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一、消费电子朝多功能、轻薄化方向发展，提高散热需求

消费电子在实现智能化的同时逐步向轻薄化、高性能和多功能方向发展。智能手机轻薄化和便携化的设计要求内部组件散热性和可靠性更好。电子产品的性能越来越强大，而集成度和组装密度不断提高，导致其工作功耗和发热量的急剧增大。据统计，电子元器件因热量集中引起的材料失效占总失效率的65%-80%，热管理技术是电子产品考虑的关键因素。

(一)高性能电子产品发展突出散热需求

在消费电子向超薄化、智能化和多功能化的发展趋势下，集成电路芯片和电子元器件体积不断缩小，其功率密度却快速增加；手机CPU频率正迅速提升，同时封装密度也越来越高、机身越来越薄，散热问题已经成为电子设备亟需解决的问题。

智能机性能不断提升，中高端智能手机朝集成化方向发展：（1）更高的频率和性能，四核、八核将成为主流；（2）更大更清晰的屏幕，2K/4K都将出现在手机屏幕上；（3）柔性屏，可弯曲；（4）更多内置无线设备，如NFC、低频蓝牙、无线充电等。这些发展趋势将会大大增加智能手机的发热量，散热将成为整个智能手机行业面临的主要问题之一。散热问题处理不好将造成智能手机卡顿、运行程序慢、烧坏主板甚至造成爆炸的危险。

OLED屏幕的渗透和无线充电技术的普及也加大了散热的需求和难度。一方面，手机的快充功率及无线充电的功率逐步提升，功率增加提高了散热的需求。另一方面OLED屏幕渗透率逐步提升，而OLED材料由于高温受热易衰退，因此对散热要求越来越高。同时5G智能手机天线数量可达4G手机的5-10倍，无线充电等技术的创新也同样提高了散热的需求。

智能机功耗变大，智能终端处理高效能应用时将会发出大量热量。其中功耗主要来源于以下部件：（1）屏幕显示：其主要耗电部分为背光灯、触控传感器和GPU。超高像素的计算量增加和高背光需求及GPU性能逐年增强加重了这一趋势。x的原始分辨率（ppi）运行时，高达10.W的功耗比x分辨率（ppi）运行时的功耗高出87.3%。（2）处理器：处理器是整机绝对的耗电大户，运行于2.4GHz的八核心CPU满载情况下可达到3~5W的功耗并严重发热。（3）网络与无线连接：数据网络与连接的基础作用在智能手机上的重要性与日俱增，WIFI和蓝牙设备也增加功耗，这部分在使用时的功耗水平普遍也在~mW左右。（4）位置服务：这部分的功耗来自于GPS芯片的计算工作和加速计陀螺仪等的支持工作，约为50mW。（5）数据存取：每MB的文件写入需要峰值约mW的功耗，以压缩后码率为kbps的p视频写入ROM来计算，功耗约mW，而写入4K视频需要的功耗更多。

(二)导热材料广泛应用于消费电子散热，但散热效果减弱

手机散热有主动与被动散热两种，基本思路是降低手机散热的热阻（被动散热）或减少手机的发热量（主动散热）。主动散热通过降低芯片的功耗减少热量而实现，与电子设备的研发相关。而被动散热是通过导热材料与器件来达到散热效果。手机产生热量的部件主要是CPU、电池、主板、射频前端等，这些部件所产生的热量会由散热片导入到热容量大的夹层中，然后通过手机外壳和散热孔散出。

正常状态下手机温度为30-50度，总体温度不要超过50度为佳，超过50度时手机的性能会受到影响。当手机的功耗越强时，CPU的发热量越大，散热也越困难。手机过热的原因之一是导热不充分，散热不合理，导致热量在手机内部聚集，使某一部分过热。

导热材料主要用于解决电子设备的热管理问题。试验已经证明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%；温度达到50℃时的寿命只有25℃时的1/6。导热材料主要是应用于系统热界面之间，通过对粗糙不平的结合表面填充，用导热系数远高于空气的热界面材料替代不传热的空气，使通过热界面的热阻变小，提高半导体组件的散热效率，行业又称“热界面材料”。

热量的传递方式主要有三种：热传导，热对流和热辐射。根据热的传递方式，散热系统可以由风扇、散热片（如石墨片、金属散热片等）和导热界面器件组成。以普通的CPU风冷散热器为例，其工作原理是CPU散热片通过导热界面器件与CPU表面接触，CPU表面的热量传递给CPU散热片，散热风扇产生气流将CPU散热片表面的热量带走。目前市场上广泛应用的导热材料有导热胶、导热泥、导热凝胶、导热石墨膜、相变化导热界面材料等。

传统的导热材料主要是金属材料，如铜、铝、银等。但是金属材料密度大，膨胀系数高，在要求高导热效率的场合尚不能满足使用要求（如银、铜、铝的导热系数分别为W/m.K,W/m.K,W/m.K）。导热石墨片具有独特的晶粒取向，可沿两个方向均匀导热；其通过将手机发热的中心温度分布到一个大区域以便均匀地散热。目前智能手机中的散热方案大多采用石墨片散热方案，但随着电子设备散热需求的增加，单层或双层石墨片的导热不能满足更高的散热需求。

二、5G发展提高散热需求，新技术推动散热革新

5G时代的高速度和低延迟给我们带来更佳的体验感，但是对于电子设备而言功耗会增加，发热量也随着上升。消费电子的导热和散热能力的强弱成为产品稳定立足的关键技术之一。另一方面，5G时代电子设备上集成的功能逐渐增加并且复杂化，以及设备本身的体积逐渐缩小，对电子设备的热管理技术提出了更高的要求。解决消费电子的散热问题成为5G时代电子设备的难点和重点之一。

(一)5G对散热要求急剧增加

1、5G来袭射频前端升级，发热量剧增

5G手机要求更快速的传输速率，MIMO技术带来天线数量增加。5G时代射频前端需要支持的频段数量大幅增加，同时高频段信号处理难度增加导致系统射频器件的性能要求大幅提高，载波聚合及MIMO技术等新应用要求各射频器件进行相应的技术更新。4G的手机天线主要是2*2MIMO，5G将更多采用4*4MIMO天线方案，从而提高5G的传输速度。但是在高速传输的过程当中极其容易产生热量，需要降低传输过程中的温度。如何解决传输过程当中的射频前端温度，降低手机性能的损耗是目前5G手机里面的挑战之一。

5G手机中普通的滤波器对于温度的敏感度高，一旦外部的温度环境发生了变化，会使滤波器的性能出现急剧的下降。随着频段数量的增加，相比于4G手机，5G手机中射频滤波器件的需求量也相应增加，对于温度的控制与散热的要求也越来越高。

2、5G手机功耗及结构变化增加散热需求

功耗增加及手机结构的变化增加5G手机散热需求。（1）5G手机芯片处理能力有望达到4G手机的5倍,随着5G手机功能越来越强大、处理能力越来越强的同时功耗也随之增加，手机发热密度绝对值也将增长，因此5G手机将面临着更大的散热压力。（2）随着5G手机天线数量增加以及电磁波穿透能力变弱，手机机身材质逐渐向非金属靠拢，同时5G手机越来越轻薄化、紧凑，对于手机的散热设计也越来越具有难度。

(二)手机散热方案对比，热管、均温板方案突出

随着手机硬件的不断升级，其所执行的任务计算处理更加繁杂，CPU等芯片部件将会面临热量的侵袭。但手机体积有一定的局限性，处理器系统性能会因为温度升高而有所降低。因此手机散热问题尤为重要。5G和无线充电对信号传输的要求更高，而金属背板对信号屏蔽的缺陷将被放大，预计5G手机不再采用金属背板设计，原有的石墨加金属背板散热技术面临重大挑战，预计智能机将更多使用石墨+金属中框方案。目前市场上手机散热的方案主要有：导热凝胶、石墨片、石墨烯、均温板、热管等。

从各类手机机型的散热方案来看，热管与均温板散热技术逐渐兴起。年小米发布的黑鲨手机采用热管散热技术，热管直径为3mm，长度为60mm，散热面积高达mm，对比无热管CPU散热效率提升20倍；CPU核心温度降低8℃，处理器可以长时间保持高频和稳定输出。

年华为发布的新款5G手机Mate20X中散热系采用的是超强导热的均热液冷技术(VaporChamber)和石墨烯膜组成。VC液冷冷板同时覆盖了华为Mate20X处理器的大核、小核、GPU，处理器的热量通过更短的路径传到VC冷板上，并通过相变传热系统将热量扩散到整个机身。据华为官方表示，石墨烯膜+VC液冷冷板的组合散热方案的应用使华为Mate20X的散热能力较上代Mate10提升约50%，发热集中点的温度较上代下降了3度以上。官方实测显示，游戏一小时后华为Mate20X的正反面温度分别只有37.4℃、38.1℃，明显低于三星Note9和iPhoneXSMax。

(三)石墨烯、热管/均温板散热技术兴起

多层石墨片是当前智能机主流散热方式。石墨是一种良好的导热材料，导热性超过钢、铁、铅等多种金属材料。石墨片的工作原理是利用其在在水平方向上具有优异的导热系数的特点（性能好的石墨片导热系数能达到－W/mK·，而一般的纯铜的导热系数为W/mK·，高的导热系数有利于热量的扩散），能够迅速降低电子产品工作时发热元件所在位置的温度（热点温度），使得电子产品温度趋于均匀化，这会扩大散热表面积以达到降低整个电子产品的温度，提高电子产品的工作稳定性及使用寿命。智能手机中使用石墨片的部件有CPU、电池、无线充电、天线等。石墨散热是目前手机采用的主流散热方式。

石墨片生产工艺流程中核心环节是碳化和石墨化，在此过程中原料的选择、碳化和石墨化炉的制造、升温速率的选取、碳化和石墨化温度的控制、石墨化中升温和降温的控制方式、参照温度和阈值的拟定以及周期性振荡的调控都影响着高导热石墨原膜的质量乃至制备的成功性。压延工艺需要高技术水平进行处理以取得高密度的石墨膜并提高其热导系数；贴合需要特定的机器进行处理从而使得涂胶层均匀且厚度尽可能小，从而保证后续产品的质量；模切需要根据客户需求通过精密加工和切割将压延后的高导热石墨膜原膜制备成形状大小不同的高导热石墨膜成品。

石墨烯具有优异的热传导特性，且其导热率为~W/mk，是已知导热系数较高的材料，其散热效率远高于目前的商用石墨散热片。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯散热膜很薄且具有柔韧性，综合性能优异，为电子产品的薄型化发展提供了可能。其次石墨烯散热膜具有良好的再加工性，可根据用途与PET等其他薄膜类材料复合。此外，这种导热材料有弹性，可裁切冲压成任意形状，并可多次弯折；可将点热源转换为面热源的快速热传导，具有很高的导热性能。华为Mate20系列手机中采用了石墨烯材料。

热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量。热管技术是将一个充满液体的导热铜管顶点覆盖在手机处理器上，处理器运算产生热量时，热管中的液体就吸收热量气化，这些气体会通过热管到达手机顶端的散热区域降温凝结后再次回到处理器部分，周而复始从而进行有效散热。在手机行业也可以称之为水冷散热。目前华为、小米、三星、OPPO等手机中都有用到热管散热技术。热管具有灵活度高、使用寿命长等特点，受到市场

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