如今手机整体性能都在疾速提升,更强大的处理器,5G模块,和越来越紧凑的手机主板设计,都在考验着手机的散热水准。厂家对散热的重视,也常常体现到了其宣传上,什么冰巢散热,太空水冷,航空高分子散热等等,其实透过现象看本质,这些只是厂家的营销术语,我们这里就来了解下手机厂家应对发热都有哪些手段。

手机最好的散热方案(手机散热如此重要)(1)

散热的重要性不言而喻,一方面影响手感,也会严重影响电池的寿命。另外,过高的机身温度也会阻碍性能的发挥。譬如当年的火龙 810,尽管性能强悍,但却因为发热降频,坑了一波厂商,却也带动了手机散热技术的进步。当时索尼 Xperia Z5 Premium 还特地采用了双热管的设计,但依旧压不住这颗芯片。

手机最好的散热方案(手机散热如此重要)(2)

所以,为了应对越来越强大的处理器,手机也采取了不同的散热策略。不过,手机的散热方式仍然以被动散热为主,所谓被动,就是采取导热的方式,将主要发热源的热度尽可能的传导出来。其中导热材料的好坏,直接影响着手机的散热效率。说到散热效率其实有一个量化的指标,那就是导热系数,单位是 W/mk(瓦/米.度)。熟知越高,代表导热的效率越快。通常来说,固体的导热系数大于液体大于气体,这主要是因为不同状态下分子间距不同所导致的。因此,我们所见的多数散热材料,都会采取紧贴热源的方式,加快导热的速度。

目前主流的导热材料,以石墨散热片、金属导热板、导热硅脂、热管和均热板较为常见,下面我们就一个个介绍。

▍石墨散热片

手机最好的散热方案(手机散热如此重要)(3)

石墨片的主要成分是碳,虽然并非金属但却有同样优秀的导热性能,其导热系数可达到 2000W/mk。加上其优秀的可塑性和化学稳定性,而且重量比铜更轻,这种散热材料不仅手机上很常见,它在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域都有广泛运用。

石墨散热片是手机最广泛使用的散热材料,基本所有厂家都会用,多见于手机后盖,主板和电池上方。得益于石墨的导热特性,它可以快速将热源的热量平铺开来,并传导至其他区域,帮助机器散热。不过,石墨虽然平面导热性能不错,但是垂直导热相对来说就比较一般。

当然,除了石墨散热片,不少厂家也会宣传「石墨烯散热」,石墨烯其实是单层碳原子,可以理解为更薄的石墨片,而且具备同样出色的导热性能,比如小米10,就将石墨烯材料覆盖到了处理器等核心部件上。石墨烯目前还会用于电池,作用是提升电极的导热和散热性能。

▍导热硅脂

手机最好的散热方案(手机散热如此重要)(4)

导热硅脂的主要原料为有机硅酮,它的主要用途是填补元器件和散热材料之间的空隙,装过机的小伙伴应该很熟悉。因为空隙中的空气是热的不良导体,导热硅脂可减少接触空气的面积,不同的导热硅脂,其导热性能都有一定区别。

在 2015 年,OPPO R5 宣称采用了一个名为「冰巢散热」的技术,其实就是在石墨贴片和元器件之间填入一层「类液态金属」,使得芯片与石墨散热贴之间贴合的更加紧密,更好的发挥石墨片的散热能力,从而提升散热效率。

▍热管

手机最好的散热方案(手机散热如此重要)(5)

热管散热,对于许多人来说或许更熟悉,一方面不仅是电脑上比较常用,另一方面多数用了这种技术的厂家,基本都会花大力气宣传,有些厂家还会营销为「液冷散热」「水冷」,当年 360 奇酷手机还宣传为「太空水冷」。不过热管与实际意义上的液冷散热区别还是不小的。

热管的结构大体可分为蒸发段,隔热段和冷凝段,依靠内部冷凝液的流动来带走热量。热管的散热过程可以拆分为三个步骤,汽化,热量传递,冷凝。首先,蒸发段受热,该处的冷凝液吸收热量并蒸发,接着,汽化的冷凝液流向冷凝段,释放出热量并液化,然后再流回蒸发段。热管就是通过这三个步骤的不断循环,持续将热量带出去。

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热管这种技术早在 2013 年就被 NEC 采用,后面包括索尼、360、华为、黑鲨等机器也用上了这一项技术,随后还出现了一些双热管手机,比如开头提到的 Xperia Z5 Premium 和黑鲨 Helo。而现在热管基本已经普及,就连不少中低端机型,比如红米 Note 8 Pro 也用上了热管散热。

▍VC 均热板

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相信透过去年各大厂家不遗余力的推广,不少人也知道了均热板这种材质的存在。VC 均热板全称是真空腔均热板,均热板其实和热管的原理相近,你可以将它视作为热管的延伸。VC 均热板的工作同样包含了传导、蒸发、凝固的步骤。与热管的区分主要是,热管是线性转移热量,而均热板的面积更大,可以在平面上传导热量。相比之下,均热板接触的热源面积更大,可覆盖到更多的元器件,散热效率也就更高。它也是目前多数旗舰机型的标配。

随着技术的发展,除了以上五种常见的散热方式外,也出现了一些特殊的散热手段。比如 ROG Phone 就在后盖上留有风口,通过外置风扇的方式给手机散热。而红魔的做法更彻底,内置了一颗小型风扇,像这种方案对于风道和布板设计就有着不小的挑战,并且还有潜在的进灰风险,所以用的厂家还比较少。

手机最好的散热方案(手机散热如此重要)(8)

除了主动散热外,还有一种更「主动」的方式,就是黑鲨出的冰封散热背夹,内部带有制冷晶片,可实现远低于环境温度的效果,黑鲨官方就做过演示,背夹可以瞬间实现本体降温 15 度以上,10 度环温一分钟表面可以结冰。这种做法降温效果也十分显著,代价就是对机器后背的平整度有一定要求,并且会增加体积和重量。

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相信随着机器性能的持续提升,以及手机日益集约化的设计,手机的散热会是厂家越来越重视的环节。不过当然,热量不会凭空消失,如何合理的导出热量,同时尽量避开手部的握持区域,这些就十分看重厂家的设计水平了。

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