0引言
隨著智能手機(jī)的普及,我國幾乎要達(dá)到全民網(wǎng)絡(luò)化,據(jù)CNNIC統(tǒng)計(jì)我國網(wǎng)民規(guī)模突破9億,手機(jī)上網(wǎng)比例達(dá)99.3%?據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心統(tǒng)計(jì),中國網(wǎng)絡(luò)游戲用戶達(dá)到5.22億?因此,人們對于手機(jī)的性能需求也越來越高?然而,伴隨著性能的提升,散熱問題成為了需要解決的重中之重的大問題?
智能手機(jī)在讓用戶體驗(yàn)高性能的同時(shí),大部分的用戶都體會過手機(jī)后殼的滾燙?尤其在玩游戲的時(shí)候或者長時(shí)間進(jìn)行工作的時(shí)候,手機(jī)發(fā)熱這種現(xiàn)象更是給用戶帶來極大的安全隱患,所以需要很好地解決手機(jī)的散熱問題?目前,手機(jī)生產(chǎn)商們都在尋找各種材料或者先進(jìn)的散熱方式來為手機(jī)“降溫”來提升使用體驗(yàn)?
盡管現(xiàn)在很多的手機(jī)已經(jīng)有了相關(guān)的散熱技術(shù),仍然還是沒能夠徹底的改變手機(jī)發(fā)熱的這個(gè)情況,散熱問題雖然沒辦法徹底根治,但是我們可以在使用手機(jī)的過程當(dāng)中盡量控制手機(jī)不要過于發(fā)熱,這就要了解發(fā)熱的原因?
1手機(jī)發(fā)熱的原因
首先,手機(jī)發(fā)熱的根本原因是在手機(jī)運(yùn)行過程中,電池輸出的電流經(jīng)過用電元件時(shí)產(chǎn)生了熱量,正常情況下手機(jī)在運(yùn)行過程中是肯定會產(chǎn)生熱量的?智能手機(jī)發(fā)熱的主要地方有CPU?芯片?處理器?手機(jī)電池等等?
其次,我們使用手機(jī)的習(xí)慣或不當(dāng)也會造成手機(jī)發(fā)熱,如用手機(jī)玩游戲或者安裝了其他高能耗的APP,占用過多的CPU就會導(dǎo)致手機(jī)溫度過高;手機(jī)運(yùn)行的程序很多,如果手機(jī)后臺運(yùn)行多款應(yīng)用,也同樣占用很多CPU,當(dāng)CPU運(yùn)算超過了自己的上限值時(shí),就會導(dǎo)致溫度過高,手機(jī)溫度也隨之升高?手機(jī)充電過程會伴有電能的轉(zhuǎn)化,當(dāng)我們一邊手機(jī)充電一邊玩,就會導(dǎo)致手機(jī)溫度上升,很容易導(dǎo)致手機(jī)溫度上升很快?現(xiàn)在很多人都會給自己的手機(jī)選一個(gè)好看的手機(jī)殼,有的只顧及外觀美觀,但手機(jī)散熱就不好了,也是一個(gè)原因?手機(jī)發(fā)熱的原因有很多,而且危險(xiǎn)也很大?
手機(jī)產(chǎn)生的熱量一般都是通過手機(jī)背部的散熱材料自然散出,這就需要良好的散熱材料和適合的散熱環(huán)境?現(xiàn)在手機(jī)的外部一般都是金屬后殼,熱量通過金屬后殼散到周圍的環(huán)境中?這種散熱的方式在很多數(shù)手機(jī)上都在使用,但是產(chǎn)生熱量過多的時(shí)候,手機(jī)就不太適合使用,因此就需要新的散熱材料和散熱方式?
2熱傳遞的原理和方式
由物理學(xué)原理中熱傳導(dǎo)定律,熱傳遞的三種方式包括:熱的傳導(dǎo)?熱的對流?熱的輻射?熱傳導(dǎo)是物質(zhì)和物質(zhì)之間的接觸時(shí),能量的傳遞?這種熱的傳遞方式有局限性,常見于固體與液體間,由于氣體的分子不是特別緊密,在氣體中不常見,只是熱的擴(kuò)散?
熱對流是流體與固體表面接觸,造成流體從固體表面將熱量帶走的傳熱形式?這種傳熱方式是流體受熱之后或者是產(chǎn)生了溫度差,產(chǎn)生了熱的傳遞?可以分為自然對流和強(qiáng)制對流?這種對流方式更具有效率?且這種散熱方式與熱對流系數(shù)?有效接觸面積和溫度差成正比,有效接觸面積越大,溫度差越大,熱對流系數(shù)越大,熱量被帶走的越多?
熱輻射是在沒有介質(zhì)?無需接觸的情況下產(chǎn)生的熱的傳遞的方式?熱輻射與熱輻射系數(shù)?物質(zhì)表面面積和溫度差有關(guān),只是熱輻射在沒有介質(zhì)的熱量的吸收效率比較低?
我們可以從這三個(gè)方面來解決手機(jī)散熱的問題?但是這三種方式中熱輻射對于手機(jī)是不太好實(shí)現(xiàn)的,并且現(xiàn)在手機(jī)變的越來越薄,體積越來越小,對流?輻射都不是那么容易做到的?目前廠商們采用的也都是熱傳導(dǎo)的方法來為手機(jī)“降溫”?
3散熱材料和散熱方式
3.1石墨散熱片
這是目前主流的一種散熱方式?石墨散熱片是一種將手機(jī)發(fā)熱的中心溫度均勻的分布在一個(gè)二維平面上,以方便均勻散熱?再加上導(dǎo)熱的凝脂,直接將處理器表面熱量傳遞到散熱材料上,以保證手機(jī)內(nèi)的組件可以正常穩(wěn)定工作?
關(guān)于石墨片的散熱原理的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明,在手機(jī)持續(xù)使用過程中,未采取散熱的措施時(shí),高溫局部集中,周圍也是接近高溫?在使用石墨散熱片后,局部高溫?cái)U(kuò)散,熱源高溫得到了控制?
石墨散熱片的例子:在iPhone4S?三星GALAXYNote系列都加入了石墨散熱片,在小米手機(jī)里,芯片和中間層有一石墨散熱片,屏幕和中間層也有一石墨散熱片?
3.2金屬背板散熱
這種方式就是在手機(jī)的內(nèi)部放入了一層金屬導(dǎo)熱板,將手機(jī)產(chǎn)生的熱量傳到金屬導(dǎo)熱板,再傳到機(jī)身的四處,從而確保手機(jī)可以處于正常溫度運(yùn)行,讓熱量可以迅速擴(kuò)散?
關(guān)于金屬背板散熱的方式的研究表明,這種的散熱方式缺點(diǎn)就是散熱不是很快很明顯,常見在這些中端機(jī)型中使用,例如三星GALAXY的C系列就采用了金屬邊框?金屬背板導(dǎo)熱的設(shè)計(jì),除了美觀外,也是為了散熱?
3.3熱管散熱器
熱管是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件,常用的熱管由三部分組成:主體為一根封閉的金屬管,內(nèi)部有少量工作介質(zhì)和毛細(xì)結(jié)構(gòu),管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外?熱管工作時(shí)利用了三種物理學(xué)原理:(1)在真空狀態(tài)下,液體的沸點(diǎn)降低;(2)同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多;(3)多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對液體的抽吸力可使液體流動(dòng)?
這種散熱方式的優(yōu)點(diǎn)是熱管自冷散熱系統(tǒng)無需風(fēng)扇?沒有噪音?免維修?安全可靠,熱管風(fēng)冷甚至自冷可以取代水冷系統(tǒng),節(jié)約水資源和相關(guān)的輔助設(shè)備投資?此外,熱管散熱還能將發(fā)熱件集中,甚至密封,而將散熱部分移到外部或遠(yuǎn)處,能防塵?防潮?防爆,提高電器設(shè)備的安全可靠性和應(yīng)用范圍?
這種熱管散熱方式常見于高端機(jī)型,由于這些手機(jī)都是高性能的,在運(yùn)行時(shí)都是高性能運(yùn)轉(zhuǎn),這時(shí)候就要特殊的散熱方式?散熱管里有特殊的液體,當(dāng)手機(jī)發(fā)熱時(shí),熱管里液體就會吸收熱能變成氣體,并且擴(kuò)散到其他區(qū)域,達(dá)到熱能交換與平均散熱的效果?這種散熱的效果遠(yuǎn)比金屬的要好?目前的電腦的散熱器中常說的液冷散熱,其原理就基本和熱管散熱一樣?
這種手機(jī)散熱系統(tǒng)的例子有iQOONeo855,內(nèi)部采用了超長熱管?可固化導(dǎo)熱凝膠?高導(dǎo)熱鋁合金框架以及多層復(fù)合石墨散熱片組成一套完善的手機(jī)散熱系統(tǒng),可以讓手機(jī)在長時(shí)間游戲之后,依然保持著舒適的握持溫度?再有就是在黑鯊?紅魔手機(jī)中也是應(yīng)用了這樣的先進(jìn)的散熱方式,并且加入了一些可拆裝式的散熱器或者內(nèi)置散熱風(fēng)扇?
4利用沖突理論解決散熱問題
手機(jī)散熱方式的研究一直是在追求更好更強(qiáng)更穩(wěn)定的散熱系統(tǒng),對此可以利用技術(shù)創(chuàng)新方法中沖突理論解決方法來創(chuàng)新?
首先,從“散熱材料的分布影響散熱”為入手點(diǎn)解決問題,該問題的技術(shù)沖突解決過程如下:(1)沖突描述?為了改善系統(tǒng)的“散熱材料增加散熱”問題,我們需要改變散熱材料的體積問題從而找更加先進(jìn)的小型散熱材料,但這樣做了會導(dǎo)致系統(tǒng)的成本增加?(2)轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突?改善的參數(shù):8,9;惡化的參數(shù):18,27?(3)查找沖突矩陣,得到如表1所示的發(fā)明原理?
所以方案為:依據(jù)7套疊原理,35性能轉(zhuǎn)換原理發(fā)明原理,得到的解如下:可以利用套疊原理將一些散熱材料從平面式變成堆疊的方式,也就是將其做成3D立體式,利用35性能轉(zhuǎn)換原理內(nèi)容通過改變物理狀態(tài)濃度或密度?柔性和靈活程度,實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化和改變,可以改變散熱材料的熱流密度,導(dǎo)熱系數(shù)來增加散熱?
其次,以“散熱材料的散熱方式的改變”為入手點(diǎn)解決問題,該問題的技術(shù)沖突解決過程:(1)沖突描述?為了改善系統(tǒng)的“散熱材料增加散熱”,我們需要改變散熱的材料或散熱方式,但這樣做了會導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜性增加?(2)轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突?改善的參數(shù):32,43;惡化的參數(shù):18,27?(3)查找沖突矩陣,得到如表2所示的發(fā)明原理?
所以方案為:依據(jù)6多元性原理,13反向作用原理,28機(jī)械系統(tǒng)替代原理,35性能轉(zhuǎn)換原理發(fā)明原理,得到的解如下:可以利用多元性原理得到采用集成散熱芯片來代替前面所述的方式,來達(dá)到更好的散熱效果?利用機(jī)械系統(tǒng)替代原理:過程可以加入熱?光?電?磁場等系統(tǒng)代替原機(jī)械系統(tǒng),所以可以利用加入熱管散熱的方式來代替之前的石墨烯直接散熱,由?利用反向作用原理:把物體(或者過程)倒過來從而達(dá)到相同目的,這個(gè)發(fā)明原理加上之前提出的芯片方式,就類似于倒裝芯片提高散熱?
可以將上面從兩個(gè)不同問題著手點(diǎn)開始得到的解綜合來看,對此,可以簡單的提出一種新型的散熱系統(tǒng)—立體式芯片通道熱管散熱,這種散熱系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體集成技術(shù),納米技術(shù)和熱管散熱技術(shù)?將該散熱芯片從傳統(tǒng)平面2D式做法變成帶有中間的堆疊3D式并在這個(gè)立體式芯片存在的間隙間加入水冷的散熱方式等等?
5結(jié)論
所以手機(jī)散熱一直是困擾手機(jī)發(fā)展的一大問題,相信隨著科技的發(fā)展,這個(gè)問題也會得到有效的改善?
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