電子終端產(chǎn)品熱管理技術(shù)統(tǒng)計分析及評價

陳康 王晨陽 周亮

（西安航空學(xué)院能源與建筑學(xué)院 陜西省西安市 710077）

1 前言

當(dāng)今市面上的電子終端產(chǎn)品以各式各樣的形態(tài)存在，其中智能手機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪幸殉蔀闊o可替代的一部分。截止2020年末，我國網(wǎng)民總規(guī)模已達(dá)9.89 億，網(wǎng)絡(luò)游戲用戶規(guī)模已達(dá)5.18 億[1]。用戶量最突出的年齡段為青中年群體，電子產(chǎn)品的性能優(yōu)化也傾向服務(wù)于青年群體，因此對現(xiàn)今國內(nèi)各高校學(xué)生使用的電子設(shè)備的散熱方案以及用戶散熱體驗進(jìn)行統(tǒng)計分析，對于電子終端產(chǎn)品熱管理技術(shù)的發(fā)展與優(yōu)化有著深層次的意義。本文通過問卷調(diào)查的方式對已實際應(yīng)用于智能手機(jī)的散熱方案進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出電子終端產(chǎn)品熱管理技術(shù)研究現(xiàn)狀。

2 調(diào)查內(nèi)容與方法

由于電子終端產(chǎn)品種類繁多，散熱方案因用途的不同產(chǎn)生差異，用戶群體的年齡段也極為寬廣[2]，同時在調(diào)查時無法實現(xiàn)對所有用戶群體使用的各類產(chǎn)品的散熱方案進(jìn)行調(diào)查，因此選擇國內(nèi)高校學(xué)生作為樣本，對散熱方案及熱管理體驗進(jìn)行統(tǒng)計。樣本選擇條件如下：

（1）樣本數(shù)不低于15 所高校，且學(xué)生數(shù)量越多的高校樣本抽取數(shù)量越多；

（2）所使用的電子終端產(chǎn)品盡可能處于不同時期發(fā)布、不同價位和不同品牌；

（3）樣本高校盡量分散，每所高校應(yīng)具有獨立性，每個樣本具有一定的代表性；

（4）刪除重復(fù)以及無效的所得數(shù)據(jù)，如存在不完善處，則進(jìn)行補充調(diào)查或線下調(diào)查。

調(diào)查的內(nèi)容設(shè)計為：

（1）最常用的電子設(shè)備有哪些；

（2）是否關(guān)注過手機(jī)的散熱問題；

（3）手機(jī)價位在哪個區(qū)間；

（4）使用手機(jī)過程中，哪些行為使手機(jī)發(fā)熱更加嚴(yán)重；

（5）針對手機(jī)發(fā)熱問題，采取過哪些方式解決；

（6）對今后智能手機(jī)的散熱性能有何期望或建議。

3 調(diào)查結(jié)果分析

對數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計分析可得：

（1）由手機(jī)價位分布圖1，中高端智能手機(jī)用戶占比最大，而該價位的手機(jī)也不斷朝著高度集成化的方向發(fā)展，這些趨勢使得手機(jī)的運行熱量大幅增加，已成為該行業(yè)面臨的重要問題之一[3]。此外，智能手機(jī)在處理高效能應(yīng)用時產(chǎn)生巨大熱量，見表1，其功耗主要源于打游戲及視頻應(yīng)用等，見圖2。我國網(wǎng)絡(luò)游戲用戶的主體是青年群體，加上電子競技行業(yè)的蓬勃發(fā)展，大型手機(jī)游戲?qū)χ悄苁謾C(jī)的硬件要求愈發(fā)苛刻，因大型游戲運行功耗而產(chǎn)生的熱量（體現(xiàn)在CPU 滿載運行、屏幕顯示以及網(wǎng)絡(luò)連接等[4]）也高于其他手機(jī)日?；顒?；其次，功耗主要在于看劇、長時間通話等活動。

圖1：問卷調(diào)查智能手機(jī)價位分布

（2）手機(jī)的散熱問題已衍生出各種以主動式散熱為散熱方案的附加式散熱產(chǎn)品，如手機(jī)散熱背夾、散熱手柄、散熱手機(jī)殼以及外置散熱風(fēng)扇等。此類方法雖然一定程度上緩解了手機(jī)的散熱問題，但由于攜帶不便、噪聲過大和操作麻煩等局限，使用率并不高。而相比于附屬型散熱設(shè)備，見圖3，用戶更偏向于靜置使其自然散熱，即被動散熱。因此，被動散熱的發(fā)展前景或優(yōu)于主動散熱，這也為目前主流的被動散熱方案，如石墨烯、VC 均熱板和熱管等提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇[5]。

圖3：各類散熱形式的使用占比

（3）依據(jù)用戶對手機(jī)散熱及熱管理體驗的開放性回復(fù)，現(xiàn)有散熱方案的效率在某種程度上已無法滿足用戶的對散熱性能的需求，人們對未來智能手機(jī)的散熱性能報以高效性、智能化等期望。

4 散熱綜合性能分析

各類手機(jī)產(chǎn)品散熱方案的生產(chǎn)成本、（等效）導(dǎo)熱率、散熱功耗及生產(chǎn)工藝水平均有差異，具體見表2 和表3[6]。

表1：智能手機(jī)發(fā)熱應(yīng)用與發(fā)熱詳情

表2：常見手機(jī)散熱方案的（等效）導(dǎo)熱率

表3：常見散熱方案的綜合效能比較

結(jié)合表2 與表3 及智能手機(jī)各散熱方案詳情，可以得出：

（1）就散熱方案的導(dǎo)熱率而言，VC 均熱板的導(dǎo)熱率最強(qiáng)、散熱效果最佳；熱管雖然也有較高的導(dǎo)熱效率，但其（等效）導(dǎo)熱率隨溫度的變化動態(tài)浮動，散熱穩(wěn)定性與VC 均熱板相比略遜一籌。

（2）從生產(chǎn)成本來看，石墨烯的生產(chǎn)成本無疑是最高的，其次是熱管和VC 均熱板，石墨片的成本最低廉。

（3）從生產(chǎn)工藝來講，石墨片的生產(chǎn)工藝流程最為繁雜，而其他三者雖都有一定的工藝門檻，但自身都具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性能優(yōu)勢，在科技水平與日俱增的信息時代，相信在不久的將來，這些難題都將被一一攻克。

（4）綜上所述，筆者認(rèn)為目前綜合效能最佳的智能手機(jī)散熱方案為VC 均熱板，其次是熱管，再者為石墨烯，最后則是石墨片。

5 結(jié)論

通過問卷調(diào)查、市場調(diào)研和技術(shù)分析，可以得出：

（1）智能手機(jī)市場的主流散熱方案為被動散熱，包括石墨片、石墨烯、熱管、VC 均熱板，而主動式散熱總體上不能滿足手機(jī)的散熱需求。

（2）智能手機(jī)散熱主要攻克的難題是在運行大型游戲和存取數(shù)據(jù)等應(yīng)用時因高負(fù)荷運作而產(chǎn)生的巨大熱量。

（3）VC 均熱板是綜合效能最佳的散熱方案。筆者認(rèn)為未來智能手機(jī)的散熱方案將會是VC 均熱板+石墨烯或者其他類型的混合型散熱方案。