「放弃外壳散热，全面转向风冷」，智能手机未来散热设计方向？

众所周知，随着基础设施的大规模建设以及5G服务的迅速推广，5G智能手机被认为是未来几年最大的市场机会之一。同时，智能手机处理器算力在快速提升，是先进半导体制程的主要推动力。

5G时代，大数据运算、高清影像处理成为智能手机的高频应用，某些5G智能手机的算力甚至赶超了中低端的PC机。智能手机处理器的运算频率将突破2.0GHz，处理器容纳的晶体管数量急剧增加，在极高的热流密度下，散热与芯片性能之间的矛盾日益突出。

不幸的是，智能手机的轻薄外形意味着它不可能有足够的空间来容纳常规的散热器，传统的散热方案在5G智能手机上面临抓襟见肘的困境。

几种典型的高端5G手机芯片的平均功耗（数据引用自Anandtech，平均功耗数据采集自曼哈顿3.1离屏测试）

5G智能手机散热设计的现状

现在，越来越多的手机开始宣传他们新品上的散热设计。5G智能手机的散热材料也从单纯的石墨导热膜、导热硅胶等发展到了铜箔、石墨烯膜、热管、均热板等。在电竞手机上甚至内置了涡轮微型风扇，进行主动散热，小米等品牌出品的手机外挂半导体制冷散热器在游戏及直播等用户群体中受到欢迎。

冰封散热背夹 Pro

从手机品牌商在公开渠道发布的信息了解到，散热问题是他们开发5G智能手机的难点之一，功耗往往超乎了开发者的预期。各品牌的第一代5G手机都在散热设计上应用了新型的材料，并有将高规格的散热堆料延续至新机种的趋势。

石墨烯散热技术首次出现在华为第一款5G智能手机Mate20X上，后续华为发布的P30、P40、Mate30、Mate40等系列5G智能手机，继续使用石墨烯散热膜。2019年，三星在首款5G智能手机Galaxy S10上应用了新型的超薄均温板（VC），促进了这种在PC产品上应用的两相液冷散热技术大规模应用于5G智能手机。业界认为，随着5G网络覆盖率的不断加大，大数据计算应用的占时不断增加，5G智能手机的热功耗增长预期没有改变，将持续促进对新型散热材料的需求。

石墨烯复合散热材料（碳华科技，拍摄于深圳高交会）

超薄均热板（UTVC）

目前，除了电竞游戏手机得益于特殊的产品定位及外形设计，能够在机身中内置微型散热风扇，然而这也一定程度上牺牲了轻薄度及静音性。

“放弃外壳散热，全面转向风冷”

大部分5G智能手机上采用的散热手段，设计思路均是快速扩散局部热量（热点的热量），而热量的最终耗散大部分依靠机身的自然空气对流散热及人手的热传导。

在低功耗的应用场景下，热量的耗散速度尚能满足整机的热控制要求，但在长时间的高功耗的使用场景，高发热量将导致手机外壳温度超出人手可以接受的握持温度，尤其是高导热率的金属中框将烫得无法忍受。

认识到以上的现状，研究机构IDTechEx认为5G智能手机性能的提升与难有突破的散热设计之间存在矛盾。IDTechEx发布报告称，未来智能手机散热设计发展方向，很可能会转向被动式风冷与隔热材料的组合。

这种设计思路是在机身内部设计能让空气流通的风道，并通过在外壳上设计细小的缝隙，来实现内外冷热空气的交换，同时在边框和背板内部布置诸如特殊隔热膜、隔热气凝胶之类的材料，确保机身内部的高温不再通过中框和背板进行传导——也就是说，不再会有“烫手”的烦恼。

虽然乍听之下，这种“放弃外壳散热，全面转向风冷”的思路非常离经叛道，但事实上它所涉及到的基本设计和特殊材料，在消费电子领域早已不再新奇。努比亚红魔系列游戏手机，使用的就是在背板上开防水导风孔，在机身内置散热风扇的风冷设计；Gore工业设计的隔热薄膜材料（二氧化硅气凝胶颗粒）在戴尔XPS笔记本电脑的掌托部位已经应用多年，取得了很好的效果。针对5G智能手机，Gore再次提供了专门针对mmWave 5G天线的高级隔热材料，用来降低天线热点位置的边框温度，改善用户体验。

我们认为IDTechEx报告分享的智能手机未来散热设计方向，其出发点是建立在用户对手机良好体验的基本诉求上，为智能手机的性能与散热设计之间的矛盾提供了新颖的设计思路。

智能手机紧凑的内部空间，面临构建足够的空气通道的极大挑战，自然冷热空气热交换不足于对付日益涨长的发热量预期。如何构建有效的空气流道，并加速空气交换，将是极具挑战的热设计课题。

参考来源：IDTechEx

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