍以上；（3）5G信號穿透能力變弱，手機機身材質逐漸向陶瓷和聚合物轉變，加之5G手機越來越緊湊，導致散熱能力越來越弱。（二）5G來襲發熱量劇增，散熱需求進一步凸顯通信制式及手機支持頻率

表2 射頻前端價值對比測量

此外，5G手機普遍采用基帶外掛的方案，相關電路和電源芯片也要增加，手機內部功耗相應增加；由于5G覆蓋范圍不足，導致手機頻繁啟動5G信號搜索功能，發熱量也會變大。試驗證明，溫度每升高2℃，電子元器件可靠性將下降10%，其在50℃環境下的壽命只有25℃的 1/6。由此可見，散熱器件是5G手機中不能省掉、必不可少的環節。 （三）散熱解決方案多樣，導熱材料器件頻頻現身一般而言，電子器件散熱有主動散熱（降低手機自發熱量）和被動散熱（加快熱量向外散出）兩種路線。其中，主動散熱主要利用與發熱體無關的動力元件強制散熱，一般應用于高功率密度且體積相對較大的電子設備，如臺式機和筆記本中配備的風扇、數據中心服務器的液冷散熱；被動散熱則主要通過導熱材料和導熱器件將元器件產生的熱量釋放到環境中，是一種沒有動力元件參與的散熱方式，廣泛應用于手機、平板、智能手表、戶外基站等。表3 熱量傳遞方式及相關散熱解決方案

電子器件散熱過程示意圖目前，電子器件使用的散熱技術主要包括石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導熱凝膠散熱等導熱材料，以及熱管、VC等導熱器件。其中，導熱凝膠、導熱硅脂、石墨片和金屬片主要在中小型電子產品使用，熱管和VC則主要用在筆記本、電腦、服務器等中大型電子設備中使用。

主要導熱材料

導熱系數和厚度是評估散熱材料的核心指標。傳統手機散熱材料以石墨片和導熱凝膠等熱界面材料（TIM）為主，但是石墨片存在導熱系數相對較低，TIM材料則存在厚度相對較大等問題。在手機廠商的推動下，石墨烯材料持續取得突破，開始切入到消費電子散熱應用；熱管和VC厚度不斷降低，開始從電腦、服務器等領域滲透到智能手機領域。

不同散熱材料/器件的導熱效率2019年12月，OPPO在新發布的Reno3 Pro 5G手機中，采用了“VC液冷散熱+多層石墨片覆蓋”的立體液冷散熱系統。其中，定制版柔性屏上覆蓋了一層銅箔和雙層石墨片，將屏幕的熱能均勻傳導出去。導熱凝膠將處理器附近的熱能傳導至VC，并通過VC內的液體進行熱傳導和降溫。中框及電池蓋均覆蓋了3層石墨片，進一步加強散熱。

OPPOReno 3 Pro散熱模組示意圖

二

熱管/均熱板解決方案優勢顯著，超薄均熱板技術迭代進一步加速

熱管和均熱板利用熱傳導與致冷介質的快速熱傳遞性質，導熱系數較金屬和石墨材料有10倍以上提升，作為新興的散熱技術方案，近年來在智能手機領域開始獲得廣泛應用。其中，熱管的導熱系數范圍為10000~100000 W/mK，是純銅膜的20倍，是多層石墨膜10倍；均熱板作為熱管技術的升級，進一步實現了導熱系數的提升。

TGP（Thermal Ground Plane），扁式熱管（一）熱管/均熱板散熱能力強，5G手機終端快速普及熱管一般由管殼、吸液芯和端蓋構成，將管內抽成1.3×(10-1~10-2)Pa的壓強后充以適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據應用需要在兩段中間可布置絕熱段。吸液芯采用毛細微孔材料，利用毛細吸力（由液體表面張力產生）回流液體，管內液體在吸熱段吸熱蒸發，冷卻段冷凝回流，循環帶走熱量。

熱管結構與導熱機制示意圖從熱傳遞的三種方式來看（輻射、對流、傳導），對流傳導效率最高，因此熱管技術一經誕生就迅速普及開來。1963年，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室發明熱管技術。此后，熱管技術迅速應用于宇航、軍工等行業。隨著消費電子產業的發展，熱管技術逐漸應用于桌面電腦、筆記本、LED、平板電腦和手機中。

熱管的應用領域

熱管在不同領域的應用均熱板工作原理與熱管類似，同樣包括傳導、蒸發、對流、冷凝四個主要步驟。兩者差別主要在于熱傳導方式不同。熱管的熱傳導方式是一維的，是線的熱傳導方式，而均熱板的熱傳導方式是二維的，是面的熱傳導方式。相對于熱管，首先均熱板與熱源以及散熱介質的接觸面積更大，能夠使表面溫度更加均勻；其次使用均熱板可以使熱源和設備直接接觸降低熱阻，而熱管則在熱源和熱管間需要嵌入基板；最后均熱板更加輕薄，更能夠適應手機集成化、輕量化的趨勢。相關研究表明，VC散熱器的性能比熱管提高20%~30%。

VC均熱板與熱管的散熱機制

不同種類的VC均熱板隨著5G手機功耗持續升高，對整機散熱能力的要求不斷提升，均熱板/超薄均熱板的應用開始激增。4G時代高端手機普遍采用熱管技術來實現快速散熱，如LG V40等型號手機。進入5G時代，LG等手機廠商開始廣泛應用均熱板技術，進一步提升智能手機的散熱效率。而小米在最新的旗艦手機Xiaomi 10中，更是應用了迄今為止市面上最大的手機用VC均熱板。

LGV40、LG 5G、小米10 Pro采用的散熱器件雖然熱管和均熱板的導熱系數更高，但是原理是加快熱量從手機發熱部件轉移到環境中的速度，最終散熱效果還是要看散熱材料與空氣之間的熱對流。因此，散熱材料的熱特性對手機散熱效果有著不可忽視的影響。目前，“散熱片（石墨烯膜/石墨片）+熱管/均熱板”的整體解決方案逐漸被市場所認可。（二）均熱板產品快速迭代，技術方案持續演進均熱板與熱管的區別，還在于器件結構的差異。傳統的兩層均熱板制作流程為在銅基的基礎上燒結支柱和燈芯結構，然后進行銅焊、灌水并密封，最后釬焊周邊，形成穩固的均熱板。隨著工藝技術的發展，和不同應用場景對器件大小、性能的要求，均熱板制作工藝和結構不斷優化升級，相關產品快速迭代。

VC均熱板結構示意圖）近年來，VC均熱板技術演進方向主要集中于以下幾個方面：一是均熱板選材多樣化，受益于中框-VC一體化散熱解決方案，不銹鋼VC嶄露頭角；二是封裝工藝正在變革，激光封裝有望替代鍍銅釬焊封裝制程；三是超薄VC銅網燒結毛細制程有望被打破，毛細制程多樣化，印刷毛細與半導體光罩蝕刻毛細嶄露頭角；四是厚度進一步下探，VC均熱板有望薄至0.3mm以下。

紅米K30Pro首次采用不銹鋼均熱板此外，自動化正在成為VC均熱板制程發展的必然趨勢，注水除氣、插鼠尾、置銅網等關鍵工序將實現高度自動化。未來幾年，VC均熱板生產將逐步集中于手機精密機構件供應鏈頭部廠家，促進自動化的普及。相比之下，自動化程度高的均熱板生產企業將獲得競爭優勢，市場競爭將進一步加劇。

一種超薄均熱板

三

氮化硼膜材特點：高導熱、低介電、絕緣、透波、抗電壓、柔性

六方氮化硼（h-BN）這種二維結構材料，名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個原子厚度。但是兩者很大的區別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導體。與石墨烯不同的是，h-BN的導熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術層面上講，一個聲子即是一組原子中的一個準粒子）。

有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個方向上沿著傳導平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此。”與石墨中的六角碳網相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網狀層面，互相重疊，構成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數兩者也頗為相近。

基于二維氮化硼納米片的復合薄膜，此散熱膜具有透電磁波、高導熱、高柔性、高絕緣、低介電系數、低介電損耗等優異特性，是5G射頻芯片、毫米波天線領域最為有效的散熱材料之一。

四

總結

根據市場預測，2019-2025年間5G手機銷量將以72%的復合增長率擴張；到2025年，5G手機市場份額將占總市場份額的30%左右；屆時，支持毫米波頻段的5G手機將占全部5G手機的13%。盡管受疫情影響，2020年第一季度全球智能手機出貨量2.758億臺，同比下降11.7%。但高通對全年5G手機出貨量較為樂觀，維持2020年5G手機出貨預測在1.75億至2.25億部不變。

隨著5G通信技術不斷走向成熟，5G手機終端開始放量，VC均熱板將迎來爆發性增長。假設VC均熱板在5G手機中的滲透率達到30%，單片VC均熱板價值15元人民幣，則2025年全球手機VC均熱板市場將達到90億元人民幣以上。受此驅動，VC均熱板技術迭代加速，新材料、新結構、新工藝將不斷涌現，自動化程度繼續提升，國際競爭日趨激烈。建議重點關注在厚度（＜0.4mm）、封裝工藝和毛細支撐等方面具有自主知識產權的企業。