杜絕發熱與卡頓 主流手機散熱技術盤點

2020-02-20 王麗麗 中關村在線
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根據Yole預測,2016年到2020年,智能手機散熱器組件市場年復合增長率將達到26.1%,2020年市場規模將達到36億美元。落實到手機上,我們也能發現近期新上市的手機中,“散熱”被廠商們抬高到一個很高的位置,那么手機為什么會需要越來越強的散熱呢?而手機的主流散熱又有哪些呢?今天我們一起來分析下。

杜絕發熱與卡頓 主流手機散熱技術盤點 Yole預測智能手機散熱組件的市場規模

01手機為何需要越來越強的發熱?

究其原因是,手機的發展對散熱提出更高的要求:

手機SoC性能得到明顯提升,性能提升也帶來了發熱密度絕對值的提升;5G手機需要增加更多的天線接收5G信號,這些元器件的散熱需要更高標準;現在手機外觀主流外殼材質為玻璃,玻璃外殼的散熱性較金屬外殼差;手機輕薄化的設計中會使得元器件排布更為緊密 ,而這些都對手機的散熱提出了新要求。

杜絕發熱與卡頓 主流手機散熱技術盤點 5G手機搭載很多散熱技術

除此之外,手機上越來越強的功能也更多依賴于手機散熱技術的發展。柔性OLED屏幕現在存在的一些問題如功耗大、易受高溫影響;多攝帶來的發熱;無線充電過程中的發熱等問題則愈發需要手機廠商發展散熱。因此,手機廠商對于散熱技術的發展可以說是歷史必然。那么,現在的主流手機散熱技術都有哪些呢?

02主流手機散熱技術盤點

目前只能手機上的散熱方式主要有石墨烯散熱、金屬背板/邊框散熱、硅脂散熱、液冷散熱四種,而這四類散熱在手機中以組合的方式出現在智能手機中。

石墨烯散熱

石墨烯散熱是目前手機中采用最廣泛的散熱技術。石墨烯散熱主要是利用石墨晶體出色的導熱性而開發的散熱技術。石墨晶體在手機中當做散熱材質的優點在于:耐高溫性能好、受熱不易變形、可塑性強,可以根據需求改變散熱形狀。而iPhone機型率先在智能手機中采用石墨烯散熱技術。

杜絕發熱與卡頓 主流手機散熱技術盤點

如果從化學的角度分析石墨烯材質,能夠發現石墨烯可以說“天生”就是為手機散熱服務的:石墨烯的散熱系數是銅的2至5倍,但密度只有銅的1/10至1/4,便于手機重量控制;石墨烯易于加工,廠商可根據散熱尺寸制定石墨烯形狀;石墨烯可以屏蔽電磁波,解決了手機元器件發熱和手機內部電磁干擾的問題;同時,石墨烯不隨使用年限而變質。

目前,石墨烯散熱不僅應用于智能手機,平板電腦、PC、筆記本電腦、LED設備等均有石墨烯散熱的應用。

金屬背板/邊框散熱

金屬背板/邊框散熱是在手機內部設計一層金屬導熱板,然后通過金屬導熱板將熱量導出至邊框。

目前的金屬背板/邊框散熱的高端做法是在金屬背板上搭載均熱板(Vapor Chambers),均熱板是平面熱管,均熱板內部充滿冷卻液,冷卻液受熱蒸發經冷凝器冷卻液化得以將熱量傳至邊框,進而延長手機的使用壽命。

杜絕發熱與卡頓 主流手機散熱技術盤點 均熱板制作流程

均熱板制作流程為在上下銅基內部設有燈芯結構,然后銅焊、灌注冷卻液后密封釬焊。均熱板會隨不同元器件尺寸的大小而有不同的設計,制作工藝相較復雜,制作成本較高。

液冷散熱

液冷散熱在手機內部以熱管的形式存在,這是利用液體傳熱過程中汽化和液化不斷轉變的特性傳遞熱量。

杜絕發熱與卡頓 主流手機散熱技術盤點 液冷散熱原理

液冷散熱工作過程為:冷凝液受熱成為蒸汽→蒸汽在壓差下流向冷凝端→蒸汽在冷凝端放熱凝結為液體→冷凝段端的冷凝液借助吸液芯毛細力作用返回蒸發端。電腦端的液冷散熱中的冷卻液常用材料是水,手機端要求較PC端更高,常用油質材料作為冷卻液。

液冷散熱的優點在于使用壽命長和布置靈活。液冷散熱管永久封裝后不會產生機械或化學降解,因而典型的使用壽命約為20年;液冷散熱可以放在任何需要散熱的位置,同時,液冷散熱管也會吸收遠處的熱量進而散熱。

硅脂散熱

硅脂散熱的優勢是直接吸收SoC上的熱量,以快速直接的方式傳遞熱量,這是目前手機端SoC散熱最有效的手段,但硅脂散熱的粘結力不強,在手機端使用需要銅箔等封住硅脂,防止硅脂在手機內部的流動。

總結

除了上述的散熱技術外,手機上現已發展風扇散熱這類主動散熱技術,但風扇散熱是游戲手機的專屬,因此未出現在常用的散熱技術盤點。以上我們盤點的散熱技術在手機內部中并非單一存在的,往往是兩種、三種甚至四種散熱技術的組合出現,而這些也大大降低了手機重度負載的發熱情況。

大家是如何看待手機散熱技術的呢?大家都用什么方法給手機散熱?快和大家分享下吧。

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