智能手機在使用時,時常會遇到發燙的問題,這是因為手機的功能越來越強大,傳統的散熱方式出現瓶頸。
手機運算的速度提升,屏幕增大,導致功耗激增,傳統散熱方式由于體積限制使得利用傳導/對流性的散熱產品不能解決高性能帶來的高熱量問題,高熱量會導致產品性能不穩定甚至出現損毀風險,高溫也會對人體產生損傷。
面對這些行業痛點,東莞市科創銅業有限公司(以下簡稱:科創銅業)由中國科學院化學有限公司瞿美臻老師的團隊提供技術支持,將碳納米管材料應用在手機/平板電腦等領域,利用碳納米管材料高輻射率的特性,不斷改進制程工藝,合成高性能散熱材料,成功解決傳統散熱材料的瓶頸問題。
據科創銅業總經理胡海彬介紹,和傳統石墨片材料相比,碳納米管材料不僅散熱速度更快,還節省高達60%的成本。
優異的散熱性能
碳納米管是1991年披露的諾貝爾獎科研成果,是目前已知物質里最接近絕對黑體的材料,具有優秀的熱輻射性能,可將熱能轉化為紅外線,快速將熱能轉換成光能帶離熱源。
“碳納米管材料是將熱能轉換成光能,然后輻射。”胡海彬說,傳統的手機石墨片工作原理是導熱,其工作原理是:將熱源熱量向四周進行擴散,分散點熱源溫度,而碳納米管材料的工作原理是:直接將熱能轉換成光能,帶離熱源輻射散熱,速度是光速級別,兩者的散熱速度,完全不是一個量級。
碳納米管散熱涂層將熱源內能轉化為輻射能,輻射出去轉為內能,以輻射途徑進行能量轉移,達到散熱的目的,碳納米管散熱涂層輻射率可達98%(普通鋁材表面輻射率僅11%)。
此外,隨著手機進入5G時代,如若機身材質采用玻璃或者陶瓷,碳納米管材料的散熱優勢,將體現的更為淋漓盡致。
“手機如使用塑膠,陶瓷、玻璃纖維等非晶體材料作為手機蓋板,光能是可以直接穿透非晶體物質的。”胡海彬說。
首創應用手機
既然碳納米管材料散熱性能如此優異,為什么之前沒有應用在手機上呢?
對此,胡海彬解釋到:“以前由于制造工藝的局限性,只能采用噴涂的方式將碳納米管材料噴涂到電子元器件上,而手機里面的電子元器件體積比較小,采用噴涂的方式,效率低導致成本比較高。”
但是,如今隨著自動化設備的發展,特別是高精密全自動絲印設備的出現,讓了碳納米管材料有了應用在手機上的可行性。
“手機里有個不可或缺的部件:屏蔽罩。”胡海彬說,“通過絲印工藝,可以在屏蔽罩表面印刷碳納米管散熱涂層,使屏蔽蓋具有優秀的散熱性能,工程師不用再在屏蔽蓋上開透氣孔散熱,增強屏蔽性能,涂層還帶有消除靜電功能,可將人體運動產生的靜電消除釋放,提升安全性能。”
胡海彬介紹,現手機散熱方案采用傳統的石墨片進行傳導散熱,每一平方米的材料費100多元,模切加工費也要0.15-0.2元,還需要工人手工粘帖在主板上,散熱綜合成本達到1-1.5元。而采用碳納米管散熱屏蔽蓋,有以下幾點優勢:
屏蔽蓋有強散熱能力,不用開孔,增強屏蔽性能;
碳納米涂層表面具備靜電消散功能,增加手機重要器件保護;
使芯片產生的熱量迅速散發,增強長期工作穩定性;
一個散熱屏蔽罩的加工費僅需0.2-0.3元,并且支持全自動機械化生產,省略人工貼石墨片工序,提升產品性能,大幅節約成本。
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