中國粉體網(wǎng)訊 隨著5G全面普及，智能手機向著高功率、高集成、輕薄化方向加速發(fā)展，芯片性能、數(shù)據(jù)傳輸速率、射頻模組等都有著巨大提升。但在手機性能不斷提升的同時，功耗和發(fā)熱量也急遽升高，手機發(fā)燙、卡頓和死機的情況時有發(fā)生，甚至出現(xiàn)主板燒壞、手機爆炸的危險狀況。因高溫引起的故障約占電子器件總故障的65-80%，因此，進行高效熱管理對于確保手機的性能和可靠性至關(guān)重要。
一、5G手機熱量來源
5G網(wǎng)絡(luò)下，手機高散熱需求的原因可概括為以下兩點：一是5G網(wǎng)絡(luò)的高網(wǎng)速、高頻率，使手機得以在同等時間內(nèi)實現(xiàn)更高頻次的數(shù)據(jù)傳輸；二是MIMO天線技術(shù)的應(yīng)用使得手機需要內(nèi)置更多天線，在Sub-6Ghz頻段約需要8-10根天線，在毫米波頻段需要10-12根天線，功耗及發(fā)熱也隨之增加。手機的熱量來源主要分為以下幾個模塊：
二、熱管理裝置：
手機散熱分為主動散熱和被動散熱兩種方式。主動散熱方式是指從外部輸入能源的散熱方式，如風(fēng)冷、水冷等，而依靠設(shè)備本身的設(shè)計結(jié)構(gòu)、無需消耗能源實現(xiàn)的自然散熱叫做被動散熱。在輕薄化的發(fā)展趨勢下，手機散熱方式主要是被動散熱（自然散熱）。在封閉產(chǎn)品中，解決自然散熱問題的思路如下。
5G手機散熱主要存在以下兩個難點：一方面功耗越來越大，散熱量越來越高，另一方面，5G手機的外觀設(shè)計進一步加大了散熱難度。如尺寸越來越薄，導(dǎo)致散熱材料的搭建空間有限；陶瓷、玻璃材質(zhì)雖然美觀，但散熱效果差；雙曲面的設(shè)計也導(dǎo)致散熱面積減少。因此，在存在以上散熱阻礙的情況下，尋找合適的散熱材料對于做好熱管理方案至關(guān)重要。手機散熱裝置包括熱擴展裝置（散熱膜）、熱界面材料和熱沉裝置三種，他們通常以不同的組合的形式出現(xiàn)在手機中。
（圖源：洞察化學(xué)）
熱擴展裝置主要是石墨、銅板等具有高熱導(dǎo)率的散熱膜，將局部產(chǎn)生的熱量快速擴展到更大的散熱表面進行冷卻，從而快速有效地緩解手機局部過熱問題。熱界面材料用于填充界面間的空隙，在熱源與各種熱管理部件之間建立起熱量運輸?shù)臉蛄?。手機中常用的熱界面材料包括導(dǎo)熱硅脂和導(dǎo)熱墊片等。熱沉裝置通常采用熱管或均熱板(vc)，其內(nèi)部填充水或其他高導(dǎo)熱性液體，通過液體的循環(huán)流動相變，實現(xiàn)手機內(nèi)部熱量的有效傳遞和散發(fā)。
三、智能手機散熱材料發(fā)展歷程
手機散熱的發(fā)展歷程總體可分為三個階段，第一階段：以石墨散熱膜為主；第二階段：以熱管（液冷）散熱為主；第三階段：以均熱板散熱為主、石墨及石墨烯等散熱技術(shù)為輔。
（一）2015年之前，石墨散熱為主流
石墨橫向熱傳導(dǎo)能力極高，最高可以達到銅的10倍，同時石墨也具有輕、薄的特點，因此它非常適合用于均勻局部熱量。石墨膜還具有柔軟、易加工、可減震的特點，溫度適用范圍廣，且石墨層不易老化和脆化，在智能手機的散熱中得到廣泛應(yīng)用。2015年之前手機散熱除了常規(guī)的銅箔，導(dǎo)熱硅脂和導(dǎo)熱硅片等熱界面材料外，石墨散熱膜是應(yīng)用最普遍的高性能導(dǎo)熱材料。
（二）2016年～2018年，熱管散熱為主流
熱管散熱的基本原理是利用腔體中的水，當(dāng)水從液體變?yōu)闅怏w時吸收熱量，當(dāng)氣體觸及到溫度較低的區(qū)域時，凝結(jié)為液體釋放熱量；液體通過腔體內(nèi)的毛細結(jié)構(gòu)再回流到發(fā)熱區(qū)域，循環(huán)往復(fù)，發(fā)熱部位產(chǎn)生的熱量就會散發(fā)掉，熱管的優(yōu)點在于使用壽命長且布置靈活，因此成為主流散熱應(yīng)用材料。
（三）自2019年至今，均熱板散熱為主流
均熱板散熱在原理上與熱管散熱類似，它們的區(qū)別在于，熱管只具有單一方向的導(dǎo)熱能力，而均熱板可以將熱量向四面八方傳遞，實現(xiàn)了從“線”到“面”的升級，極大地提升了散熱效率。一般，熱管的導(dǎo)熱系數(shù)為5000~8000W/(m·k)，而均熱板有比熱管更大的腔體空間，導(dǎo)熱系數(shù)高達20000W/(m·k)以上，且均熱板散熱面積更大，能夠覆蓋更多的熱源區(qū)域，這種大區(qū)域散熱，更符合手機整體散熱、空間利用最大化的發(fā)展趨勢。
四、中國市場部分5G手機散熱方案
隨著手機散熱需求的水漲船高，傳統(tǒng)的散熱方案已然無法滿足終端散熱需求，在手機輕小薄的發(fā)展背景下，手機廠商的散熱技術(shù)也在不斷更新迭代。下表為中國部分廠商5G手機的散熱方案。總體來看，石墨及石墨稀相較于銅、鋁，在手機熱管理領(lǐng)域中仍然占據(jù)重要地位，均熱板憑借其優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和形態(tài)優(yōu)勢逐漸滲透并占據(jù)了高端手機散熱的大部分市場。
一代技術(shù)，一代材料。隨著技術(shù)的加速迭代，各個手機廠商也在積極尋求散熱方案的突破，以期迎來新的增長機遇。
參考來源：
[1]謝科鋒，手機散熱：揭秘你的智能伙伴如何冷靜應(yīng)對
[2]陳恭等，超薄均熱板的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
[3]頭豹科創(chuàng)網(wǎng)、中信證券
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）
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