此外，5G手機普遍采用基帶外掛的方案，相關電路和電源芯片也要增加，手機內(nèi)部功耗相應增加；由于5G覆蓋范圍不足，導致手機頻繁啟動5G信號搜索功能，發(fā)熱量也會變大。試驗證明，溫度每升高2℃，電子元器件可靠性將下降10%，其在50℃環(huán)境下的壽命只有25℃的 1/6。由此可見，散熱器件是5G手機中不能省掉、必不可少的環(huán)節(jié)。    

一般而言，電子器件散熱有主動散熱（降低手機自發(fā)熱量）和被動散熱（加快熱量向外散出）兩種路線。其中，主動散熱主要利用與發(fā)熱體無關的動力元件強制散熱，一般應用于高功率密度且體積相對較大的電子設備，如臺式機和筆記本中配備的風扇、數(shù)據(jù)中心服務器的液冷散熱；被動散熱則主要通過導熱材料和導熱器件將元器件產(chǎn)生的熱量釋放到環(huán)境中，是一種沒有動力元件參與的散熱方式，廣泛應用于手機、平板、智能手表、戶外基站等。

目前，電子器件使用的散熱技術主要包括石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導熱凝膠散熱等導熱材料，以及熱管、VC等導熱器件。其中，導熱凝膠、導熱硅脂、石墨片和金屬片主要在中小型電子產(chǎn)品使用，熱管和VC則主要用在筆記本、電腦、服務器等中大型電子設備中使用。

導熱系數(shù)和厚度是評估散熱材料的核心指標。傳統(tǒng)手機散熱材料以石墨片和導熱凝膠等熱界面材料（TIM）為主，但是石墨片存在導熱系數(shù)相對較低，TIM材料則存在厚度相對較大等問題。在手機廠商的推動下，石墨烯材料持續(xù)取得突破，開始切入到消費電子散熱應用；熱管和VC厚度不斷降低，開始從電腦、服務器等領域滲透到智能手機領域。

熱管和均熱板利用熱傳導與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，導熱系數(shù)較金屬和石墨材料有10倍以上提升，作為新興的散熱技術方案，近年來在智能手機領域開始獲得廣泛應用。其中，熱管的導熱系數(shù)范圍為10000~100000 W/mK，是純銅膜的20倍，是多層石墨膜10倍；均熱板作為熱管技術的升級，進一步實現(xiàn)了導熱系數(shù)的提升。

熱管一般由管殼、吸液芯和端蓋構成，將管內(nèi)抽成1.3×(10-1~10-2)Pa的壓強后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據(jù)應用需要在兩段中間可布置絕熱段。吸液芯采用毛細微孔材料，利用毛細吸力（由液體表面張力產(chǎn)生）回流液體，管內(nèi)液體在吸熱段吸熱蒸發(fā)，冷卻段冷凝回流，循環(huán)帶走熱量。

從熱傳遞的三種方式來看（輻射、對流、傳導），對流傳導效率最高，因此熱管技術一經(jīng)誕生就迅速普及開來。1963年，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室發(fā)明熱管技術。此后，熱管技術迅速應用于宇航、軍工等行業(yè)。隨著消費電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，熱管技術逐漸應用于桌面電腦、筆記本、LED、平板電腦和手機中。

均熱板工作原理與熱管類似，同樣包括傳導、蒸發(fā)、對流、冷凝四個主要步驟。兩者差別主要在于熱傳導方式不同。熱管的熱傳導方式是一維的，是線的熱傳導方式，而均熱板的熱傳導方式是二維的，是面的熱傳導方式。相對于熱管，首先均熱板與熱源以及散熱介質(zhì)的接觸面積更大，能夠使表面溫度更加均勻；其次使用均熱板可以使熱源和設備直接接觸降低熱阻，而熱管則在熱源和熱管間需要嵌入基板；最后均熱板更加輕薄，更能夠適應手機集成化、輕量化的趨勢。相關研究表明，VC散熱器的性能比熱管提高20%~30%。

隨著5G手機功耗持續(xù)升高，對整機散熱能力的要求不斷提升，均熱板/超薄均熱板的應用開始激增。4G時代高端手機普遍采用熱管技術來實現(xiàn)快速散熱。進入5G時代，手機廠商開始廣泛應用均熱板技術，進一步提升智能手機的散熱效率。

雖然熱管和均熱板的導熱系數(shù)更高，但是原理是加快熱量從手機發(fā)熱部件轉移到環(huán)境中的速度，最終散熱效果還是要看散熱材料與空氣之間的熱對流。因此，散熱材料的熱特性對手機散熱效果有著不可忽視的影響。目前，“散熱片（石墨烯膜/石墨片）+熱管/均熱板”的整體解決方案逐漸被市場所認可。

均熱板與熱管的區(qū)別，還在于器件結構的差異。傳統(tǒng)的兩層均熱板制作流程為在銅基的基礎上燒結支柱和燈芯結構，然后進行銅焊、灌水并密封，最后釬焊周邊，形成穩(wěn)固的均熱板。隨著工藝技術的發(fā)展，和不同應用場景對器件大小、性能的要求，均熱板制作工藝和結構不斷優(yōu)化升級，相關產(chǎn)品快速迭代。

近年來，VC均熱板技術演進方向主要集中于以下幾個方面：一是均熱板選材多樣化，受益于中框-VC一體化散熱解決方案，不銹鋼VC嶄露頭角；二是封裝工藝正在變革，激光封裝有望替代鍍銅釬焊封裝制程；三是超薄VC銅網(wǎng)燒結毛細制程有望被打破，毛細制程多樣化，印刷毛細與半導體光罩蝕刻毛細嶄露頭角；四是厚度進一步下探，VC均熱板有望薄至0.3mm以下。

此外，自動化正在成為VC均熱板制程發(fā)展的必然趨勢，注水除氣、插鼠尾、置銅網(wǎng)等關鍵工序?qū)崿F(xiàn)高度自動化。未來幾年，VC均熱板生產(chǎn)將逐步集中于手機精密機構件供應鏈頭部廠家，促進自動化的普及。相比之下，自動化程度高的均熱板生產(chǎn)企業(yè)將獲得競爭優(yōu)勢，市場競爭將進一步加劇。

根據(jù)Yole Development預測，2019-2025年間5G手機銷量將以72%的復合增長率擴張；到2025年，5G手機市場份額將占總市場份額的30%左右；屆時，支持毫米波頻段的5G手機將占全部5G手機的13%。盡管受疫情影響，2020年第一季度全球智能手機出貨量2.758億臺，同比下降11.7%。但高通對全年5G手機出貨量較為樂觀，維持2020年5G手機出貨預測在1.75億至2.25億部不變。

隨著5G通信技術不斷走向成熟，5G手機終端開始放量，VC均熱板將迎來爆發(fā)性增長。假設VC均熱板在5G手機中的滲透率達到30%，單片VC均熱板價值15元人民幣，則2025年全球手機VC均熱板市場將達到90億元人民幣以上。受此驅(qū)動，VC均熱板技術迭代加速，新材料、新結構、新工藝將不斷涌現(xiàn)，自動化程度繼續(xù)提升，國際競爭日趨激烈。

比熱管還高級？VC均熱板真的好用嗎？

01 新興的VC均溫板

熱管雖然非常適合筆記本和手機這類超輕薄的移動設備，但在“瘦身風潮”肆虐的當下，無論是游戲本還是游戲手機也都以更性感的身材為榮，有限的內(nèi)部空間用于很難安置更多、更長和更粗的熱管。

因此，業(yè)內(nèi)迫切需要一種比熱管導熱效率更高的散熱部件。于是，名為VC（Vapor Chamber）的“均熱板”（又稱“均溫板”）便出現(xiàn)了。

02 VC均熱板的散熱原理

作為筆記本和智能手機的新型散熱方式，VC均熱板同樣屬于相變導熱的代表，也是由純銅打造的內(nèi)部密封且中空（內(nèi)壁不光滑，布滿毛細結構），并填充冷凝液的散熱單元，只是它的形態(tài)并非熱管的扁平“條狀”，而是呈現(xiàn)出更寬的扁平“片狀”。

VC均熱板的內(nèi)部結構

VC均熱板的工作原理和熱管有相似也有不同，但大體上都包含傳導→蒸發(fā)→對流→凝固四個步驟。

首先，發(fā)熱源（芯片）運行時產(chǎn)生的熱量傳導至VC均熱板的蒸發(fā)端，內(nèi)部的冷凝液會迅速吸收這些熱量并轉化為蒸氣，從而帶走大量的熱能。由于水蒸氣的潛熱性，VC均熱板的熱蒸汽會由高壓區(qū)擴散到低壓區(qū)（冷凝端），當蒸汽接觸溫度較低的內(nèi)壁時會迅速凝結為液體并釋放熱能。最后，這些液體會利用毛細作用流回蒸發(fā)端，最終形成一個水氣并存的雙相循環(huán)系統(tǒng)。

熱管的散熱原理

熱管和VC均熱板的差異主要表現(xiàn)在內(nèi)部的傳導方式方式上。熱管受制于“條狀”形態(tài)，熱量（熱蒸汽）只能在左右兩個方向上進行線性傳導。此外，在熱管和發(fā)熱源（芯片）之間往往還需嵌入一層散熱基板，后者的材質(zhì)、面積和填充物也會影響一定的導熱效率。

VC均熱板的工作原理

反觀VC均熱板，得益于其“片狀”的形態(tài)，熱量可以向多個水平方向傳導，冷凝的效率更高，而且它與熱源以及散熱介質(zhì)的接觸面積更大，能夠使表面溫度更加均勻。由于VC均熱板和能與發(fā)熱源直接接觸無需基板，還可進一步降低熱阻?？傊竺娣e的VC均熱板可以更好地減少熱點，實現(xiàn)芯片下的等溫性，較之熱管可以做得更薄，在水平方向上的散熱性能堪稱完美。因此，這種導熱單元更加符合目前筆記本和智能手機輕薄化、空間利用最大化的發(fā)展趨勢。

03 VC與熱管的混合應用

相對于熱管而言，VC均熱板的成本更高，所以它很難在筆記本領域迅速普及，但在高端智能手機身上卻已經(jīng)有了燎原的趨勢。為了進一步提升散熱效率，無論是手機還是PC領域還出現(xiàn)了熱管和VC均熱板混搭的案例。

在PC領域，熱管和VC混搭常見于CPU散熱器，很多散熱器與CPU接觸的部分就是VC均熱板，而且它們還實現(xiàn)了均熱板與熱管的無縫結合，冷凝液和熱蒸汽可以在這兩種導熱單元之間循環(huán)，從最大限度挖掘出了蒸汽→液體→蒸汽的高效導熱特性。

標簽： 導熱散熱 散熱器 點擊：439 評論:0