智能手機如何解決散熱難題

喜歡跑分的童鞋不難發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象：都是搭載驍龍835/845處理器的手機，運行安兔兔、GeekBench等軟件時的成績有可能會出現(xiàn)15%以上的差距；同一款手機，連續(xù)運行跑分軟件的話成績也會越來越低。難道這里面涉及到廠商或媒體的虛假宣傳？

實際上，這個問題其實很容易理解。手機內置的處理器（準確來說是集成CPU、GPU和ISP等單元的SoC）等芯片的材料都是半導體，只要有電流通過就會在其內部的電阻上產生熱量，而發(fā)熱量的高低則取決于處理器的頻率高低，以及處理器當前的負載情況。

為了避免處理器因高溫而燒毀，手機廠商會為其設定一個閾值，只要瞬間溫度超過這個閾值就會觸發(fā)降頻機制，在最短的時間內降低處理器芯片的發(fā)熱量。很多手機跑分偏低、我們在玩游戲時突然遭遇莫名卡頓，基本都是處理器過熱降頻惹的禍。

為啥智能機才談散熱

在功能手機時代，手機最多也就是運行Java游戲，負載相對較低，也不存在處理器發(fā)熱降頻的問題。步入智能手機時代后，無論是UI界面操作的流暢度、運行APP的快慢還是游戲運行的幀數都與處理器（CPU/GPU）頻率息息相關，一旦降頻就必然出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

散熱先從結構入手

很多人都將手機散熱的希望放在了石墨稀、熱管甚至風扇上，其實從手機內部的物理結構入手也能顯著提升散熱效果。

比如，PCB主板采用整版堆疊有利于熱源分散，可降低局部熱量堆積問題；將PCB主板放置在遠離手握區(qū)域，可提升持握時的發(fā)熱感；增加內部各組件與后蓋的間隙，可降低外殼溫度；模內鑲件是與主熱源最近的金屬，如果選用高導熱系數材質就能降低局部溫度；提升材質表面粗糙度可增加表面積，改善散熱能力等等。這是一套系統(tǒng)工程學，考驗的是廠商的決心和良心。

此外，不要以為手機處理器都是ARM架構就小看它們的發(fā)熱量哦。NVIDIA Tegra 2/3系列曾經引領智能手機步入雙核和四核時代，但就是因為架不住發(fā)熱/功耗高而放棄手機市場（當然 還有NVIDIA缺乏基帶技術），轉載平板電腦和掌機戰(zhàn)場。

以任天堂最新的Switch為例，這款采用搭載的就是NVIDIA旗下的Tegra X1（20nm工藝，四核A57＋四核A53架構，集成256顆Maxwell CUDA GPU），哪怕內置了獨立的散熱風扇和熱管，玩游戲時的發(fā)熱量依舊非?！案腥恕?，冬天可以拿來當做暖手寶。

因此，作為內部空間稀缺的智能手機而來，就需要在散熱方面耗費更多的精力了。

面積至上的石墨烯

石墨烯熱輻射貼片（下文簡稱石墨散熱膜）是一種超薄散熱材料，可有效降低發(fā)熱源的熱密度，實現(xiàn)大面積快速傳熱、大面積散熱，并消除單點高溫的現(xiàn)象。石墨散熱膜在水平方向的導熱系數高達1200，大約是銅的3倍，鋁的6倍。但是，石墨散熱膜在垂直方向的導熱性卻極差，屬于越?。ó斎灰灿幸粋€極限值）散熱效果越好的輔助散熱材料。

將智能手機拆開，我們通常都能在LCD下方、CPU上方和后蓋內側看到石墨散熱膜的身影。可惜，石墨散熱膜的截面積太小，所能承載的熱流相對有限，在當今移動處理器發(fā)熱量和APP負載越來越高的當下，它的主要作用還是用來分散熱量，將溫度均勻化。

比如，手機金屬后蓋表面幾個點的最高溫度分別為50/40/30攝氏度，貼上石墨散熱膜后，相同位置的溫度可能就變成了40/40/40攝氏度。如果想進一步降低手機滿載時的溫度，還需要從其他幾個方面入手。

金屬為骨發(fā)散熱量

早期的智能手機普遍以ABS工程塑料為主要材質，當移動處理器發(fā)熱量堆積后很難從中擴散。于是，金屬材質逐漸在智能手機領域生根發(fā)芽，很多中高端手機甚至還引入了名為金屬背板散熱的技術：

在使用石墨散熱膜和金屬材質機身的基礎上，還在金屬外殼內部添加了額外的一層金屬導熱板，可以將石墨導出的熱量直接通過這層金屬導熱板傳遞至金屬機身的各個角落，提升了密閉空間中的熱量擴散效率，最理想的狀態(tài)是熱量還沒傳遞到手心前就已冷卻了下來，從而明顯改善手機滿載時的持握體驗。

雖然如今智能手機逐漸以雙面玻璃為美，但此類產品大都還保留了金屬中框和骨架內的金屬導熱板，它們在手機運行時都能分擔一些熱量的發(fā)散作用。不過，隨著手機紛紛追求“性感”身材，手機處理器性能逐漸逼近PC等級后，上述輔助散熱的手段都不足以確保手機長時間滿血運行，當年搭載驍龍810處理器手機“集體焚身”（發(fā)熱高、易降頻）就是最好的例證。

于是，在筆記本領域常見且成熟的熱管散熱技術就逐漸進入了手機廠商的視野，并衍生出無數“散熱黑科技”。

偷師于筆記本的散熱技術

筆記本最經典的散熱模塊設計就是導熱硅脂＋熱管＋風扇＋鰭片，但就智能手機的“小身板”而言，風扇和鰭片肯定是沒有空間安置的，但塞進硅脂＋熱管卻不是夢想。

早在2013年，NEC就在旗下的Medias X手機上引入了水冷降溫技術，這款手機在驍龍600處理器表面覆蓋了一根長達10cm的熱管，內部注有純水的液冷，當處理器開始發(fā)熱的時候，扁平的導管內里的純水會將熱量傳遞到手機外殼再散熱，從而達到降低機身溫度的效果。

繼NEC后，同樣為日系廠商代表的索尼也從Xperia Z2開始引入了熱管，并在全球首款4K屏幕的Xperia Z5 Premium手機身上塞進了雙熱管和硅脂，用于應對驍龍810的“熱情”，屬于絕對的豪華套餐。

隨后，還有更多品牌也為手機武裝了熱管，只是為了增加噱頭改用了不同的稱號，比如360奇酷手機的“太空水冷散熱系統(tǒng)”、微軟Lumia950/950L所采用的Liquid Cooling“液態(tài)冷卻技術”、中興的“主動循環(huán)納米導熱系統(tǒng)”等等。

對了，雷蛇Razer Phone和黑鯊游戲手機主打的多級直接接觸式液體冷卻系統(tǒng)也都是這種散熱設計的分支。

這些技術的本質相同，都是將（中空）熱管內部抽成負壓狀態(tài)，然后充入不同材質的冷卻液。這些冷卻液的特色是沸點低，通常在55攝氏度時就會蒸發(fā)成水蒸氣，借助水蒸氣“傾冷”的特性自動流向導熱管另一側，由于該側溫度較低，水蒸氣便會冷凝成液體，并把一部分熱量傳遞至與導熱管相連的石墨片上。最后，從氣態(tài)重新變成液態(tài)的冷卻液會隨著熱管內壁的毛細結構返流至導熱管靠近處理器的一側，為處理器降溫，并且等待下一次降溫循環(huán)。

風冷手機暫時無望

努比亞在MWC2018上曾展示了內置4顆迷你渦輪風扇的概念游戲手機，本以為這個設計會出現(xiàn)在其最新的紅魔游戲手機身上。

遺憾的是，紅魔游戲手機并沒有帶來風冷設計，而是采用了對流冷卻方案，在背面金屬上加入風槽進行空氣交換，可將手機內部熱量從機身上的納米微細塑料網去除，再加上3層石墨和“近黑體”材料，從而將機身的溫度控制在較低的水平。

總之，散熱設計和效率，將成為未來高端智能手機的主打特性，如果你希望在朋友圈曬出更高的跑分，游戲過程中不因莫名的卡頓而輸掉團戰(zhàn)，那就請優(yōu)先挑選散熱過硬的新品吧。