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手機散熱，一個永遠無法被解決的問題

愛范兒 整合編輯：太平洋科技 發(fā)布于：2024-07-24 18:21

散熱，已經成為手機的一個重要賣點。

每個手機廠商在發(fā)布會上介紹自己產品性能的時候，往往后面就會跟著關于散熱技術的介紹。例如剛剛發(fā)布的小米大小折疊屏手機 MIX Fold 4 和 MIX Flip 都著重講了自己如何在手機上采用新的技術做到更有效散熱，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，在如今每家手機廠商都如此重視散熱技術的情況下，我們的手機遇到高溫天氣還是會「發(fā)燒」？

手機散熱為什么這么難？

去年年底，曾經有過這樣一個討論。

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

VC 散熱面積越大，越說明這家公司沒技術。

話鋒直指多個友商，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：

最近有人說「散熱面積越大就說明散熱技術不行」，這是一種否定行業(yè)，不尊重科學和邏輯的反智言語，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，裝修技術就越差一樣，兩者根本就沒有任何關系。

當天夜里，Redmi 市場總經理王騰也發(fā)長文反駁道：

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

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，是一個內壁具有細微結構的真空腔體。

VC 均熱板內部結構

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

借由凝結的現(xiàn)象釋放出在蒸發(fā)時累積的熱，凝結后的冷卻液會借由微結構的毛細管道再回到蒸發(fā)熱源處，此運作將在腔體內周而復始進行。

換句話說就是，通過傳導、蒸發(fā)、對流及冷凝四個步驟，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)和凝結的過程來實現(xiàn)熱量的傳導和散發(fā)，不過由于形狀通常是一條細長的管道，雖然可以呈現(xiàn)出彎曲或盤旋狀，但實際使用位置和面積仍然有一定限制，因而在如今的手機上越來越少。

熱管散熱與 VC 液冷散熱原理對比

手機上 VC 液冷散熱與導熱管覆蓋區(qū)域對比

隨著散熱技術的發(fā)展，很多廠商還會在關鍵部分加入石墨烯、導熱凝膠、銅箔、導熱硅脂等材料來達到散熱的作用，因而在當前手機散熱系統(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)。

手機中的多層散熱結構

各家廠商的散熱系統(tǒng)雖然結構、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動力。

所以毫無疑問，雖然散熱技術各有不同，但 VC 均熱板的面積直接決定手機散熱區(qū)域的大小，均熱板面積越大，意味著讓熱量在更大范圍內均勻分布，減少局部熱點的出現(xiàn)，這對于高性能處理器在高負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，當戶外溫度接近甚至超過手機核心溫度，手機內外溫差減小，手機的散熱效率顯然會降低不少，進而讓手機內部溫度不斷升高，這也就是為什么在炎熱的夏季，我們往往會感受到手機溫度上升的速度甚至會比人體更快的原因。

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 散熱降溫難以產生應有的效果，那么還有沒有別的辦法？

答案是肯定的，除了被動散熱技術，一些手機還加入了主動散熱方案。例如紅魔最近推出的 9S Pro+ 就采用內置風扇的方式，將風冷與液冷結合，這也成為了紅魔手機的標志性設計之一。

紅魔手機上的散熱風扇

此外，還有很多外部散熱部件，也能有效為手機降溫，例如散熱背夾。它通常由制冷片、風扇等部件組成，利用半導體制冷，也就是當直流電通過兩種不同半導體材料串聯(lián)成的電偶時，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，除了在內殼加入散熱導熱石墨片以外，還在 logo 加入銅材質，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

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

撕下主板散熱貼紙后

這樣的設計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「隱藏驚喜」，大膽猜想一下或許隨后發(fā)布的 iPhone 16 系列也會有類似設計。

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

因此，很多手機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「冰膚散熱保護殼」。它的原理類似發(fā)熱時放在額頭上的濕毛巾，主要通過內部的 Glacier Mat 材料，吸收空氣中的水分，并通過水分蒸發(fā)帶走手機的熱量。

愛范兒曾測試過的「冰膚散熱保護殼」

華為也曾推出一款帶有驅動泵的「微泵液冷手機殼」，這款通過利用PCM相變材料在手機發(fā)熱時吸熱并固態(tài)轉液態(tài)，溫度下降時釋放熱量固化，通過無線反向充電驅動的兩個泵，將熱量快速轉移至冷端，實現(xiàn)高效散熱，相當于給手機額外增加了一個液冷散熱系統(tǒng)。

散熱，一個隨性能「水漲船高」的問題

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

當處理器執(zhí)行任務時，會進行大量的計算和數(shù)據處理。這個過程需要進行頻繁的電信號轉換和傳遞，而這些轉換和傳遞過程會導致電流通過處理器內部的晶體管和電路。這種電流的流動會引起電阻的存在，而電阻則會將電能轉化為熱能，從而產生熱量。

移動設備需要處理的數(shù)據量越來越大，意味著更強的性能，也意味著更高的發(fā)熱量。而手機的輕薄設計和緊湊結構進一步壓縮了手機的散熱空間，使得熱量更容易在內部積累，導致整體溫度升高。

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，加上漏電嚴重導致的功耗問題，使其發(fā)熱問題嚴重。

有網友稱，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。送去維修拆機后發(fā)現(xiàn)，問題源自驍龍 888 處理器在反復高熱-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，也在占用更多處理器性能，增加手機的「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 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發(fā)熱難以解決的根本。

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

本文來源：愛范兒
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