柔性透波高導(dǎo)熱氮化硼膜材在5G毫米波折疊屏幕手機(jī)散熱應(yīng)用的交流探討

折疊屏幕手機(jī)市場現(xiàn)狀以及TIM材料管理方案

目前，折疊屏手機(jī)市場基本以三星和華為為主，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，三星的市場占比高達(dá)88%至90%。屏幕機(jī)構(gòu)DSCC調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2021年Q3季度折疊屏手機(jī)的總出貨量環(huán)比增加了215%、同比暴漲480%。按照DSCC預(yù)測，2021年Q4季度其出貨量將從260萬臺提升到400萬臺。

調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS Markit曾表示，到2025年，可折疊AMOLED面板出貨量將達(dá)到5000萬臺，可折疊AMOLED面板占AMOLED面板總出貨量的8％（8.25億），占柔性AMOLED面板總出貨量的11％（4.76億）。

2018-2025可折疊柔性面板出貨量預(yù)測

折疊屏手機(jī)配備主流的旗艦處理器，并且具有更大的屏幕尺寸，如三星Galaxy Fold 屏幕展開為7.3英寸，華為Mate X屏幕展開為8.0英寸，這往往意味著更大的運(yùn)行功耗和更多的電量需求。高性能的處理器，更大尺寸的屏幕和更高容量的電池，發(fā)熱量往往更大，因此要求折疊屏手機(jī)的兩側(cè)外殼都必須有效用于散熱。

折疊屏手機(jī)的兩側(cè)外殼由折疊鉸鏈連接，在折疊位置單獨(dú)依靠鉸鏈連接往往難于實(shí)現(xiàn)有效熱傳遞，因此發(fā)熱量更大的SoC部分的熱量難于從鉸鏈處傳導(dǎo)到另一側(cè)外殼，設(shè)備整體散熱潛力利用不足，熱的不均勻分布也埋下了熱應(yīng)力導(dǎo)致的故障隱患。

柔性導(dǎo)熱器件，柔性石墨，柔性熱管/均熱板（VC）等能夠?qū)⒏甙l(fā)熱的主板和SoC區(qū)域熱量，通過橫跨鉸鏈的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，將熱量快速轉(zhuǎn)移到折疊屏另外一側(cè)的外殼，有效的增加了設(shè)備的散熱面積，改善散熱效率。

小米 MIX Fold“微氣囊”耐彎折石墨橫跨鉸鏈連通兩側(cè)外殼，加強(qiáng)均衡散熱

氮化硼膜材特點(diǎn)：高導(dǎo)熱、低介電、絕緣、透波、抗電壓、柔性

六方氮化硼（h-BN）這種二維結(jié)構(gòu)材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個(gè)原子厚度。但是兩者很大的區(qū)別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導(dǎo)體。與石墨烯不同的是，h-BN的導(dǎo)熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術(shù)層面上講，一個(gè)聲子即是一組原子中的一個(gè)準(zhǔn)粒子）。

有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點(diǎn)之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個(gè)方向上沿著傳導(dǎo)平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此。”與石墨中的六角碳網(wǎng)相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網(wǎng)狀層面，互相重疊，構(gòu)成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數(shù)兩者也頗為相近。

基于二維氮化硼納米片的復(fù)合薄膜，此散熱膜具有透電磁波、高導(dǎo)熱、高柔性、高絕緣、低介電系數(shù)、低介電損耗等優(yōu)異特性，是5G射頻芯片、毫米波天線領(lǐng)域最為有效的散熱材料之一。

BN氮化硼膜材的折彎測試結(jié)果（附有測試的視頻）

• 測試設(shè)備：耐折彎測試儀；

• 樣品：不同厚度不同BN固含量樣品 5 PCS (編號為 1~5#）；

• 測試條件：兩板間隙為 3 mm, 回落角度 170度，彎折次數(shù)為 40次/分鐘；

• 此次試驗(yàn)測試了不同厚度和BN固含量，折彎測試結(jié)果是：比較而言，越薄耐折彎性能越好。

• 測試數(shù)據(jù)：

測試照片：

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第5代移動網(wǎng)絡(luò)。5G是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G有助于建立一個(gè)新的、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點(diǎn)，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機(jī)器。

公認(rèn)的5G優(yōu)勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G網(wǎng)絡(luò)利用在26GHz 至40GHz范圍內(nèi)運(yùn)行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。

5G部署最初可能會以增強(qiáng)型移動寬帶應(yīng)用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強(qiáng)型移動寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗(yàn)，超越現(xiàn)有移動寬帶應(yīng)用所支持的水平。

二

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來無線移動通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計(jì)技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進(jìn)展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長距離、高移動、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應(yīng)用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)，開展面向長距離、高移動毫米波無線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢：毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點(diǎn)：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點(diǎn)對點(diǎn)通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點(diǎn)：毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會采用小基站的方式來加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔。

什么是TIM熱管理?

定義

熱管理？顧名思義，就是對“熱“進(jìn)行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)以及國防等各個(gè)領(lǐng)域，控制著系統(tǒng)中熱的分散、存儲與轉(zhuǎn)換。先進(jìn)的熱管理材料構(gòu)成了熱管理系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而熱傳導(dǎo)率則是所有熱管理材料的核心技術(shù)指標(biāo)。

導(dǎo)熱率，又稱導(dǎo)熱系數(shù)，反映物質(zhì)的熱傳導(dǎo)能力，按傅立葉定律，其定義為單位溫度梯度（在1m長度內(nèi)溫度降低1K）在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的熱量。熱導(dǎo)率大，表示物體是優(yōu)良的熱導(dǎo)體；而熱導(dǎo)率小的是熱的不良導(dǎo)體或?yàn)闊峤^緣體。

5G手機(jī)以及硬件終端產(chǎn)品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，電子設(shè)備和許多其他高功率系統(tǒng)的性能和可靠性受到散熱問題的嚴(yán)重威脅。要解決這個(gè)問題，散熱材料必須在導(dǎo)熱性、厚度、靈活性和堅(jiān)固性方面獲得更好的性能，以匹配散熱系統(tǒng)的復(fù)雜性和高度集成性。