文／智物

10月14日，長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，以“一箭十一星”的方式成功將11顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，其中，包括一顆軌道大氣密度探測(cè)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。

據(jù)悉，該衛(wèi)星將長(zhǎng)期負(fù)責(zé)大氣密度預(yù)測(cè)保障服務(wù)體系的“探”環(huán)節(jié)，建立中國(guó)自主中低軌大氣模型，其嚴(yán)苛的工作環(huán)境對(duì)散熱器件的可靠性有著極高的要求，而該顆衛(wèi)星采用了國(guó)內(nèi)首次嘗試的航天特種相變熱管。

該套特種相變熱管生產(chǎn)商深圳威鉑馳熱技術(shù)有限公司CEO Hank表示：“汽－液相變散熱器工作的自發(fā)性，無(wú)需額外耗能就可以實(shí)現(xiàn)熱量搬遷和器件、設(shè)備等的降溫，在保證航天器件、消費(fèi)電子器件、智能電動(dòng)汽車(chē)熱管理功能的同時(shí)，也是在為碳中和和碳達(dá)峰在貢獻(xiàn)力量�！�

在航天工程上大獲成功的同時(shí)，這一技術(shù)應(yīng)用如今正隨著人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入4nm制程時(shí)代而備受關(guān)注。

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如無(wú)意外，聯(lián)發(fā)科和高通會(huì)在三個(gè)月后同步推出各自的旗艦處理器，而這一次手機(jī)SoC的制程將實(shí)現(xiàn)4nm的突破。更強(qiáng)的算力，更高的功耗，這也意味著智能手機(jī)即將迎來(lái)自誕生之初最嚴(yán)峻的散熱考驗(yàn)。

散熱系統(tǒng)，讓智能手機(jī)成為可能

2010年，被譽(yù)為喬布斯時(shí)代最偉大的作品——iPhone 4橫空出世，Retina屏幕、App Store、A4芯片，為全球智能手機(jī)廠(chǎng)商提供了模板。

但很少有人注意到，iPhone 4其實(shí)是第一代搭載散熱器件的手機(jī)，盡管今天看來(lái)這個(gè)散熱系統(tǒng)十分簡(jiǎn)陋。為了讓A4芯片穩(wěn)定運(yùn)行，蘋(píng)果在背板上覆蓋了一層石墨散熱貼紙，在芯片部分石墨層和芯片屏蔽罩直接接觸，將熱量傳遞至整個(gè)玻璃背板。

這一看似不起眼的設(shè)計(jì)讓iPhone 4在算力大幅提高的情況下，續(xù)航表現(xiàn)卻領(lǐng)先于前代產(chǎn)品。

不過(guò)，這一設(shè)計(jì)并沒(méi)有被其他廠(chǎng)商跟進(jìn)，因?yàn)榇藭r(shí)高通芯片的功耗平平，且安卓陣營(yíng)中仍以可更換電池的機(jī)型為主流，續(xù)航和散熱問(wèn)題均不在廠(chǎng)商的考慮范圍之內(nèi)。

直到驍龍810的到來(lái)，安卓陣營(yíng)才第一次明白了散熱意味著什么。

2013年，iPhone 5S搭載全球首款64位處理器A7芯片亮相，將手機(jī)芯片帶入了64位時(shí)代，這一動(dòng)作瞬間打亂了高通的布局。急病亂投醫(yī)，高通為了追趕蘋(píng)果的腳步，放棄自家的架構(gòu)改用公版A53 A57架構(gòu)，并選擇了臺(tái)積電20nm制程，以實(shí)現(xiàn)64位處理器迅速量產(chǎn)。

這一系列操作的結(jié)果是，堪稱(chēng)史上最差處理器的驍龍810誕生。自身極高的功耗讓手機(jī)的續(xù)航表現(xiàn)血崩，散熱表現(xiàn)幾乎無(wú)法勝任任何一款大型游戲，手機(jī)廠(chǎng)商甚至寧愿在自家的旗艦機(jī)上搭載前代產(chǎn)品，也不選擇驍龍810。

值得一提的是，在這一年，摩托羅拉剛剛憑借“里程碑”系列站穩(wěn)腳跟，HTC在中國(guó)大陸的市場(chǎng)份額已經(jīng)超越三星，小米正欲通過(guò)全新的Note系列進(jìn)軍高端，但這一切都隨著驍龍810的出現(xiàn)化為泡影。

驍龍系列芯片也從此被帶上了“火龍”的帽子。

自此之后，手機(jī)廠(chǎng)商愈發(fā)重視散熱問(wèn)題，并開(kāi)始大面積采用石墨貼紙及銅管散熱，但如今看來(lái)這兩種方案都頗具“應(yīng)急色彩”。石墨的橫向散熱能力是銅的十倍，卻不具備縱向的散熱能力，銅管能實(shí)現(xiàn)三維的導(dǎo)熱但嚴(yán)重受限于熱傳輸橫截面積。

不過(guò)，在5G時(shí)代來(lái)臨之前，這樣的方案仍足以應(yīng)對(duì)大多數(shù)使用場(chǎng)景。

液冷散熱器，終極方案

2019年，全球智能手機(jī)行業(yè)進(jìn)入5G時(shí)代，由于算力的高度提升，手機(jī)的散熱問(wèn)題更加突出，在高熱量產(chǎn)生的情況下，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的空氣輻射熱，或者石墨等散熱材料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

尤其是高耗能的5nm制程SoC上市后，手機(jī)的發(fā)熱甚至已經(jīng)愈發(fā)嚴(yán)重。

今年上半年，多個(gè)品牌的旗艦機(jī)型被爆出嚴(yán)重的手機(jī)過(guò)熱問(wèn)題，尤其在充電狀態(tài)下，手機(jī)幾乎無(wú)法正常使用。

小米發(fā)布的與友商的手機(jī)溫度對(duì)比，小米是最早使用手機(jī)散熱片設(shè)計(jì)的品牌之一

這并非是手機(jī)在設(shè)計(jì)上的缺陷，而是搭載驍龍888 SoC手機(jī)的通病，由于三星5nm工藝未能達(dá)到預(yù)期，從而降低了X1的核心功耗，讓驍龍888的發(fā)熱量十分驚人。

在一定程度上，過(guò)高的功耗也限制了芯片的性能表現(xiàn)，由于器件在溫度上升時(shí)，會(huì)主動(dòng)通過(guò)降頻的方式實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，因此芯片的性能釋放也無(wú)法發(fā)揮到極致，導(dǎo)致用戶(hù)在使用驍龍888的機(jī)型玩游戲時(shí)，經(jīng)常遇到跳幀、卡屏的情況。

為解決這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商曾發(fā)布過(guò)一款外形類(lèi)似電腦風(fēng)扇的“冰封背夾”，不同于電腦風(fēng)扇通過(guò)銅管導(dǎo)熱、風(fēng)扇對(duì)流散熱的方式，冰封背夾本身就帶有制冷器件，可以讓手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間保持低溫狀態(tài)。

從原理上來(lái)看，冰封背夾的設(shè)計(jì)能夠最大程度降低手機(jī)發(fā)熱問(wèn)題，但從實(shí)際效果來(lái)看，由于不具備儲(chǔ)能系統(tǒng)，只能在充電狀態(tài)下使用，其使用場(chǎng)景十分受限。

而以威鉑馳為代表的廠(chǎng)商則選擇更加先進(jìn)的“相變散熱”技術(shù)去解決手機(jī)的發(fā)熱問(wèn)題，即汽－液相變散熱器。

通過(guò)薄熱管（HP）或均熱板（VC）建立密閉真空空間，讓冷卻液在其中產(chǎn)生汽－液兩項(xiàng)循環(huán)，在無(wú)需額外增加動(dòng)力的情況下，實(shí)現(xiàn)高效、清潔的散熱。

從原理上來(lái)看，這項(xiàng)技術(shù)與大氣密度探測(cè)衛(wèi)星上的散熱器幾乎完全相同。

與傳統(tǒng)的石墨和銅等散熱材料相比，熱管傳熱能力更好而且成本低廉，內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜的熱板則具備三個(gè)維度上的傳熱能力且更加輕薄。

目前，超過(guò)半數(shù)的5G手機(jī)均搭載了薄熱管和均熱板組件，尤其是游戲手機(jī)品牌中，黑鯊、iQOO均采用了超過(guò)5000mm?的超大均熱板，其實(shí)際發(fā)熱表現(xiàn)要遠(yuǎn)好于搭載驍龍888的同類(lèi)機(jī)型。

而除5G手機(jī)外，筆記本電腦應(yīng)用也開(kāi)始逐漸采用熱管或熱板等液冷散熱器，比如蘋(píng)果此前發(fā)布的M1芯片版本的Macbook Air就取消掉了風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而使用熱管散熱，

這并非是因?yàn)轱L(fēng)冷散熱已經(jīng)發(fā)展到了盡頭，而是由于液體的比熱容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣，因此液冷散熱器往往具備不錯(cuò)的散熱效果，同時(shí)在噪音方面也能得到很好的控制。

據(jù)傳聞，在蘋(píng)果即將發(fā)布的Macbook Pro M1芯片版本上，風(fēng)扇組件也將被替換為熱管，這或許將在PC領(lǐng)域掀起一陣“液冷狂潮”。

實(shí)際上，液冷散熱器產(chǎn)業(yè)曾長(zhǎng)期被中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)相關(guān)廠(chǎng)商所把持。

從供應(yīng)鏈和競(jìng)爭(zhēng)格局的角度看，中國(guó)大陸在石墨、石墨烯、TIM（導(dǎo)熱界面）材料和半固態(tài)壓鑄件上掌握相關(guān)技術(shù)，但在熱管和熱板領(lǐng)域，安信證券的研報(bào)數(shù)據(jù)顯示，全球70％的液冷散熱器由臺(tái)灣廠(chǎng)商供應(yīng)。

但隨著威鉑馳、飛榮達(dá)、中石科技等廠(chǎng)商的崛起，行業(yè)格局正在被迅速扭轉(zhuǎn)。

2020年，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商威鉑馳打造了首顆游戲手機(jī)高功率傳熱散熱超薄VC，其單個(gè)器件熱流密度超過(guò)10W／cm?，基本達(dá)到了業(yè)界頂尖水準(zhǔn)。

嚇人蘋(píng)果芯片設(shè)計(jì)，背后是嚇人的功能消耗和散熱需求

此后，威鉑馳又成功量產(chǎn)0．35mm和0．3mm厚度超薄VC，并成功研發(fā)出0．2mm厚度的超過(guò)5000mm?的大面積超薄VC。據(jù)悉，目前威鉑馳旗下產(chǎn)品已經(jīng)成功打入黑鯊、小米、vivo、比亞迪等國(guó)內(nèi)外頭部廠(chǎng)商。

除威鉑馳外，包括AAC、中石科技、飛榮達(dá)、長(zhǎng)盈在內(nèi)的廠(chǎng)商均實(shí)現(xiàn)了HP／VC的批量出貨。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2020年，僅僅是手機(jī)均熱板的市場(chǎng)規(guī)模就已經(jīng)突破18億元，橫州博智電子及半導(dǎo)體研究中心預(yù)計(jì)，到2026年，全球手機(jī)均熱板市場(chǎng)將達(dá)到215億元的規(guī)模，年復(fù)合增長(zhǎng)率為29．4％。

值得一提的是，從去年搭載VC散熱的Redmi K30等機(jī)型的發(fā)布來(lái)看，薄熱管／均熱板技術(shù)下沉到中端手機(jī)在近兩年或?qū)⒊蔀樾碌内厔?shì)。

Counterpoint Research預(yù)計(jì)，今年下半年智能手機(jī)出貨量將實(shí)現(xiàn)14．5億臺(tái)，如果以其中50％的中高端市場(chǎng)份額統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)于HP、VC的需求將有望達(dá)到1．2億片／月。

此外，熱管散熱技術(shù)并不僅局限在移動(dòng)通訊領(lǐng)域之中，比如AAC所生產(chǎn)熱管散熱系統(tǒng)就廣泛應(yīng)用于聲學(xué)領(lǐng)域，而具備鈦合金、不銹鋼、銅合金開(kāi)發(fā)能力的威鉑馳更是打造了中國(guó)航天史上第一個(gè)特種工質(zhì)散熱器，為軌道大氣密度探測(cè)衛(wèi)星平穩(wěn)工作定制了一道關(guān)鍵屏障。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院此前預(yù)計(jì)，2018年－2023年散熱產(chǎn)業(yè)年復(fù)合增長(zhǎng)率有望達(dá)到8％，市場(chǎng)規(guī)模有望從2019年的1497億元增長(zhǎng)到2023年的2199億元。從長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，5G帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)流量增加，將會(huì)驅(qū)動(dòng)服務(wù)器應(yīng)用和商業(yè)基站的進(jìn)一步上量，其連帶的散熱市場(chǎng)規(guī)模將迎來(lái)一次爆發(fā)。