手机自然散热浅析及薄管丨VC面临的功率挑战

目前，5G手机功耗一般为10~12W，热管均温板等均温技术能够较大程度缓解芯片发热大问题，但5G手机依然面临自然散热极限的挑战。

2019 5G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10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	2019年4月	Mate 20 X 5G	均温板
OPPO	2019年4月	Reno 5G	热管
vivo	2019年9月	vivo NEX 3 5G	均温板
iQOO	2019年8月	iQOO Pro 5G	均温板
小米	2019年2月	MIX3 5G	热管
三星	2019年2月	Galaxy S10 5G	均温板
2019年8月	Galaxy Note 10 5G	均温板
中兴	2019年2月	Axon 10 Pro 5G	热管
联想	2019年4月	Z6 pro 5G	热管
一加	2019年5月	onePlus 7 pro 5G	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12~15w，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Note 10 5G 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158mm×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（158*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10~12W，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。

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