电子终端产品热管理技术统计分析及评价

陈康 王晨阳 周亮

（西安航空学院能源与建筑学院 陕西省西安市 710077）

1 前言

当今市面上的电子终端产品以各式各样的形态存在，其中智能手机在人们日常生活中已成为无可替代的一部分。截止2020年末，我国网民总规模已达9.89 亿，网络游戏用户规模已达5.18 亿[1]。用户量最突出的年龄段为青中年群体，电子产品的性能优化也倾向服务于青年群体，因此对现今国内各高校学生使用的电子设备的散热方案以及用户散热体验进行统计分析，对于电子终端产品热管理技术的发展与优化有着深层次的意义。本文通过问卷调查的方式对已实际应用于智能手机的散热方案进行统计分析，得出电子终端产品热管理技术研究现状。

2 调查内容与方法

由于电子终端产品种类繁多，散热方案因用途的不同产生差异，用户群体的年龄段也极为宽广[2]，同时在调查时无法实现对所有用户群体使用的各类产品的散热方案进行调查，因此选择国内高校学生作为样本，对散热方案及热管理体验进行统计。样本选择条件如下：

（1）样本数不低于15 所高校，且学生数量越多的高校样本抽取数量越多；

（2）所使用的电子终端产品尽可能处于不同时期发布、不同价位和不同品牌；

（3）样本高校尽量分散，每所高校应具有独立性，每个样本具有一定的代表性；

（4）删除重复以及无效的所得数据，如存在不完善处，则进行补充调查或线下调查。

调查的内容设计为：

（1）最常用的电子设备有哪些；

（2）是否关注过手机的散热问题；

（3）手机价位在哪个区间；

（4）使用手机过程中，哪些行为使手机发热更加严重；

（5）针对手机发热问题，采取过哪些方式解决；

（6）对今后智能手机的散热性能有何期望或建议。

3 调查结果分析

对数据结果统计分析可得：

（1）由手机价位分布图1，中高端智能手机用户占比最大，而该价位的手机也不断朝着高度集成化的方向发展，这些趋势使得手机的运行热量大幅增加，已成为该行业面临的重要问题之一[3]。此外，智能手机在处理高效能应用时产生巨大热量，见表1，其功耗主要源于打游戏及视频应用等，见图2。我国网络游戏用户的主体是青年群体，加上电子竞技行业的蓬勃发展，大型手机游戏对智能手机的硬件要求愈发苛刻，因大型游戏运行功耗而产生的热量（体现在CPU 满载运行、屏幕显示以及网络连接等[4]）也高于其他手机日常活动；其次，功耗主要在于看剧、长时间通话等活动。

图1：问卷调查智能手机价位分布

（2）手机的散热问题已衍生出各种以主动式散热为散热方案的附加式散热产品，如手机散热背夹、散热手柄、散热手机壳以及外置散热风扇等。此类方法虽然一定程度上缓解了手机的散热问题，但由于携带不便、噪声过大和操作麻烦等局限，使用率并不高。而相比于附属型散热设备，见图3，用户更偏向于静置使其自然散热，即被动散热。因此，被动散热的发展前景或优于主动散热，这也为目前主流的被动散热方案，如石墨烯、VC 均热板和热管等提供了前所未有的发展机遇[5]。

图3：各类散热形式的使用占比

（3）依据用户对手机散热及热管理体验的开放性回复，现有散热方案的效率在某种程度上已无法满足用户的对散热性能的需求，人们对未来智能手机的散热性能报以高效性、智能化等期望。

4 散热综合性能分析

各类手机产品散热方案的生产成本、（等效）导热率、散热功耗及生产工艺水平均有差异，具体见表2 和表3[6]。

表1：智能手机发热应用与发热详情

表2：常见手机散热方案的（等效）导热率

表3：常见散热方案的综合效能比较

结合表2 与表3 及智能手机各散热方案详情，可以得出：

（1）就散热方案的导热率而言，VC 均热板的导热率最强、散热效果最佳；热管虽然也有较高的导热效率，但其（等效）导热率随温度的变化动态浮动，散热稳定性与VC 均热板相比略逊一筹。

（2）从生产成本来看，石墨烯的生产成本无疑是最高的，其次是热管和VC 均热板，石墨片的成本最低廉。

（3）从生产工艺来讲，石墨片的生产工艺流程最为繁杂，而其他三者虽都有一定的工艺门槛，但自身都具备优良的导热性能优势，在科技水平与日俱增的信息时代，相信在不久的将来，这些难题都将被一一攻克。

（4）综上所述，笔者认为目前综合效能最佳的智能手机散热方案为VC 均热板，其次是热管，再者为石墨烯，最后则是石墨片。

5 结论

通过问卷调查、市场调研和技术分析，可以得出：

（1）智能手机市场的主流散热方案为被动散热，包括石墨片、石墨烯、热管、VC 均热板，而主动式散热总体上不能满足手机的散热需求。

（2）智能手机散热主要攻克的难题是在运行大型游戏和存取数据等应用时因高负荷运作而产生的巨大热量。

（3）VC 均热板是综合效能最佳的散热方案。笔者认为未来智能手机的散热方案将会是VC 均热板+石墨烯或者其他类型的混合型散热方案。