手机散热哪些事儿

原创 老徐的技术专栏 2023-10-07 23:07

散热是手机最重要的性能之一,尤其是对游戏重度用户而言,因此游戏玩家在购买手机时,如果更好的评估手机散热性能尤其重要,因此本篇文章将基于一个曾经的手机温升工程师的角度详细分析。

一、散热指标

通常手机厂商自己都会有一些参数将手机的散热能力进行量化,主要有两个指标:

1、散热能力

P=A/(T1-25℃)A为指定的功耗

此公式的代表的是在限制手机固定功耗A的基础上,和手机基于室温条件下最热点升温的比值,即代表了手机的散热能力。

可以这样理解,同样的功耗A,手机最热点温度增加的越小,则散热能力P越大,手机的散热能力越好。

2、均温性能

Tamp=Tmax-Tmin

手机表面温度最热点和最低点的温度差值。

这两个指标是对手机的散热进行了量化,但是对消费者而言,很难实际去测量,只能通过厂家的宣传去简单评估,只有深度玩家才会去研究测评数据,对消费者而言,最快速的方式还是基于散热材料+结构材质两个角度评估。

二、手机散热材料和材质

一般手机温度最高的几个点是CPU位置、camera位置、充电IC位置、PMIC(电源管理芯片)、PA(射频PA)这几个位置,其中CPU、camera、充电IC是发热量最大的大头。所以手机厂商堆料一般也是在这几个部分。

手机的内部空间可以说是寸土寸金,要在这么小的机身里做散热设计,工程量是很大的。近几年散热方案也一直在进步,从铜箔、石墨、热管等方案,到现在大量使用VC均热板,几乎已经成为中高端机型的标配。

1、VC均热板

VC散热,全称Vapor Chamber,也就是“真空腔均热板散热技术”,大致原理就是让冷却液吸收热源的能量,然后经过蒸发(吸热)、冷凝(放热)的相变过程,将热量分散导向外部。这个散热过程会在手机内部形成一个回流通道,一直循环就可以将发热部位(主要是处理器)的热量传导到外部。

这个方案和传统的热管散热原理类似,但热管受热面积有限,VC均热面板则拥有更大的覆盖面积,故而可以高效地吸收热量并且传导到外部。知道了原理,我们就可以得到一个公式:VC散热面积越大,理论散热效果就会越好。

的确,均热板面积对散热效果有很大帮助,而且这也是一个很直观的数据,厂商在宣传时可以进行有效的传播。

VC的主要使用位置是前壳的CPU位置,随着充电发热越来越大,也有厂商开始将VC用在充电IC位置。

2、热管

热管常用的有D5热管、D8热管等类型,其用处和VC类似,但是热管的缺点也很明显,因为工艺限制,其形状通常不能随意,直来直去,导致使用位置和面积受限。总体上热管的散热性能差于VC。

3、石墨管

利用多层石墨设计的石墨管进行散热,使用位置和热管VC相同,石墨管的散热性能一般差于热管和VC,但是其形状可以随意设计。

4、石墨

石墨一般的实用位置是前壳、后壳、支架、屏蔽罩等位置,石墨的层数、面积、以及使用的位置对手机整体的散热性能也非常大。

5、材质

手机的中框、支架对散热的性能影响也非常大:

(1)中框合金

一般材质分为塑料、合金两大类,合金材质散热优于塑料,合金材质也分为不同的类型,一般铝合金的散热性能优于镁合金。

(2)边框材质

边框材质一般为塑料,但是也有一些厂商的机型喜欢用金属材质,这类手机边框发热风险很大,很难从设计上做优化(一般采用金属隔热槽)。

老徐的技术专栏 专注于手机、IOT等领域的高速PCB电路、基带、RF以及BSP领域的开发知识的分享。
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