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受惠於智慧型手機、5G 基地台、伺服器的成長,散熱需求也隨之成長,其中 5G 手機為了負荷運算晶片所帶來的大量熱能,新一代散熱方案:超薄均熱板 VC, 在近期(2019 Q3)成為市場關注的焦點,相關概念股也有不少漲幅。看完這篇文章,你將了解下面幾件事:

1.散熱市場概況,超薄熱導管及 VC 的比較

2. 5G 手機時代下,VC 是否僅僅是曇花一現?

3.掌握全球 VC 市場 70% 以上市佔率的台廠,相關個股還值得投資嗎?

散熱,一個成熟卻走在大趨勢浪潮的產業

散熱早已是一個穩健成長的成熟型產業,但近期因為 5G 手機的出現,再次為整個產業帶來了成長契機。根據前瞻產業研究院預估, 2018 - 2023 年散熱產業 CAGR(年複合成長率)+8%,而智能手機散熱 CAGR 則高達 26%。

散熱主要應用在以下幾個領域:手機、電腦、伺服器、網通,目前伺服器是帶動散熱成長的主要動能,5G 手機則是接下來成長關鍵。

Source: 自行整理
 
伺服器散熱:穩健成長但缺乏爆點

伺服器以每年約 6% 的 CAGR 成長, 2022 年出貨量預計可達 1,700 萬台,需求穩定成長。然伺服器雖然運算量大、耗能高,卻不用刻意要求輕薄,因此有足夠的空間能採用功能強大的散熱模組(體積大、 平均客單價 ASP 最高)或是自然風冷,所以應用在伺服器的散熱模組早已經發展成熟,各供應商的技術差異不大。因此散熱廠的出貨量主要是隨著伺服器數量穩健成長,ASP 也逐年小幅下滑,很難再有爆發性的成長。

 
5G 手機的出現:新散熱方案從無到有的成長

相較於伺服器,智慧型手機就不同了,除了無線充電、快充、多鏡頭、AI運算等新功能出現,加上機身輕薄化而一再壓縮零件的空間,隨著 5G 手機的 5G 射頻及基頻晶片的導入,以往的石墨散熱片方案已經逐漸不能負荷,所以超薄型 VC 在近期開始受到關注,智慧型手機平均一年出貨量約為 14 億台,而 5G 手機目前占比僅不到 1%,因此 5G 手機若真的非用 VC 散熱不可,那這就是一個從無到有的爆發性的需求成長,是一個非常具有想像空間的商機。

 
智慧型手機散熱演進史 : 強,還要更強 ; 薄,還要更薄

一般的人工石墨片由於導熱性能好,水平導熱係數可達 1,500 W/m‧k,是銅的四倍,能有效地把聚集的熱量分散,再加上可以做得很輕薄、大面積,因此以往大部分手機都是採用這種散熱方式,甚至在最新的 iPhone 11 也依舊採用了此技術。下圖可看到 iPhone 11 正是透過數層石墨膜將熱能從 SoC(系統單晶片)直接散發到外殼上。

iPhone 11 Pro 拆解圖 Source:Ifixit

 

然而隨著手機功耗越來越高,石墨膜的導熱功效有限,所以廠商開始把 PC 常用的導熱凝膠應用到手機。例如 OPPO N3 的「冰巢」散熱技術,就是在 SoC 和石墨片間塗上一層類液態金屬來幫助散熱。不過和石墨片的缺點一樣,導熱凝膠也只能輔助散熱,並不能直接把熱能導出。

2015 年隨著 4G 時代的來臨,大量手機開始使用熱導管(Heat Pipe)做散熱,並研發超薄型熱管。而最近 5G 商轉的到來,超薄型熱導管及超薄均熱板(VC)也開始被關注。為什麼這邊要特別強調超薄兩個字呢?這是因爲熱導管和 VC 其實早已被應用很久了,並不是什麼新技術,只是因為在智慧型手機高效、輕薄的趨勢,對散熱的要求不僅更高還要做的更薄,才使製程變複雜困難。舉例來說,超薄熱導管中的水量僅有傳統熱管 20 分之一,對供應商來說如何在有限的水量下,順利發揮水循環物理特性來達到散熱效果,就是一個挑戰。但熱管由於應用在手機好幾年了,目前各家供應商都有能力提供,競爭也非常激烈。不過超薄型 VC 就不同了,在又大又薄的平面下,除了水量控制外,還要考驗焊封黏合的精準度,而這也是為何供應商薄型 VC 的良率一直難以提升的主要原因。

 
熱導管及 VC 的運作原理

熱導管是一個封閉的真空金屬(多為銅、鋁)管。管內有液體(多為純水),管壁則擁有毛細結構。 當熱管的一端受熱時,管內液體吸熱後就會變成蒸氣並往壓力低的另一端移動,透過管壁吸收熱量後再次冷凝回液體,最後再藉由管壁的毛細作用回流到最初位置,形成一個循環的散熱系統。根據統計,熱導管的導熱係數約可達 5,000–8,000 W/m‧k,是石墨膜的四倍以上。

而 VC 運作原理和熱導管一樣,不同處在於它是一個二維平面,相較於熱導管接觸面積更大且可整片貼在熱源上。根據研究, VC 的導熱性能比熱導管高上 20–30%。但也因此VC 的價格貴很多,目前 ASP 大約為熱管的 4 倍。

不過上述兩者都只是將熱能導離 SoC(System on a Chip,系統單晶片),最後還是要搭配石墨片使用才可以將熱能導出機身。

熱管及VC 運作原理 Source:Delta

 
超薄熱導管技術成熟,競爭激烈下 ASP 難以回升

目前除了 iPhone 外的中高端機種大都採用此散熱方案,雖然需求量大,但供給面競爭也很激烈,目前約有 10 多家供應商都可量產(主要為台灣、日本、中國),且良率都在 90% 以上,激烈的競爭使熱導管的 ASP 從 2015 年的 1.5 美元一路跌到 0.2 美元,直到 2018 H2 導入薄型熱管後才回升至 0.5 美元。而根據現在仍不斷有新的供應商加入看來(以中國為主),預估未來 ASP 也很難回升。

華為 P30 Pro 拆解 Source:ifixit
VC 製程困難,台廠掌握關鍵技術

由於 5G 手機的出現, 導致 VC 被快速採用,目前如三星 Note 10、小米 9 Pro、華為 Mate 20X 等 5G 旗艦機都搭載了 VC。

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Min Lin
Author

Fugle 富果投資研究員 / 台大財金系畢業 / Min 的投資說書小棧版主
台大、師大、政大、清大、成大等各校課程講師
持有高級證券商業務員、投信投顧業務員等證照
堅信價值投資,並從產業及財報分析出投資機會
一個愛投資同時熱愛歷史的自我實現者

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