5G時(shí)代，電子設(shè)備“散熱材料”的大機(jī)會(huì)！

熱設(shè)計(jì)網(wǎng) 2020-11-07

隨著加強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，5G手機(jī)依舊會(huì)是今年度的熱門之一，成為帶動(dòng)手機(jī)市場業(yè)績?cè)鲩L的亮點(diǎn)，但由于5G手機(jī)功耗較4G手機(jī)增加2倍以上，在5G時(shí)代，手機(jī)散熱的問題依然是行業(yè)解決的難點(diǎn)。

隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，5G智能手機(jī)正朝著輕薄化、智能化和多功能化等方向發(fā)展，在電子設(shè)備高性能、小型化發(fā)展趨勢(shì)下，設(shè)備的高集成度對(duì)手機(jī)材料的散熱處理技術(shù)提出了更高的性能要求和挑戰(zhàn)，散熱的好壞將直接影響到電子設(shè)備工作的穩(wěn)定性，散熱設(shè)計(jì)在電子設(shè)備開發(fā)中重要性也越來越大。

所以，最近幾年手機(jī)的散熱技術(shù)在不斷更新與迭代，從石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱到熱管散熱，再到均溫板散熱等等。

為什么需要散熱

全球智能手機(jī)、平板電腦行業(yè)步入 5G 時(shí)代，隨著智能手機(jī)對(duì)輕薄化、小型化設(shè)計(jì)的追求，手機(jī)內(nèi)部集成電路芯片和電子元器件體積不斷縮小，其功率密度卻快速增加；手機(jī)CPU頻率正迅速提升，同時(shí)封裝密度也越來越高、機(jī)身越來越薄，其功率密度卻快速增加，但由于手機(jī)硬件配置的逐步提高、CPU多核高性能的升級(jí)，以及通信速率的提升，散熱問題已經(jīng)成為電子設(shè)備亟需解決的問題，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)對(duì)高散熱性能材料的需求。

一旦散熱問題處理得不好，就會(huì)造成智能手機(jī)卡頓、運(yùn)行程序慢、燒壞主板甚至造成爆炸的危險(xiǎn)，所以散熱將成為整個(gè)智能手機(jī)行業(yè)面臨的主要問題之一。

散熱原理包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射，其中以熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流為主。熱傳導(dǎo)是直接接觸帶走熱量，如電腦CPU散熱片底座與CPU直接接觸帶走熱量；常用電風(fēng)扇原理是熱對(duì)流，散熱風(fēng)扇帶動(dòng)氣體流動(dòng)進(jìn)行散熱；熱輻射指的是依靠射線輻射傳遞熱量。其中熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流是散熱系統(tǒng)主要方式，熱傳導(dǎo)主要與散熱器材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱容有關(guān)，熱對(duì)流則主要與散熱器的散熱面積有關(guān)。

根據(jù)熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流方式不同，散熱分為主動(dòng)散熱與被動(dòng)散熱兩種方式。通常我們所說的被動(dòng)散熱，就是cpu只采用的是散熱片，其氣流通常由側(cè)面安裝的風(fēng)扇完成推動(dòng)工作；主動(dòng)式散熱是我們常見的方式，就是在散熱片上面還加裝了一個(gè)風(fēng)機(jī)。目前臺(tái)式電腦和筆記本電腦采用主動(dòng)與被動(dòng)結(jié)合的方式散熱，手機(jī)終端、平板電腦等輕薄型消費(fèi)電子受內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)限制，多采用被動(dòng)散熱方案。

材料種類及其特點(diǎn)

據(jù) Gartner 預(yù)測(cè)，今年 5G 手機(jī)銷量逾 1500 萬支，比重雖不到整體銷量的 1%，但最快明年下半年開始攀升；Canalys 還預(yù)測(cè)，2023 年全球 5G 手機(jī)出貨，將成長至 7.74 億支，超越4G手機(jī)。

5G手機(jī)的需求高峰將在明后年出現(xiàn)，其芯片功耗的增加和手機(jī)結(jié)構(gòu)的變化，也對(duì)散熱技術(shù)的革新和散熱材料的升級(jí)提出了更高的要求。

在智能手機(jī)上主要的發(fā)熱源包括這五個(gè)方面：主要芯片工作、LCD 驅(qū)動(dòng)、電池釋放及充電、 CCM 驅(qū)動(dòng)芯片、PCB 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)熱散熱量不均勻。

目前智能手機(jī)上采用的散熱技術(shù)主要包括石墨烯熱輻射貼片散熱、金屬背板散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱以及導(dǎo)熱銅管散熱。

多層石墨片是當(dāng)前智能機(jī)主流散熱方式。石墨散熱片的主要材料是人工石墨片(Graphitesheet)。人工石墨片的主要原料就是聚酰亞胺薄膜(PI film)經(jīng)過碳化和石墨化兩道高溫制程產(chǎn)生。智能手機(jī)中使用石墨片的部件有：CPU、電池、無線充電、天線等。

熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量。熱管具有靈活度高、使用壽命長等特點(diǎn)。

均溫板散熱方案在于將多個(gè)點(diǎn)的熱源之熱流在短距離內(nèi)將其均勻的分布于較大散熱面積，隨著熱源之熱通量的不同，均溫板之等效熱傳導(dǎo)系數(shù)亦會(huì)有所不同。均溫板散熱技術(shù)方案的性能優(yōu)于熱管散熱技術(shù)方案的 15-30％。一方面是均溫板通常與熱源直接接觸，從而降低總熱阻并改善了性能，而熱管需要在熱源和熱管之間安裝一塊安裝板。另一方面，均溫板在芯片界面實(shí)現(xiàn)更好的等溫從而減少熱點(diǎn)，比熱管產(chǎn)品有更高的性能。