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电子产品的散热趋势

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发表时间:2021-08-13 15:13

电子产品的散热趋势是怎样的呢?为什么要研究电子产品散热问题?


随着现在科学技术的进步和人们消费理念的变化,大众对电子产品的要求越来越高,手机越来越小,越来越薄,多功能化,性能的需求也越来越强大时,整合度和组装密度会不断提高,产品运行中耗电量和发热量急剧增加。热量对内部元件的伤害是很大的,会影响正常的使用,增加设备的维修成本,减少设备的使用寿命。据统计,热量集中引起的电子部件故障占总故障率的55%,热处理技术是电子产品应考虑的重要因素。


传统的导热材料主要是金属材料,但金属材料密度高,膨胀系数高,导热率高时不能满足使用要求。导热石墨片具有独特的晶粒方向,可以在两个方向均匀地传导热量。目前,大多数智能手机都使用石墨片散热解决方案,但随着电子设备散热要求的提高,单层或双层石墨片的导热不能满足更高的散热要求。
5G吹来的热风。


5G时代的高速度和低延迟为我们带来了更好的体验,但是电子产品将消耗更多的功率并产生更多的热量,因此,消费电子的导热和散热能力已成为产品稳定立足的关键技术之一。此外,在5G时代,电子设备的集成功能逐渐增加,变得复杂,设备本身的尺寸不断缩小,对电子设备的热处理技术提出了更高的要求。因此,发展5G电子设备的一个重要难点是解决散热问题。
5G手机需要更快的传输速度,MIMO技术增加了天线数量,射频前端需要支持的频带数量大幅增加。同时,随着高频信号处理难度的增加,系统射频组件的性能要求也大幅提高,载波聚合和MIMO技术等新应用需要技术更新各射频设备。4G手机天线主要是2*2 MIMO,而5G使用更多的4*4 MIMO天线方案来提高5G传输速度。但是,由于高速传输会产生大量的热量,如何降低传输过程中增加的温度,减少对手机性能的损失是当前发展5G手机的挑战之一。
5G手机普通过滤器对温度非常敏感,如果外部温度环境发生变化,过滤器的性能会急剧下降。与4G手机相比,随着频段数量的增加,5G手机中射频滤波器组件的需求也相应增加,对温度的处理要求也随之增加。
5G手机散热需求受功耗增加、结构变化影响另一方面,5G手机的芯片处理能力是4G手机的5倍,功能的复杂化和处理能力的进步也增加了功耗,5G手机对散热有更高的要求。另一方面,手机日线数量的增加,电磁波穿透能力的减弱,机身材质的非金属化对散热结构的设计要求越来越高。


石墨烯、热管、均温板散热技术兴起。
现在市场上散热的主要方法是使用多层石墨片。众所周知,导热系数越高,越有利于热量的扩散。数据显示,良好的石墨片导热系数可达1500W/mk至1500W/mk,一般纯铜的导热系数为380W/mk。可见石墨的导热性优于一般的金属材料。石墨提供**限度的有效表面积,在该表面有效地转移和带走热量。换句话说,石墨通过优异的热传导性,迅速降低电子产品工作时发热部件所在位置的温度,使产品的整体温度均匀,扩大散热表面积,降低整个电子产品的温度,提高电子产品的工作稳定性和寿命。智能手机中使用石墨片的部件有CPU、电池、无线充电、天线等。
石墨膜、石墨片的上游原材料市场非常集中。高导热石墨膜上游的主要原料是聚酰亚胺,辅助材料是胶带、保护膜等,主要制造设备是碳化炉、模切机、压延机等。其中,聚酰亚胺是高性能的绝缘材料,行业具有很高的技术壁垒,全球能生产高性能聚酰亚胺的制造商很少,主要代表有美国杜邦、日本Kaneka和韩国的SKPI,合计占据全球高达 90%的市场份额。
热管和均温板的热传导率高于其他方案。
与不同材料的导热系数相比,热管和平均温度板的导热系数是石墨材料的约10倍,在热管和平均温度板中,平均温度板的导热系数更高。因此,热管和均温板的优势更加明显。此外,热管是一维线性热传导,真空腔均热板提供二维传导空间,效率高。具体来说,热被真空腔底部的液体吸收后,蒸发扩散到真空腔内,将热传导到散热器上,然后凝结成液体返回底部。这种散热原理类似于冰箱空调的蒸发、冷凝过程。
均温板、热管散热技术未来朝更轻薄、高效能方向发展。
在电子设备追求时尚化的过程中,轻薄化成为不可避免的话题。设备变薄意味着需要更薄的热管和均温板。铜作为热管的主要材质,保持形状需要一定的厚度,但是由于消费类电子的空间有限,所以平衡热管与设备的关系成为行业发展中的重点。
当前,日本和国内部分企业正在倾力研发专供智能手机的超薄热管。未来随着高功率产品的涌现、产业的数字化转型,市场对高效能的热管、均热板需求将大幅上涨,同时也会提出更多的生产要求,这将促进散热产品往更优质、更高效的方向升级,有利于行业的良性健康发展。


散热需求的增加和广阔的市场空间吸引了国内外许多玩家,国外企业以日本松下、美国GRAFTECH和日本KANEKA为代表,国内厂商包括碳技术、中石技术、嘉兴中易碳技术、博技术、新尼龙技术、深圳垒石。

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