1.热流围城，散热破局
1.1.热流密度激增，散热将成为产业升级关键隘口
近年来，随着 5G 通信、人工智能、物联网等技术的普及，电子设备的功率密度不断增加，散 热问题逐渐成为制约设备性能的瓶颈。据思泉新材招股说明书，电子元器件故障发生率随工 作温度的升高呈指数增长，温度每升高 10℃，系统可靠性降低 50%，若电子元器件工作热量 未能及时疏导，将发生发烫、卡顿、死机等情形。
以射频组件和 FET 为例，射频组件的输出功率和功率增益效率都随器件温度的上升而不断下 降，而 FET 的失效率也受到温度的显著影响，当器件结温超过 150℃后，场效应晶体管每十 万小时失效率将急剧增加。
散热能力不足是电子设备温度过高的直接原因，因此热管理技术已经成为保障电子设备工作 性能和可靠性的重要议题。芯片热流密度的不断升高是电子设备热管理的关键，而热流密度 等于功率除以面积，因此可以将热流密度问题拆分成功率和特征尺寸问题来看。
1）芯片功率增加
芯片功率的迅速爬升是热流密度升高的核心驱动因素之一，20 世纪 80 年代单个芯片的功率 只有几瓦，2005 年左右已增大到接近 100W，增大了几十倍，而 NVIDIA 和 AMD 在 2024 年推 出产品的 TDP 更是已经达到了 1000W。
2）芯片特征尺寸降低
在功率不断上升的过程中，芯片尺寸从过去的 10nm 逐步演进到 5nm、4nm，并向 2nm 继续递 进，芯片集成度随之以惊人的速度增大，从最初的单个芯片只能集成几十个晶体管，发展到 目前单个芯片可以集成几十亿、几百亿个晶体管。功率提升和尺寸缩小共同推动了芯片热流 密度的升高，热流密度从早期的不超过 10W/??2已经增大至接近 100W/??2。
功率跃升与制程微缩的叠加效应，推动芯片热流密度实现数十倍增长，传统散热体系已逼近 物理极限，开发高效热管理方案正逐渐成为保障算力持续进化的生死线，电子设备的进一步 发展需要热管理新技术的支撑。
1.2.散热方案即热传导路径，分为被动与主动
散热方案是解决电子设备热管理问题的核心通道，通过将设备工作时产生的热量及时、高效 地传导到外界，可以有效提升电子产品的可靠性、稳定性和使用寿命，整个散热过程可以简 单概括为散热材料或模组将热量由热源传导至外部。
在发热器件和散热器件之间通常放置导热界面材料（TIMs）。因为热源和散热器件之间的间隙 会存在空气，空气导热系数极低，严重阻碍热量传导。导热界面材料可以填充热源和散热器 件之间的间隙，在电子元件和散热器间建立有效的热传导通道，大幅度降低接触热阻。
随着电子设备向小型化、高功率密度发展，对散热的要求越来越高，传统热界面材料已经无 法满足需求。高 Z 轴取向的碳基材料（如石墨、石墨烯）实现了远大于传统碳基材料的垂直 方向导热性，此外，碳基材料还具备轻量化、耐高温性等性能优势，是未来复合 TIMs 新型高 导热材料的重要填料。目前，许多公司已对碳基材料在 TIMs 领域的应用进行了布局，如 2025 年 4 月，思泉新材发布《关于使用剩余超募资金投资建设石墨烯及合成石墨垂直取向热界面 材料项目的公告》，计划将超募资金 2439 万元投资建设石墨烯&合成石墨垂直取向热界面材 料项目。
根据不同的热传递方式，电子设备的散热方案可分为被动式散热和主动式散热。其中，被动 式散热不配置动力元件，仅通过热界面材料从产热器件中将热量取到散热材料中，并传递至 外部环境；而主动式散热包含动力元件，是一种更有效的强制散热方式，但是往往对空间有 较高要求。
2.被动式散热：VC 在高密度集成场景潜力凸显
被动式散热是没有动力元件的散热方式，将热量从热源直接传递到散热材料中，并最后散发 至外界环境，以此实现电子产品温度的降低，主要包括金属散热片、石墨膜、热管和 VC 等。
2.1.金属散热片：高功率场景面临效能瓶颈
金属散热片是一种早期的热管理方案，通过金属基材的高导热特性，将电子元件产生的热量 从接触面向整个金属片传导。如铜的导热系数约为 400W/（m·K），铝的导热系数约为 200W/ （m·K）。
在目前电子设备热管理方案中，金属散热片通常承担着将热量最终散发至外部环境的功能， 可以通过鳍片结构的立体堆叠扩大表面积，以此提升散热效率，具有成本相对较低的优点。 金属散热片在低功率设备中表现良好，但其散热能力有限，因此在高功率、高集成度的设备 中使用时存在其热传递速率的局限性。
2.2.石墨膜：机械缺陷制约高功率渗透
2010 年起，以智能手机、平板电脑为代表的消费电子产品迅猛发展，伴随产品轻薄化、小型 化发展所带来的散热需求的增加，消费电子领域在传统导热界面基础上大量应用石墨散热材 料。
石墨晶体具有六角平面网状结构，具有耐高温、热膨胀系数小、良好的导热性等特点。独特 的晶体结构使其热量传输主要集中在两个方向：X-Y 轴和 Z 轴。其 X-Y 轴的导热系数为 300- 1900W/(m·K)，因此石墨相比于金属可以更快将热量在平面进行传导。与此同时，石墨在 Z 轴的热传导系数仅为 5-20W/(m·K)，有非常好的隔热效果。因此，石墨膜在实际应用中的定 位是摊平热量，如将芯片的集中发热传导至整个石墨膜面，从而降低热点温度绝对值。
从比热容的角度看，石墨的比热容与铝相当，约为铜的 2 倍，这意味着吸收同样的热量后， 石墨温度升高仅为铜的一半，相较于传统金属散热片有一定优势。但由于石墨本身较软且易 碎，作为电子器件热扩展材料存在强度不足等问题，存在其局限性。
石墨烯是一种新型散热材料，以?? 2杂化方式将碳原子键合成苯六元环结构，六元环结构相互 键合为蜂窝状晶格网络。其热导率高达约 5300W/（m·K），高于传统金属材料及石墨。单片 层石墨烯可利用微型金支架在真空或空气中以一定角度长程晶序起伏排列，此特殊的褶皱结 构降低了石墨烯热涨落特性，保持了热学结构的稳定。
石墨烯具有高于石墨的超高导热系数，是未来电子设备热扩展高导热材料的重要发展方向， 但目前，高质量石墨烯的生产成本较高，难以实现大规模生产，且石墨烯与其他材料之间的 界面热阻可能影响其散热性能，因此石墨烯的大规模应用仍需时间，并不是当前的理想方案。
2.3.相变传热：从热管一维导流到 VC 二维均温
2.3.1.热管：一维传热限制效率
热管是一种内部含有液体工作介质，并具有毛细结构的金属散热零件，通过工作介质在特定 工作温度下进行气液两相变化从而传送大量热量。其工作原理为利用工作流体的蒸发与冷凝 来传递热量，将铜管内部抽真空后充入工作流体，流体以蒸发-冷凝的相变过程在内部反复循 环，不断将热端的热量传至冷却端，从而形成将热量从管子的一端传至另一端的传热过程。 热管的导热系数可达到 10000-100000W/(m·K)，超过任何已知金属的导热能力。
作为线状导热结构，热管虽然具有传热速度快的优点，但平面覆盖能力较弱，将传热路径局 限在了一维，因此在大面积散热场景中难以高效覆盖，限制了在复杂设备中的散热效率。
2.3.2.VC：二维传热破局点热源困境
VC（均热板）本质上是将热管的线性一维传热路径扩展为平面二维传热的相变均温器件。均 热板也是一种利用相变传热机制实现快速降温的高效传热元件，主要由外壳、工质、吸液芯 和支撑柱组成，通过工质在均热板内的液-气相变将热量从热源传递至冷凝端，最后释放到均 热板外，液态工质在吸液芯与支撑柱的引导下最后回流至蒸发端，完成一个循环。
相比热管，VC 均热板具有两个比较优势：1）VC 中热量是在一个二维面上传导，可以将点热 源瞬间扩散成一个面热源，具有更高的导热散热效率，热量传导面积也更大更均匀；2）相比 热管，VC 可以做得更薄，在笔电等轻薄化电子产品的应用中具有优势。均热板采用二维传热 机制，提供更均匀的散热效果，尤其适用于高集成度电子产品，未来随着终端产品集成度不 断提高，均热板预计将成为众多散热场景中的核心组件。
3D VC 是在热管一维传导、VC 二维传导的基础上进一步发展的三维的一体式均温技术。3D VC 通过三维结构的热扩散，更高效地将芯片热量传递至齿片远端散热，以满足大功率器件解热、 高热流密度区域均温的瓶颈需求。据飞荣达官网，中兴通讯热设计团队的实测验证，3D VC 整 机方案相比 PCI 整机方案，Tmax 降低超 10℃，基板均温性维持 3℃以内，散热齿均温性维持 3℃以内。
VC 也有其技术方面的局限性，针对日益受限的散热空间，均热板需不断变薄，但吸液芯和蒸 汽通道的厚度也随着均热板整体厚度的变薄而变小，会削弱了超薄均热板的传热性能。为进 一步降低均热板热阻、提升传热性能，均热板的技术优化主要聚焦于吸液芯、工质与外壳三 个关键部分的升级迭代：
1）吸液芯： 吸液芯在均热板中的作用是为工质提供工作通道，并加速工质的蒸发、冷凝和回流，如果工 质不能及时回流，会导致内部发生烧干现象，热阻急剧上升，影响均热板正常工作。为了提 升工质回流效率，可以对吸液芯结构进行优化。如由四个螺旋编织网格和一个底部网格复合 而成的丝网吸液芯，螺旋编织网格可以促进工质回流并起到支撑作用，有效提高均热板的热 导率；种烧结-丝网复合吸液芯利用铜粉烧结的高导热系数增强热量传递，同时借助丝网结构 的高渗透率降低液体压力损失，热阻最低可达 0.08K/W。
相关 VC 公司不断推进关于吸液芯结构的技术研发，如苏州天脉 2025 年 2 月通过一项新型吸 液芯结构均热板专利的授权，在吸液芯上开设上下贯通的通槽，形成供蒸汽流动的流道，不 仅提高了蒸汽流动空间，还可以为气泡成形过程中改变流体状态，有利于在长时间运行下热 量快速从热源处被带走，减少了热量集中现象的发生。
2）工质： 工质是均热板的核心组成部分，工质在气相与液相的转化过程中，将加热区的热量传递到冷 凝面，实现散热，对均热板的热阻具有重要影响。工质需与外壳材料相容，并考虑工质在相 变传热中的适用温度范围。目前常见的工质包括具备良好的热物理特性的去离子水、丙酮、 甲醇与乙醇等。
3）外壳： 外壳导热性能对热阻有显著影响，通常选择导热系数高的材料作为外壳，此外，需考虑外壳 与工质之间的化学反应与物理相容性，以防止腐蚀和溶解。铜导热系数较高且机械加工性能 优良，应用广泛；铝密度小，一般用于航空航天领域；复合材料也可实现较好的导热效果， 如铜铝复合板材导热系数可达264W/（m·K），在120W的加热功率下，热阻最低可达0.092℃/W。
2.4.实际应用：协同组合释放非线性增益
在应用中，根据散热场景热源功耗、空间结构等特点，并综合考虑到各种被动散热模组成本、 技术成熟度等因素，各类被动式散热产品通常会被搭配组合使用，例如： 1）在传统 4G 手机、平板电脑等领域，通常采用“导热界面材料+石墨膜”组合作为散热方 案； 2）在 5G 手机、中高性能 4G 手机、笔记本电脑、投影仪等领域，工作功耗及散热要求相对更 高，通常采用“导热界面材料+石墨膜+热管/均温板”组合或“导热界面材料+热管/均温板” 组合作为散热方案。
被动式散热领域的不同核心组件各具特点：石墨片可实现热量的快速横向扩散；热管高效转 移局部热点热量；VC 提供二维均热能力等。当特性互补的产品组合应用时，其整体散热效能 并非各部件性能的简单线性叠加，而是产生显著的协同效应，实现远超预期的散热表现，更 能满足高功率密度设备的需求。
3.主动式散热：微泵液冷有望破解终端空间困境
被动式散热不依靠动力元件，仅靠散热产品本身依靠其材料、结构特性进行散热，在设备性 能不断提高的背景下，被动式散热逐渐无法满足散热需求，需要动力元件的辅助。主动式散 热为配置了与发热体无关的动力元件的强制散热方式，主要包括强制风冷和液冷。
3.1.强制风冷：空气对流难解题
在电子设备发展的初期，散热问题并未受到足够重视，许多采用的是自然对流散热方式，即 通过空气自然流动带走设备产生的热量。在此基础上，强制风冷技术通过增加风扇来加速空 气流动，使热量从设备表面更快地传递到环境中，有效提高了散热效率，冷却能力大约为 1- 10W/??2量级。
风冷技术具有结构简单、成本低、维护方便等优点，广泛应用于消费电子、家电及一些低功 率设备中，如电视、PC、游戏手机等。风扇在实际使用中起到的主要作用为辅助金属散热片 等被动式散热产品将热量最终散发到外部环境，是电子设备最终散热路径的辅助组件。在当 前阶段，电子设备功率的跃升已经逐渐超出了风冷的散热极限，迫使主动散热技术从空气对 流到液体传导转变。
3.2.液冷：突破风冷瓶颈，赋能高密场景散热升级
随着设备性能的提升，特别是在高集成度、高功率密度的电子设备中，风冷的散热效率无法 完美解决散热问题。液冷技术利用液体的高热容和高热导率，配备水泵动力组件实现工质循 环，相较于风冷方案大大提高了散热效率，如单相流体散热能力大约能到 10-1000W/??2量 级。
液冷可分为间接液冷和直接液冷：间接液冷则通过热交换器将热源与冷却液隔离开来，适用 于一些不便直接接触冷却液的高精密设备；而直接液冷是将冷却液直接与设备接触，适用于 热源密集的设备。在此基础上，又可根据冷却液在设备吸热和 CDU 放热过程中是否发生相变 进一步将其细分。
过去十年，液冷技术在数据中心、HBM、消费电子和电动汽车等领域得到了广泛应用，尤其是 在数据中心领域，随着服务器和存储设备的功率密度不断提高，液冷逐渐替代了风冷。
3.2.1.云端应用：数据中心与 HBM
1）数据中心
受芯片功率密度增长的驱动，数据中心单机柜功率密度持续攀升。当前新建数据中心普遍采 用单机柜功率密度超过 8kW 的配置，为提升竞争力，业界正通过升级改造不断提高单机柜功 率密度。目前，通算的最大单机柜功率密度已突破 30kW，而智算的功率密度增长更为迅猛， 已达到 100kW/柜的水平。传统风冷系统散热上限一般 20kW/柜，难以满足散热需求的持续增 加，而液冷技术能够有效满足单点、整机柜、机房的高散热需求。
数据中心的液冷系统包括室外侧的室外冷源、一次侧冷却液，室外侧的冷量分配单元（CDU）、 二次侧冷却液以及液冷机柜。基本原理是二次侧冷却液在机柜内吸收设备热量，并通过 CDU 内的换热器将热量传递给一次侧冷却液，一次侧冷却液通过室外冷源最终将热量释放到大气 环境中，完成散热。
在数据中心领域，各条液冷技术路线针对不同应用场景各具优势，目前应用情况各有不同： 单相冷板式液冷对通信设备和机房基础设施改动较小，是目前技术成熟度最高的方案，在液 冷数据中心的应用占比达 90%以上，是现阶段及未来一段时间业内主流的液冷技术方案；单 相浸没式液冷具有突出的节能优势，近年来该技术逐步趋于成熟，小规模商用不断推进；两 相冷板式、两相浸没式、喷淋式的技术研究和产业生态目前尚需完善。
2）HBM
随着 HBM 性能的不断提升，散热问题逐渐成为制约其技术发展的关键瓶颈，制冷方案正从传 统的风冷逐步升级为液冷方案。据韩国科学技术院（KAIST）于 2025 年 6 月发布的 HBM 技术 路线图论文，HBM4 采用直冷式液冷（D2C）技术，直接对芯片进行液体冷却；HBM5、HBM6 则 采用浸没式冷却以实现更加均匀和高效的散热；而 HBM7 和 HBM8 采用嵌入式冷却技术，通过 F-TSV 和微通道结构实现芯片级的精准冷却。
HBM4 采用的 D2C，即芯片冷板液冷，将冷板直接安装在发热组件（如 CPU，GPU）上，通过单 相或两相冷板来吸收并带走芯片的热量。专用冷却液在冷板内高速循环，精准吸收热量，随 后流入冷却剂分配单元 CDU 进行散热，再循环利用。通过直接将热量从处理器传递给冷却液， D2C 具有冷却效率高、节能降耗等优点。
3.2.2.终端应用：微泵液冷重构终端散热边界
主动液冷技术在电子终端领域已规模化应用，PC 主机是当前落地最成熟的场景之一。由于液 冷方案包含水泵、冷排等核心部件，需要足够空间部署，而 PC 主机机箱空间充足，是目前主 动液冷的主要应用场景。除台式 PC 主机外，许多高端笔电产品也支持分体式液冷方案，即通 过外接液冷机的方式实现高效散热。
微泵液冷为液冷的水泵微型化分支，是满足较小空间散热的液冷方案。过去，液冷技术受限 于体积限制，主要应用在数据中心、PC 等可容纳较大设备的场景，在空间有限时使用受到限 制，但微泵液冷通过将动力组件体积微缩化，可以满足狭小空间内的应用。
根据集成方式不同，微泵液冷技术的应用可以分为外设式和内置式两种：
1）外设式： 无需对元件本身进行改动，将微泵液冷直接在设备外，为设备提供额外降温支持。如华为 2023 年推出的 Mate 60 Pro 微泵液冷壳，通过搭载的高精微泵驱动冷却液循环，将机身热量均匀 分散，最终实现高效散热降温。该方案可以看作是微泵液冷在消费电子产品的上的初步应用， 受限于仅为外部接触，散热效率有限。
2）内置式： 将微泵直接嵌入设备内部核心发热区，与整机散热系统深度融合，相比于外设式方案，散热 更直接高效，但需与设备原生设计协同。2025 年 6 月 17 日，艾为电子推出基于压电陶瓷逆 效应成功开发新一代微泵液冷主动散热驱动方案，通过高压 180Vpp 和中低频振动（10-5000HZ） 驱动微通道内冷却介质实现超低功耗、超小体积、超高背压流量以及超静音散热。该产品是 国产芯片在该领域的首个自主突破，填补了国内空白，已在多家客户完成验证测试，计划于 2025 年第四季度实现批量量产。
南芯科技在 2025 年 6 月 17 日也推出了自主研发的 190Vpp 压电微泵液冷驱动芯片 SC3601， 可在移动智能终端实现低功耗液冷散热。SC3601 可实现 10 倍的节电效率提升，驱动波形的 总谐波失真加噪声(THD+N)低至 0.3%，待机功耗低至微安级。据南芯科技披露，SC3601 已在 多家客户导入验证并即将量产。
在 AI 技术不断迭代的驱动下，芯片及电子终端产品的性能瓶颈愈发突出，微泵液冷技术相 较于被动式散热在热换系数、耐弯折，技术扩展性等方面效果更好，相比于风冷方案降低 90% 的功耗，具有突出的技术优势。因此，我们预计微泵液冷在未来会持续受益于芯片功耗跃升、 终端设备形态革命（折叠屏、智能眼镜穿戴设备）和国产替代加速三个主要因素，在搭载了 高性能芯片的手机、PC、智能眼镜等消费电子、工业互联设备领域均有广阔应用前景。
3.3.热电制冷：局部热点精准控温
热电制冷器件（TEC）的理论基础为珀耳帖效应，即电流通过两种不同导体的接点时引发的吸 热或放热现象。其技术核心在于利用 p 型和 n 型半导体材料的电偶效应，通过精细调控电流 引导下载流子在冷端与热端之间进行高效热量转移，从而实现精确的温度控制。因此，TEC 需 依靠外部电能输入来驱动热电效应实现热量转移。常见的热电制冷系统以半导体热电制冷器 件为核心，结合冷热端换热器和电源控制系统等配件组成完整制冷装置。
??2??3基热电材料是研究最早的热电材料之一，目前仍然是近室温区最好的商用化热电材料， 也是目前应用最广泛的热电材料，已在固态制冷、控温等领域有较多产业化应用。以过去 2010-2024 年??2??3基薄膜 TEC 的冷却温差和制冷性能系数为例，可以看到在其冷却温差持 续稳定在 10K 左右时，TEC 表现出较高的温差和较优的能效，说明其在小型化、低功耗化和 高效性提升方面均有不俗的潜力。
TEC 能够实现局部温度的精准调节，特别适用于高功率密度设备的局部热点管理，在主动热 管理中具有其独特的优势。目前，TEC 广泛应用于通信领域中的 5G 网络光模块、汽车领域中 的激光雷达、医疗领域的 PCR 测试仪等高热流密度电子器件的精确温度控制以及各种小功率制冷或加热的场合。尽管当前阶段 TEC 技术面临高成本、材料可持续性及效率提升等挑战， 但在未来，热电制冷技术在高性能热管理及其他先进应用领域均有广阔的潜力。
4.产业链与市场空间
