揭秘！手机散热方案设计，多种散热措施仿真对比分析
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211、985硕士，职场15年+
从事结构设计、热设计、售前、产品设计、项目管理等工作，涉足消费电子、新能源、医疗设备、制药信息化、核工业等领域
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本期给大家带来的是关于机散热方案设计研究内容，希望对大家有帮助。
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散热措施
手机散热设计分为主动散热、被动散热。
被动散热：在局部过热区域添加一些导热材料、隔热材料、均温材料等，达到均温、热传导以此降温的目的。
主动散热：以热管、风扇为主，通过强迫风冷将热量带走。
散热材料通常会选用导热率较高的一些材料，金属材料由于其较高的导热性应用的最为广泛，新兴的陶瓷材料，石墨材料和复合材料由于超高的导热性也越来越多的应用到高散热的设计中。
常见的散热材料应用
更快的处理速度和更低的电量消耗对智能终端产品是目前市场发展的方向，然而更高的处理性能这就使智能终端的处理器的功率在不断的提高。
更快的处理速度和更低的电量消耗对智能终端的要求提出了更高的散热要求，高功率的处理芯片带来更多的热量。
为满足不同场合的散热需求目前很多导热材料厂家开发了各种各样的界面导热材料，根据界面导热材料的特点，可以大致分为以下几类：
传统散热材料发展到瓶颈，石墨散热膜（片）市场前景广阔，被业内所看好。
石墨散热片(膜)，是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。
目前的石墨散热片制造工艺是通过石墨热分解在高分子薄膜上形成一层石墨结晶层，既具有高的导热率，又有良好的柔韧性。
由于石墨特殊的分子结构，石墨散热片散热原理包括面内热传导（1500W/mk)和层间热扩散(20W/mK)，通过将热量均匀分布在二维平面后再将热量转移到散热片上，保证组件在所承受的温度下工作。
相比其他材料，石墨散热片平面内具有50-1500 W/mK范围内的超高导热性能，是铜的2~4倍，热传导率非常高。
使用PGS石墨散热片和不使用散热片温度会相差一倍左右；另外使用散热片是要确保和热源间没有空隙，0.2mm的空隙，温度从78℃上升到108℃上！
目前市面上散热膜材料主要分三类，天然石墨散热膜，人工石墨散热膜和纳米碳散热膜，其中纳米碳散热膜前景最被看好。
石墨散热片通过在减轻器件重量的情况下提供更优异的导热散热性能，能有效解决电子设备的热设计难题，目前广泛的应用于PDP、LCD TV 、Notebook PC、UMPC、Flat Panel Display 、MPU 、Projector 、Power Supply、LED 等电子产品。
石墨散热片在手机上的应用已经非常成熟，常见的手机用石墨散热片来做LCD散热和芯片组散热解决方案。
以上这些散热措施，大部分都是被动散热。
最近接触到几家做风扇的供应商，有3mm的小鼓风机在手机上的应用案例，也是不错的选择。
某手机中风扇图（图片来源于网络）
某手机中热管图（图片来源于网络）
还有某手机厂商使用VC的案例，详细内容可点击下方链接。
小米手机散热设计：冰封循环冷泵系统
关于仿真
之前给一家手机外包供应商做过培训。
基于FloEFD的手机石墨片散热设计项目，结果如下图所示，
不同的工况，不同的散热措施结果会有差异。
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其它内容详见报告。
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关于石墨散热
石墨散热片需要一个应用环境，可能与热本身无关，由于石墨的柔软特性，膜状的散热片需要有平面附着的地方，就是说它基本上需要贴在某些部件上，这也是为什么我们多在屏蔽罩、空旷的PCB板面以及LED基板上见到它的身影的原因，同时还能起到较好的屏蔽作用。
新型的高导热系数的石墨散热膜并非万能，也不能下定论说它就是比铜、铝等传统散热材料好，只是在一定的应用条件下，它具有一定的优势。
或许还有人能见到石墨&铜箔的散热方案设计情况，这既能减少扩散热阻，同时减少厚度方向的热阻。
热系统存在的问题，如果存在以上应用条件的限制，如局部过热、需快速导热、空间限制等，可以选用石墨散热膜进行针对性的解决，不过可能还需要金属散热器配合使用，如上图所示。
但如果是整体过热，风道有问题，石墨散热膜恐怕也是无能为力的。
散热系统需要结合具体的应用环境进行整体考虑，热系统包括吸热能力、导热能力、散热能力等多方面，受到众多条件的制约，需要达到平衡才能发挥最大的效应。
毕竟某一个环节很强并不能提升整体的散热性能，当某一个条件出现短板时，可通过一定的手段进行弥补或者调整，达到整体的平衡。
以上也是我们在分享关于理论计算系统需要多大风量，冷板流量时，经常提的一个思路，“整体规划、分步实施”。
早期的系统评估，并不能完全解决内部元器件温升，或者系统阻抗问题，需要在项目中期内部详细热设计，甚至后期的优化设计中进一步完善解决方案。