智能手机在使用时,时常会遇到发烫的问题,这是因为手机的功能越来越强大,传统的散热方式出现瓶颈。
手机运算的速度提升,屏幕增大,导致功耗激增,传统散热方式由于体积限制使得利用传导/对流性的散热产品不能解决高性能带来的高热量问题,高热量会导致产品性能不稳定甚至出现损毁风险,高温也会对人体产生损伤。
面对这些行业痛点,东莞市科创铜业有限公司(以下简称:科创铜业)由中国科学院化学有限公司瞿美臻老师的团队提供技术支持,将碳纳米管材料应用在手机/平板电脑等领域,利用碳纳米管材料高辐射率的特性,不断改进制程工艺,合成高性能散热材料,成功解决传统散热材料的瓶颈问题。
据科创铜业总经理胡海彬介绍,和传统石墨片材料相比,碳纳米管材料不仅散热速度更快,还节省高达60%的成本。
优异的散热性能
碳纳米管是1991年披露的诺贝尔奖科研成果,是目前已知物质里最接近绝对黑体的材料,具有优秀的热辐射性能,可将热能转化为红外线,快速将热能转换成光能带离热源。
“碳纳米管材料是将热能转换成光能,然后辐射。”胡海彬说,传统的手机石墨片工作原理是导热,其工作原理是:将热源热量向四周进行扩散,分散点热源温度,而碳纳米管材料的工作原理是:直接将热能转换成光能,带离热源辐射散热,速度是光速级别,两者的散热速度,完全不是一个量级。
碳纳米管散热涂层将热源内能转化为辐射能,辐射出去转为内能,以辐射途径进行能量转移,达到散热的目的,碳纳米管散热涂层辐射率可达98%(普通铝材表面辐射率仅11%)。
此外,随着手机进入5G时代,如若机身材质采用玻璃或者陶瓷,碳纳米管材料的散热优势,将体现的更为淋漓尽致。
“手机如使用塑胶,陶瓷、玻璃纤维等非晶体材料作为手机盖板,光能是可以直接穿透非晶体物质的。”胡海彬说。
首创应用手机
既然碳纳米管材料散热性能如此优异,为什么之前没有应用在手机上呢?
对此,胡海彬解释到:“以前由于制造工艺的局限性,只能采用喷涂的方式将碳纳米管材料喷涂到电子元器件上,而手机里面的电子元器件体积比较小,采用喷涂的方式,效率低导致成本比较高。”
但是,如今随着自动化设备的发展,特别是高精密全自动丝印设备的出现,让了碳纳米管材料有了应用在手机上的可行性。
“手机里有个不可或缺的部件:屏蔽罩。”胡海彬说,“通过丝印工艺,可以在屏蔽罩表面印刷碳纳米管散热涂层,使屏蔽盖具有优秀的散热性能,工程师不用再在屏蔽盖上开透气孔散热,增强屏蔽性能,涂层还带有消除静电功能,可将人体运动产生的静电消除释放,提升安全性能。”
胡海彬介绍,现手机散热方案采用传统的石墨片进行传导散热,每一平方米的材料费100多元,模切加工费也要0.15-0.2元,还需要工人手工粘帖在主板上,散热综合成本达到1-1.5元。而采用碳纳米管散热屏蔽盖,有以下几点优势:
屏蔽盖有强散热能力,不用开孔,增强屏蔽性能;
碳纳米涂层表面具备静电消散功能,增加手机重要器件保护;
使芯片产生的热量迅速散发,增强长期工作稳定性;
一个散热屏蔽罩的加工费仅需0.2-0.3元,并且支持全自动机械化生产,省略人工贴石墨片工序,提升产品性能,大幅节约成本。
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