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 LED照明產(chǎn)業(yè)在近幾年被認為是最具潛力的產(chǎn)業(yè)。

 LED燈由于高效、節(jié)能、長壽命等特性，正在逐步取代白熾燈、熒光燈成為照明的主流光源。除了常規(guī)照明，LED在商業(yè)廣告、廠房、道路照明、櫥柜燈、養(yǎng)殖等非主照明領域也擁有很高的應用價值。

 由于LED的芯片工作時會產(chǎn)生一定熱量，如果不將熱量及時散出，會影響燈的使用壽命。目前，在組裝LED燈時通常采用鋁基作為散熱器，因其導熱性能要遠高于塑料，但缺點是成本高，且金屬的成型加工難度大。

 現(xiàn)在，石墨烯的出現(xiàn)打破了這一局面。石墨烯具有優(yōu)異的導熱性和熱輻射效應，將石墨烯分散在塑料中制備導熱塑料，通過熱傳導和熱輻射的疊加進行散熱，可以完全滿足LED的散熱需要。

 LED導熱塑料項目就是采用石墨烯與尼龍等聚合物復合而成的高性能散熱塑料。相比于金屬鋁，導熱塑料成本低、質量輕、散熱性優(yōu)異、易于注塑成型，可以很方便地加工成各種形狀的LED燈底座和燈罩。自導熱塑料作為LED散熱材料后，使LED燈的重量更輕，加工更簡便，通過模具注塑加工即可得到散熱器，滿足了LED的規(guī)模化高效生產(chǎn)。

 目前，國內已有多家企業(yè)布局LED導熱塑料，在專利技術、生產(chǎn)設備、原材料選擇等方面逐步完善，市場上已有石墨烯與PA、PPS、PP等塑料基材復合的導熱塑料被用于LED的散熱器。

 根據(jù)相關統(tǒng)計，我國LED照明市場規(guī)模已超過6000億元，而且每年保持10%以上的增長率，這為導熱塑料提供了巨大市場空間。LED產(chǎn)業(yè)中導熱塑料正在全面替代金屬鋁，市場潛力巨大。

 據(jù)了解，生產(chǎn)石墨烯復合導熱塑料主要還是采用成熟的塑料改性設備，對設備沒有特殊的要求，投資一個年產(chǎn)2000噸石墨烯復合導熱塑料的生產(chǎn)線，設備投資約在200萬左右。目前石墨烯復合導熱塑料的成本大概是2.5萬元/噸，售價是3.0萬元/噸；一年的利潤可以達到1000萬。石墨烯復合導熱塑料在目前的改性塑料行業(yè)中，屬于回報率高、附加值高、優(yōu)質環(huán)保的投資項目。

 常見的LED散熱材料

 大功率LED照明解決方案中遇到的設計挑戰(zhàn)是散熱設計和過熱保護。LED光源需要的功率和熱管理系統(tǒng)，因為與其他光源相比，提供給LED的電能大部分轉換為熱量。如果沒有適當?shù)臒峁芾?，這種熱量會影響LED壽命和色彩輸出，解決好LED照明燈具的散熱問題是燈具設計中不可或缺的環(huán)節(jié)。

 LED照明燈具中常用的導熱材料按其在燈具中的作用主要分為：結構性導熱材料和填補性導熱材料。

 結構性導熱材料除了作為燈具的殼體功能外，同時兼做LED光源散熱之用，如導熱塑料等。而填補性導熱材料主要用于發(fā)熱件跟散熱件之間，作為兩者之間銜接導熱之用，由于導熱界面材料相對于發(fā)熱元件和金屬散熱片的導熱率低，所以導熱材料的選擇也很關鍵，這決定了熱傳輸?shù)目炻?/span>

 以下是幾種用于大功率LED方案的導熱界面材料：

 導熱硅脂：具有優(yōu)良的導熱性、電絕緣性、使用穩(wěn)定性、耐高低溫性等特點，是目前大功率LED照明燈具常用的導熱材料；

 導熱硅膠片：填充發(fā)熱器件和散熱片或金屬底座之間的空氣間隙，達到發(fā)熱部位與散熱部位間的熱傳遞，同時還起到絕緣、減震等作用，能滿足小型化及超薄化的設計要求，使用方便性是導熱硅脂無法比擬的。

 導熱雙面膠：粘接發(fā)熱片與散熱片之間，使用簡單便捷，利于提高生產(chǎn)效率。

 粘接密封膠：一款室溫固化的單組份有機硅粘接密封膠，對絕大多數(shù)金屬無腐蝕；具有卓越的抗冷熱交變性能、耐老化性能和電絕緣性能，優(yōu)異的防潮、抗震、耐電暈、抗漏電性能。

 散熱材料發(fā)展趨勢

（1）多元化、組合化散熱方案逐漸成為市場主流

 在消費電子領域，隨著智能設備運行功率的增加，傳統(tǒng)單一的散熱方案已不能滿足高性能產(chǎn)品多元化的散熱需求。新型散熱材料的出現(xiàn)，使得電子設備散熱方案進一步擴充，散熱方案逐漸演變?yōu)槎喾N材料“協(xié)同運作、并駕齊驅”的散熱模式。在 5G 時代，作為基礎散熱材料的石墨散熱膜，可與熱管、均溫板、石墨烯散熱膜等高效散熱材料搭配使用，在高端智能設備市場發(fā)揮巨大優(yōu)勢，且不斷向中低端智能設備滲透。

 未來，電子產(chǎn)品、5G 基站、大型服務器等設備的散熱方案均將朝著多材料、立體化的組合散熱方式繼續(xù)邁進。

（2）石墨散熱膜未來仍為主流散熱材料，市場需求可觀，并朝著高熱通量方向發(fā)展

 相較于熱管、均溫板等散熱材料，石墨散熱膜具有柔韌性好、質量輕薄的性能優(yōu)勢，且易于貼合于攝像頭模組、手機中框、芯片等各種電子元器件中?；诙嘣?、組合化的散熱方案逐漸成為市場主流，多種散熱材料協(xié)同運作的背景下，石墨散熱膜仍是目前及今后主流散熱材料，市場需求量可觀。而增加石墨散熱膜熱通量則是其未來發(fā)展的主要方向之一。

 材料的熱通量是指單位面積的材料在單位時間內所傳遞的熱能。通常情況下，材料厚度越大，單位時間內可傳遞的熱能更多，其熱通量也就越高，散熱效果越好。通過增加石墨散熱膜厚度進而加大熱通量的方法能較好匹配 5G 時代高功率電子設備的散熱需求。石墨散熱膜由于材料特性，本身厚度薄、質量輕，最大厚度也不及熱管、均溫板的 1/2，因此增加石墨散熱膜厚度提高材料熱通量，既不會影響電子產(chǎn)品輕薄便攜、美觀的形態(tài)要求，還可以進一步提升各元器件和整機的散熱效率，增強電子產(chǎn)品可靠性。高熱通量石墨散熱膜是 5G 時代極具性能優(yōu)勢的散熱材料之一。

 通過增加材料厚度提高熱通量通?？刹捎脙煞N途徑，一種是將常規(guī)石墨散熱膜反復粘貼膠帶疊加在一起，但由于膠類材料熱阻通常較高，導致多層石墨膜散熱效果并不理想；另一種則是采用超厚 PI 膜通過特殊工藝燒制而成，無需使用膠帶粘合，生產(chǎn)的高熱通量的厚石墨膜具有更好的散熱效果。

 制作高熱通量的厚石墨散熱膜不僅要求原材料 PI 膜到達相應厚度，同時還對生產(chǎn)商核心技術的掌握程度、生產(chǎn)工藝的熟悉程度以及操作人員的專業(yè)素質都有著較高要求.

（3）熱管及均溫板滲透率不斷增加，并朝著超輕、超薄、高強度方向發(fā)展

 熱管和均溫板利用腔體中工作介質通過液氣兩相變化吸收熱量方式進行散熱，不需要借助外力，即可發(fā)揮強大特性，特別適合放置在芯片等高發(fā)熱量部位，達到高效的局部散熱效果。作為新型散熱材料的代表之一，熱管及均溫板散熱逐步從筆記本電腦、臺式電腦應用方案中滲透到智能手機終端，國內“HMOV”等廠商近年來發(fā)布的智能手機中較多采用了熱管或均溫板散熱方案。在消費電子高刷屏、高功耗、性能持續(xù)升級的背景下，熱管和均溫板在消費電子市場的滲透率將持續(xù)提高，且朝著超輕、超薄、高強度方向發(fā)展。

 隨著電子產(chǎn)品朝著超輕、超薄化的趨勢演變，將熱管和均溫板的厚度控制在合理范圍且仍保持優(yōu)秀的散熱效果將面臨極大挑戰(zhàn)，尤其在生產(chǎn)工藝上，需要保證其內部擁有高毛細力與一定的內腔空間以供液體和蒸汽充分循環(huán)流動，維持良好的散熱效果。對于熱管，在壓縮厚度并維持高性能同時，不僅需要選擇合適的毛細結構，同時還需要保證工作中蒸汽的傳播速率，例如利用凹槽型毛細結構設計并在狹小的內腔中開辟新的通道，使得工作時蒸汽流動通道加大同時也進一步降低整體厚度，這對生產(chǎn)商的技術儲備以及設計能力都有著極高的要求。而降低均溫板的厚度條件通常更為苛刻，一方面，均溫板制作工藝復雜、精細化程度較高，厚度越薄，則銅片封合的間隙越難掌控，封合階段的良品率也就越低；另一方面，均溫板厚度越薄，意味著其內部毛細通道與蒸汽通道空間越小、蒸汽的有效傳播距離更短，均溫板的工作性能也將損失更多。因此，生產(chǎn)商封合技術的先進性以及對內部蒸汽通道的合理設計將成為制造高強度超薄均溫板的關鍵。

（4）擁有優(yōu)質特性和成本優(yōu)勢的石墨烯膜將成為極具競爭力的散熱材料

 石墨烯是從石墨原材中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，擁有其他材料所不具備的特殊性能，如優(yōu)異的電學性能、出色的機械性能、超高的導熱性、優(yōu)異的阻隔性能等，可運用于能源、環(huán)境、電子、化工等多類行業(yè)，具備良好的發(fā)展前景。

 由于石墨烯在面內方向是各項同性的，在平面內的熱傳導不會存在方向性，通過獨特的加工工藝，可得到任意厚度（特別是超厚）的石墨烯散熱膜。石墨烯散熱膜導熱效率實驗可達 5,300W/m.K，因此將石墨烯用于散熱材料領域，開發(fā)新型石墨烯散熱薄膜為大勢所趨。

 石墨烯由于獨特的晶體結構，通過“氧化”—“還原”—“壓延”—“模切”等工藝，可加工成為石墨烯散熱膜，且由于工藝特性，得到的材料厚度較大、熱通量較高，散熱效果較石墨散熱膜更優(yōu)。不僅如此，石墨烯散熱膜還具有良好的耐彎折性及柔韌性，在折疊屏、柔性屏等智能設備散熱方案中占據(jù)優(yōu)勢，是未來極具競爭力的散熱材料。2018 年 10 月華為在 Mate20 系列手機中首次采用石墨烯膜作為其主要散熱方案，產(chǎn)品優(yōu)秀的散熱效果更是將石墨烯散熱技術推向大眾視野。

 石墨烯散熱膜系通過氧化還原天然石墨得到原材料后加工制成，相較于石墨散熱膜，在材料成本方面更具優(yōu)勢。但由于目前石墨烯加工工藝復雜，對設備投資、研發(fā)實力、人員技能的要求較為苛刻，能熟練掌握全套生產(chǎn)工藝的廠商較少，產(chǎn)品良率偏低。同時，由于產(chǎn)線前期投資較高，產(chǎn)品規(guī)模效應尚未凸顯，目前產(chǎn)品單位成本普遍偏高。未來，隨著加工工藝不斷優(yōu)化與改進，石墨烯散熱膜的生產(chǎn)質量將進一步得到保障，產(chǎn)、銷量持續(xù)擴大，成本優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，成為極具市場競爭力的新型散熱材料。

 根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022-2026年石墨烯薄膜行業(yè)深度市場調研及投資策略建議報告》顯示，消費電子高端化發(fā)展，將推動散熱領域對石墨烯薄膜需求持續(xù)增長，預計到2023年，全球散熱領域用石墨烯薄膜市場規(guī)模將達到23.2億美元左右。除散熱領域外，柔性顯示領域將是石墨烯薄膜的另一重要下游市場，石墨烯薄膜作為性能優(yōu)良的柔性透明導電薄膜，有望替代不能彎曲的ITO（氧化銦錫）薄膜使用，未來市場潛力大。

（文章來源：普華有策咨詢，瓦特科技，諾豐電子）