日前，某手机厂商在新品发布会上介绍某款手机采用台阶式立体散热系统，将VC散热板与金属中框连在一起，相当于变相增加了VC散热板的面积，以实现为手机降温的目的。
在长时间玩游戏、刷视频、打电话后，人们经常会发现手机屏幕或后壳的温度明显升高，以致于不得不暂停使用让它降降温。那么，为什么手机在高负荷工作时会产生热量，而热量又将如何散发出去？
手机许多关键零部件，如处理器、电池、摄像头等，在工作时会产生热量。这些热量主要由于材料内部的声子和电子相互作用而产生的焦耳热。作为便携式设备，手机需要在有限的体积内将各种元器件高度集成化，加剧了手机内部热量积累。
统计结果表明，手机内部电子器件的温度每上升10℃，可靠性就会降低50%。在所有引发电子器件失效因素中，由高温引发的故障占比超过一半，因此进行高效热管理对于确保手机的性能和安全性至关重要。按照不同的功能设置，手机中的热管理装置分为热扩展装置、热界面材料和热沉装置。
热扩展装置：
由点到面的「膜法」
热扩展装置能将局部热点产生的热量，快速扩展到更大的散热表面进行冷却，有效缓解手机局部过热问题，是实现手机热管理的关键一步。这一步往往会借助石墨、铜板等具有较高热导率的散热膜，以提高热扩展效率。
石墨散热膜是由碳原子构成的层状材料，层内每个碳原子以共价键与周围三个碳原子相连接，排列成六边形蜂窝状结构，层间有微弱的范德华力。石墨在面内具有较高的热导率，能迅速将热量扩散开。相较于金属，石墨还具有较低的密度和较好的柔韧性，能适应手机内部复杂的结构，已成为手机中的主流热扩展薄膜。
热界面材料：
跨越界面的「桥梁」
在手机内部各个热源和热管理部件之间不完全接触而导致的接触热阻，是手机散热的重要障碍。材料间的实际接触面积仅为名义接触面积的1%-2%，甚至更小，热量只能通过少数接触点区域传导，导致热传递路径中的热流道收缩，显著降低了接触面之间的传热效率。
为了解决这一问题，人们采用热界面材料来填充界面间的间隙，在热源与各种热管理部件之间建立起热输送的桥梁，可大大改善接触界面之间的传热效果，提高热传递效率。手机中常用的热界面材料包括导热硅脂和导热橡胶垫。导热硅脂具有良好的流动性和较薄的厚度，而导热橡胶垫则可以提供芯片和散热元件之间的电气隔离。
热沉装置：
循环流动的「搬运工」
手机中的热沉装置通常采用热管或均热板，通过内部填充的水或其他高导热性液体的循环流动相变，实现手机内部热量的有效传递和散发。在靠近热源的蒸发段受热气化为蒸气后，热管中的液体经对流管道进入冷凝段将热量散发出去，冷凝后的液体再回流至蒸发段，如此循环往复，形成高效的热传递通道。均热板由铝合金或纯铜壳板和填充在其中的液体构成，实现了二维平面内的传热，将散热效率提高了20% -30%。热管和均热板都属于被动散热的热管理技术，不需要额外的能源供应，其紧凑的设计适合手机这种小型设备。
传统的手机散热方案通常采用石墨片、金属散热板，以及热界面材料组合。随着手机性能不断提升，越来越多的手机制造商在高端5G手机中引入热管、均热板等液冷装置，确保设备在高负荷工作时能够维持适当的温度范围，使用户获得更流畅的体验。
（作者谢科锋系南京大学博士研究生， 胡文兵系南京大学博士生导师）
来源丨科普时报
