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 20  專注高分子材料

抗紫外線、抗黃變

談談5G智能手機的不同散熱材料

? ? ? 目前智能手機上采用的散熱技術主要包括石墨烯熱輻射貼片散熱、金屬背板散熱、導熱凝膠散熱以及導熱銅管散熱。5G智能手機相比起4G手機,5G的功耗增至2.5倍,其發熱量也水漲船高。面對更高的發熱量,散熱材料市場將會迎來新的商機。

? ? ? 一、石墨散熱。

? ? ?石墨是一種良好的導熱材料,其導熱性能超過了鋼、銅、鐵等多種金屬材料。將石墨片貼附于手機內部的電路板上,利用石墨獨有的晶粒取向,順著兩個方向均勻導熱,可迅速地將 CPU 產生的熱量均勻傳遞到石墨片的各個位置向外擴散,起到散熱的目的。散熱石墨膜又稱為導熱石墨膜、導熱石墨片、石墨散熱膜等,是一種全新的導熱散熱材料,具有高導熱系數、各向異性、低密度和小體積的特點,具有獨特的晶粒取向,沿兩個方向均勻導熱,具有很高的導熱性能,是由一種高度定向的石墨聚合物薄膜制成。片層狀結構可很好地適應任何表面,屏蔽熱源與組件同時改進消費類電子產品的性能。

? ? ? 根據制作方式、導熱系數、尺寸厚度等不同,石墨散熱材料可以分為天然導熱石墨片、人工合成散熱石墨膜和納米復合石墨膜。天然導熱石墨片是在高溫高壓下,通過化學方法得到的石墨化薄膜,導熱系數為800-1200w/m-k,厚度最薄是0.1mm;人工合成石墨膜是在極高溫度環境下,通過石墨合成的方法,制得的一種碳分子高結晶態石墨膜,膜結晶面上的導熱率達1500-2000W/m-k,厚度可以達到0.03mm,是用于消除局部熱點的理想的均熱材料,可以在熱點和散熱體之間充當熱傳輸橋梁;納米復合石墨膜以可膨脹石墨為原料,經過高溫膨脹和超聲波震蕩處理得到納米石墨,并進一步分別對納米石墨進行氧化和還原處理得到再氧化石墨和還原石墨,通過與納米石墨、再氧化石墨以及還原石墨等導電填料復合制備出的散熱材料,導熱系數達1800-2500w/m-k,厚度可以達到0.03mm;石墨烯熱輻射貼片是一種超薄散熱材料,由于具有輕量化優勢,在現行散熱方案中也不會增加終端產品重量,石墨烯熱輻射貼片質地柔軟,有著極佳的加工性及使用性,本身亦不會產生額外的電磁波干擾,可有效地降低發熱源的熱密度,實現大面積快速傳熱、大面積散熱,并可消除單點高溫的現象,更符合5G手機的散熱要求。


? ? ? 二、金屬背板散熱。

? ? ? 早期的智能機一般都采用塑料材質機身,而且機身芯片及工藝設計等使得手機內部的空間體積并沒有被完全利用,所以單純的石墨散熱完全夠用。但如今手機一般都是一體化機身設計,機身更加纖薄,且內部包含了金屬架構,機內空間被很大程度利用,幾乎沒有閑暇的空間,為同樣確保手機平穩低溫高效運行,就出現了金屬背板散熱的構造。當前的手機一般都具備了金屬后殼機身,所以本質上都已經實現了這種散熱方式;另外,現在的金屬機身手機都采用石墨貼片+金屬背板散熱,熱量傳導到石墨貼片時會被迅速傳遞至金屬后蓋及全身,我們幾乎感受不到產品在發熱,因為密閉空間里熱量通過金屬傳遞迅速,還沒來的及傳達到握持人的手心,就涼下來了。

? ? ? 金屬背板散熱是在使用石墨散熱膜的基礎上,在金屬外殼的內部也設計一層金屬導熱板,它可以將石墨導出的熱量直接通過這層金屬導熱板傳遞至金屬機身的各個角落,這樣一來密閉空間中的熱量便能迅速擴散并消失。若非在材料輕薄性方面取得突破性進展,面對5G手機散熱需求優勢較弱。


? ? ? 三、 導熱凝膠。

? ? ? 導熱凝膠是以硅膠復合導熱填料,經過攪拌、混合和封裝制成導熱凝膠是一種超高粘度的導熱材料,由多種導熱粉體及導熱硅膠完全熟化后混煉而成的凝膠狀導熱材料。導熱凝膠相對于導熱墊片更柔軟,且具有更好的表面親和性,可以壓縮至非常低的厚度,使傳熱效率顯著提升,最低可以壓縮到0.1mm,此時的熱阻可以在0.08Cin2/W - 0.3 °Cin2/W,可以到達部分硅脂的性能。另外,導熱凝膠幾乎沒有硬度,使用后對設備不會產生內應力。導熱凝膠相對于導熱硅脂更容易操作。

? ? ? 硅脂的一般使用方式是絲網或鋼板印刷,或是直接刷涂,由于其具有一定的流淌性, 一般不能用于厚度0.2mm以上的場合。而導熱凝膠可任意成型成想要的形狀,對于不平整的PCB板和不規則器件(例如電池、元件角落部位等) , 均有能保證良好的接觸。

? ? ? 導熱凝膠可以直接稱量使用,常用的連續化使用方式是點膠機,可以實現定點定量控制,節省人工同時也提升了生產效率。導熱凝膠散熱與電腦將散熱硅脂涂抹在處理器上方式類似,可以使熱量能夠被迅速吸收并傳遞出去,加快散熱進程。在手機層面,則對于相關材料有更高要求,應于于5G手機上,材料升級不可或缺。


? ? ? 四、熱管散熱。

? ? ? 熱管散熱則是將充滿液體的導熱銅管頂點覆蓋在手機處理器上,處理器運算產生熱量時,熱管中的液體就吸收熱量氣化,這些氣體會通過熱管到達手機頂端的散熱區域降溫凝結后再次回到處理器部分,周而復始從而進行有效散熱。不過,這種技術多用于不過分追求輕薄設計的游戲手機。

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