发烧不停散热不止!浅谈手机散热设计

来源:南方数码 2016-10-08 09:39:00

【手机中国 评测】记得大学时代,我跟同宿舍哥们到体验店“欣赏”手机,随手拿起一款手机,一时间感觉到的是发烫的机身,我就忍不住刁难业务员:“为什么这手机这么烫?是不是设计不好?”结果业务员来了一句:“看到机身周边的金属边框了吗?这就是为手机内部组件导热而采用的设计!”我竟无言以对!

试想在台式电脑和笔记本上,一颗不到2GHz频率的处理器都配备了一个大大的风扇进行散热。手机不同于电脑,俗话说麻雀虽小五脏俱全,现在的智能手机足以与几年前PC硬件配置匹敌,处理器、闪存、内存等PC上的主要元器件同时也是主导着智能手机的核心硬件。手机有着天然小巧的精致构造,内部热量势必会直接影响到手机性能的正常发挥,而且考虑到散热扇的思想于手机而言是行不通的,所以发热问题可以说已经成为手机性能进一步提升的瓶颈,厂商们研发新款手机、采用零部件时不得不考虑针对手机发热问题的设计。

为使手机性能和体验不断升级而不被散热问题束缚,各个厂商也算是煞费苦心,从技术到外观设计出五花八门的散热方式,那这些设计到底效率如何,是不是能够直接对手机进行降温?笔者挑选了一些具有代表性的散热设计,为大家一一道来。

石墨贴片散热

首先要说手机里的发热大户,它就是所有手机厂商们一再追捧的对象,也是手机里最强悍的部分——处理器。首先必须承认的处理器确实是手机发热的一大罪魁祸首,手机中绝大多数的热量都来自于这个重磅核芯。现在处理器的核芯逐渐增多,如果控制不好热量,再高的性能也形同虚设,为此处理器生产商不断在制程上进行工艺探究,时下出现的14nm以及16nm工艺差不多是目前世界上最先进的工艺了。

高通骁龙821处理器

处理器采用更先进的工艺,就会使颗粒间距变小,通电过程变得更短,所需电量也随之变低,功耗变小那么发热自然降低,另外假如处理器单位面积不变,那么颗粒增多也会带来更强的性能,这就是先进工艺的带来的好处。时下高通骁龙821、820以及三星Exynos8890、7420和苹果A10、A9等都采用了最先进的14纳米或16纳米工艺技术,从处理器角度将发热控制到最低。

高通骁龙821处理器

石墨散热,石墨是一种良好的导热元素,具有独特的晶粒取向、延展性强,能够沿两个方向均匀导热,拥有比钢、铁、铅等多种金属材料更好的导热能力。采用石墨贴片散热是最常见的手机散热方式,既廉价效果又好。

小米手机5石墨散热膜

手机工作发热时,大面积的热量会经过贴在手机背板内部的石墨贴片,并快速由石墨贴片传导至手机背板外部和周边,如果手机配备金属后盖及金属边框,就会出现更明显、更好的散热效果,传热快散热也快。

小米手机5s

小米手机第一代开始就采用了石墨散热的方式为处理器降温,并且一直延续到最新的产品小米手机5s,当然新产品中已经使用了不仅石墨贴片一种散热方式。其他很多厂商也大都采用石墨散热材料作为手机及平板设备中散热的基础配置。

金属背板散热

金属背板散热,早期的智能机一般都采用塑料材质机身,而且机身芯片及工艺设计等使得手机内部的空间体积并没有被完全利用,所以单纯的石墨散热完全够用,但如今手机一般都是一体化机身设计,机身更加纤薄,且内部包含了金属架构,机内空间被很大程度利用,几乎没有闲暇的空间,为同样确保手机平稳低温高效运行,就出现了金属背板散热的构造。

iPhone6s金属背板

HTC10

当前的手机一般都具备了金属后壳机身,所以本质上都已经实现了这种散热方式,像iPhone以及HTC等手机都是比较早采用金属后壳设计的产品,另外现在的金属机身手机都采用石墨贴片+金属背板散热,热量传导到石墨贴片时会被迅速传递至金属后盖及全身,我们几乎感受不到产品在发热,因为密闭空间里热量通过金属传递迅速,还没来的及传达到握持人的手心,就凉下来了。

导热凝胶散热

导热凝胶散热道理很简单,就像电脑处理器与散热器之间填涂的一层硅脂一样,导热凝胶可以迅速吸收处理器上的温度,以更快的方式直接将处理器表面热量传递到散热辅件上,比石墨贴片更为直接,速度更快。

华为荣耀6导热凝胶

华为荣耀6

经典的例子是华为荣耀6,华为荣耀6的采用了海思麒麟920处理器,因当时麒麟处理器还处在快速成长阶段,兼容方面并不是很完美,所以发热问题也是难以避免,而导热凝胶设计使其最大程度地实现良好散热。

冰巢散热

14年10月份,OPPO发布了向Finder致敬经典的新一代力作OPPO R5,以4.85mm的超薄机身卫冕当时最薄手机冠军,在这部手机身上,OPPO第一次引入类液态金属散热材质,也就是有名的冰巢散热系统。

OPPOR5冰巢散热系统

OPPON3

冰巢散热系统采用导热系数为空气的140多倍的类液态材质作为导热介质,填充之前的空气部分,系统覆盖于手机芯片之上。当机身内温度达到27摄氏度左右时,这层类液态金属就开始从固态变为液态,固态金属液化过程吸走大量热量,当温度达到45摄氏度时,类液态金属完全变为液态,从而完全隔离开空气,更加紧密地贴合芯片,热量全部被液态金属吸收,并传到至四周的骨架上,骨架上预置石墨导热片,可以使热量迅速散去,这就极大的提高了散热效率。而且这种新型的类液态金属可保持在70摄氏度下不会出现流动或者溢出等问题,不会对散热系统造成稳定性方面的影响。

热管散热

热管散热也是借鉴PC上的热管散热系统,很多厂商采用过这种设计,只是名字称呼起来有所不同,比如微软Lumia950/950L所采用的热管技术叫做Liquid Cooling“液态冷却技术”,360奇酷手机采用热管技术叫做“太空水冷散热系统”,中兴称其为“主动循环纳米导热系统”,索尼Z5也采用了这种热管散热,配备了双条铜管,效率更高。

360奇酷手机

索尼XperiaZ5

水冷系统,听起来像是很多电脑DIY用户使用的水冷技术,但事实上这与水冷技术并不同,这种热管设计道理很简单,在处理器上面覆盖中空铜质导管,导管一端顶点会直接连接手机处理器,另一端连接金属外壳或者其他导热辅件,导管中注入一种液体。当处理器产生热量时,热管中的液体吸收热量变为气体,热量沿导管传递到导热辅件后散失,从而达到散热效果。

写在最后:对于一款智能手机而言,发热几乎是一个无法回避的问题,好的散热设计可以最大程度的避免手机严重发热的情形。如今五花八门的散热技术区别已经不是很明显了,多数厂商都是采用各种散热技术混搭的方法,而且在系统层不断做软件方面的优化,目的都是让那些发烧旗舰大户的温度保持在可以接受的范围内,相信随着处理器工艺的不断改进、散热方式的不断探索以及系统深层的逻辑优化,手机发热问题会得到进一步控制与改善。

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