手持行業(yè)設(shè)計(jì)中，一般超強(qiáng)運(yùn)行能力的手機(jī)會(huì)存在散熱的問(wèn)題，高頻CPU的熱量集中，這也是現(xiàn)代電子元器件設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免的話題。據(jù)統(tǒng)計(jì)電子元器件因熱量集中引起的材料失效占總失效率的65%-80%，振動(dòng)及沖擊載荷失效約為10%，其他占15%左右，可見熱管理技術(shù)是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵考量因素。
電子元器件熱應(yīng)力破壞的原因
一般可從兩個(gè)方面來(lái)解釋：
1.電子元件內(nèi)晶片因熱量積累導(dǎo)致溫度升高，以至集電極電流增大，而同時(shí)電流增大又會(huì)造成熱量上升，進(jìn)而造成元件損壞。
2.不同的材質(zhì)有不同的熱脹系數(shù)，溫度不一致會(huì)造成封裝材質(zhì)熱應(yīng)力破壞。
如何有效的設(shè)計(jì)手持設(shè)備的熱解決方案呢？首先需要了解兩個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)：
接觸熱阻是由接觸界面的粗糙程度所造成的，即便材料表面看上去很平整，其實(shí)從微觀的角度看仍是坑坑洼洼，導(dǎo)致散熱效果不好。
導(dǎo)熱系數(shù)是材料的本身屬性，是指材料的導(dǎo)熱能力。
因此好熱管理方案必須要處理好這兩個(gè)問(wèn)題?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的手持設(shè)備熱管理方案主要使用以下幾種材料：
一是導(dǎo)熱硅膠類產(chǎn)品，導(dǎo)熱硅膠類產(chǎn)品具有很強(qiáng)的可壓縮性能，在使用過(guò)程中，壓力促使其接觸面增大，可減小散熱器和芯片間的接觸熱阻。盡管導(dǎo)熱硅膠類材料的導(dǎo)熱系數(shù)小（1-5W/m.k），但對(duì)提升熱管理系統(tǒng)的性能仍有一定作用，因此有一定的市場(chǎng)需求。目前市場(chǎng)上做導(dǎo)熱硅膠類產(chǎn)品的商家很多，價(jià)格實(shí)惠。
二是石墨及石墨類衍生品，主要是利用石墨超強(qiáng)的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行散熱，特別是在手持設(shè)備行業(yè)，0.017mm厚度的人工石墨對(duì)空間的要求極低，且其導(dǎo)熱系數(shù)能夠達(dá)到1600W/m.k以上，是目前使用較多的手持設(shè)備導(dǎo)熱材料。目前市場(chǎng)上比較大的人工石墨廠家較多，如松下、中石偉業(yè)、碳元和思泉實(shí)業(yè)等。雖然人工石墨的導(dǎo)熱系數(shù)極佳，但是材料很薄，散熱能力有限。市場(chǎng)產(chǎn)能趨于飽和，價(jià)格趨近成本。
三是熱管產(chǎn)品，利用產(chǎn)品內(nèi)工質(zhì)的相變進(jìn)行高效導(dǎo)熱的產(chǎn)品，熱管在電腦和通訊設(shè)備中使用已久，散熱效果明顯，這兩年才真正用于手機(jī)行業(yè)，從目前的市場(chǎng)反應(yīng)來(lái)看，其是未來(lái)手機(jī)熱管理系統(tǒng)中當(dāng)仁不讓的主流設(shè)計(jì)。目前市場(chǎng)上用熱管手機(jī)散熱的資料比較少，我詳細(xì)給大家介紹一下手機(jī)熱管材料的使用原理。
熱管是一種利用相變傳熱技術(shù)工作的被動(dòng)傳熱元件，依靠工質(zhì)的相變（液相與汽相間的轉(zhuǎn)變）來(lái)傳遞熱量。典型的熱管由管殼、吸液芯和工質(zhì)組成。當(dāng)熱管一端吸熱，吸熱端的液態(tài)工質(zhì)汽化成蒸汽，在熱管內(nèi)部壓差的作用下蒸汽向另一端高速運(yùn)動(dòng)，冷端遇冷后液化，釋放潛熱并重新冷凝成液態(tài)工質(zhì)，并通過(guò)吸液芯結(jié)構(gòu)回流。見下圖一所示，在工質(zhì)受熱蒸發(fā)的區(qū)域稱為蒸發(fā)段，蒸汽遇冷液化的區(qū)域稱為冷凝段，在蒸發(fā)段與冷凝段之間，由于熱管與外界的熱交換很少，稱為絕熱段。
圖1.熱管的工作原理圖
三星Galaxy S7/Edge就采用了熱管散熱技術(shù)，為什么高頻的CPU也會(huì)有“冰涼”的手感，現(xiàn)在手機(jī)市場(chǎng)使用的熱管直徑在2mm-5mm，壓扁后的厚度≤0.6mm，使用過(guò)程中配合導(dǎo)熱硅脂降低接觸熱阻，再加上熱管及熱管模組相變導(dǎo)熱，熱量傳遞快，因此散熱效果好。目前市場(chǎng)上能夠做這種超薄的熱管的廠家非常少，除了臺(tái)系外，深圳市德鎰盟電子是為數(shù)不多擁有核心專利技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)超薄熱管國(guó)內(nèi)公司之一，有能力生產(chǎn)制造熱管及熱管模組。
熱管散熱與其他散熱材料在方案上的區(qū)別在于，前期我們需要做熱管理系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析，且熱管的厚度（0.4mm-0.6mm）比石墨產(chǎn)品的0.017mm厚，所以在超薄手機(jī)等手持設(shè)備中，熱管的自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其在手機(jī)上的位置排布等都至關(guān)重要。目前，深圳德鎰盟電子可以根據(jù)熱需求，運(yùn)用Icepak等軟件做熱管理系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析，結(jié)合自身的熱管及模組技術(shù)進(jìn)行前期的設(shè)計(jì)和熱管位置的規(guī)劃排布等。
另外還有液態(tài)金屬等材料，液態(tài)金屬的相變與熱管的相變是完全不一樣的，熱管是通過(guò)相變的高效導(dǎo)熱，而液態(tài)金屬的相變是在溫度高時(shí)軟化用來(lái)減少接觸熱阻，主要的導(dǎo)熱還是通過(guò)熱管理系統(tǒng)中金屬材料進(jìn)行的。且由于價(jià)格昂貴，使用效果一般，在手持設(shè)備散熱上使用較少。
以上只是簡(jiǎn)單介紹一下手持設(shè)備的部分散熱材料及其使用情況，其實(shí)在手持設(shè)備的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是非常專業(yè)而且復(fù)雜的課題，也歡迎喜歡手持設(shè)備熱管理的朋友參與討論。
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