5G手机散热材料手机导热和散热材料 _小知识

散热材料和技术当前主要被应用在消费电子、通信设备、新能源汽车、工业、医疗、数据中心等领域。其中消费电子和通信设备领域应用需求最大，市场占比较超过80% 。随着智能手机、计算机、可穿戴设备等消费电子产品配置升高，消费电子产品硬件不断升级，硬件的升级对散热性能提出了更高的要求，推动散热材料需求扩增。以智能手机为例，5G手机在内部硬件配置和整体架构设计上，与传统4G手机有很大的不同，5G手机无论是从芯片、天线设计、存储空间及速度还是空间布局、相素等，都较4G手机具有明显提升。这些硬件的堆砌将为手机尺寸在更紧凑化的趋势下带来更高的发热量，手机散热需求也愈发苛刻。目前，手机散热技术各不相同，所以一般为了让手机散热性能更强，旗舰手机就会采用组合方式将这些散热材料和技术搭配使用，优势互补。
以手机芯片为例，4G手机的芯片功率为1W-2W，导热凝胶、石墨片、手机中框等均可实现散热。但5G手机芯片最大功率将达到5W-7W，传统的石墨片难以解决，催生新的材料，如石墨烯、超薄热管、超薄均热板等材料。如下表所示，更多的手机厂商采用了多种散热方式结合来进行手机的散热，随着石墨烯技术逐渐成熟，均热板散热成本减低，预计未来此种复合方案应用比例会进一步提高。

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部分5G手机的散热方案对比
同时，未来电子设备小型化趋势促使散热材料和技术向多功能发展。在保证高导热能力的同时还可兼顾电磁屏蔽、滤波、储热等功能，实现散热材料功能的最大化。例如，阶段智能手机多采用玻璃（1.09 W/m·K）、陶瓷（20 W/m·K）、合金（236 W/m·K）和塑料（0.65 W/m·K）作为外壳材料。在导热性能方面，玻璃、陶瓷和塑料比合金差，手机内部需填充更多导热材料才可达到合金外壳手机同等散热效果，但是金属材料会对手机信号造成干扰。在5G时期，采用Massive MIMO技术，手机天线数量将从4G时代的2-4根变为8根甚至16根，由于电磁波会被金属屏蔽，在5G天线数量增多以及电磁波穿透能力变弱的情况下，金属外壳已经不再适用。手机外壳是手机的两条重要传热路径之一，在5G手机外壳非金属化时代下，很大程度上增加了散热材料和技术的热管理方案的设计难度。以下笔者简要梳理了目前主流的手机散热材料和散热技术的技术特点，及各材料或技术的优点和缺点。
一、热界面材料
1.1 导热凝胶
导热凝胶是一种较为新颖的热界面材料。其作用机制是将还未固化的液态聚合物通过用手动或自动的方式填入电子设备的界面之中，然后再在一定条件下固化成热固性聚合物材料，从而实现最大程度地贴合两相界面，减少空隙。一般的导热凝胶是由高导热的填料与高分子基体组合而成。根据导热填料是否导电能够将导热凝胶分为两类：绝缘导热凝胶（如AlN/环氧胶）以及导电导热凝胶（如银粉/环氧胶）。制备导热凝胶所使用的高分子树脂基体主要有有机硅、聚氨酯、环氧以及其他类的导热凝胶。
优点：对比导热垫片，导热凝胶更加柔软，表面亲和力更强，在外力下可将导热凝胶压缩到0.1mm，因此设备使用起来可以避免产生内应力。对比导热膏，导热凝胶操作更加简便，导热膏一般使用丝网印刷或直接刷涂，影响环境，并且具有流动性可能导致电路板短路，导热凝胶可以成型为任意形状，对于不规则界面也能确保紧密接触。另外，导热凝胶在使用中可以很好地附着在固体表面，无渗油和干燥问题，具有耐高温，耐老化，可靠性高的特点，可在-40-150℃温度范围内长期工作。
缺点：导热凝胶使用中需要进行固化步骤，其热导率比导热膏低，另外导热凝胶的粘结性能较弱，使用过程中可能导致分层现象，影响电子设备有效散热。

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导热凝胶
1.2 冰巢散热——相变材料
相变材料是一种具有良好导热性能的相变材料的总称，是指能够随着温度的变化由固态变成液态，并能够降低界面热阻实现热量传递的一种复合材料。相变材料通常在50-80 ℃范围内熔化，并具有多种填料结构配置以增强其导热性。相变材料的熔点通常被设计为低于电子元器件的最高工作温度，如果相变温度较低，当环境温度过高时，相变材料发生相变的可能性就会增加。相变材料分为无机类相变材料、有机类相变材料和混合类相变材料，其中石蜡是常见的一种相变材料，向石蜡中填充导热填料能够制备出导热性能较好的相变材料。

5G手机散热材料 手机导热和散热材料

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