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散热的重要性提升,热管、均温板技术兴起

2021-08-02已围观 来源:互联网编辑:指南针资讯网

随着科技的进步以及人们消费理念的转变,大众对电子产品的要求逐渐趋于轻薄化、潮流化、多功能化。电子产品的性能变得越来越强大时,集成度和组装密度将不断提高,从而导致功耗和发热量急剧增加。据统计,由热量集中引起的电子元器件故障占总故障率的55%,因此,热处理技术是电子产品中要考虑的重要因素。

传统的导热材料主要是金属材料,但是金属材料的密度高,膨胀系数高,在要求高导热率时,它们无法满足使用要求。导热石墨片具有独特的晶粒取向,可以在两个方向上均匀地传导热量。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。另外,在5G时代,电子设备的集成功能逐渐增加并变得复杂化,而设备本身的尺寸不断缩小,这对电子设备的热处理技术提出更高的要求。因此,发展5G电子设备的重难点之一就是解决散热问题。

5G手机需要更快的传输速度,MIMO技术则增加了天线数量,射频前端需要支持的频段数量大大增加。同时,随着高频信号处理难度的增加,使得系统射频组件的性能要求也大大提高,载波聚合和MIMO技术之类的新应用需要对每个射频器件进行技术更新。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。然而,在高速传输中会产生大量热量,因此如何降低传输过程中增加的温度、减少对手机性能的损耗是目前发展5G手机的挑战之一。

5G手机的普通过滤器对温度非常敏感,如果外部温度环境发生变化,则过滤器的性能将急剧下降。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手机的散热需求受功耗增加和结构变化的影响。一方面,5G手机的芯片处理能力是4G手机的五倍,同时功能的复杂化和处理能力的进步使得功耗也随之增加,5G手机对散热有更高的要求。另一方面,手机天线数量的增多、电磁波穿透能力的变弱以及机身材质的非金属化对但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

目前市场上散热的主要方式是使用多层石墨片。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到1500 W/mk至1500 W/mk,而一般纯铜的导热系数是380 W/mk。可见石墨的导热性优于一般的金属材料。石墨提供最大限度的有效表面积,在这个表面上热量被有效转移和带走,换句话说就是,石墨通过优异的导热性,迅速降低电子产品工作时发热元件所在位置的温度,均匀产品的整体温度,扩大散热表面积,从而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。

热管与均温板导热系数高于其他方案

对比不同材料的导热系数发现,热管和均温板的导热系数是石墨材料的近十倍,在热管和均温板当中,均温板的导热系数更高。因此,热管和均温板的优势更明显。另外,热管属于一维线性热传导,而真空腔均热板则是提供二维的传导空间,因此效率更高。具体来说是热量被真空腔底部的液体吸收后,再经过蒸发扩散到真空腔内,将热量传导至散热片上,随后冷凝为液体回到底部。这种散热原理与冰箱空调的蒸发、冷凝过程类似。

均温板、热管散热技术未来朝更轻薄、高效能方向发展

电子设备追求时尚化的过程中,轻薄化成为绕不开的话题。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,形状的保持需要一定的厚度,但是消费类电子的空间有限,因此平衡热管与设备之间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。

散热需求的增加以及广阔的市场空间吸引了国内外众多玩家,国外企业日本松下、美国GRAFTECH和日本KANEKA为代表,国内厂商包括碳元科技、中石科技、嘉兴中易碳素、博昊科技、新纶科技、深圳垒石。

本文来源:湖南贝哲斯信息咨询有限公司研究发布