本產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)自主研發(fā)的高質(zhì)量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導(dǎo)熱、高柔性、低介電系數(shù)、低介電損耗等多種優(yōu)異特性,解決了當(dāng)前我國(guó)電子封裝及熱管理領(lǐng)域面臨的“卡脖子”問(wèn)題，擁有國(guó)際先進(jìn)的熱管理TIM解決方案及相關(guān)材料生產(chǎn)技術(shù)，是國(guó)內(nèi)低維材料技術(shù)領(lǐng)域頂尖的創(chuàng)新型高科技產(chǎn)品。

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第5代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。5G是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G有助于建立一個(gè)新的、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱(chēng)為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長(zhǎng)的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點(diǎn)，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機(jī)器。

公認(rèn)的5G優(yōu)勢(shì)是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G網(wǎng)絡(luò)利用在26GHz 至40GHz范圍內(nèi)運(yùn)行的高頻波長(zhǎng)（通常稱(chēng)為毫米波）。由于干擾建筑物、樹(shù)木甚至雨等物體，在這些高頻下會(huì)遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。

5G部署最初可能會(huì)以增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶應(yīng)用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無(wú)縫的用戶(hù)體驗(yàn)，超越現(xiàn)有移動(dòng)寬帶應(yīng)用所支持的水平。

二

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計(jì)技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進(jìn)展。但是隨著新一代無(wú)線通信對(duì)無(wú)線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長(zhǎng)距離、高移動(dòng)、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應(yīng)用場(chǎng)景的需求，針對(duì)毫米波無(wú)線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)，開(kāi)展面向長(zhǎng)距離、高移動(dòng)毫米波無(wú)線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動(dòng)通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢(shì)：毫米波由于其頻率高、波長(zhǎng)短，具有如下特點(diǎn)：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽(tīng)難度，適合短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；波長(zhǎng)極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點(diǎn)：毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，那就是不容易穿過(guò)建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收，對(duì)材料非常敏感。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)采用小基站的方式來(lái)加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔。

什么是TIM熱管理?

定義

熱管理？顧名思義，就是對(duì)“熱“進(jìn)行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，控制著系統(tǒng)中熱的分散、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換。先進(jìn)的熱管理材料構(gòu)成了熱管理系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而熱傳導(dǎo)率則是所有熱管理材料的核心技術(shù)指標(biāo)。

導(dǎo)熱率，又稱(chēng)導(dǎo)熱系數(shù)，反映物質(zhì)的熱傳導(dǎo)能力，按傅立葉定律，其定義為單位溫度梯度（在1m長(zhǎng)度內(nèi)溫度降低1K）在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的熱量。熱導(dǎo)率大，表示物體是優(yōu)良的熱導(dǎo)體；而熱導(dǎo)率小的是熱的不良導(dǎo)體或?yàn)闊峤^緣體。

5G手機(jī)以及硬件終端產(chǎn)品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，電子設(shè)備和許多其他高功率系統(tǒng)的性能和可靠性受到散熱問(wèn)題的嚴(yán)重威脅。要解決這個(gè)問(wèn)題，散熱材料必須在導(dǎo)熱性、厚度、靈活性和堅(jiān)固性方面獲得更好的性能，以匹配散熱系統(tǒng)的復(fù)雜性和高度集成性。

一

5G時(shí)代高功率、高集成、高熱量趨勢(shì)明顯，熱管理成為智能手機(jī)“硬需求”

一代通信技術(shù)，一代手機(jī)形態(tài)，一代熱管理方案。通信技術(shù)的演進(jìn)，會(huì)持續(xù)引發(fā)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的變革，并推動(dòng)手機(jī)芯片和元器件性能快速提升。但與此同時(shí)，電子器件發(fā)熱量迅速增加，對(duì)手機(jī)可靠性和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。從4G時(shí)代進(jìn)入5G時(shí)代，智能手機(jī)芯片性能、數(shù)據(jù)傳輸速率、射頻模組等都有著巨大提升，無(wú)線充電、NFC等功能逐漸成為標(biāo)配，手機(jī)散熱壓力持續(xù)增長(zhǎng)。5G手機(jī)散熱的主流方案，高導(dǎo)熱材料、并加速向超薄化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化和低成本方向發(fā)展，技術(shù)迭代正在加速進(jìn)行。未來(lái)隨著5G終端產(chǎn)品進(jìn)一步放量，TIM市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大。

2020年，5G技術(shù)邁向全面普及，消費(fèi)電子產(chǎn)品向高功率、高集成、輕薄化和智能化方向加速發(fā)展。由于集成度、功率密度和組裝密度等指標(biāo)持續(xù)上升，5G時(shí)代電子器件在性能不斷提升的同時(shí)，工作功耗和發(fā)熱量急遽升高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子器件因熱集中引起的材料失效占總失效率的65-80%。為避免過(guò)熱帶來(lái)的器件失效，導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠、石墨導(dǎo)熱片、熱管和均熱板（VC）等技術(shù)相繼出現(xiàn)、持續(xù)演進(jìn)，散熱管理已經(jīng)成為5G時(shí)代電子器件的“硬需求”。

根據(jù)EUCNC數(shù)據(jù)，LTE智能手機(jī)功耗主要來(lái)源于功率放大器、應(yīng)用處理器、屏幕和背光、信號(hào)收發(fā)器和基帶處理器。隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品向高集成、輕薄化和智能化方向發(fā)展，芯片和元器件體積不斷縮小，功率密度卻在快速增加，智能手機(jī)的散熱需求成為亟需解決的問(wèn)題：

（1）芯片性能更高，四核、八核成為主流；

（2）柔性顯示、全面屏逐漸普及，2K/4K屏占領(lǐng)高端市場(chǎng)；

（3）內(nèi)置更多無(wú)線功能，例如NFC、GPS、藍(lán)牙和無(wú)線充電；

主要導(dǎo)熱材料

二

熱管/均熱板解決方案優(yōu)勢(shì)顯著，超薄均熱板技術(shù)迭代進(jìn)一步加速

由物理學(xué)原理中熱傳導(dǎo)定律,熱傳遞的三種方式包括:熱傳導(dǎo)?熱對(duì)流?熱輻射?熱傳導(dǎo)是物質(zhì)和物質(zhì)之間的接觸時(shí),能量的傳遞?這種熱的傳遞方式有局限性,常見(jiàn)于固體與液體間,由于氣體的分子不是特別緊密,在氣體中不常見(jiàn),只是熱的擴(kuò)散?

熱對(duì)流是流體與固體表面接觸,造成流體從固體表面將熱量帶走的傳熱形式?這種傳熱方式是流體受熱之后或者是產(chǎn)生溫度差,產(chǎn)生了熱的傳遞?可以分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流?這種對(duì)流方式更具有效率?且這種散熱方式與熱對(duì)流系數(shù)?有效接觸面積和溫度差成正比,有效接觸面積越大,溫度差越大,熱對(duì)流系數(shù)越大,熱量被帶走的越多?

熱輻射是在沒(méi)有介質(zhì)?無(wú)需接觸的情況下產(chǎn)生的熱的傳遞的方式?熱輻射與熱輻射系數(shù)?物質(zhì)表面面積和溫度差有關(guān),只是熱輻射在沒(méi)有介質(zhì)的熱量的吸收效率比較低?

我們可以從這三個(gè)方面來(lái)解決手機(jī)散熱的問(wèn)題?但是這三種方式中熱輻射對(duì)于手機(jī)是不太好實(shí)現(xiàn)的,并且現(xiàn)在手機(jī)變的越來(lái)越薄,體積越來(lái)越小,對(duì)流?輻射都不是那么容易做到的?目前廠商們采用的也都是熱傳導(dǎo)的方法來(lái)為手機(jī)“降溫”?

這是目前主流的一種散熱方式?石墨散熱片是一種將手機(jī)發(fā)熱的中心溫度均勻的分布在一個(gè)二維平面上,以方便均勻散熱?再加上導(dǎo)熱的凝脂,直接將處理器表面熱量傳遞到散熱材料上,以保證手機(jī)內(nèi)的組件可以正常穩(wěn)定工作。

關(guān)于石墨片的散熱原理的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明,在手機(jī)持續(xù)使用過(guò)程中,未采取散熱的措施時(shí),高溫局部集中,周?chē)彩墙咏邷?在使用石墨散熱片后,局部高溫?cái)U(kuò)散,熱源高溫得到了控制?

石墨散熱片的例子:在iPhone4S?三星GALAXYNote系列都加入了石墨散熱片,在小米手機(jī)里,芯片和中間層有一石墨散熱片,屏幕和中間層也有一石墨散熱片?

這種方式就是在手機(jī)的內(nèi)部放入了一層金屬導(dǎo)熱板,將手機(jī)產(chǎn)生的熱量傳到金屬導(dǎo)熱板,再傳到機(jī)身的四處,從而確保手機(jī)可以處于正常溫度運(yùn)行,讓熱量可以迅速擴(kuò)散?

關(guān)于金屬背板散熱的方式的研究表明,這種的散熱方式缺點(diǎn)就是散熱不是很快很明顯,常見(jiàn)在這些中端機(jī)型中使用,例如三星GALAXY的C系列就采用了金屬邊框?金屬背板導(dǎo)熱的設(shè)計(jì),除了美觀外,也是為了散熱?

熱管是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件,常用的熱管由三部分組成:主體為一根封閉的金屬管,內(nèi)部有少量工作介質(zhì)和毛細(xì)結(jié)構(gòu),管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外?熱管工作時(shí)利用了三種物理學(xué)原理:(1)在真空狀態(tài)下,液體的沸點(diǎn)降低;(2)同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多;(3)多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的抽吸力可使液體流動(dòng)?

這種散熱方式的優(yōu)點(diǎn)是熱管自冷散熱系統(tǒng)無(wú)需風(fēng)扇?沒(méi)有噪音?免維修?安全可靠,熱管風(fēng)冷甚至自冷可以取代水冷系統(tǒng),節(jié)約水資源和相關(guān)的輔助設(shè)備投資?此外,熱管散熱還能將發(fā)熱件集中,甚至密封,而將散熱部分移到外部或遠(yuǎn)處,能防塵?防潮?防爆,提高電器設(shè)備的安全可靠性和應(yīng)用范圍?

這種熱管散熱方式常見(jiàn)于高端機(jī)型,由于這些手機(jī)都是高性能的,在運(yùn)行時(shí)都是高性能運(yùn)轉(zhuǎn),這時(shí)候就要特殊的散熱方式?散熱管里有特殊的液體,當(dāng)手機(jī)發(fā)熱時(shí),熱管里液體就會(huì)吸收熱能變成氣體,并且擴(kuò)散到其他區(qū)域,達(dá)到熱能交換與平均散熱的效果?這種散熱的效果遠(yuǎn)比金屬的要好?目前的電腦的散熱器中常說(shuō)的液冷散熱,其原理就基本和熱管散熱一樣?

這種手機(jī)散熱系統(tǒng)的例子有iQOONeo855,內(nèi)部采用了超長(zhǎng)熱管?可固化導(dǎo)熱凝膠?高導(dǎo)熱鋁合金框架以及多層復(fù)合石墨散熱片組成一套完善的手機(jī)散熱系統(tǒng),可以讓手機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間游戲之后,依然保持著舒適的握持溫度?再有就是在黑鯊?紅魔手機(jī)中也是應(yīng)用了這樣的先進(jìn)的散熱方式,并且加入了一些可拆裝式的散熱器或者內(nèi)置散熱風(fēng)扇?

手機(jī)散熱方式的研究一直是在追求更好更強(qiáng)更穩(wěn)定的散熱系統(tǒng),對(duì)此可以利用技術(shù)創(chuàng)新方法中沖突理論解決方法來(lái)創(chuàng)新?

首先,從“散熱材料的分布影響散熱”為入手點(diǎn)解決問(wèn)題,該問(wèn)題的技術(shù)沖突解決過(guò)程如下:(1)沖突描述?為了改善系統(tǒng)的“散熱材料增加散熱”問(wèn)題,我們需要改變散熱材料的體積問(wèn)題從而找更加先進(jìn)的小型散熱材料,但這樣做了會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的成本增加?(2)轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突?改善的參數(shù):8,9;惡化的參數(shù):18,27?(3)查找沖突矩陣,得到如表1所示的發(fā)明原理?

所以方案為:依據(jù)7套疊原理,35性能轉(zhuǎn)換原理發(fā)明原理,得到的解如下:可以利用套疊原理將一些散熱材料從平面式變成堆疊的方式,也就是將其做成3D立體式,利用35性能轉(zhuǎn)換原理內(nèi)容通過(guò)改變物理狀態(tài)濃度或密度?柔性和靈活程度,實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化和改變,可以改變散熱材料的熱流密度,導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)增加散熱?

其次,以“散熱材料的散熱方式的改變”為入手點(diǎn)解決問(wèn)題,該問(wèn)題的技術(shù)沖突解決過(guò)程:(1)沖突描述?為了改善系統(tǒng)的“散熱材料增加散熱”,我們需要改變散熱的材料或散熱方式,但這樣做了會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜性增加?(2)轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突?改善的參數(shù):32,43;惡化的參數(shù):18,27?(3)查找沖突矩陣,得到如表2所示的發(fā)明原理?

所以方案為:依據(jù)6多元性原理,13反向作用原理,28機(jī)械系統(tǒng)替代原理,35性能轉(zhuǎn)換原理發(fā)明原理,得到的解如下:可以利用多元性原理得到采用集成散熱芯片來(lái)代替前面所述的方式,來(lái)達(dá)到更好的散熱效果?利用機(jī)械系統(tǒng)替代原理:過(guò)程可以加入熱?光?電?磁場(chǎng)等系統(tǒng)代替原機(jī)械系統(tǒng),所以可以利用加入熱管散熱的方式來(lái)代替之前的石墨烯直接散熱。利用反向作用原理:把物體(或者過(guò)程)倒過(guò)來(lái)從而達(dá)到相同目的,這個(gè)發(fā)明原理加上之前提出的芯片方式,就類(lèi)似于倒裝芯片提高散熱?

可以將上面從兩個(gè)不同問(wèn)題著手點(diǎn)開(kāi)始得到的解綜合來(lái)看,對(duì)此,可以簡(jiǎn)單的提出一種新型的散熱系統(tǒng)—立體式芯片通道熱管散熱,這種散熱系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體集成技術(shù),納米技術(shù)和熱管散熱技術(shù)?將該散熱芯片從傳統(tǒng)平面2D式做法變成帶有中間的堆疊3D式并在這個(gè)立體式芯片存在的間隙間加入水冷的散熱方式等等?

所以手機(jī)散熱一直是困擾手機(jī)發(fā)展的大問(wèn)題之一,相信隨著科技的發(fā)展,這個(gè)問(wèn)題也會(huì)得到有效的改善?