**近市场上比较火的手机莫过于三星Galaxy S7了,超炫丽的曲面屏幕,超快的运行速度,劲爆的核心是高通为这款机型**配备的骁龙820CPU,作为定位于游戏版本的高端手机,其散热问题解决也别具一格。
手持行业设计中,一般**运行能力的手机会存在散热的问题,高频CPU的热量集中,这也是现代电子元器件设计过程中不可避免的话题。据统计电子元器件因热量集中引起的材料失效占总失效率的65%-80%,振动及冲击载荷失效约为10%,其他占15%左右,可见热管理技术是电子产品设计的关键考量因素。
电子元器件热应力破坏的原因
一般可从两个方面来解释:
1.电子元件内晶片因热量积累导致温度升高,以至集电极电流增大,而同时电流增大又会造成热量上升,进而造成元件损坏。
2.不同的材质有不同的热胀系数,温度不一致会造成封装材质热应力破坏。
如何有效的设计手持设备的热解决方案呢?首先需要了解两个关键知识点:
接触热阻和导热系数
接触热阻是由接触界面的粗糙程度所造成的,即便材料表面看上去很平整,其实从微观的角度看仍是坑坑洼洼,导致散热效果不好。
导热系数是材料的本身属性,是指材料的导热能力。
因此好热管理方案必须要处理好这两个问题。现在市场上的手持设备热管理方案主要使用以下几种材料:
一是导热硅胶类产品,导热硅胶类产品具有很强的可压缩性能,在使用过程中,压力促使其接触面增大,可减小散热器和芯片间的接触热阻。尽管导热硅胶类材料的导热系数小(1-5W/m.k),但对提升热管理系统的性能仍有一定作用,因此有一定的市场需求。目前市场上做导热硅胶类产品的商家很多,价格实惠。
二是石墨及石墨类衍生品,主要是利用石墨**的导热系数进行散热,特别是在手持设备行业,0.017mm厚度的人工石墨对空间的要求极低,且其导热系数能够达到1600W/m.k以上,是目前使用较多的手持设备导热材料。目前市场上比较大的人工石墨厂家较多,如松下、中石伟业、碳元和思泉实业等。虽然人工石墨的导热系数**,但是材料很薄,散热能力有限。市场产能趋于饱和,价格趋近成本。
三是热管产品,利用产品内工质的相变进行**导热的产品,热管在电脑和通讯设备中使用已久,散热效果明显,这两年才真正用于手机行业,从目前的市场反应来看,其是未来手机热管理系统中当仁不让的主流设计。目前市场上用热管手机散热的资料比较少,我详细给大家介绍一下手机热管材料的使用原理。
热管是一种利用相变传热技术工作的被动传热元件,依靠工质的相变(液相与汽相间的转变)来传递热量。典型的热管由管壳、吸液芯和工质组成。当热管一端吸热,吸热端的液态工质汽化成蒸汽,在热管内部压差的作用下蒸汽向另一端高速运动,冷端遇冷后液化,释放潜热并重新冷凝成液态工质,并通过吸液芯结构回流。见下图一所示,在工质受热蒸发的区域称为蒸发段,蒸汽遇冷液化的区域称为冷凝段,在蒸发段与冷凝段之间,由于热管与外界的热交换很少。
图1.热管的工作原理图
三星Galaxy S7/Edge就采用了热管散热技术,为什么高频的CPU也会有“冰凉”的手感,现在手机市场使用的热管直径在2mm-5mm,压扁后的厚度≤0.6mm,使用过程中配合导热硅脂降低接触热阻,再加上热管及热管模组相变导热,热量传递快,因此散热效果好。
另外还有液态金属等材料,液态金属的相变与热管的相变是完全不一样的,热管是通过相变的**导热,而液态金属的相变是在温度高时软化用来减少接触热阻,主要的导热还是通过热管理系统中金属材料进行的。且由于价格昂贵,使用效果一般,在手持设备散热上使用较少。