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手機最好的散熱方案

科技 更新时间:2024-08-15 00:11:13

如今手機整體性能都在疾速提升,更強大的處理器,5G模塊,和越來越緊湊的手機主闆設計,都在考驗着手機的散熱水準。廠家對散熱的重視,也常常體現到了其宣傳上,什麼冰巢散熱,太空水冷,航空高分子散熱等等,其實透過現象看本質,這些隻是廠家的營銷術語,我們這裡就來了解下手機廠家應對發熱都有哪些手段。

手機最好的散熱方案(手機散熱如此重要)1

散熱的重要性不言而喻,一方面影響手感,也會嚴重影響電池的壽命。另外,過高的機身溫度也會阻礙性能的發揮。譬如當年的火龍 810,盡管性能強悍,但卻因為發熱降頻,坑了一波廠商,卻也帶動了手機散熱技術的進步。當時索尼 Xperia Z5 Premium 還特地采用了雙熱管的設計,但依舊壓不住這顆芯片。

手機最好的散熱方案(手機散熱如此重要)2

所以,為了應對越來越強大的處理器,手機也采取了不同的散熱策略。不過,手機的散熱方式仍然以被動散熱為主,所謂被動,就是采取導熱的方式,将主要發熱源的熱度盡可能的傳導出來。其中導熱材料的好壞,直接影響着手機的散熱效率。說到散熱效率其實有一個量化的指标,那就是導熱系數,單位是 W/mk(瓦/米.度)。熟知越高,代表導熱的效率越快。通常來說,固體的導熱系數大于液體大于氣體,這主要是因為不同狀态下分子間距不同所導緻的。因此,我們所見的多數散熱材料,都會采取緊貼熱源的方式,加快導熱的速度。

目前主流的導熱材料,以石墨散熱片、金屬導熱闆、導熱矽脂、熱管和均熱闆較為常見,下面我們就一個個介紹。

▍石墨散熱片

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石墨片的主要成分是碳,雖然并非金屬但卻有同樣優秀的導熱性能,其導熱系數可達到 2000W/mk。加上其優秀的可塑性和化學穩定性,而且重量比銅更輕,這種散熱材料不僅手機上很常見,它在電子、通信、照明、航空及國防軍工等許多領域都有廣泛運用。

石墨散熱片是手機最廣泛使用的散熱材料,基本所有廠家都會用,多見于手機後蓋,主闆和電池上方。得益于石墨的導熱特性,它可以快速将熱源的熱量平鋪開來,并傳導至其他區域,幫助機器散熱。不過,石墨雖然平面導熱性能不錯,但是垂直導熱相對來說就比較一般。

當然,除了石墨散熱片,不少廠家也會宣傳「石墨烯散熱」,石墨烯其實是單層碳原子,可以理解為更薄的石墨片,而且具備同樣出色的導熱性能,比如小米10,就将石墨烯材料覆蓋到了處理器等核心部件上。石墨烯目前還會用于電池,作用是提升電極的導熱和散熱性能。

▍導熱矽脂

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導熱矽脂的主要原料為有機矽酮,它的主要用途是填補元器件和散熱材料之間的空隙,裝過機的小夥伴應該很熟悉。因為空隙中的空氣是熱的不良導體,導熱矽脂可減少接觸空氣的面積,不同的導熱矽脂,其導熱性能都有一定區别。

在 2015 年,OPPO R5 宣稱采用了一個名為「冰巢散熱」的技術,其實就是在石墨貼片和元器件之間填入一層「類液态金屬」,使得芯片與石墨散熱貼之間貼合的更加緊密,更好的發揮石墨片的散熱能力,從而提升散熱效率。

▍熱管

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熱管散熱,對于許多人來說或許更熟悉,一方面不僅是電腦上比較常用,另一方面多數用了這種技術的廠家,基本都會花大力氣宣傳,有些廠家還會營銷為「液冷散熱」「水冷」,當年 360 奇酷手機還宣傳為「太空水冷」。不過熱管與實際意義上的液冷散熱區别還是不小的。

熱管的結構大體可分為蒸發段,隔熱段和冷凝段,依靠内部冷凝液的流動來帶走熱量。熱管的散熱過程可以拆分為三個步驟,汽化,熱量傳遞,冷凝。首先,蒸發段受熱,該處的冷凝液吸收熱量并蒸發,接着,汽化的冷凝液流向冷凝段,釋放出熱量并液化,然後再流回蒸發段。熱管就是通過這三個步驟的不斷循環,持續将熱量帶出去。

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熱管這種技術早在 2013 年就被 NEC 采用,後面包括索尼、360、華為、黑鲨等機器也用上了這一項技術,随後還出現了一些雙熱管手機,比如開頭提到的 Xperia Z5 Premium 和黑鲨 Helo。而現在熱管基本已經普及,就連不少中低端機型,比如紅米 Note 8 Pro 也用上了熱管散熱。

▍VC 均熱闆

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相信透過去年各大廠家不遺餘力的推廣,不少人也知道了均熱闆這種材質的存在。VC 均熱闆全稱是真空腔均熱闆,均熱闆其實和熱管的原理相近,你可以将它視作為熱管的延伸。VC 均熱闆的工作同樣包含了傳導、蒸發、凝固的步驟。與熱管的區分主要是,熱管是線性轉移熱量,而均熱闆的面積更大,可以在平面上傳導熱量。相比之下,均熱闆接觸的熱源面積更大,可覆蓋到更多的元器件,散熱效率也就更高。它也是目前多數旗艦機型的标配。

随着技術的發展,除了以上五種常見的散熱方式外,也出現了一些特殊的散熱手段。比如 ROG Phone 就在後蓋上留有風口,通過外置風扇的方式給手機散熱。而紅魔的做法更徹底,内置了一顆小型風扇,像這種方案對于風道和布闆設計就有着不小的挑戰,并且還有潛在的進灰風險,所以用的廠家還比較少。

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除了主動散熱外,還有一種更「主動」的方式,就是黑鲨出的冰封散熱背夾,内部帶有制冷晶片,可實現遠低于環境溫度的效果,黑鲨官方就做過演示,背夾可以瞬間實現本體降溫 15 度以上,10 度環溫一分鐘表面可以結冰。這種做法降溫效果也十分顯著,代價就是對機器後背的平整度有一定要求,并且會增加體積和重量。

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相信随着機器性能的持續提升,以及手機日益集約化的設計,手機的散熱會是廠家越來越重視的環節。不過當然,熱量不會憑空消失,如何合理的導出熱量,同時盡量避開手部的握持區域,這些就十分看重廠家的設計水平了。

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