手机产业系列报告之二：探索5G手机能量的聚与散：快充、无线充电与热管理.pdf

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极 材 料 无 法 快 速 地 提 升 电 池 的 能 量 密 度 。 受 制 于 手 机 内 部 空 间 以 及手 机 重 量 ， 考 虑 到 安 全 问 题 ， 手 机 电 池 容 量 也 无 法 无 休 止 地 增 加 。 为 应对 5G时 代 手 机 的 能 耗 问 题 ， 手 机 厂 商 需 要 考 虑 通 过 其 他 方 式 以 延 长 手 机的 续 航 能 力 ， 以 增 加 自 家 品 牌 在 市 场 上 的 竞 争 力 。 解 决 手 机 续 航 方 法 之 一 ： 快 充 。 目 前 市 场 存 在 多 种 快 充 方 案 。 但 是 PD方 案 的 出 现 ， 有 利 于 推 动 快 充 普 及 。 在 快 速 充 电 器 中 以 变 压 器 为 最 重 要元 件 。 氮 化 镓 的 三 个 特 点 ： 开 关 频 率 高 、 禁 断 宽 度 大 、 更 低 的 导 通 电 阻 。使 用 氮 化 镓 可 以 生 产 出 更 轻 便 的 快 速 充 电 器 。 解 决 手 机 续 航 方 法 之 二 ： 无 线 充 电 。 无 线 充 电 是 通 过 采 用 碎 片 化 充 电 以提 升 充 电 的 效 率 。 目 前 无 线 充 电 的 技 术 日 趋 完 善 ， 预 期 未 来 的 渗 透 率 有望 上 升 。 对 于 无 线 充 电 需 要 关 注 五 大 部 分 ： 电 源 线 片 、 方 案 设 计 、 磁 性材 料 、 传 输 线 圈 、 模 组 制 造 。 5G时 代 ， 热 管 理 迎 来 需 求 爆 发 期 。 高 性 能 使 用 配 合 长 续 航 ， 5G时 代 手 机对 热 管 理 系 统 的 要 求 会 再 提 一 级 。 4G时 代 ， 手 机 热 管 理 主 要 以 石 墨 片 为主 ， 5G时 代 将 会 以 热 管 /均 热 板 为 主 流 ， 部 分 高 端 机 型 可 能 会 使 用 石 墨烯 作 为 热 管 理 系 统 的 材 料 。 投 资 建 议 ： 对 手 机 产 业 链 维 持 推 荐 评 级 。 手 机 产 业 涉 及 的 公 司 较 多 ， 这个 时 候 更 需 要 去 精 选 标 的 。 我 们 认 为 ， 掌 握 核 心 技 术 ， 具 备 优 质 客 户 资源 ， 并 且 能 向 优 质 客 户 稳 定 出 货 的 供 应 ， 值 得 更 多 地 关 注 。 建 议 关 注 ：信 维 通 信 （ 300136） 、 顺 络 电 子 （ 002138） 、 飞 荣 达 （ 300602） 、 东 山精 密 （ 002384） 、 中 石 科 技 （ 300684） 等 相 关 标 的 。 风 险 提 示 ： 疫 情 影 响 新 品 发 布 、 疫 情 影 响 产 品 需 求 、 宏 观 经 济 环 境 变 化 、原 材 料 价 格 上 涨 、 等 。行业专题行业研究证券研究报告行业专题行业研究证券研究报告手机产业系列报告之二2请务必阅读末页声明。目 录1、 手 机 电 池 发 展 遇 瓶 颈 ， 5G时 代 亟 需 “ 能 量 支 持 ” .41.1手 机 续 航 升 级 并 非 一 路 顺 利 .41.2 5G 将 会 对 手 机 将 会 对 手 机 的 续 航 提 出 新 的 要 求 .41.3 手 机 电 量 增 加 遭 遇 瓶 颈 .52、 解 决 手 机 续 航 方 法 之 一 ： 快 充 .82.1 增 强 功 率 实 现 快 速 充 电 .82.2 PD 协 议 脱 颖 而 出 ， 加 速 快 充 推 广 .1 12.3 氮 化 镓 ， 小 型 快 充 电 源 适 配 器 的 关 键 .1 33、 解 决 手 机 续 航 方 法 之 二 ： 无 线 充 电 .1 53.1目 前 存 在 三 种 无 线 充 电 方 式 ， 电 磁 感 应 成 手 机 领 域 的 主 角 . 1 53.2 万 物 互 联 拓 宽 应 用 场 景 ， 无 线 充 电 市 场 空 间 广 阔 .1 73.3 无 线 充 电 技 术 日 趋 成 熟 ， 渗 透 率 有 望 快 速 提 升 .1 83.4剖 析 无 线 充 电 产 业 链 ， 挖 掘 无 线 充 电 产 业 机 会 .1 94、 5G时 代 ， 热 管 理 迎 来 需 求 爆 发 期 .2 14.1 热 管 理 需 求 即 将 迎 来 爆 发 .2 14.2 看 5G时 代 热 管 理 方 案 变 化 .2 24.3 梳 理 热 管 理 产 相 关 .2 55、 投 资 策 略 . 2 66、 风 险 提 示 . 2 7插 图 目 录图 1： 手 机 续 航 时 间 .4图 2： 锂 电 池 工 作 示 意 图 .6图 3： 历 代 小 米 和 三 星 Galaxy Note系 列 手 机 电 池 容 量 对 比 .7图 4： 锂 电 池 充 电 过 程 示 意 图 .8图 5： QC 3.0快 充 .1 0图 6： 高 通 QC 快 充 技 术 的 进 步 路 线 .1 0图 7:OPPO Super VOOC 2.0超 级 闪 充 .1 1图 8： 30W VOOC 闪 充 4.0.1 1图 9： 主 流 快 充 协 议 差 别 .1 2图 10： 2000-2018年 固 定 电 话 及 移 动 电 话 普 及 率 发 展 情 况 .1 2图 11： USB-PD含 有 的 快 充 协 议 .1 3图 12： OPPO 65W SuperVOOC 氮 化 镓 充 电 器 .1 4图 13: 硅 、 碳 化 硅 、 氮 化 镓 的 导 通 电 阻 .1 4图 14： superVOOC 2.0 充 电 效 率 .1 4图 15： 某 品 牌 氮 化 镓 30W 充 电 头 和 苹 果 官 方 充 电 头 体 积 对 比 .1 5图 16： 电 磁 感 应 无 线 充 电 .1 6图 17： 磁 场 共 振 无 线 充 电 .1 6图 18： 磁 共 振 无 线 充 电 .1 6图 19： iPhone 无 线 充 电 .1 7图 20： 无 线 充 电 的 部 分 应 用 场 景 .1 8图 21： 手 机 无 线 充 电 功 率 不 断 提 升 （ 以 三 星 为 例 ， 单 位 ： W） . 1 9图 22： 无 线 充 电 产 业 链 环 节 .2 0图 23： 无 线 充 电 产 业 链 成 本 结 构 .2 0手机产业系列报告之二3请务必阅读末页声明。图 24： MTTF 随 测 量 温 度 升 高 而 下 降 .2 1图 25： 导 热 界 面 材 料 示 意 图 .2 2图 26： 智 能 手 机 超 薄 热 管 示 意 图 .2 3图 27： 智 能 手 机 超 薄 VC示 意 图 .2 3图 28： 华 为 SuperCool 石 墨 烯 液 冷 散 热 .2 3图 29： OPPO Reno 3 PRO 的 立 体 也 冷 散 热 功 能 图 .2 5表 格 目 录表 1： iphone 小 屏 手 机 的 尺 寸 与 重 量 .7表 2： iphone 大 屏 手 机 的 尺 寸 与 重 量 .7表 3： 三 种 无 线 充 电 方 式 的 对 比 .1 6表 4： 无 线 充 电 相 比 有 线 充 电 具 备 三 重 优 势 .1 8表 5： 石 墨 相 比 铝 、 铜 导 热 性 能 优 势 明 显 .2 2表 6： 部 分 5G手 机 散 热 方 式 .2 4表 7： 重 点 公 司 盈 利 预 测 （ 截 至 2019/2/4） .2 7手机产业系列报告之二4请务必阅读末页声明。1、 手 机 电 池 发 展 遇 瓶 颈 ， 5G 时 代 亟 需 “ 能 量 支 持 ”1.1 手 机 续 航 升 级 并 非 一 路 顺 利每 一 代 手 机 升 级 并 不 一 定 能 提 升 续 航 能 力 。 智 能 手 机 的 发 展 是 伴 随 着 信 息 技 术 的 进 步 一起 出 现 的 。 从 过 去 的 1G 时 代 到 目 前 的 5G时 代 ， 智 能 手 机 的 进 步 不 仅 体 现 在 网 速 与 通 话清 晰 度 的 提 升 上 ， 还 体 现 在 其 他 方 面 ， 例 如 ， 更 大 更 清 晰 的 屏 幕 让 电 影 与 电 视 剧 爱 好 者可 以 无 时 无 刻 享 受 到 影 视 的 乐 趣 ； 更 快 更 强 的 手 机 处 理 器 让 游 戏 爱 好 者 随 时 随 地 沉 浸 在游 戏 的 愉 悦 中 。 智 能 手 机 在 逐 渐 成 为 人 们 生 产 生 活 的 工 具 ， 人 们 对 于 手 机 的 要 求 与 期 待也 随 之 增 高 ， 其 中 一 个 要 求 就 是 手 机 的 续 航 时 间 。 对 此 ， 手 机 厂 商 也 一 直 不 断 地 努 力 ，但 是 ， 并 不 是 每 一 代 手 机 的 升 级 就 能 提 升 手 机 的 续 航 时 间 。 根 据 Washington Post GadgetLab的 数 据 显 示 （ 灰 色 机 型 代 表 2017年 发 布 ， 蓝 色 则 代 表 2018年 发 布 ） ， 2018年 多 个机 型 续 航 能 力 并 没 有 超 过 2017 年 的 。 例 如 ， 2018 年 苹 果 发 布 的 iphone xs 在 续 航 时 间就 少 于 2017 年 发 布 iPhone 8 系 列 ； Google 在 2018 年 发 布 Pixel 3 的 续 航 时 间 同 样也 少 于 2017 年 自 家 发 布 Pixel 2 系 列 。 目 前 各 大 手 机 品 牌 的 手 机 续 航 时 间 都 能 维 持 8小 时 以 上 ， 足 以 应 对 手 机 轻 中 度 使 用 。图 1： 手 机 续 航 时 间资 料 来 源 ： Washington Post Gadget Lab， 东 莞 证 券 研 究 所1.2 5G 将 会 对 手 机 将 会 对 手 机 的 续 航 提 出 新 的 要 求首 先 ， 5G 手 机 将 会 采 用 Massive MIMO的 技 术 以 增 强 手 机 对 信 号 的 接 收 。 目 前 ， 大 部 分手机产业系列报告之二5请务必阅读末页声明。的 5G手 机 采 用 的 是 4*4 MIMO技 术 ， 每 一 根 天 线 下 方 都 接 上 相 应 的 功 率 放 大 器 以 强 化 信号 。 随 着 技 术 不 断 进 步 ， 手 机 内 部 所 含 有 的 5G 天 线 将 会 达 到 8 根 。 届 时 ， 手 机 用 于 信号 接 收 的 耗 能 将 会 再 上 一 个 台 阶 。第 二 ， 4G时 代 的 移 动 网 络 速 率 是 100Mps,5G 时 代 的 网 络 速 率 是 1Gbps， 5G 的 网 络 速 率 是4G 时 代 的 10 倍 。 这 意 味 着 ， 手 机 内 部 的 基 带 芯 片 以 及 应 用 处 理 器 要 在 同 一 时 间 处 理 过去 10倍 的 数 据 。 处 理 器 的 功 耗 随 着 数 据 量 的 提 升 也 会 一 起 增 加 。第 三 ， 5G 网 络 基 站 在 2020 年 将 会 开 始 大 规 模 建 设 。 但 是 ， 我 国 幅 员 辽 阔 ， 5G 网 络 短 时间 内 难 以 实 现 全 面 覆 盖 ， 在 全 国 大 多 数 地 方 ， 5G 网 络 覆 盖 率 还 是 处 于 较 低 的 情 况 。 5G手 机 由 于 首 选 网 络 是 5G网 络 ， 因 此 ， 在 5G 网 络 覆 盖 率 较 低 的 情 况 下 ， 5G手 机 将 会 频 繁启 动 信 号 搜 索 功 能 ， 增 加 了 手 机 的 耗 能 。第 四 ， 2019年 ， 高 通 虽 然 发 布 了 SOC版 的 5G芯 片 765和 765G, 但 是 在 高 端 的 应 用 处 理上 ， 高 通 依 然 采 用 外 挂 基 带 芯 片 X55的 方 案 。 基 带 外 挂 分 离 ， 相 关 的 电 路 与 电 源 芯 片 也要 增 加 ， 手 机 内 部 功 耗 增 加 。第 五 ， 万 物 互 联 ， 手 机 连 接 海 量 设 备 。 手 机 的 普 及 与 功 能 的 进 步 促 使 手 机 周 边 配 件 出 现共 振 。 以 Airpods 为 代 表 的 TWS 耳 机 由 于 其 独 特 的 外 观 以 及 非 常 方 便 的 使 用 方 式 ， 销售 情 况 相 当 火 热 。 根 据 Strategy Analytics， 2019年 苹 果 AirPods销 量 近 6000万 。 作为 一 个 类 别 ， TWS耳 机 销 量 在 2019年 增 长 200%。 2020 年 有 望 保 持 强 劲 的 销 售 情 况 。 除了 TWS 耳 机 ， 还 有 具 备 辅 助 消 费 者 监 控 身 体 情 况 的 智 慧 手 表 与 智 慧 手 环 也 出 现 销 售 火 热的 情 况 。 根 据 Canalys数 据 显 示 ， 2019年 第 三 季 度 ， 全 球 智 能 手 环 出 货 量 达 到 4550 万件 ， 同 比 大 幅 增 长 65%。 其 中 大 中 华 地 区 同 比 增 速 达 到 60%， 市 场 份 额 占 比 全 球 的 40.2%。在 信 息 化 时 代 ， 随 着 消 费 者 对 信 息 消 费 需 求 及 要 求 的 增 加 ， 将 会 有 更 多 的 智 能 设 备 伴 随着 人 们 的 生 产 与 生 活 。 万 物 互 联 ， 将 会 以 手 机 作 为 中 心 点 展 开 。 手 机 作 为 信 息 数 据 的 连接 体 与 汇 聚 体 ， 将 会 产 生 更 多 的 能 耗 。1.3 手 机 电 量 增 加 遭 遇 瓶 颈智 能 手 机 内 置 的 锂 电 池 是 由 正 极 材 料 、 电 解 质 、 隔 离 膜 和 负 极 材 料 构 成 。 想 要 增 加 手 机的 续 航 能 力 ， 目 前 主 要 有 两 种 方 法 ， 一 种 方 法 是 增 加 电 池 的 能 量 密 度 ， 另 一 种 方 法 是 增大 电 池 容 量 。手机产业系列报告之二6请务必阅读末页声明。图 2： 锂 电 池 工 作 示 意 图资 料 来 源 ： 汽 车 人 参 考 ， 东 莞 证 券 研 究 所发 展 能 量 密 度 困 难 ， 进 展 缓 慢 。 能 量 密 度 几 乎 是 所 有 电 池 在 设 计 时 必 须 考 虑 的 首 要 问 题 。当 设 计 的 能 量 密 度 提 高 时 ， 电 芯 则 必 须 选 择 而 更 薄 的 隔 膜 、 材 料 也 需 要 使 用 在 极 限 压 实和 面 密 度 下 。 一 方 面 ， 极 限 设 计 会 让 电 芯 的 吸 液 更 加 困 难 ， 从 而 影 响 电 芯 的 循 环 性 能 ；另 一 方 面 ， 更 薄 的 隔 膜 铝 塑 膜 、 更 高 能 量 密 度 的 材 料 也 意 味 着 更 差 的 安 全 性 能 。 所 以 能量 密 度 与 电 芯 性 能 如 跷 跷 板 的 两 端 ， 电 池 生 产 商 需 要 在 这 两 方 面 之 间 寻 找 平 衡 。 此 外 ，能 量 密 度 与 锂 电 池 本 身 有 很 大 的 关 系 。 由 于 目 前 还 没 有 更 经 济 的 可 以 显 著 提 升 能 量 密 度的 正 负 极 材 料 ， 在 锂 元 素 不 变 的 基 础 上 ， 科 研 人 员 只 有 不 断 更 换 电 解 液 和 正 极 材 料 才 能勉 强 将 电 池 的 续 航 提 高 ， 每 年 进 步 的 幅 度 只 有 3%左 右 。 然 而 ， 根 据 摩 尔 定 律 ， 集 成 电 路的 晶 体 管 数 目 每 隔 大 约 18-24 个 月 便 会 增 加 一 倍 ， 性 能 也 将 提 升 一 倍 。 手 机 电 池 续 航 以每 年 3%左 右 的 增 长 速 度 面 对 如 此 快 的 手 机 性 能 增 长 速 度 ， 显 得 如 此 的 渺 小 。 所 以 ， 即 使手 机 电 池 续 航 不 断 进 步 ， 用 户 依 然 会 时 常 感 觉 手 机 续 航 的 “ 力 不 从 心 ” 。重 量 与 空 间 逼 近 极 限 ， 增 大 容 量 倍 受 制 约 。 面 对 增 加 电 池 能 量 密 度 受 阻 后 ， 手 机 厂 商 选择 增 大 手 机 电 池 容 量 。 近 年 来 ， 手 机 厂 商 们 对 于 电 池 容 量 也 显 得 非 常 “ 大 方 ” 。 3000多毫 安 的 电 池 容 量 从 过 去 的 大 电 量 已 经 “ 沦 落 ” 为 小 电 量 。 最 近 ， 各 大 手 机 厂 商 的 旗 舰 级手 机 基 本 都 打 破 了 4000 毫 安 时 的 分 水 岭 。 那 这 样 是 不 是 意 味 着 手 机 厂 商 可 以 无 休 止 地增 加 电 池 容 量 呢 ？ 例 如 直 接 加 入 5000毫 安 时 或 10000 毫 安 时 的 电 池 ？小 米 数 字 系 列 的 电 池 容 量 从 小 米 1的 1930毫 安 时 经 过 不 断 的 进 步 到 达 小 米 9的 3300毫安 时 。 其 中 ， 小 米 2 手 机 电 池 容 量 为 2000毫 安 时 ， 小 米 3为 3050毫 安 时 ， 电 池 容 量 增加 近 50%。 小 米 2 到 小 米 3 电 池 容 量 的 增 加 是 在 减 少 手 机 厚 度 的 情 况 下 ， 通 过 采 用 不 可拆 卸 电 池 ， 并 增 加 手 机 尺 寸 ， 增 大 手 机 内 部 空 间 ， 以 放 入 更 大 容 量 的 电 池 实 现 的 。 然 而 ，到 了 小 米 9， 由 于 手 机 内 部 集 成 了 多 个 功 能 模 块 ， 例 如 NFC， 无 线 充 电 等 ， 手 机 内 部 空间 被 进 一 步 压 缩 ， 因 此 电 池 容 量 较 小 米 8也 出 现 了 下 降 。三 星 Galaxy Note 系 列 在 自 Note 2 增 加 600 毫 安 时 电 量 后 ， 直 到 Note 7才 再 次 出 现 较为 激 进 的 增 加 500 毫 安 时 电 量 。 然 而 ， 这 次 激 进 的 电 量 增 加 却 导 致 Note 7 出 现 了 多 起安 全 事 故 。 其 原 因 是 Note 7 在 添 加 了 多 种 新 颖 的 设 计 与 功 能 后 ， 手 机 内 部 的 空 间 已 经非 常 紧 凑 。 此 时 再 加 入 大 容 量 大 电 池 ，