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2020第三届5G终端热管理高峰论坛出差报告

作者: cnpim CNPIM 09月04日

  5G技术的迅猛发展使得散热问题成为了行业瓶颈问题,特别是对于5G终端设备来说(手机、通信机柜),谁能解决散热问题,谁就能引领行业的技术方向。

本次论坛由新材料在线与中国热设计网联合主办,聚焦于新型散热材料与散热技术的突破与应用,旨在打通高校、科研院所、上游供货商与终端应用厂商间的产学研合作通道。

论坛报告涉及5G手机终端散热、新型导热界面材料、超薄热管制备、材料热物性测试等方面,本次参会主要亮点如下:


1、冰巢散热

冰巢散热的概念最早于2014年由OPPO R5手机提出并应用,对于传统手机而言,手机内部热量主要通过前端显示屏与周身技术框架导出,而对于手机背板散热面积的利用却不充分,OPPO通过在热源与背板框架间添加液态金属相变材料,构成传热“冰巢”,达到降温目的。该概念比较新颖,但在技术上并不存在实质性的突破,只是找到了液态金属与产品间的结合点。


2、散热外设

5G终端设备的发热量已经是4G设备的3~5倍,但设备的体积却不允许增大,散热技术近几年又没有飞跃式的突破,使得散热外设成为许多厂商的新选择,其实也是无奈之举,例如许多笔记本会配备额外的风冷散热支架,红魔手机会添加风冷散热模块等,散热外设可以作为全封闭散热的手段之一,但也增加了配件与维护成本。


3.超薄热管

热管受其吸液芯结构与工艺的限制,目前市面上热管最薄厚度为2mm,且传热性能会发生30%-40%的衰减,华南理工大学李勇教授团队对1mm厚度的超薄热管进行了研究,制备出了传热量20W以上、传热性能仅衰减20%以内的超薄热管,有望实现量产应用,为结构紧凑的设备散热提供了有力武器。


接下来对论坛各个报告进行详细阐述。

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  1、5G终端热设计的思考

中兴通信终端热管理技术总监黄竹邻女士分享了手机散热相关知识与注意事项,并对5G手机的散热瓶颈问题进行了介绍。

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  报告指出,目前手机中芯片散热主要采用热管结合VC均温板及石墨等材料进行散热,但自然对流的这些散热方法最多能够解决5W左右的发热量,而5G技术的发展,其芯片发热量可达到7W,对于手机散热而言,现有自然对流散热技术已无法满足要求。

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  为此,中兴热管理团队对外设散热设备进行了初步研究,采用了微型风扇与热电制冷等技术,获得了显著效果,但是设备的可靠性大幅度降低,能否为市场所接受也是个未知数。

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2、5G热管理新思路-散热外设

中国热设计网的陈继良先生对散热外设进行了详细阐述,对于5G终端设备特别是手机而言,按其最大发热量进行热设计,则现有自然对流散热技术已经遭遇瓶颈,而按平均发热量设计,则无法发挥设备的最大性能,因此,散热外设已经逐渐成为行业趋势。

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  陈继良先生介绍了散热风扇支架、热电制冷模块以及相变蓄热手机壳等技术,为5G散热提供了新思路,但上述方法只是暂时的权宜之计,突破性的散热技术仍需要全体行业同仁的共同努力。

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3、液态金属芯片散热技术

中科院理化技术研究所研究员刘中山先生对液态金属散热技术进行了介绍,该研究团队技术与学术带头人为中国工程院院士刘静,是中国液态金属研究与应用的先驱,该团队对液态金属进行了大量的研究。

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  液态金属冷却被誉为最有希望解决超高热流密度散热问题的未来冷却技术,我国目前已初步进入产业化阶段,例如中科曙光的服务器已经采用了该冷却技术,但受其高导电性的影响,在电子设备散热领域的应用收到一定制约,难以大规模推广。另一方面,液态金属可用于制作PCB的印刷电路,但成本上并无优势。

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  液态金属可以采用电磁泵驱动,噪声小,效率高,且刘静院士团队进一步攻关了液态金属的腐蚀性问题,为液态金属的应用解决了一大障碍。

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  除了采用电磁驱动,该团队还对液态金属的自驱动技术进行了大量的研究,包括废热驱动、虹吸驱动、脉动驱动等技术。

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  鉴于液态金属目前高导电性的制约,可将液态金属与传统散热技术结合使用,取长补短,以逐步实现液态金属散热技术成熟应用。

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4、液态导热材料在5G终端的应用

广州回天新材料有限公司研发事业部材料应用专家刘则轩先生主要介绍了液态导热材料在5G领域的应用。介绍了5G终端产品的主要热耗来源及各热源的主要散热方式,提出导热材料的测试标准及其目的,包括热学测试,电学测试,力学测试,可靠性测试,兼容性测试及可操作性测试,并分别介绍了导热绝缘片,导热垫片,导热硅脂和导热凝胶的测试方法及测试设备。


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5. 5G散热的仿真手段

热领科技技术总监、贝斯科尔软件技术有限公司的技术顾问李波先生分享了5G时代电子产品热仿真技术的应用介绍了热仿真的技术背景,通过实际案例讲解了热仿真过程,并分享了热仿真技术产业的市场价值。

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  6、有机硅材料在5G终端中的应用

浙江凌志新能源科技有限公司的技术总监张春辉博士介绍了有机硅材料在5G终端中的应用,主要介绍了该司的有机硅发泡材料的性能及生产工艺,产品具有室温自发泡特性,可以生产胶粘泡沫成品,也可通过化学处理直接附着在器件表面,实现生产程序前置。该有机硅发泡材料可单独作为隔热材料,导热系数为0.1W/m·K,作为基质结合PI膜制成导电泡棉,可同时具有导电性能与电磁屏蔽性能。该司的导热材料中,双组分结构胶可以在室温下快速固化,具有较强的粘接强度,可承受较强的冲击力与震动,同时还具有1.0W/m·K的导热系数,与我司目前使用的导热硅脂信越G–746相近,可评估用于我司电器盒散热器,减少螺钉紧固工序降低成本,同时也减少因螺钉孔位不同导致的物料编码过多,进一步实现散热器型材通用化。

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7、5G热管理材料热分析

沃特世科技有限公司的高级应用工程师李欣蔚女士介绍了成分分析和热分析评价手段在热管理材料选择中的应用,介绍了热管理系统中材料的五个关注点,分别为热稳定性、导热系数、热膨胀、材料降解和逆向工程,以PI膜为例,进行了详细分析,可以得到表面和深度方向的成分分布及工作过程

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  8、导热界面材料助力5G工程新动态

莱尔德高性能材料的应用工程师雷爱华先生介绍了导热界面材料助力5G工程新动态,主要介绍了5G时代对导热界面材料的要求:热阻低、压应力低、可靠性高并可以快速简单应用,该司研发的导热界面材料Tflex CR850导热系数可以达到8.5W/m·K,该司除导热界面材料外,还生产电磁屏蔽材料,精密金属等,为5G基站主要设备有源天线单元(AAU)应用提供解决方案。

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9、 热管理用高性能铜合金

宁波博威合金板带有限公司高级经理张敏先生介绍了热管理用高性能铜合金,介绍了5G时代多种散热方式,其中均温板生产中的高温过程,易导致强度和硬度降低,在焊接过程中容易变形,且均温板厚度降低到2.5mm,进一步加大生产难度。该司研发的boway19000为析出强化合金可同时实现优异的耐高温性能、力学性能和导热性能,有效解决了均温板高温后强度不足和材料翘曲问题可以应用于超薄均温板的制备。

10、面向5G智能终端的超薄热管及均温板应用

华南理工大学的陈钊书博士介绍了面向5G智能终端应用的超薄热管及均热板制造技术,介绍了超薄热管和均热板的研究现状,其中2011年日本FURUKAWA公司制备了厚度为1mm的超薄热管,最大传输功率达到22.5W。陈博士认为,未来4mm超薄热管和均热板有望解决5-8W的发热量;均热板理论上可以制备成任何形状,成本降低之后,用量将进一步增加;今后对均热板的要求将提高到2.5-3mm,研究方向将聚焦于新表面材料和新型吸液芯方面。



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