
在手機(jī)散熱膜行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方面,企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)投入,積極與科研機(jī)構(gòu)合作,共同攻克技術(shù)難題。持續(xù)探索新型材料和改進(jìn)現(xiàn)有材料的制備工藝,提高散熱膜的導(dǎo)熱性能、輕薄化程度以及與手機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的適配性,例如,加大對石墨烯散熱膜、碳納米管散熱膜等新型散熱材料的研發(fā)力度,提高其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性,降低生產(chǎn)成本,以滿足市場對高性能散熱膜的需求。?
一、技術(shù)需求背景?
隨著科技的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品正朝著智能化、輕薄化和高性能化的方向邁進(jìn)。特別是 5G 技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使得手機(jī)等移動設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和通信速度大幅提升,這也導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量急劇增加。?
在智能化方面,手機(jī)的功能日益豐富,除了基本的通信和娛樂功能外,還集成了人工智能、大數(shù)據(jù)處理、高清拍攝等多種復(fù)雜功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴于手機(jī)內(nèi)部芯片性能的不斷提升,而芯片性能的增強(qiáng)往往伴隨著功耗的增加,進(jìn)而產(chǎn)生更多的熱量。例如,人工智能算法的運(yùn)行需要大量的計(jì)算資源,這會使芯片長時間處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),導(dǎo)致芯片溫度迅速上升。如果不能及時有效地散熱,芯片性能將會受到嚴(yán)重影響,甚至可能出現(xiàn)過熱保護(hù)而導(dǎo)致設(shè)備死機(jī)或重啟,極大地降低用戶體驗(yàn)。?
5G 技術(shù)的發(fā)展對手機(jī)散熱提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與 4G 相比,5G 手機(jī)的芯片處理能力提升了數(shù)倍,功率也相應(yīng)增加。同時,5G 手機(jī)采用了更復(fù)雜的天線和射頻設(shè)計(jì),如 Massive MIMO(大規(guī)模多輸入多輸出)天線技術(shù),要求手機(jī)內(nèi)置至少 8 個天線,每個天線都有自己的功放,這使得手機(jī)的功耗大幅增加,發(fā)熱問題更加突出。此外,5G 手機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為緊湊,機(jī)身向非金屬化演進(jìn),散熱空間有限且散熱性差,傳統(tǒng)的散熱技術(shù)難以滿足其散熱需求。?
為了確保手機(jī)在高性能運(yùn)行時的穩(wěn)定性和可靠性,高效的散熱技術(shù)成為關(guān)鍵。良好的散熱不僅能夠保證芯片等核心組件的正常工作,延長設(shè)備使用壽命,還能提升用戶在使用手機(jī)過程中的體驗(yàn),避免因過熱導(dǎo)致的屏幕亮度降低、幀率下降等問題。因此,開發(fā)高性能的手機(jī)散熱膜技術(shù)迫在眉睫,以適應(yīng)電子產(chǎn)品智能化和 5G 時代的發(fā)展需求。?
二、主要散熱膜技術(shù)特點(diǎn)?
石墨散熱膜:石墨散熱膜分為天然石墨散熱膜和人工合成石墨散熱膜,天然石墨散熱膜由天然石墨制成,具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,在真空條件下不會發(fā)生脫氣現(xiàn)象,可在 400℃以上的高溫環(huán)境中繼續(xù)使用。然而,其存在不能做太薄的問題,一般成品最薄只能做到 0.1MM 厚度,且散熱效果相對較差,在手機(jī)輕薄化和高性能化的趨勢下,市場占有率逐漸降低。人工合成石墨散熱膜由聚酰亞胺(PI 膜)經(jīng)過碳化和石墨化制成,具備諸多優(yōu)勢。它的導(dǎo)熱系數(shù)在 1000 - 1500W/m.K 之間,在水平方向上,導(dǎo)熱系數(shù)更是高達(dá) 300 - 1900W/(m?K),遠(yuǎn)高于銅和鋁等傳統(tǒng)金屬散熱材料,能夠快速將熱量傳遞出去。其比重輕,密度僅為 0.7 - 2.1g/cm³,有利于手機(jī)的輕薄化設(shè)計(jì)。同時,它具有良好的柔韌性,可反復(fù)彎曲,能平滑貼附在手機(jī)內(nèi)部任何平面和彎曲的表面,還可根據(jù)用途與 PET 等其他膜類材料復(fù)合或涂膠,并可裁剪沖壓成任意形狀,以滿足手機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求。不過,人工石墨散熱膜價格相對較高,且在加工過程中存在一些問題,如石墨是擠壓成型,做成成品過程要涂膠、覆膜,加工不良率較高,模切過程中邊緣容易掉粉,需要做包邊處理,導(dǎo)致加工成本增加。?
石墨烯散熱膜:是以石墨烯為原料,采用多層石墨烯堆疊而成的高定向散熱膜。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層二維晶體材料,具有優(yōu)異的電學(xué)性能、出色的機(jī)械性能、極高的導(dǎo)熱性。純的無缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá) 5300W/mK ,是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料,其導(dǎo)熱系數(shù)高于單壁碳納米管(3500W/mK)和多壁碳納米管(3000W/mK)。石墨烯散熱膜繼承了石墨烯的高導(dǎo)熱特性,在散熱性能上相比石墨散熱膜有一定提升,能夠更快速地將熱量傳導(dǎo)出去,有效降低手機(jī)內(nèi)部溫度。同時,它還具有質(zhì)量輕、材料薄、柔韌性好等優(yōu)勢,可多次彎折,能適應(yīng)手機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu),為手機(jī)的輕薄化設(shè)計(jì)提供了可能。自 2018 年被華為應(yīng)用于 Mate 20 系列后,在國內(nèi)旗艦機(jī)、游戲機(jī)上逐漸成為主流散熱方案之一。然而,目前石墨烯散熱膜的制備成本較高,大規(guī)模應(yīng)用仍受到一定限制,主要是因?yàn)槠渲苽涔に噺?fù)雜,對生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)要求較高,導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。?
碳納米管散熱膜:由納米碳(石墨同素異構(gòu)體)制成,最薄可做到 0.03mm,散熱功率可達(dá) 1000 - 6000,散熱效果顯著。碳納米管是一種新型的納米材料,具有重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)。碳納米管散熱膜利用碳納米管的這些特性,能夠快速將手機(jī)芯片產(chǎn)生的熱量傳遞到外界,從而有效降低芯片溫度。其加工工序簡單,只需開模和沖切,加工過程簡便,費(fèi)用低,成本優(yōu)勢明顯,在一些對成本較為敏感的中低端手機(jī)市場或特定應(yīng)用場景中具有一定的競爭力。同時,它還具備良好的柔韌性和較高的強(qiáng)度,能夠適應(yīng)手機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。但在市場認(rèn)知度和應(yīng)用普及程度上,相較于石墨散熱膜還有一定差距,主要是因?yàn)槠涫袌鐾茝V力度相對較小,消費(fèi)者和手機(jī)制造商對其性能和可靠性的了解還不夠深入。?
三、技術(shù)發(fā)展趨勢?
根據(jù)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn),隨著手機(jī)功能的不斷增加和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜,單一的散熱膜材料已難以滿足手機(jī)的散熱需求。未來,多種散熱組件構(gòu)成散熱模組將成為主流趨勢。散熱模組通常由石墨散熱膜、石墨烯散熱膜、碳納米管散熱膜、熱管、均熱板等多種散熱組件組成,通過合理搭配和優(yōu)化設(shè)計(jì),能夠充分發(fā)揮各組件的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)更高效的散熱效果。例如,在一些高端智能手機(jī)中,采用了石墨散熱膜與均熱板相結(jié)合的散熱模組,石墨散熱膜負(fù)責(zé)將芯片產(chǎn)生的熱量快速傳遞到均熱板上,均熱板則利用其高效的熱傳導(dǎo)性能,將熱量均勻地分散到整個手機(jī)內(nèi)部,從而有效降低芯片溫度,提高手機(jī)的性能和穩(wěn)定性。?
為了滿足手機(jī)對更高散熱性能的需求,超厚型或多層復(fù)合散熱膜的發(fā)展也備受關(guān)注。超厚型散熱膜通過增加散熱膜的厚度,提高其熱容量和熱傳導(dǎo)能力,從而實(shí)現(xiàn)更高效的散熱。多層復(fù)合散熱膜則是將不同材料的散熱膜進(jìn)行復(fù)合,充分發(fā)揮各層材料的優(yōu)勢,以達(dá)到更好的散熱效果。例如,一種由石墨散熱膜和石墨烯散熱膜復(fù)合而成的多層復(fù)合散熱膜,石墨散熱膜具有良好的柔韌性和大面積散熱能力,石墨烯散熱膜具有超高的導(dǎo)熱系數(shù),兩者復(fù)合后,既能保證散熱膜的柔韌性,又能提高其導(dǎo)熱性能,滿足手機(jī)對散熱性能和輕薄化的雙重要求。?
此外,隨著納米技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的不斷進(jìn)步,未來手機(jī)散熱膜技術(shù)還可能會出現(xiàn)新的突破。例如,研發(fā)具有自調(diào)節(jié)散熱性能的智能散熱膜,能夠根據(jù)手機(jī)內(nèi)部溫度的變化自動調(diào)整散熱功率,實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)和高效的散熱;探索新型納米材料在散熱膜中的應(yīng)用,進(jìn)一步提高散熱膜的性能和降低成本等。