銅管散熱技術(shù)中的銅管為中空設(shè)計(jì)，管中裝有少量的水或者其他化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)手機(jī)的溫度超過臨界溫度時(shí)，銅管中的液體液化，蒸汽順著管壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)將熱量從主板上帶走，后蒸汽降溫液化后，又順著毛細(xì)結(jié)構(gòu)流回。

銅管的管殼可以是標(biāo)準(zhǔn)的圓形也可以是橢圓、波紋等異形，用于手機(jī)中的散熱銅管多以圓形和扁平為主。銅管內(nèi)芯的毛細(xì)結(jié)構(gòu)主要包括單層及多層網(wǎng)芯、軸向槽道式管芯和燒結(jié)粉末管芯等等。

最初在將液冷銅管散熱技術(shù)使用在手機(jī)中的代表是索尼，在Xperia Z2和Xperia Z5Premium中分別使用了單銅管和雙銅管散熱，利用銅優(yōu)秀的導(dǎo)熱性和管中液體的冷凝過程導(dǎo)出手機(jī)中的熱量。

相較于石墨散熱方式，液冷銅管散熱方式散熱效率更高，導(dǎo)熱也更加均勻。隨著手機(jī)處理器性能越來越強(qiáng)對(duì)散熱的需求持續(xù)提升，越來越多的手機(jī)開始使用液冷散熱系統(tǒng)，例如：小米黑鯊游戲手機(jī)Helo采用雙熱管液冷散熱；三星Note9采用碳纖液冷系統(tǒng)；OPPO Reno 10倍變焦版本采用液冷銅管散熱等。

小米黑鯊游戲手機(jī)Helo使用雙熱管液冷散熱方案，手機(jī)中的液冷系統(tǒng)是一套完整的液冷回路，熱量銅管高導(dǎo)熱材料傳至導(dǎo)熱銅管，銅管中的冷卻液一定程度上幫助散熱，此外熱量還能夠經(jīng)過導(dǎo)熱管分散到手機(jī)的其他位置，使元器件的溫度能夠均勻傳導(dǎo)至手機(jī)外層提高散熱效率。相較與之前黑鯊一代，Helo將導(dǎo)熱銅管從一條增加至兩條，分別經(jīng)過CPU和WiFi區(qū)域，散熱效率較之前有所提高。而小米在海外發(fā)布的PocoF1機(jī)型則使用水冷散熱系統(tǒng)，搭載裝滿水霧的散熱銅管，銅管從芯片組上的金屬散熱器吸走熱量，后進(jìn)入電池下方連接到手機(jī)的金屬主干，將熱量平均分散到手機(jī)的各個(gè)部位，大大提升散熱性能。

華為在榮耀Note10中首次公布THE NINE液冷散熱技術(shù)，在榮耀Note10中，華為使用的液冷管長度為113mm約為小米黑鯊中的兩倍，液冷管直徑與MacBookAir中一致為5mm，是小米黑鯊的1.7倍，貫穿機(jī)身的液冷管再加上手機(jī)中的九層立體散熱，使散熱效率提升41%，極限場(chǎng)景CPU最高可降溫10攝氏度。

而根據(jù)華為輪值董事長徐直軍稱華為的5G芯片將會(huì)消耗目前4G調(diào)制解調(diào)器2.5倍的功率，高功耗芯片必然也會(huì)帶來更大的熱量。而據(jù)了解，高通的5G芯片耗電量達(dá)5.3W，若同時(shí)含鏡頭及3D感測(cè)操作，整部手機(jī)瞬間能耗可以達(dá)到9.6W。更多的電量消耗，意味著5G手機(jī)要采用更復(fù)雜更高級(jí)的技術(shù)控制設(shè)備的過熱。

電子元器件小型化、高功率化。以Intel芯片為代表，我們可以看到芯片發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)單核到多核、低頻到高頻、低散熱設(shè)計(jì)功耗到高散熱設(shè)計(jì)功耗。一般散熱設(shè)計(jì)功耗主要應(yīng)用于CPU，CPU散熱設(shè)計(jì)功耗值對(duì)應(yīng)系列CPU的最終版本在滿負(fù)荷（CPU利用率為100%的理論上）可能會(huì)達(dá)到的最高散熱熱量，散熱器必須保證在處理器TDP最大的時(shí)候，處理器的溫度仍然在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

筆記本電腦、智能手機(jī)呈重量變輕、厚度變薄的趨勢(shì)。消費(fèi)者更加喜好輕薄產(chǎn)品，我們可以看到輕薄本的占比正在持續(xù)提升，智能手機(jī)厚度變得越來越薄。隨著集成電路芯片和電子元器件體積不斷縮小，其功率密度卻快速增加，散熱問題已經(jīng)成為電子設(shè)備亟需解決的問題。

由于液冷技術(shù)優(yōu)秀的散熱效果，市場(chǎng)上已發(fā)布的5G手機(jī)中大都搭載有液冷散熱裝置以滿足5G手機(jī)遠(yuǎn)超4G的散熱需求。

熱管/VC導(dǎo)熱系數(shù)最高，滲透率有望持續(xù)提升

熱管和均熱板（Vapor Chamber，VC）利用了熱傳導(dǎo)與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)較金屬和石墨材料有10倍以上提升，作為新興的散熱技術(shù)方案，近年來開始獲得廣泛應(yīng)用。熱管的導(dǎo)熱系數(shù)范圍為10000~100000W/m·K，是純銅膜的20倍，是多層石墨膜的10倍。均熱板作為熱管技術(shù)的升級(jí)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱系數(shù)的提升。

熱管/VC散熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱路徑為：CPU產(chǎn)生熱量經(jīng)過TIM（導(dǎo)熱界面材料）傳導(dǎo)到熱管，熱管將熱量快速傳導(dǎo)到銅箔均勻散開，銅箔的熱量進(jìn)一步傳導(dǎo)到石墨散熱膜再均勻散開，同時(shí)石墨散熱膜在手機(jī)平面方向把熱量傳導(dǎo)到金屬支架上最后均開。

熱管一般由管殼、吸液芯和端蓋構(gòu)成，將管內(nèi)抽成負(fù)壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿液體后加以密封，管的一端為蒸發(fā)段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。吸液芯采用毛細(xì)微孔材料，利用毛細(xì)吸力（由液體表面張力產(chǎn)生）回流液體，管內(nèi)液體在吸熱段吸熱蒸發(fā)，冷卻段冷凝回流，循環(huán)帶走熱量。

均熱板又叫平板熱管，其工作原理與熱管類似，包括了傳導(dǎo)、蒸發(fā)、對(duì)流、凝固四個(gè)主要步驟。兩者的差別在于熱傳導(dǎo)的方式不同。熱管的熱傳導(dǎo)方式是一維的，是線的熱傳導(dǎo)方式，而均熱板的熱傳導(dǎo)方式是二維的，是面的熱傳導(dǎo)方式，所以散熱效率更加高。研究表明，VC散熱器的性能比熱管提高20%~30%。

從應(yīng)用范圍和滲透率來看，由于熱管成熟時(shí)間早，且成本相對(duì)較低，在計(jì)算機(jī)/筆記本、投影儀、LED、大功率IC等微電子和光電領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，目前也已經(jīng)延伸到手機(jī)。而VC當(dāng)前的生產(chǎn)成本高，且量產(chǎn)能力弱，應(yīng)用領(lǐng)域局限在高端筆記本、5G智能手機(jī)和電競(jìng)手機(jī)上，華為從Mate20 X開始均熱板VC，三星新款旗艦機(jī)Note10首度采用VC。目前，VC平均單價(jià)為2~3美金，是熱管的5~10倍，輕薄型的單價(jià)更高。在消費(fèi)電子輕量化、超薄化且性能持續(xù)升級(jí)的背景下，熱管和VC有望發(fā)揮導(dǎo)熱性能優(yōu)勢(shì)，滲透率持續(xù)提升。

樂觀預(yù)計(jì)，到2020年，熱管/VC在手機(jī)終端的滲透率有望提升至15%，按照15億臺(tái)的手機(jī)出貨量測(cè)算，假設(shè)熱管/VC平均單價(jià)為1.5美金，則2020年市場(chǎng)空間為3.38億美元。

厚度、長度和外觀要求高，生產(chǎn)工藝難度大

雖然熱管和VC的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于金屬、石墨和TIM材料，但在電子產(chǎn)品超薄化和輕量化的發(fā)展背景下，將熱管和VC的厚度控制在合理范圍面臨很大挑戰(zhàn)。PC上熱管直徑一般在1~2毫米，便攜電腦和平板上的熱管一般在0.8~1.2毫米，智能手機(jī)熱管則需要控制在0.6毫米以內(nèi)。三星S8中的熱管厚度已經(jīng)下降至0.4mm。均熱板是將兩片銅板四邊焊接，由于面積更大，散熱效果更佳，但隨著產(chǎn)品的輕薄化要求，均熱板的毛細(xì)結(jié)構(gòu)從銅粉燒結(jié)往蝕刻過渡，并且厚度下探到0.4mm以下對(duì)焊接精度等更為苛刻，故而生產(chǎn)難度較高，價(jià)格昂貴。

除厚度需要滿足智能手機(jī)輕薄化的需求外，熱管實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)受長度和外觀兩大因素的影響。長度越長，導(dǎo)熱系數(shù)越高。外觀方面，打扁和折彎等形狀變化都會(huì)影響熱管的毛細(xì)極限和蒸汽腔極限，兩大極限值中的較低者決定了熱管的最大導(dǎo)熱量Qmax。毛細(xì)極限是指毛細(xì)結(jié)構(gòu)決定的將水從冷凝器輸送回蒸發(fā)器的能力；蒸汽腔極限是指蒸汽從蒸發(fā)器移動(dòng)到冷凝器的空間。因此，通過改變熱管外觀，調(diào)整毛細(xì)結(jié)構(gòu)（孔隙率和厚度），可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)導(dǎo)熱性能的要求。例如，當(dāng)需要給定直徑的熱管在較高功率負(fù)載或重力下操作時(shí)，毛細(xì)管壓力就需要增加；當(dāng)需要更大的傳熱量時(shí)，孔隙半徑就要擴(kuò)大；當(dāng)需要抵抗重力時(shí)，孔隙半徑要適當(dāng)縮小或者增加孔隙厚度。

從生產(chǎn)工藝的角度，熱管的核心技術(shù)是納米燒結(jié)吸液芯技術(shù)。

具體流程為：

• （1）在熱管內(nèi)部壁面上涂布一層納米高分子液體粘結(jié)劑；

• （2）在粘結(jié)劑上涂布一層金屬粉末；

• （3）送入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)；

• （4）冷卻后即完成熱管燒結(jié)芯。由于熱管和VC的生產(chǎn)工藝要求較高，目前主要供應(yīng)鏈在海外，國內(nèi)廠商正在積極尋求突破。

臺(tái)灣廠商占據(jù)主要份額，大陸廠商已實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

熱管和VC均熱板的供應(yīng)鏈主要在臺(tái)灣，相關(guān)廠商占據(jù)了大約70%的市場(chǎng)份額，包括超眾、雙鴻、泰碩、奇宏和健策等，下游客戶覆蓋全球主流的服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、筆電和手機(jī)廠商。2019年上半年，在消費(fèi)電子市場(chǎng)整體疲軟的市場(chǎng)背景下，主要臺(tái)灣散熱廠商實(shí)現(xiàn)收入大幅增長，營收增速回暖，我們判斷主要原因在于5G基站及相關(guān)終端需求的快速放量。

目前，國內(nèi)廠商在熱管和VC上已取得一定的技術(shù)突破，碳元科技和飛榮達(dá)均有布局。根據(jù)碳元科技招股說明書，公司于2018年投資設(shè)立常州碳元熱導(dǎo)科技有限公司，主要從事超薄熱管/VC及相關(guān)材料的研發(fā)和生產(chǎn)，從而提供包括高導(dǎo)熱石墨、超薄熱管及VC在內(nèi)的完整的終端散熱解決方案。飛榮達(dá)于2018年收購昆山品岱55%股權(quán)，昆山品岱主營散熱模組，擁有熱管/VC、沖壓件和風(fēng)扇技術(shù)和產(chǎn)品，在服務(wù)器、醫(yī)療器械、軍工產(chǎn)品、新能源以及消費(fèi)電子等領(lǐng)域具備豐富的技術(shù)、產(chǎn)品和銷售經(jīng)驗(yàn)。

本文標(biāo)題：液冷散熱銅管散熱效率高 將廣泛應(yīng)用于手機(jī)和基站

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