手持行業設計中，一般超強運行能力的手機會存在散熱的問題，高頻CPU的熱量集中，這也是現代電子元器件設計過程中不可避免的話題。據統計電子元器件因熱量集中引起的材料失效占總失效率的65%-80%，振動及沖擊載荷失效約為10%，其他占15%左右，可見熱管理技術是電子產品設計的關鍵考量因素。
電子元器件熱應力破壞的原因
一般可從兩個方面來解釋：
1.電子元件內晶片因熱量積累導致溫度升高，以至集電極電流增大，而同時電流增大又會造成熱量上升，進而造成元件損壞。
2.不同的材質有不同的熱脹系數，溫度不一致會造成封裝材質熱應力破壞。
如何有效的設計手持設備的熱解決方案呢？首先需要了解兩個關鍵知識點：
接觸熱阻是由接觸界面的粗糙程度所造成的，即便材料表面看上去很平整，其實從微觀的角度看仍是坑坑洼洼，導致散熱效果不好。
導熱系數是材料的本身屬性，是指材料的導熱能力。
因此好熱管理方案必須要處理好這兩個問題。現在市場上的手持設備熱管理方案主要使用以下幾種材料：
一是導熱硅膠類產品，導熱硅膠類產品具有很強的可壓縮性能，在使用過程中，壓力促使其接觸面增大，可減小散熱器和芯片間的接觸熱阻。盡管導熱硅膠類材料的導熱系數小（1-5W/m.k），但對提升熱管理系統的性能仍有一定作用，因此有一定的市場需求。目前市場上做導熱硅膠類產品的商家很多，價格實惠。
二是石墨及石墨類衍生品，主要是利用石墨超強的導熱系數進行散熱，特別是在手持設備行業，0.017mm厚度的人工石墨對空間的要求極低，且其導熱系數能夠達到1600W/m.k以上，是目前使用較多的手持設備導熱材料。目前市場上比較大的人工石墨廠家較多，如松下、中石偉業、碳元和思泉實業等。雖然人工石墨的導熱系數極佳，但是材料很薄，散熱能力有限。市場產能趨于飽和，價格趨近成本。
三是熱管產品，利用產品內工質的相變進行高效導熱的產品，熱管在電腦和通訊設備中使用已久，散熱效果明顯，這兩年才真正用于手機行業，從目前的市場反應來看，其是未來手機熱管理系統中當仁不讓的主流設計。目前市場上用熱管手機散熱的資料比較少，我詳細給大家介紹一下手機熱管材料的使用原理。
熱管是一種利用相變傳熱技術工作的被動傳熱元件，依靠工質的相變（液相與汽相間的轉變）來傳遞熱量。典型的熱管由管殼、吸液芯和工質組成。當熱管一端吸熱，吸熱端的液態工質汽化成蒸汽，在熱管內部壓差的作用下蒸汽向另一端高速運動，冷端遇冷后液化，釋放潛熱并重新冷凝成液態工質，并通過吸液芯結構回流。見下圖一所示，在工質受熱蒸發的區域稱為蒸發段，蒸汽遇冷液化的區域稱為冷凝段，在蒸發段與冷凝段之間，由于熱管與外界的熱交換很少，稱為絕熱段。
圖1.熱管的工作原理圖
三星Galaxy S7/Edge就采用了熱管散熱技術，為什么高頻的CPU也會有“冰涼”的手感，現在手機市場使用的熱管直徑在2mm-5mm，壓扁后的厚度≤0.6mm，使用過程中配合導熱硅脂降低接觸熱阻，再加上熱管及熱管模組相變導熱，熱量傳遞快，因此散熱效果好。目前市場上能夠做這種超薄的熱管的廠家非常少，除了臺系外，深圳市德鎰盟電子是為數不多擁有核心專利技術研發生產超薄熱管國內公司之一，有能力生產制造熱管及熱管模組。
熱管散熱與其他散熱材料在方案上的區別在于，前期我們需要做熱管理系統的數值模擬分析，且熱管的厚度（0.4mm-0.6mm）比石墨產品的0.017mm厚，所以在超薄手機等手持設備中，熱管的自身結構的優化設計及其在手機上的位置排布等都至關重要。目前，深圳德鎰盟電子可以根據熱需求，運用Icepak等軟件做熱管理系統的數值模擬分析，結合自身的熱管及模組技術進行前期的設計和熱管位置的規劃排布等。
另外還有液態金屬等材料，液態金屬的相變與熱管的相變是完全不一樣的，熱管是通過相變的高效導熱，而液態金屬的相變是在溫度高時軟化用來減少接觸熱阻，主要的導熱還是通過熱管理系統中金屬材料進行的。且由于價格昂貴，使用效果一般，在手持設備散熱上使用較少。
以上只是簡單介紹一下手持設備的部分散熱材料及其使用情況，其實在手持設備的熱管理系統設計是非常專業而且復雜的課題，也歡迎喜歡手持設備熱管理的朋友參與討論。
本文來源：新材料在線
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