01 消费电子行业概况
消费电子是指围绕消费者应用而设计的与生活、工作和娱乐息息相关的电子类产品。消费电子产品的产生是日常生活的巨大变革，它使消费者的生活便利程度和生活品质大大提高，成为消费者日常生活不可或缺的组成部分。
基于消费电子产品制造技术的迭代发展以及移动互联网应用的普及，消费电子产品使用群体持续扩大，当前，虽然以智能手机、平板和笔记本电脑为代表的传统消费电子设备市场日趋饱和，增长速度放缓，但作为消费电子的新兴分支，以VR\AR为代表的智能可穿戴电子产品仍在不断发展。
02 VR/AR等可穿戴设备的产业链
智能可穿戴产品与消费电子整体的产业链结构基本一致：上游是原材料及零部件生产；中游为制造厂商；下游为可穿戴设备。其中，中游结构件制造和下游光学模组的生产是智能可穿戴产品的关键，技术含量较高，资本投入较大，同时也是国际竞争最激烈、经营风险最大领域。与此同时，随着智能可穿戴产品的不断发展，对结构件的散热性能也提出了更高的要求。
03 VR/AR等可穿戴设备的散热原理
根据工作原理的不同，热管理材料可分为主动式（有源式）和被动式（无源式）两种。主动散热器件普遍采用热对流原理，对发热器件进行强制散热，比如风扇、液冷中的水泵、相变制冷中的压缩机。主动散热器件特点是效率高，但需要其他能源的辅助。被动散热普遍采用热传导或热辐射原理，主要依靠发热体或散热片进行降温。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，一般采用该方式。被动散热方式的散热片包括石墨散热膜、石墨烯膜、热管和均热板等。为有效传导热量，发热器件和散热器件之间往往需要热界面材料的使用，如金属钎焊层、导热硅胶、导热膏等。
在实际应用场景中，热管理材料及器件往往需要组合使用。以新能源汽车上广泛采用的IGBT功率器件为例，芯片向外界传热的路径上包括芯片焊接层（金属）、DCB/AMB陶瓷线路板层（包括陶瓷基板层和覆铜层）、系统焊接层（金属）、金属基板、界面材料（导热硅脂）和散热器，最终由散热器与空气通过对流传热和辐射传热，整个传导过程中存在热阻，热阻是影响 IGBT 功率模块散热的主要因素，要想增强散热效果，减小热阻是最主要的方法。随着芯片性能、器件小型化、轻量化等需求的不断提升，业界对热管理设计的要求也在不断提升，热管理研发人员需要灵活应用主动-被动热管理方式，以及对基板、热沉和界面热材料等进行排列组合。例如，IGBT模块可与均热板、热电模块甚至是液冷模块相结合，以实现更好的散热效果。
04 热管理材料分类介绍
4.1 热界面材料
热界面材料主要分为导热硅脂、导热硅胶和导热凝胶三大类。目前，美国日本的企业，如 Laird(莱尔德)、Chomerics(固美丽)、Bergquist(贝格斯，汉高收购)、Fujipoly(富士高分子工业株式会社)、SEKISUI ( 积水化学工业株式会社)、Dowsil(陶熙)、ShinEtsu(信越化学工业株式会社)和 Honeywell(霍尼韦尔)等占据了全球热界面材料 90% 以上的高端市场。我国高端热界面材料主要依赖从日本、韩国、欧美等发达国家进口，国产化电子材料占比低。
1）导热硅脂
导热硅脂又叫做导热膏，是一种高导热绝缘有机硅材料。它是以硅油为原料，并添加导热填料、稳定剂等添加剂，在经过加热减压、研磨等工艺之后形成的一种酯状物，该物质有一定的黏稠度，没有明显的颗粒感。可以有效地填充各种缝隙，主要应用环境为高功率的发热元器件与散热器之间。导热硅脂典型生产工艺流程如下图所示。
常用作基油的有二甲基硅油、甲基苯基硅油、长链烷基硅油和氟烃基硅油等。常见的导热填料主要有：①金属类，常见比如银、铜、铝等；②陶瓷类，氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化锌、氧化铍、二氧化硅等；③碳素类，比如石墨、石墨烯、碳纳米管、炭黑等。
2）导热硅胶
导热硅胶与空气中的水分发生缩合反应放出低分子引起交联固化，可在短时间内固化成硬度较高的弹性体，是一种单组份脱醇型室温固化硅橡胶，具有对电子器件冷却和粘接功效。固化后与其接触表面紧密贴合以降低热阻，从而有利于热源与其周围的散热片、主板、金属壳及外壳的热传导。导热硅胶的典型生产工艺流程如下图所示。
导热硅胶具有卓越的抗冷热交变性能、耐老化性能和电绝缘性能，并具有优异的防潮、抗震、耐电晕、抗漏电性能和耐化学介质性能，对包括铜、铝、不锈钢等金属有良好的粘接性。相对而言，导热硅脂的适用范围更广一点，几乎适合任何散热条件的需要；硅胶更适合用在需要一次性粘合场景，比如显卡的散热片等。
3）导热凝胶
导热凝胶是以硅胶复合导热填料，经过搅拌、混合和封装制成的凝胶状导热材料，其具有热阻低、绝缘性能好、所需工作压力小、稳定性好、附着力强、界面几何条件要求低等特性，是一种新型高效导热界面材料。导热凝胶的典型生产工艺流程如下图所示（与导热硅胶基本一致）。
导热材料可看作是硫化后固液共存的硅胶和导热填料的混合体，其同时具有导热硅胶和导热硅脂的某些优点，较好得弥补了二者的弱点。
4.2 均热板
均热板简称VC（Vapor chamber）板，主要利用密封空间内的冷却工质（通常为水）相变蒸发而将热量迅速扩散到腔体，在冷凝端工质冷凝为液体后，通过毛细力、重力又回流到热源端。均热板和微热管就是这种典型的相变导热器件，其传热性能是自然界导热材料的几十到几百倍。
均热板的典型生产工艺流程如下图所示。由于其良好的导热性能，被广泛应用于高热流密度的电子芯片散热，如智能手机芯片、笔记本和大部分电脑的CPU/GPU等，而传热性能更好的均温板则广泛应用于服务器芯片和智能手机芯片，由于VC板为二维面与面热传导，与热管为一维线性的热传导相比，均温板热传递的效率更高。
4.3 石墨/石墨烯膜
相比于铝、铜等金属材质，石墨/石墨烯具有耐高温、热膨胀系数小、导热导电性良好、化学性能稳定、可塑性大等特点，使其能更好地进行热传导，更快将热量传递出去，降低电子设备在使用过程中因热量过高而导致无法使用的情况。同时，石墨/石墨烯具有良好的均热效果，可以有效防止电子产品局部过热。
1）石墨导热膜
根据制作方式、导热系数、尺寸厚度等不同，石墨散热材料可以分为天然导热石墨片、人工合成散热石墨膜和纳米复合石墨膜。其中，天然导热石墨片是在高温高压下，通过化学方法得到的石墨化薄膜，导热系数为800-1200w/m-k，厚度最薄是0.1mm。人工合成石墨膜是在极高温度环境下，通过石墨合成的方法，制得的一种碳分子高结晶态石墨膜，膜结晶面上的导热率达1500-2000W/m-k，厚度可以达到0.03mm，是用于消除局部热点的理想的均热材料，可以在热点和散热体之间充当热传输桥梁。石墨导热膜典型工艺如下图所示。
2）石墨烯导热膜
近年来，从低阶的石墨散热、金属背板、边框散热、导热凝胶散热到中阶的热管散热再到高阶的均热板散热等，智能手机散热技术不断更迭，并出现多样化多维的散热组合方案。作为新材料行业的“后起之秀”—— 新型石墨烯导热膜，因其突出的超高导热率及热通量性能优势，逐渐成为主流的散热技术。石墨烯导热膜典型工艺如下图所示。
4.4 高导热金属复材
热管理用金属基复材是指应用方向为热管理用（尤其是金属基板、散热器等）的金属基复材，主要强调金属基复材的热导率指标，同时兼顾复材的密度、强度和热膨胀系数等指标。铝、铜、镁复材的基体本身具有较高的热导率，已经成为热管理用金属基复材的主流产品。其中，Al/SiC、Mg/SiC体系具有密度低、热导率高、热膨胀系数可调等优势，在航空航天和电子封装领域已经有了成熟应用；Al/Graphite、Cu/Graphite体系除具有密度低、热导率高、热膨胀系数可调等优势外，还具有成本低、易加工的显著优势，因此最具产业化潜力；Al/Diamond、Cu/Diamond体系具有最高的热导率（可到900W/mk），在一些高附加值产业领域如军工、高功率器件上有望大面积推广。
金属基复合材料国内外已形成规模化生产的技术主要是粉末冶金技术、搅拌铸造技术和压力/无压浸渗技术。其中，压力/无压浸渗技术易于获得高刚度、高导热、低膨胀等特殊性能的金属基复合材料，可以实现复杂构件的免加工一次成型，广泛应用于大功率电子器件热沉。
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