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高导热材料在华为、苹果5G手机中作用显著!该如何评价?
发布时间:2021-03-23 浏览量:249次

目前,全球有78个国家的182家运营商已经启动5G建设或正在进行5G网络测试,有些国家甚至已经实现了5G在部分地区的试商用。

5G时代的大幕已经徐徐拉开,而应用于5G通信的新材料,其研究热度也早已升温,5G时代的一个显著特点是发热量显著增加。随着功耗增加,对散热的要求更加的严苛,新的导热散热材料应用也更加广泛。


1、在终端领域,一方面,5G的到来将会带来功耗增加和结构变化(内部结构紧凑和机身非金属化);另一方面,OLED、无线充电等高散热需求型创新渗透率不断提升,在智能手机面向5G进行技术迭代的进程中,导热石墨片的多层化趋势将会持续强化,从而推升单机价值的不断提高。


2、在通信基站端,毫米波叠加超密集组网技术将驱动5G基站数量大幅增加,5G基站中多处结构变化均令散热需求成长,且叠加海量运算需求和MassiveMIMO技术提升单基站功耗,催生了不同于4G时代基站的新架构下增量散热需求。


下面就让我们看看导热材料在华为、苹果新款5G手机中的应用。


目前手机产品的发展趋势如下:


1. 5G芯片等电子元器件功耗增加,产生的热量更多

2. 内部结构设计更为紧凑,机身向非金属化演进,需额外散热设计补偿

3. OLED、可折叠屏应用引入带来导热材料的显著需求

4. 无线充电应用引入带来导热材料的显著需求


华为的5G芯片消耗的功率将是当前4G调制解调器的2.5倍,需要更多更好的散热模块以防止手机过热。从手机结构上来看,后盖是手机的一条重要传热路径,但由于5G时代金属将不再适用,玻璃材质的导热能力和铝合金相差较大,因此需要增加额外的散热设计,例如iPhone XS中,为了让双层主板更好的散热,主板正反面都贴有非常大块的散热石墨片,同时主板上的A12芯片也涂上了大量的导热硅脂进行散热。

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智能手机散热途径

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苹果XS散热石墨片及导热硅脂


OLED使用率快速提升,预计到2021年期间全球柔性OLED理论总产能面积将达到88%的复合增速,针对其散热的需求将同步增加。OLED屏幕相比LCD屏幕具备显示效果好、更轻薄、能耗低、可实现柔性效果等优点,但OLED材料高温受热易衰退,因此对散热要求大幅增加。例如苹果在iPhone X的OLED屏幕内侧贴了石墨片,面积较大,且要求非常平整,厚度0.1mm,为双层石墨。

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华为Mate 30 Pro 5G散热效果


可折叠手机的上市将进一步增加OLED使用量,从而显著增加对散热的需求。目前三星、华为等品牌厂商都在积极布局可折叠手机,并已发布上市,如Galaxy Fold、Huawei Mate X。

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折叠屏手机


无线充电技术的发展对散热也提出了较高需求。无线充电是指无需借助电导线,在发送端(无线充电器)和接收端(位于智能手机等设备中)用相应的设备发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的一项技术。苹果、三星、华为等领先品牌都已在旗舰机型上积极推出无线充电,根据Yole的数据,预计2018-2024年智能手机无线充电接收端销量的复合增速将达32.4%。由于手机中无线充电线圈的存在,iPhone X中的钢板中央开有大孔,但其阻碍了热量沿铝板传导,削弱了后盖的传热能力,因此苹果在线圈上贴铜箔石墨层来弥补。据中时电子报报道,由于OLED屏幕、Force Touch、无线充电及部分晶片的散热需求,iPhone X对人造石墨散热片用量为iPhone 8的2-4倍。

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iPhone手机充电线圈散热石墨层


导热材料的选择

导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一,它不仅是评价材料热学特性的依据,也是材料在设计应用时的一个依据,熔炼炉、传热管道、散热器、加热器。

λ=αxρxCp

导热系数=热扩散系数x物质密度x比热容

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导热系数:

导热系数符号:λ,也称热导率,是反映物质传递热的能力,即物质在单位时间内经单位导热面所传递的热量,导热系数越大,表明物质传递热的能力越强。


热扩散系数:

热扩散系数符号:α,也称热扩散率,是反映物质传递温差的能力,从一定程度上说比导热系数更能体现物质的传热性能。热扩散系数越大,物质传热时温差更快被消除。


物质密度:

物质密度的符号:ρ,代表测试温度下的物质密度。


比热容:

比热容的符号:Cp,也称比热,是指一个单位质量的均匀物质温度升高1K所需要的热量。

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国家先进高分子材料产业创新中心,可依据GB/T 22588-2008,ASTM E 1461,ISO 18755等标准测试材料导热性能。测试温度范围:-100℃—500℃,热扩散系数测量范围:0.1 ~ 2000 mm2/s,导热系数测量范围:0.1 ~ 4000 W/mK。


导热系数测试案例


建筑保温材料的保温功能性指标的好坏是由材料导热系数的大小决定的,导热系数越小,保温性能越好。


一般情况下,导热系数小于0.23W/(m·K)的材料称为绝热材料,导热系数小于0.14W/(m·K)的材料称为保温材料;通常导热系数不大于0.05W/(m·K)的材料称为高效保温材料。


用于建筑物保温的材料一般要求密度小、导热系数小、吸水率低、尺寸稳定性好、保温性能可靠。

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