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乾貨--手機散熱方法之結構散熱淺談

乾貨--手機散熱方法之結構散熱淺談

現在市面上手機越來越薄,而功能卻越來越多,智能手機晶元的主頻越來越高,會產生大量的熱量,過大的熱量會影響用戶的舒適感,同樣也可能會燒壞硬體。因此,各大廠商都會考慮智能手機如何散熱,手機發燙,會嚴重影響用戶體驗,而影響發熱的關鍵因素中,結構,硬體,軟體都有關聯,今天我們先總結下結構上的散熱方案,後面我們會介紹軟硬體的散熱方案:

1.結構上影響散熱的因素及散熱方案

1.1整機布局

LCD背光與PCB重疊整機溫度升高,LCD背面置於機身底部有利於熱源分散,降低整機溫度

PCB放置在手握區域熱感明顯,頂部布局由於與手握區域熱體驗;

目前有整板,刀型板,半截板堆疊方式,整版堆疊有利於熱源分散,可降低局部問題;

1.2結構間隙

增加發熱器件正面,背面間隙,有利於降低所對應位置的外殼溫度;

使用導熱墊結合LCD支架與晶元,幫助晶元散熱可以降低晶元溫度,從而降低整機背面溫度;

加大屏蔽罩與后殼間隙有利於降低熱源直接傳遞到表面,降低局部問題;

加大SIM卡與后蓋間隙有利於避免PCB上的熱直接傳導到外殼,可降低外殼問題;

加大SD卡與后蓋間隙有利於避免PCB上的熱直接傳導到外殼,可降低外殼問題;

加大攝像頭連接器座與后殼的間隙有利於避免PCB上的熱直接傳導到外殼,可降低外殼問題;

1.3結構材料

外殼材質選用熱傳導係數低的材質可有效降低人體受熱衝擊感受,增加體驗感受;

模內鑲件是與主熱源最近的金屬,選用高導熱係數材質可降低局部溫度;

用高熱傳導率的LCD支架材質可增強主板與的熱擴散能力

材質表面粗糙度可幫助表面積,增加散熱能力;

石墨貼合表面光滑可增加接觸面積,增強散熱能力;

底殼上面金屬材質導熱率過大會造成用戶體驗差,溫升感覺明顯

增加熱擴散材料的厚度與傳導率可增強均勻熱能;

1.4散熱材料位置

熱擴散材料貼在LCD支架上可以幫助PCB區域熱擴散

熱擴散材料貼在電池蓋內側可以幫助PCB區域熱擴散

導熱墊貼在晶元與屏蔽罩之間可以幫助晶元散熱

到熱點貼在屏蔽罩與LCD之間可以幫助晶元散熱

2.散熱方案

如上面所說,如果整機布局和設計方案已定,只能靠後續增加一些導熱材料來改善扇熱問題了,目前,手機廠商一般會採取兩種解決方案來降低手機發熱的問題:一種就是硬體散熱,比如石墨散熱,而一種就是內核優化散熱。結構散

熱屬於硬體散熱,大多數廠商解決散熱問題的方法都是在架構方面採用高導熱材料。傳統的導熱材料主要是金屬材料,如銅、鋁、銀等。但是,金屬材料密度大,膨脹係數高,在要求高導熱效率的場合尚不能滿足使用要求(如銀、銅

、鋁的導熱係數分別為430W/m.K, 400W/m.K, 238 W/m.K),所以隨著手機晶元主頻的提升,手機廠商開始改善硬體散熱方案。常用的散熱方案有四種:

2.1石墨稀熱輻射貼片散熱

石墨烯熱輻射貼片是一種超薄散熱材料,可有效的降低發熱源之熱密度, 達到大面積快速傳熱, 大面積散熱, 並消除單點高溫的現象。石墨烯熱輻射貼片產品厚度選擇多樣化 (0.08mm ~ 2mm) 外形亦可沖形為任意指定形狀, 方便使用於各種不同產品內, 尤其是有空間限制的電子產品中。 石墨烯熱輻射貼片體積小,由於具輕量化優勢,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,極佳加工性及使用性,本身亦不會產生額外的電磁波干擾,如搭配特定的吸波材料,尚可解決當今散熱與電磁干擾的問題。石墨片一般貼在LCD下方,CPU上方,電池蓋內側等位置;

2.2金屬背板散熱

幾年前,智能手機剛流行時,受限於晶元功率和PCB的工藝問題,整機都比較厚,手機內部的空閑體積還是很大的,利用石墨片導熱基本也能滿足手機散熱的需求。而隨著機身變得更加輕薄以及金屬框架的加入,手機內的可供空氣流通的空間越來越小,單純使用石墨片就有點不夠用了,散熱方式需要進一步改進才能滿足晶元在低溫環境中平穩運行。

蘋果在採用了金屬外殼的iPhone中使用了一種金屬背板散熱的技術,它在使用石墨散熱膜的基礎上,在金屬外殼的內部也設計了一層金屬導熱板,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並消失,握持時人也不會感受到太多的熱量存在。

2.3導熱凝膠/導熱硅膠散熱

關於這種方式,大家應該也是比較熟悉的,其實和電腦的處理器和散熱器中間的那種硅脂層是一個原理,其作用是讓處理器散發的熱量能夠更快的傳遞到散熱器上從而散發出去。 導熱凝膠是半固態,類似牙膏狀,一般就是直接點到熱源周圍,起到傳熱的作用;導熱硅膠是一中很軟的固體,類似海綿,直接貼到熱源上方,與熱源接觸導熱;

2.4熱管散熱

所謂熱管技術,就是將一個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。在手機行業,也可以稱之為水冷散熱。 只是這種散熱技術佔用空間比較大,在手機上用的比較少,其實早在三年前,日本智能手機廠商NEC就發布了世界上第一款採用熱管散熱技術的手機NEC N-06E;有興趣的朋友可以找些圖片研究一下;

本文提到的智能手機結構散熱方法,都是廠商採用的。其實,讓手機完全不熱是完全不現實的,手機發熱也屬正常。如果你的手機平時使用溫度不超30度,遊戲溫度不超過50度,或則說你感覺可以發熱接受,那就沒什麼問題。

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