第一节 导热材料市场现状 分析 及预测
导热材料较有名的有,贝格斯,固美丽,Emerson&Cuming,道康宁,Fujipoly等。导热材料一般包括硅脂,导热胶水(环氧树脂中添加导热粒子),导热双面胶,导热垫(分为硅材料和非硅材料),相变材料等,这些材料各有优缺点,使用场合也不一样。以前,导热材料主要用于一些网络服务器,通讯基站等发热量大的设备中。但近年,小型的手持设备(包括手机等)功能越来越多,功率越来越大,散热的问题也越来越突出。也越来越多使用导热材料。极为精密的电子设备有时不用硅材料的导热垫,因为硅的游离粒子会污染电路。
3G手机主芯片、充电芯片等可以使用0.5mm厚度软性硅胶导热片,将热量分解到屏蔽罩等物件上,防止使某一点温度过高,使内部达到均温,提高产品的稳定性。同时起到防震、绝缘的作用。
当今的电子产品朝着两个方向发展:一方面产品的集成度越来越高、功耗不断增大;另一方面产品越来越轻、薄、短。这就使得产品的散热矛盾越来越突出。在很多电子产品散热往往是制约着产品可靠性的一个关键瓶颈。
在做传导散热设计时,因选择主动散热还是选择被动散热,对导热材料的选择就会有很多不同。导热材料分填缝导热材料和间隙导热材料。缝隙导热材料厚度多在0.5mm下,间隙导热材料使用厚度在0.5mm以上。其中填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是填充发热功率器件与散热片之间的缝隙,通常看似很平的两个面,其实接触面积不到40%,又因为空气是不良导热体,导热系数是仅有0.03w/m。k,填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气。所以有散热设计工程师开玩笑说:在你的电脑的CPU与散热片间涂牙膏或许比使用导热硅脂都要好,如果你能涂的够薄够均匀的话。间隙导热材料有:导热硅胶垫、导热泡棉、导热橡胶片。
软性硅胶导热绝缘垫是传热界面材料中的一种,具有良好的导热能力和高等级的耐压,其作用就是填充处理器与散热器之间大要求,是替代导热硅脂导热膏加云母片的二元散热系统的最佳产品。
第二节 导热材料产品产值 分析 及预测
1、导热材料的生产发展
由于元器件组装朝着小型化方向不断发展,给导热解决方案带来前所未有的挑战。这些小型化包封元件不仅规格更小,而且功能高度集成,因此往往产生更多的热量。另一方面,虽然导热油脂和相变导热材料能够起到导热作用,但从使用者或者工艺角度而言都不是非常方便,往往无法满足现代工业高产出的要求。
导热油脂无疑是市场上各种导热材料中最知名的一类,始终以液态形式存在。由于其良好的润湿性,因此受到很多生产商的青睐。但是其良好的润湿表现也有降级的可能。因为导热油脂始终处于液态,往往会在生产环境中出现难以控制的情况,会导致大量的材料浪费(因而成本上升)。另外,最重要的是,导热油脂的导热效果会随时间的推移而慢慢丧失。当导热油脂经过连续的热循环后,会引起液体迁移,最终只剩下填充材料,丧失了表面润湿性,进而可能导致失效。又由于界面两边的材料热膨胀速率不同,造成一种“充气“效应,导致热阻增加,传热效率降低。
为了解决导热油脂存在的种种问题,市场上出现了相变导热材料(TIM的一种),自20多年前研发问世以来,相变导热材料简单易用以及它卓越的性能特点受到了 行业 的一致认可。传统TIM采用衬垫形式,室温下为固态,并且只有当元器件热量使其达到融点(45°C)时才转化为液态。与导热油脂不同的是,相变导热材料不会随时间推移而出现液体迁移或“充气”效应,但是因为它采用的是衬垫形式,TIM仍存在不足之处。由于衬垫厚度和尺寸都是经过预先设定好的,制造商在使用时会受到应用厚度和/或形状的限制。另外,衬垫通常通过手动安装完成,尽管可选择使用自动化的带式或盘卷式产品,但多数制造商还是偏爱手动操作的衬垫,而这意味着更多的操作人员干预,并将延长生产时间。
2、主要生产企业
目前,我国从事导热材料生产的企业并不是很多,具有一定技术水平的主要有深圳市飞荣达科技有限公司、高柏科技有限公司、兆科电子、深圳市傲川科技有限公司、深圳市圳之星科技有限公司等。部分国外企业在中国设有工厂,其中道康宁、Laird、Fujipoly在中国均设有工厂,这三家企业在国内市场占有率非常大。
深圳市飞荣达科技有限公司2009年获高新技术企业称号,主要产品为屏蔽材料、导热材料、吸波材料和其它配套电子材料。目前拥有华为、中兴、富士康、伟创力、戴尔、诺基亚、联想、比亚迪、艾默生、台达、英业达、华硕、阿尔卡特朗讯、IBM、光宝、神达、捷普、华三、新美亚等众多长期合作客户。
据不完全统计,我国导热材料生产规模在10亿元,其中包括外企企业。
由于生产企业数量少,生产规模较小,因此我国有很大一部分产品来源于进口,预计未来国内生产企业数量还会继续增多,生产规模不断扩大,以满足国内用户的需求,预计到2010年生产规模达到13亿元,2011年生产规模继续增加,达到14.5亿元。
2008-2011年我国导热材料生产规模及预测表 单位:亿元
第三节 导热材料市场需求 分析 及预测
随着电子设备不断将更强大的功能集成到更小组件中,温度控制已经成为设计中至关重要的挑战之一,即在架构紧缩,操作空间越来越小的情况下,如何有效地带走更大单位功率所产生的更多热量。设计者们一直致力于提高各类服务器的CPU速度和处理能力,这就需要微处理器不断地改善散热性能。但是在其他应用领域,诸如视频游戏控制台、图像设备以及需要更高性能支持高清晰图像的数字应用中,也有对更强的计算性能的需求。
于是,芯片制造商比以往任何时候更关注导热材料(Thermally-Conductive Interface Materials,TIM)和其他能够带走多余热量的技术,这些热量对组件稳定性和寿命均有反作用。
导热材料对集成电路芯片已经越来越重要,集成电路芯片的生产增速很快,2001年以来,除2005、2006年出现异常变化外,其他年份比重在20%~40%间变化,若按25%的比重计算,2012年我国集成电路芯片产量将达300亿片。这种增速直接增加了对导热材料的需求,不仅在需求数量上呈较快增长,在产品技术上也提出更高的要求。
第四节 导热材料消费状况 分析 及预测
电子产品愈来愈趋于小型化,微电子的组装也愈来愈密集化,其工作环境急剧向高温方向变化。电子元器件温度每升高2℃,其可靠性就下降10%,因此散热问题也就成了设备是否能够正常运行的关键问题。过去,绝缘散热器使用高导热陶瓷来制作,由于陶瓷产品的加工难度高,容易破裂,所以现在也使用导热塑料做散热片,但同样存在耐高温、耐老化不好,特别是与电子元器件的贴合性较差,而造成导热效果不好的缺点。而添加有导热填料的硅橡胶,不但具有电绝缘性能和导热迅速的功能外,还有很好的耐高温性和阻燃性,同时还可起到减震的作用。有资料显示硅橡胶绝缘强度在14kv/mm以上,体积电阻率在25℃时为1015Ω.cm,它的耐电晕性和耐电弧性非常好,耐电弧寿命是聚四氟乙烯(塑料王)的1000倍,在电晕放电情况下,可连续使用1000小时,而一般的橡胶只能使用30分钟。硅橡胶的闪点高达750℃,燃点为450℃,而且不易燃烧,万一发生燃烧,生成的SiO2仍是绝缘性的,同时燃烧过程中没有毒物质和腐蚀性气体产生,因此保证了设备的可靠性。
在橡胶中添加银粉、BN以及铂金阻燃剂,也可以制备兼具阻燃性和导热性能的硅橡胶材料,在一定的配比下,材料可具备14w/(m.k)的导热系数和V-1(UL-94)的阻燃级别。
在硅橡胶中添加金属粉(Al、BN、AlN)和经硬脂酸表面处理的Al(OH)3粉末,可制备具有高导性和良好阻燃性的硅橡胶,阻燃级别为V-0(UL-94),导热系数为1.09w/(m.k),可制作阻止液晶体滑动的垫片。
在硅橡胶中加入大量BN、Al2O3、石英粉末及适量偶联剂、固化剂,然后溶解在二甲苯溶液中,对玻璃布进行涂敷,干燥固化,所得织物的涂层具有良好的外观、导热性和阻燃性。
在100份硅橡胶中添加100~500份MgO粉末,所得材料用于制做照相,仿开形切割设备上装置辊的外层,有较好的导热性和耐磨性。
在液体硅橡胶中加入经表面处理的SiC、BaSO4、Al,然后得此液体混合物放在2个电极间,加上电场使其导热填料取向,由此制得导热性非常好的硅橡胶,用于电子元件上,在电子元件与受热器间形成导热层。
将AlN粉末用Al2O3气相涂敷后,再加入到硅橡胶中,所得到的高导热性、高耐热性材料可用于热辐射性片材。
导热硅橡胶在国外 研究 较为成熟,国内尚处于开拓阶段。导热硅橡胶的应用有待于进一步的开发,如能解决其综合性能与工艺性能统一问题,导热硅橡胶无疑有很好的应用前景。总之,导热硅橡胶不仅具有良好的导热性能,而且还有金属等不能比拟的综合性能,将会越来越受到人们的关注,其应用将愈来愈广泛。
第五节 导热材料价格趋势 分析
近期部分导热材料报价统计
以上是部分导热材料的报价,从报价来看,国产品牌的报价普遍偏低,这跟国内产品的技术水平较低有很大关系,并且国内大多企业没有形成一定规模,品牌还不够成熟,而国外的技术水平高,能够满足用户需求,随着导热材料需求的不断增加,国内还会有更多企业进入该 行业 ,技术水平也会有更大的提高,相信未来几年会随着国内产品的质量提高,产品平均价格会有所下降。
第六节 导热材料进出口量值 分析
目前在我国使用的导热材料很多都是进口的,或者是跨国公司在国内生产的,但目前没有对这一进口数据的具体统计。
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