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常见智能手机热设计思路(节选)

3年前浏览4497

手机的使用场景与超薄平板非常类似,热设计手段也极为接近。随着智能时代来临,手机热设计越来越受到重视。从产品使用特征角度分析,手机的热设计要求可以概述为如下四个方面:

1)      长期手持、贴耳:良好的表面温升体验

2)      处理高负载任务:避免内部元器件频繁由于过热产生降频,保证产品良好的性能体验;

3)      内部有电池,长期贴身放置:保证使用安全性

4)      发货量极大,出现质量问题影响恶劣:方案稳定性好,可靠性高。

从因素决定论而言,产品热设计的控制因素可归类为内外两个方面:对内是发热密度,即单位空间内产品的发热量;对外则是产品能够采取的散热手段,或者说产品自身特点对散热方案设计提出的客观限制。


对于手机而言,这两个方面的因素都非常明显:

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图16-4 手机热设计面临的挑战:功耗增加,外观要求越来越高,散热空间愈加狭小[3]

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图16-5 IEC对移动终端表面温度的要求:触及时间<10min, T<48℃;触及时间>8hT<43[2]


由于外壳温度限制严格(温升一般要求低于18℃,即室温25℃下外壳温度不能超过43℃),实际上,一般的智能手机热设计已不存在所谓的过设计:CPU降频往往不是因为其自身超温,而是由于手机表面温度已经过高。当热设计方案更加先进时,带来的结果是手机在运行大负载的情况下降频情况的更少出现。从这个意义上讲,手机热设计的任何提升都将转变为系统流畅度的提升。由于空间有限,手机将热设计的综合性展现到了极致手机热设计工程师必须全程与硬件设计、软件设计和结构设计工程师通力协作,应当关注所有影响到手机散热表现的细节设计,并从散热角度给出建议。

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图16-6 手机热设计的综合性


由于手机散热的特殊要求及该行业的迅速繁荣,甚至带动了行业内部分新物料和新工艺的巨大进步。石墨片、超薄热管和相变微胶囊在手机上近年来也开始广泛运用。手机中的主板、中框、LCD屏均可贴石墨片均匀热量,辅助散热。热管通常置于CPU上方,用来快速将CPU发出的热量转出。相变微胶囊则可以在手机启动大型应用时,快速吸收过余热量,维持产品温度。

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图16-7超薄的均热物料:手机中的石墨片、热管和VC


从产品特征分析,智能手机的散热设计需求及其常见应对措施如下:

16-2根据智能手机特征施加的散热方案

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注:系统功耗优化是一个非常复杂的硬件、软件、热设计的综合任务。不同芯片的功耗随工作频率、工作温度的变化规律以及整个系统的综合功耗是极难准确获得的。不同场景对不同芯片的计算需求也不相同。

随着5G及万物互联时代的来临,大量智能家居产品会出现。由于功能强大且需要更快地接收、发送数据,同时空间还受到严格限制,手机的热和电、磁将空前融合。热设计工程师不得不学习更多电磁知识,以便在设计散热方案的同时考虑电磁的影响。电磁知识将在本书第17章详述。

表16-3 5G手机面临的新的热问题

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参考文献(第十六章全部参考文献)


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作者简介:陈继良,仿真秀专栏作者,文章节选自机械工业出版社发行,陈继良老师编著的《从零开始学散热》,点击可订购。

理论科普芯片消费电子换热散热热设计
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首次发布时间:2021-09-23
最近编辑:3年前
陈继良 Leon Chen
硕士 | 工程师 工程是科学,也是艺术。
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