《電子技術(shù)應(yīng)用》
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解讀華為Mate 20 X石墨烯散熱技術(shù)原理

2018-11-06

對(duì)于如今的智能手機(jī),性能已經(jīng)不再是制約手機(jī)發(fā)展的首要問題,而是散熱。因?yàn)樵谄渌鼦l件不變的情況下,手機(jī)處理器的性能越強(qiáng),其所帶來功耗的增加也就越大,尤其是對(duì)于移動(dòng)終端,本身內(nèi)部空間就是寸土寸金,對(duì)于手機(jī)本身散熱的要求就更高。因此,散熱則成了對(duì)于旗艦機(jī)必不可少的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

由于機(jī)身內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)是相對(duì)固定的,因此對(duì)于旗艦機(jī)來說,散熱比拼的是對(duì)于高精尖材料的運(yùn)用。提到散熱,相信大多數(shù)用戶首先都會(huì)想到一個(gè)詞“石墨烯”。這個(gè)詞往往能在一些宣布國家科技重大進(jìn)步的新聞中見到它的名字,是目前已知最能接近商用的高科技材料。

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作為目前科學(xué)界發(fā)現(xiàn)的更薄、強(qiáng)度更大、導(dǎo)電大熱性能更強(qiáng)的新型納米材料,石墨烯被稱為“黑金”和“新材料之王”。石墨烯是是一種從石墨材料中剝離出的單碳原子片狀材料,由一系列按蜂窩狀晶格排列的碳原子組成。這種特殊的結(jié)構(gòu)使得石墨烯具有比銅更優(yōu)良的導(dǎo)電性,超過鋼100倍的強(qiáng)度,并且能夠快速擴(kuò)散熱量,是業(yè)界領(lǐng)先的導(dǎo)熱材料。

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想要把一項(xiàng)技術(shù)從理論帶進(jìn)現(xiàn)實(shí),并且應(yīng)用在商用中,更是不易。從2004年,英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖若夫首次發(fā)現(xiàn)石墨烯,掀起了石墨烯工業(yè)應(yīng)用研究的熱潮。到2015年,華為與曼徹斯特大學(xué)達(dá)成合作,研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)通信設(shè)備。石墨烯發(fā)展的落地,經(jīng)過了十多年的時(shí)間。

嚴(yán)格來說,石墨烯只是一種散熱材料,至于如何合理運(yùn)用,才是考驗(yàn)廠商的難點(diǎn)。想要實(shí)現(xiàn)石墨烯材料的商業(yè)化應(yīng)用,要克服很多困難,其中量產(chǎn)工藝就是一大挑戰(zhàn)。華為和業(yè)界合作伙伴實(shí)現(xiàn)手機(jī)應(yīng)用規(guī)格石墨烯材料的批量生產(chǎn),將良率從起初的不足10%,提升到可以達(dá)到數(shù)以千萬的商用水平。經(jīng)過華為2012實(shí)驗(yàn)室和學(xué)術(shù)界及工業(yè)界多家合作伙伴共同3年的研發(fā)積累,石墨烯膜才最終得以作為散熱材料出現(xiàn)在手機(jī)上。

當(dāng)然,不止是石墨烯,華為Mate 20 X還采用全新的VC液冷技術(shù),VC液冷冷板同時(shí)覆蓋了華為Mate 20 X處理器的大核、小核、GPU,處理器的熱量通過更短的路徑傳到VC冷板上,并通過相變傳熱系統(tǒng)將熱量擴(kuò)散到整個(gè)機(jī)身。和熱管相比,超寬的VC液冷對(duì)SoC熱源覆蓋,由原不足50%提升至100%全覆蓋,構(gòu)成散熱的“高速公路”

我們知道,VC液冷原本主要用于高端數(shù)據(jù)中心服務(wù)器散熱,管體很厚重,經(jīng)過很長時(shí)間的輕薄化改良和優(yōu)化,目前華為Mate 20 X上可以做到0.4mm的厚度,對(duì)生產(chǎn)工藝的要求非常苛刻。采用半導(dǎo)體加工常用的蝕刻工藝,加工出小于0.1mm壁厚的板材,采用比頭發(fā)絲還細(xì)的銅絲編制成內(nèi)部回液毛細(xì)結(jié)構(gòu),經(jīng)過700℃左右高溫?zé)Y(jié),焊接,抽真空,注液,密封等多道工藝,形成蒸汽流動(dòng),液體回流的高效兩相傳熱均溫板,實(shí)現(xiàn)業(yè)界0.4mm厚度VC量產(chǎn)應(yīng)用。

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而之所以華為會(huì)下這么大工夫,把散熱這項(xiàng)技術(shù)做到如此極致,還是從用戶實(shí)際體驗(yàn)的角度出發(fā)。尤其是現(xiàn)在手游火爆的現(xiàn)象,造成了在玩游戲、充電等場景下的發(fā)熱越來越嚴(yán)重。尤其現(xiàn)在許多人已經(jīng)一分一秒都離不開手機(jī),即使沒電了還要邊充電邊玩,手機(jī)簡直像一個(gè)小火爐。手機(jī)發(fā)熱不光會(huì)影響手感和心情,更會(huì)因?yàn)楦邷匾鹗謾C(jī)對(duì)CPU和GPU進(jìn)行降頻,導(dǎo)致卡頓。換言之,我們可能在王者榮耀的排位賽中因?yàn)槭謾C(jī)發(fā)熱引起卡頓而被對(duì)方團(tuán)滅,可能在刺激戰(zhàn)場的決賽圈里因?yàn)槭謾C(jī)發(fā)熱變得卡頓而被人秒殺。

有了Vapor Chamber液冷技術(shù)以及石墨烯膜散熱的雙重組合,使得華為Mate 20 X的散熱能力較上代Mate 10提升約50%,發(fā)熱集中點(diǎn)的溫度較上代下降了3度以上,實(shí)現(xiàn)了室溫TOP游戲的極端畫質(zhì)下,性能全開跑滿幀。而有了石墨烯膜散熱這項(xiàng)黑科技,在用華為Mate 20 X打游戲時(shí),再也不會(huì)出現(xiàn)手機(jī)發(fā)熱,而導(dǎo)致游戲體驗(yàn)不好、或者是電量消耗過快的問題。


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