日前，某手機廠商在新品釋出會上介紹某款手機采用台階式立體散熱系統，將VC散熱板與金屬中框連在一起，相當於變相增加了VC散熱板的面積，以實作為手機降溫的目的。
在長時間玩遊戲、刷影片、打電話後，人們經常會發現手機螢幕或後殼的溫度明顯升高，以致於不得不暫停使用讓它降降溫。那麽，為什麽手機在高負荷工作時會產生熱量，而熱量又將如何散發出去？
手機許多關鍵零部件，如處理器、電池、網絡攝影機等，在工作時會產生熱量。這些熱量主要由於材料內部的聲子和電子相互作用而產生的焦耳熱。作為便攜式器材，手機需要在有限的體積內將各種元器件高度整合化，加劇了手機內部熱量積累。
統計結果表明，手機內部電子器件的溫度每上升10℃，可靠性就會降低50%。在所有引發電子器件失效因素中，由高溫引發的故障占比超過一半，因此進行高效熱管理對於確保手機的效能和安全性至關重要。按照不同的功能設定，手機中的熱管理裝置分為熱擴充套件裝置、熱界面材料和熱沈裝置。
熱擴充套件裝置：
由點到面的「膜法」
熱擴充套件裝置能將局部熱點產生的熱量，快速擴充套件到更大的散熱表面進行冷卻，有效緩解手機局部過熱問題，是實作手機熱管理的關鍵一步。這一步往往會借助石墨、銅板等具有較高熱導率的散熱膜，以提高熱擴充套件效率。
石墨散熱膜是由碳原子構成的層狀材料，層內每個碳原子以共價鍵與周圍三個碳原子相連線，排列成六邊形蜂窩狀結構，層間有微弱的範德華力。石墨在面內具有較高的熱導率，能迅速將熱量擴散開。相較於金屬，石墨還具有較低的密度和較好的柔韌性，能適應手機內部復雜的結構，已成為手機中的主流熱擴充套件薄膜。
熱界面材料：
跨越界面的「橋梁」
在手機內部各個熱源和熱管理部件之間不完全接觸而導致的接觸熱阻，是手機散熱的重要障礙。材料間的實際接觸面積僅為名義接觸面積的1%-2%，甚至更小，熱量只能透過少數接觸點區域傳導，導致熱傳遞路徑中的熱流道收縮，顯著降低了接觸面之間的傳熱效率。
為了解決這一問題，人們采用熱界面材料來填充界面間的間隙，在熱源與各種熱管理部件之間建立起熱輸送的橋梁，可大大改善接觸界面之間的傳熱效果，提高熱傳遞效率。手機中常用的熱界面材料包括導熱矽脂和導熱橡膠墊。導熱矽脂具有良好的流動性和較薄的厚度，而導熱橡膠墊則可以提供芯片和散熱元件之間的電氣隔離。
熱沈裝置：
迴圈流動的「搬運工」
手機中的熱沈裝置通常采用熱管或均熱板，透過內部填充的水或其他高導熱性液體的迴圈流動相變，實作手機內部熱量的有效傳遞和散發。在靠近熱源的蒸發段受熱氣化為蒸氣後，熱管中的液體經對流管道進入冷凝段將熱量散發出去，冷凝後的液體再回流至蒸發段，如此迴圈往復，形成高效的熱傳遞通道。均熱板由鋁合金或純銅殼板和填充在其中的液體構成，實作了二維平面內的傳熱，將散熱效率提高了20% -30%。熱管和均熱板都屬於被動散熱的熱管理技術，不需要額外的能源供應，其緊湊的設計適合手機這種小型器材。
傳統的手機散熱方案通常采用石墨片、金屬散熱板，以及熱界面材料組合。隨著手機效能不斷提升，越來越多的手機制造商在高端5G手機中引入熱管、均熱板等液冷裝置，確保器材在高負荷工作時能夠維持適當的溫度範圍，使使用者獲得更流暢的體驗。
（作者謝科鋒系南京大學博士研究生， 胡文兵系南京大學博士生導師）
來源丨科普時報
