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手機(jī)散熱，一個(gè)永遠(yuǎn)無法被解決的問題

愛范兒整合編輯：太平洋科技發(fā)布于：2024-07-24 18:22

散熱，已經(jīng)成為手機(jī)的一個(gè)重要賣點(diǎn)。

每個(gè)手機(jī)廠商在發(fā)布會上介紹自己產(chǎn)品性能的時(shí)候，往往后面就會跟著關(guān)于散熱技術(shù)的介紹。例如剛剛發(fā)布的小米大小折疊屏手機(jī) MIX Fold 4 和 MIX Flip 都著重講了自己如何在手機(jī)上采用新的技術(shù)做到更有效散熱，不久前小米發(fā)布的 MIX Flip 所采用的「臺階式立體散熱系統(tǒng)」，就是將 VC 散熱板與金屬中框連在了一起，相當(dāng)于變相增加了 VC 散熱板的面積。

那么問題來了，在如今每家手機(jī)廠商都如此重視散熱技術(shù)的情況下，我們的手機(jī)遇到高溫天氣還是會「發(fā)燒」？

手機(jī)散熱為什么這么難？

去年年底，曾經(jīng)有過這樣一個(gè)討論。

在 Redmi K70 發(fā)布會上，Redmi 品牌總經(jīng)理盧偉冰提及 VC 散熱板時(shí)表示：

VC 散熱面積越大，越說明這家公司沒技術(shù)。

話鋒直指多個(gè)友商，畢竟一加、紅魔、真我等一眾品牌都是用的是萬階散熱。

一加中國區(qū)總裁李杰立即發(fā)長文回應(yīng)：

最近有人說「散熱面積越大就說明散熱技術(shù)不行」，這是一種否定行業(yè)，不尊重科學(xué)和邏輯的反智言語，簡直就是牛頭不對馬嘴的行業(yè)笑話。就好像在說房子越大，裝修技術(shù)就越差一樣，兩者根本就沒有任何關(guān)系。

當(dāng)天夜里，Redmi 市場總經(jīng)理王騰也發(fā)長文反駁道：

VC 再大也沒啥用，只會在 VC 上堆面積，說明這家公司確實(shí)沒啥能拿得出手的技術(shù)。

那么 VC 散熱板這究竟是不是越大越好？怎樣才能真正把手機(jī)的溫度降下來？這還要從 VC 散熱板的原理說起。

VC（Vapor Chamber）均熱板，通常由銅或不銹鋼制成，是一個(gè)內(nèi)壁具有細(xì)微結(jié)構(gòu)的真空腔體。

VC 均熱板內(nèi)部結(jié)構(gòu)

當(dāng)熱量由熱源傳導(dǎo)至蒸發(fā)區(qū)時(shí)，腔體里的冷卻液在低真空度的環(huán)境中受熱后，開始產(chǎn)生冷卻液的氣化現(xiàn)象，此時(shí)吸收熱能并且體積迅速膨脹，冷卻介質(zhì)迅速充滿整個(gè)腔體，當(dāng)其接觸到一個(gè)比較冷的區(qū)域時(shí)，便會產(chǎn)生凝結(jié)的現(xiàn)象。

借由凝結(jié)的現(xiàn)象釋放出在蒸發(fā)時(shí)累積的熱，凝結(jié)后的冷卻液會借由微結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管道再回到蒸發(fā)熱源處，此運(yùn)作將在腔體內(nèi)周而復(fù)始進(jìn)行。

換句話說就是，通過傳導(dǎo)、蒸發(fā)、對流及冷凝四個(gè)步驟，利用液體蒸發(fā)吸熱、冷凝排熱的物理原理循環(huán)散熱，將手機(jī)溫度最高的部位溫度降到與周邊溫度相同的溫度。

在除了 VC 散熱方案以外，還有一部分手機(jī)采用的是熱管散熱方案。

相比 VC 散熱，管熱同樣用到了液體蒸發(fā)和凝結(jié)的過程來實(shí)現(xiàn)熱量的傳導(dǎo)和散發(fā)，不過由于形狀通常是一條細(xì)長的管道，雖然可以呈現(xiàn)出彎曲或盤旋狀，但實(shí)際使用位置和面積仍然有一定限制，因而在如今的手機(jī)上越來越少。

熱管散熱與 VC 液冷散熱原理對比

手機(jī)上 VC 液冷散熱與導(dǎo)熱管覆蓋區(qū)域?qū)Ρ?/p>

隨著散熱技術(shù)的發(fā)展，很多廠商還會在關(guān)鍵部分加入石墨烯、導(dǎo)熱凝膠、銅箔、導(dǎo)熱硅脂等材料來達(dá)到散熱的作用，因而在當(dāng)前手機(jī)散熱系統(tǒng)中， VC 均熱板、散熱管往往與石墨烯、銅箔等散熱材料以組合的形式出現(xiàn)。

手機(jī)中的多層散熱結(jié)構(gòu)

各家廠商的散熱系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)、形態(tài)有些差別，但無一例外都是利用材料的物理特性降溫，之所以能夠奏效，主要原因在于手機(jī)發(fā)熱的部位往往集中在處理器、攝像模組、充電 IC 等局部區(qū)域，而其他部分則相對溫度較低，這其中溫差是熱傳遞的主要驅(qū)動力。

所以毫無疑問，雖然散熱技術(shù)各有不同，但 VC 均熱板的面積直接決定手機(jī)散熱區(qū)域的大小，均熱板面積越大，意味著讓熱量在更大范圍內(nèi)均勻分布，減少局部熱點(diǎn)的出現(xiàn)，這對于高性能處理器在高負(fù)載情況下的散熱尤為重要。

但如今夏季極端炎熱天氣越來越多，當(dāng)戶外溫度接近甚至超過手機(jī)核心溫度，手機(jī)內(nèi)外溫差減小，手機(jī)的散熱效率顯然會降低不少，進(jìn)而讓手機(jī)內(nèi)部溫度不斷升高，這也就是為什么在炎熱的夏季，我們往往會感受到手機(jī)溫度上升的速度甚至?xí)热梭w更快的原因。

圖片來自國家氣候中心

為了解決散熱「各顯其能」

既然在高溫環(huán)境中，VC 散熱降溫難以產(chǎn)生應(yīng)有的效果，那么還有沒有別的辦法？

答案是肯定的，除了被動散熱技術(shù)，一些手機(jī)還加入了主動散熱方案。例如紅魔最近推出的 9S Pro+ 就采用內(nèi)置風(fēng)扇的方式，將風(fēng)冷與液冷結(jié)合，這也成為了紅魔手機(jī)的標(biāo)志性設(shè)計(jì)之一。

紅魔手機(jī)上的散熱風(fēng)扇

此外，還有很多外部散熱部件，也能有效為手機(jī)降溫，例如散熱背夾。它通常由制冷片、風(fēng)扇等部件組成，利用半導(dǎo)體制冷，也就是當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時(shí)，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可精確地控制溫度并實(shí)現(xiàn)制冷的目的。

散熱背夾講空氣中的水蒸氣液化成水珠的現(xiàn)象

值得一提的是，以往被認(rèn)為不太注重散熱的蘋果在今年推出的 iPad pro M4 版上也著重介紹了散熱能力，除了在內(nèi)殼加入散熱導(dǎo)熱石墨片以外，還在 logo 加入銅材質(zhì)，官方宣稱整體散熱性能相比前一代提升了 20%。

刮掉表面涂層后可以看到蘋果 logo 中的銅材料

從國外專注于手機(jī)維修的網(wǎng)站 Phone Repair Guru 拆解 iPad Pro 13 英寸的視頻中我們可以看到，蘋果圖標(biāo)正下方緊挨著的就是蘋果 M4 芯片，讓蘋果的圖標(biāo)直接成為了芯片的散熱器，多了一層實(shí)用價(jià)值。

撕下主板散熱貼紙后

這樣的設(shè)計(jì)毫無疑問也讓它適合外接散熱夾等主動散熱工具，可以算作是一個(gè)「隱藏驚喜」，大膽猜想一下或許隨后發(fā)布的 iPhone 16 系列也會有類似設(shè)計(jì)。

當(dāng)然也有人會認(rèn)為，雖然散熱背夾性能不錯(cuò)，但終究要在手機(jī)背后出現(xiàn)一個(gè)「掛件」，這在游戲電競場景中或許影響不大，但在日常使用時(shí)就顯得不太方便。

因此，很多手機(jī)廠商有針對性地推出了輕薄的散熱配件，例如愛范兒曾測試過的「冰膚散熱保護(hù)殼」。它的原理類似發(fā)熱時(shí)放在額頭上的濕毛巾，主要通過內(nèi)部的 Glacier Mat 材料，吸收空氣中的水分，并通過水分蒸發(fā)帶走手機(jī)的熱量。

愛范兒曾測試過的「冰膚散熱保護(hù)殼」

華為也曾推出一款帶有驅(qū)動泵的「微泵液冷手機(jī)殼」，這款通過利用PCM相變材料在手機(jī)發(fā)熱時(shí)吸熱并固態(tài)轉(zhuǎn)液態(tài)，溫度下降時(shí)釋放熱量固化，通過無線反向充電驅(qū)動的兩個(gè)泵，將熱量快速轉(zhuǎn)移至冷端，實(shí)現(xiàn)高效散熱，相當(dāng)于給手機(jī)額外增加了一個(gè)液冷散熱系統(tǒng)。

散熱，一個(gè)隨性能「水漲船高」的問題

顯然，手機(jī)廠商們?yōu)榱松峥芍^「各顯其能」，但實(shí)際上仍然無法徹底解決手機(jī)的散熱問題。其中的根源在于手機(jī)越來越高性能的處理器、越來越注重輕薄的形態(tài)與越來越緊湊的設(shè)計(jì)。

當(dāng)處理器執(zhí)行任務(wù)時(shí)，會進(jìn)行大量的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。這個(gè)過程需要進(jìn)行頻繁的電信號轉(zhuǎn)換和傳遞，而這些轉(zhuǎn)換和傳遞過程會導(dǎo)致電流通過處理器內(nèi)部的晶體管和電路。這種電流的流動會引起電阻的存在，而電阻則會將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而產(chǎn)生熱量。

移動設(shè)備需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，意味著更強(qiáng)的性能，也意味著更高的發(fā)熱量。而手機(jī)的輕薄設(shè)計(jì)和緊湊結(jié)構(gòu)進(jìn)一步壓縮了手機(jī)的散熱空間，使得熱量更容易在內(nèi)部積累，導(dǎo)致整體溫度升高。

以輕薄著稱的 vivo X5 Max

這就不得不提到著名的「火龍」——驍龍 888 處理器。由于不太成熟的三星 5nm 工藝制程，加上漏電嚴(yán)重導(dǎo)致的功耗問題，使其發(fā)熱問題嚴(yán)重。

有網(wǎng)友稱，自己搭載驍龍 888 處理器的小米 11 在使用后不久，就出現(xiàn)了連不上 Wi-Fi 的問題。送去維修拆機(jī)后發(fā)現(xiàn)，問題源自驍龍 888 處理器在反復(fù)高熱-冷卻的循環(huán)過程中，直接把 SoC 上的膠封給燒虛焊了。

除了硬件的問題以外，在如今軟件不斷變得更全能的同時(shí)，也在占用更多處理器性能，增加手機(jī)的「熱度」。正如安迪-比爾定理指出：

硬件提升的性能很快會被軟件消耗掉。

手機(jī) SoC 性能不斷提升，軟件也在加快「榨干」硬件的性能，盡可能地發(fā)揮出硬件的性能極限，這種將效率拉滿的做法是手機(jī)發(fā)熱難以解決的根本。

從這個(gè)角度而言，散熱問題實(shí)際上會一直隨著性能的提升而持續(xù)存在，成為一個(gè)在未來仍會被「持續(xù)解決」的問題。

本文來源：愛范兒

散熱手機(jī) 效率

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