石墨烯、气凝胶、金刚石各显神通!盘点最流行的电子产品都会用到哪些散热材料?

材料内参 2022-01-15

智能手机石墨气凝胶

2484 字丨阅读本文需 8 分钟

炎炎夏日,大家都希望自己的手机在使用过程中“凉快”一点,毕竟智能手机的“铁板烧”的可真不好受。手机不像电脑,可以牺牲部分便携性用风冷、水冷等方式实现对核心零部件温度的控制,在传统散热方式无法有效对手机降温的前提下,诸如石墨烯、液冷散热管等散热新势力登上舞台。

今天,小编就来和大家聊聊手机散热材料那些事。

手机散热的从无到有

智能手机发展的早期阶段,智能手机的温控设计并不受重视,这是因为除了手机的温度控制外,还有其他的实际需要解决,因此“解决发热”的优先级靠后。毕竟,更大更好的屏幕、更优秀的后置镜头、更强的手机芯片,哪一个要素放在量产的智能手机上都能换来极高的产品销量。

另外,早期的手机芯片功耗并不高,这就意味着不用任何散热措施也能有一个相对不错的温度控制,甚至当前司空见惯的芯片位置处涂有硅脂在那个年代都是一种奢侈。早期的智能手机消费者对于手机散热也没有现在这么敏感,部分手机发烧友往往会用“超频”的方式用发热换性能。

智能手机的早期主要以硅脂+铜箔为主要散热方式

简言之,智能手机性能孱弱的年代,厂商对智能手机设计重点在“提升手机性能”,用户希望用发热换来性能的提升,买卖双方都将最主要的注意力放在“手机的整体性能”上,在性能没突破使用瓶颈钱,散热对用户体验的提升微乎其微。

手机散热的逐步完善:从铜硅脂箔到液冷散热

智能手机真正重视散热是实际性能突破使用性能瓶颈后的事情了,日常使用的问题解决后,发热这种“细枝末节”的事情就成为用户使用中的重点。

传统电脑的散热技术不能完全生搬硬套放在智能手机这类对便携性有要求的设备上,不过人们并不是对手机发热毫无制约手段:硅脂涂抹在手机芯片在降低SoC发热的同时还提升了手机的使用体验;应用与笔记本上的散热铜箔贴片在手机上也有比较不错的使用体验。手机散热真正形成自己独特的散热体系是液冷散热管和石墨烯散热片大规模应用的时候了。

液冷散热管的原理与传统电脑上的“水冷散热”并无二致,都是通过内部填充的液体将热量带走。水会损伤部分智能手机内部的半导体元器件,出于安全的考虑,智能手机液冷散热管内部多是油性物质。

石墨烯散热的原理与铜箔散热无二,通过自身良好的导热性将热量及时导出。尽管石墨烯散热已经出现,但石墨烯散热仍未动摇液冷散热的领先地位。特别是当前在智能手机上已经建立了“液冷散热+硅脂散热+石墨烯散热+金属中框”的完整的立体散热体系。不过,其他几种散热方式仍未动摇液冷散热在手机散热体系中的中心地位。

你以为这里讲到石墨烯就结束了?当然不是,还有好多散热“新势力”呢!我们接着往下看。

导热凝胶材料解决智能手机散热问题

导热凝胶是近两年开发出来的新型界面填充导热材料,呈膏状,像泥巴,肉眼看也有点像护肤霜。它以硅胶为基体,填充以多种高性能陶瓷粉末,经特殊流程与工艺制作而成,完全是熟化的新型导热材料,导热系数1.5~6.0w/m-k,超低热阻。导热凝胶不同于导热硅脂,也区别于导热硅胶片,它不流淌、无沉降,低压缩反作用力,应用中不会破坏芯片等核心元器件。

导热凝胶有哪些特点:导热凝胶除具有导热材料所共有的高导热性能、低热阻等性能之外,还具有其自身所拥有的几大特点。

1、不流淌、无沉降,可厚可薄,满足多种不同设计空间的应用;

2、柔软,可无限压缩;

3、高粘度、高润湿,可完全浸润发热界面与散热体,有效降低接触热阻;

4、不挥发、不变干,可长时间保持良好导热特性,保障电子产品的使用寿命;

5、低压缩反作用力,不会破坏芯片等核心元器件;

6、可选择针筒包装,应用于自动点胶机,实现自动化生产,有效降低人工成本;

7、通用性强,同一包装,可用于多种不同规格要求,有效降低采购与仓储工作。

智能手机为何选择导热凝胶处理热量问题:

1、高导热、低热阻,有效降低手机芯片工作温度;

2、不挥发、不变干,保障智能手机使用寿命;

3、针筒包装,满足自动化生产,有效降低生产成本。

导热凝胶还有哪些应用:导热凝胶所具有的诸多优点,使其应用非常广泛,而不仅仅是限于智能手机上的导热散热,很多电子产品都可选用导热凝胶来解决热量问题,比如像智能手表、智能门锁、AI硬件设备等等新兴电子产品的生产,均可选用导热凝胶,来解决导热散热问题,同时实现自动化或半自动化生产。

高导热稀土合金

iQOO Neo新机将首发一种全新的散热材料:高导热稀土合金。高导热稀土合金,通常应用在对散热要求较高的环境中,比如5G通信基站滤波器、航空发动机壳体、汽车发动机支架等场景,具备散热效率高,且重量轻薄的特点。

曝光的图片中提到,高导热稀土合金材料的使用,整机厚度可降低0.05mm,或整机重量降低约7~10g。在同等散热条件下,高导热稀土合金压铸同步可拓展至其它电子产品如平板,笔记本等,有效改善行业内产品散热差痛点问题,为消费者带来手感轻薄且散热优秀的产品。

绝热气凝胶

气凝胶是一种由纳米级颗粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的纳米多孔材料,具有低密度、高比表面积、高孔隙率、低导热率等优异的特性。

相较于其他隔热材料,气凝胶纳米级的孔径明显小于空气分子的平均自由程,可限制气态传热。复杂的纳米孔结构增加了传热途径,从而降低固体传热。所以,气凝胶材料具有极低的导热率,广泛应用于高温炉窖、超声速飞行器等高温隔热领域。随着新能源的汽车市场的崛起,近年来,气凝胶在新能源电池保温、绝热、防火也有着重要应用。

气凝胶用于手机散热系统算是一个新的尝试,不过5G通讯设备的导热散热需求确实是不容忽视的,说不定这个解题思路还不错呢。

金刚石竟然还可以作为手机散热材料

大家见过使用金刚石作为散热材质的手机吗?对于现在的手机来说,散热真的很重要,不同手机厂商的散热方案也是不一样的,从目前所有的散热方案来看还没有一个能够从根本上解决手机散热问题的方案,尤其是在温度比较高的夏天,玩一会手机,手机就会发热特别厉害,更别说玩游戏了。今年为什么很多手机没有使用骁龙888处理器,却使用骁龙870处理器,就是因为骁龙888的发热太厉害了,又没有更好的散热方案,只能使用综合表现更好的骁龙870了。

不过散热方面,realme貌似已经找到了新的思路,那就是金刚石冰芯散热系统,并且已经将新的散热方案应用到了realme真我GT Neo2上。

因为金刚石的直径比较小,只有40~50微米,所以realme将金刚石颗粒做成了散热凝胶,再加上金刚石是自然界中导热率最高的材料,要比金属材质的导热效果还要好。 所以使用金刚石作为散热材料,可以让芯片热量传递的速度更快,从而可以快速让芯片温度降低,据说最高可让CPU温度降低18℃。不得不说18℃的差距还是可以明显感知到的,再加上骁龙870处理器本身发热就不是很厉害,realme真我GT Neo2基本上可以将骁龙870处理器的性能发挥到极致。

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