G元年,包括三星、华为、vivo、iQOO等品牌5G智能手机,纷纷导入两相导热-热管和均热板(VC)作为核心的均热部件,助力5G手机快速散热。
各家的宣传表示,液冷VC的散热效果是热管的3倍左右。热管的等效导热系数是纯铜膜的0倍,均热板VC的等效导热系数是热管的2~3倍。
5G手机两相液冷散热方案汇总品牌发布时间型号两相导热元件华为年4月Mate20X5G均温板OPPO年4月Reno5G热管vivo年9月vivoNEX35G均温板iQOO年8月iQOOPro5G均温板小米年2月MIX35G热管三星年2月GalaxyS05G均温板年8月GalaxyNote05G均温板中兴年2月Axon0Pro5G热管联想年4月Z6pro5G热管一加年5月onePlus7pro5G热管图:各品牌5G手机两相散热产品采用情况
产业链消息称,今年下半年高端5G手机基本上都会导入VC散热,下面我们将从热管与VC的区别,手机的自然散热极限等方面做比对分析,帮助大家更好的理解5G手机的散热需求。▌热管与VC的工艺区别目前手机用超薄热管的制程工艺跟普通热管差别不大,但毛细结构的铜粉烧结已替换为烧结铜制网,以适应0.4mm以下的压扁厚度。
超薄VC采用蚀刻+钎焊或扩散焊制程,批量应用的薄度为0.4mm,0.35mm,0.30mm的产品已进入验证或小批试产阶段。
制程上的差别也导致了热管与VC往更薄度方向做的潜力,业界认为,D8薄管往0.35mm,0.30mm厚度从来料到制程方面都是较大挑战。
▌热管与VC的应用区别在5G智能手机上,热管及VC一般是经由热界面材料TIM贴合,其冷端与手机热源(AP)接触,热端与机身合金材料接触,藉由相变填充工质的快速蒸发冷凝过程,把热量快速扩散到机体合金框架,经由自然空气对流和辐射散热。当前,超薄VC解热可以做到2~5w,而超薄管为5~6w。
但值得注意的是,现在大面积的热管、均温板无非就是把外壳温度做得再均匀点,当整机超过自然散热极限,均温技术将无法应对手机散热,需要用到新的散热技术。
超薄热管的外形为一维平面,有效长度受到厚度和手机内部结构的限制。目前,业界批量应用的最长超薄管是努比亚红魔3S的D5管,压扁0.35mm,长度87mm。
VC相对热管的一大优势是外形限制小,可以参照手机硬件布局,灵活贴合设计,冷端接触面可以做很大,全部覆盖热源芯片。整体宽度及长度也可以做大,异形,段差结构也没问题。
三星Note05G异形段差VC(图自:iFixit)
▌手机自然散热面临极限挑战当下,业界未广泛将主动散热技术导入4G/5G手机,手机散热还是以空气自然对流及辐射散热为主。下面我们选取一款主流的大屏智能手机,外形尺寸58mm×77.2mm×8.3mm,进行自然散热分析。手机自然散热计算依据
自动计算软件界面
手机自然散热分析软件,能够根据设定的分析参数,自动计算设备的发热量。根据密封壳体自然散热理论计算公式来看,该大屏智能手机散热极限功率在5.6W左右,超过此极限散热功率,手机外壳温度无法保证在45℃以下
环温25℃。因此采用常规的自然冷却技术,建议手机热功耗不要超过5.6W根据仿真分析,当前手机尺寸,采用热管或均温板等均温技术,最大散热量约在6.4W,超过此热功耗,手机外壳温度低于45℃无法保证。
综上所述,当前手机尺寸(58*77.2*8.3mm),采用自然散热(无通风孔),热设计功耗须在7W以下,才能满足壳温度低于45℃的要求。据业界消息,5G手机的峰值功耗达到0~2W,这对热设计工程师如何控制结温和壳温,提出极大挑战。当运行功率超过自然散热极限,手机会根据软件调控,自动降低计算性能,但这样多少会影响到用户体验。因此,引入新的散热材料,主动散热技术或趋势优化功耗控制才有望打破手机温升的困境。感谢阅读,在此致谢指导老师!5G热管理交流群
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