热管理硬件是电子产品的刚需，石墨散热片在消费电子散热中应用最为广泛

随着科技的发展，电子设备性能不断提高，内部高频率、高功耗的零部件应用更加广泛的同时体积不断缩小、集成度也不断增加。电子产品在运行过程中会产生热量，这将直接影响电子产品的性能和可靠性。因此散热器件的发展很大程度上提升产品的性能发挥状况。根据散热原理的不同，散热产品分为主动与被动两种。主动散热器件采用热对流原理，对发热器件进行强制散热，比如风扇、液冷中的水泵、相变制冷中的压缩机。主动散热器件特点是效率高，但需要其它能源的辅助。被动散热采用热传导原理，仅依靠发热体或散热片对发热器件进行降温。手机终端、平板电脑等轻薄型消费电子受内部空间结构限制的影响，多采用被动散热方案。

被动散热方式的散热片包括金属背板、石墨散热膜、石墨烯、导热界面材料（TIM）、热管（HP）和均热板（VC）等。其中导热界面材料应用于系统热界面之间，通过对粗糙不平的结合表面填充，使通过的热阻变小，来提高半导体组件的散热效率。智能手机散热系统需通过导热界面材料填充发热元件与散热片间的空隙，从而提高散热效率。

热界面材料分类

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石墨散热片在消费电子散热中应用最为广泛。石墨是相较于铜和铝等金属更好的导热材料，主要原因在于石墨具有特殊的六角平面网状结构，可以将热量均匀地分布在二维平面并有效地转移。在水平方向上，石墨的导热系数为300-1900W/（m·K），而铜和铝的导热系数约为200-400W/（m·K）。在垂直方向上，石墨的导热系数仅为5-20W/（m·K）。因此，石墨具备良好的水平导热、垂直阻热效果。同时，石墨的比热容与铝相当，约为铜的2倍，这意味着吸收同样的热量后，石墨温度升高仅为铜的一半。此外，由于石墨密度低，因此可以做到轻量化，能平滑粘附在任何平面和弯曲的表面，提升散热效率。

石墨散热膜可分为天然石墨散热膜、人工合成石墨散热膜与纳米碳膜三种。智能手机通常使用人工合成石墨散热膜，用量视手机性能和要求而定，大概在3-6片，使用到的部件包括镜头、CPU、OLED显示屏、WiFi天线、无线充和电池等。

石墨散热膜分类

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石墨烯是已知的导热系数最高的物质，理论导热率达到 5300W/m·K，远高于石墨。它是由单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，厚度仅为 0.335nm，又称为单层石墨，是碳纳米管、富勒烯的同素异形体。华为 Mate20 X 首次将石墨烯散热技术应用在手机上。目前石墨烯受限于产能小和价格高的因素，仅在高端手机使用。

热管和均热板（Vapor Chamber，VC）利用了热传导与致冷介质的快速热传递性质，导热系数较金属和石墨材料有 10 倍以上提升，作为新兴的散热技术方案，近年来开始获得广泛应用。热管的导热系数范围为 10000-100000W/m·K，是纯铜膜的 20 倍，是多层石墨膜的 10 倍。均热板作为热管技术的升级，进一步实现了导热系数的提升。

热管和 VC 均热板的差异主要表现在内部的传导方式方式上。热管受制于“条状”形态，热量（热蒸汽）只能在左右两个方向上进行线性传导。此外，在热管和发热源（芯片）之间往往还需嵌入一层散热基板，后者的材质、面积和填充物也会影响一定的导热效率。反观 VC 均热板，得益于其“片状”的形态，热量可以向多个水平方向传导，冷凝的效率更高，而且它与热源以及散热介质的接触面积更大，能够使表面温度更加均匀。由于 VC 均热板和能与发热源直接接触无需基板，还可进一步降低热阻。

VC均热板工作原理

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更大面积的VC均热板可以更好地减少热点，实现芯片下的等温性，较之热管可以做得更薄，在水平方向上的散热性能堪称完美。因此，这种导热单元更加符合目前笔记本和智能手机轻薄化、空间利用最大化的发展趋势。

热管与均热板对比

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虽然热管和 VC 的导热系数远高于金属、石墨和 TIM 材料，但在电子产品超薄化和轻量化的发展背景下，将热管和 VC 的厚度控制在合理范围面临很大挑战。除厚度需要满足智能手机轻薄化的需求外，热管实际导热系数受长度和外观两大因素的影响。长度越长，导热系数越高。外观方面，打扁和折弯等形状变化都会影响热管的毛细极限和蒸汽腔极限，两大极限值中的较低者决定了热管的最大导热量。目前超薄的热管已经应用到手机终端，单机价值量约 5 元。均热板成本较高且超薄款工艺难度较高，在手机端的应用还仅配置在旗舰款手机上，单机价值量在 10-15 元。目前在很多产品设计中，热管和均热板都是混合使用，解决高密度、大功耗芯片功率密度过高问题。