众所周知，随着基础设施的大规模建设和5G服务的快速推广，5G智能手机被认为是未来几年最大的市场机遇之一。与此同时，智能手机处理器算力正在迅速提高，这是先进半导体制程的主要推动力。

在5G时代，大数据运算和高清影像处理已成为智能手机的高频应用。一些5G智能手机的计算能力甚至超过了中低端的PC机。智能手机处理器的工作频率将突破2.0GHz，处理器中的晶体管数量将大幅增加。在超高热流密度下，散热与芯片性能之间的矛盾日益突出。

不幸的是，智能手机的轻薄外形意味着它不可能有足够的空间来容纳常规的散热器，传统的散热方案在5G智能手机上面临抓襟见肘的困境。

5G智能手机散热设计的现状

如今，越来越多的手机开始推广其新品的散热设计。5G智能手机的散热材料从单纯的石墨导热膜、导热硅胶等发展到铜箔、石墨烯膜、热管、均热板等。在电竞手机中，甚至内置了涡轮微型风扇，进行主动散热，小米等品牌出品的手机外挂半导体制冷散热器在游戏及直播等用户群体的喜爱。

冰封散热背夹 Pro

从手机品牌商在公开渠道发布的信息了解到，散热问题是他们开发5G智能手机的难点之一，功耗往往超乎了开发者的预期。各品牌的第一代5G手机都在散热设计上应用了新型的材料，并有将高规格的散热堆料延续至新机种的趋势。

石墨烯散热技术首次出现在华为第一款5G智能手机Mate20X上，后续华为发布的P30、P40、Mate30、Mate40等系列5G智能手机，继续使用石墨烯散热膜。2019年，三星在首款5G智能手机Galaxy S10上应用了新型的超薄均温板（VC），促进了这种在PC产品上应用的两相液冷散热技术大规模应用于5G智能手机。业界认为，随着5G网络覆盖率的不断加大，大数据计算应用的占时不断增加，5G智能手机的热功耗增长预期没有改变，将持续促进对新型散热材料的需求。

除了电竞游戏手机得益于特殊的产品定位及外形设计，能够在机身中内置微型散热风扇，然而这也一定程度上牺牲了轻薄度及静音性。

“小米2的石墨导热膜”

2012年8月16日，刚刚创业两年的小米推出了新一代的旗舰产品——小米手机2。它那多彩的机身设计、在当时来说性能顶级的四核处理器，以及相比前代大幅进步的显示和拍照效果，都瞬间为其吸引了大量消费者的关注。而伴随着小米手机2的红火，它所使用的“石墨导热膜”也成为了被爱好者所追捧的“散热黑科技”。可以说，虽然小米手机2并不是第一款对手机主控芯片进行专门散热设计的产品，但它的散热设计之所以会成为消费者关注的重点，实际上也反映出了早在智能手机还处于双核或四核的时代，不少用户就已经关注到了手机的发热量越来越大，并且开始影响到用户体验的这一事实。

从小米手机2开始，我们可以看到越来越多的手机开始推广其新产品的散热设计。这些设计已经逐渐从单纯的石墨导热膜慢慢发展到铜箔-石墨复合材料、热管、均热板，甚至到了如今的部分产品还开始直接安置涡轮风扇，或是在机身外部挂载半导体主动制冷器。

这种设计散热好吗?当然是很好的，因为只有通过风扇直接主动排出热风，或者通过外置制冷器降低整个机身从外到内的温度，才能算得上是真正意义的“散热”。否则，无论在机身内堆积多少石墨片，或使用多大的均热板，热量实际上仍在机身内，只是分布更均匀而已。

内部导热堆料再厉害，最后还得靠外壳散热

正因如此，对于大部分因为厚度、美观，或是产品定位等因素而不能使用主动散热设计的机型来说，它们的“散热设计”也就始终跳不出三大固定的思路。即通过让芯片降频来减少热量的产生，通过更大机身面积来加快外壳对空气的热辐射，以及通过导热率更高的外壳材料，来加快机身对于使用者手掌的热传导速度。

显然，这三种方法都有明显的缺点。例如,频繁且严重的降频会影响流畅度，更大的机身会影响手机握持的舒适度，而过高的外壳热传导性能（比如早期某些全金属的旗舰机型）则会令手机出现明显的“发烫”现象，操作不舒适不说，甚至还会引起用户额外的安全性担忧。

或许正是因为看到了传统智能手机不断提高的性能，与始终难有彻底突破的散热设计之间的矛盾，一家名为IDTechEx的研究组织近日发布报告称，未来主流智能手机散热设计发展方向，很可能会转向被动式风冷与隔热材料的组合。即在机身内部设计能让空气流通的风道，并通过在外壳上设计细小的缝隙，来实现内外冷热空气的交换，同时在边框和背板内部施加诸如特殊隔热膜、隔热气凝胶之类的材料，确保机身内部的高温不再通过中框和背板进行传导——也就是说，不再会有“烫手”的烦恼。

“放弃外壳散热，全面转向风冷”

大部分5G智能手机上采用的散热手段，设计思路均是快速扩散局部热量（热点的热量），而热量的最终耗散大部分依靠机身的自然空气对流散热及人手的热传导。

在低功耗的应用场景下，热量的耗散速度尚能满足整机的热控制要求，但在长时间的高功耗的使用场景，高发热量将导致手机外壳温度超出人手可以接受的握持温度，尤其是高导热率的金属中框将烫得无法忍受。

认识到以上的现状，研究机构IDTechEx认为5G智能手机性能的提升与难有突破的散热设计之间存在矛盾。IDTechEx发布报告称，未来智能手机散热设计发展方向，很可能会转向被动式风冷与隔热材料的组合。

这种设计思路是在机身内部设计能让空气流通的风道，并通过在外壳上设计细小的缝隙，来实现内外冷热空气的交换，同时在边框和背板内部布置诸如特殊隔热膜、隔热气凝胶之类的材料，确保机身内部的高温不再通过中框和背板进行传导——也就是说，不再会有“烫手”的烦恼。

虽然乍听之下，这种“放弃外壳散热，全面转向风冷”的思路非常离经叛道，但事实上它所涉及到的基本设计和特殊材料，在消费电子领域早已不再新奇。努比亚红魔系列游戏手机，使用的就是在背板上开防水导风孔，在机身内置散热风扇的风冷设计；Gore工业设计的隔热薄膜材料（二氧化硅气凝胶颗粒）在戴尔XPS笔记本电脑的掌托部位已经应用多年，取得了很好的效果。针对5G智能手机，Gore再次提供了专门针对mmWave 5G天线的高级隔热材料，用来降低天线热点位置的边框温度，改善用户体验。

我们认为IDTechEx报告分享的智能手机未来散热设计方向，其出发点是建立在用户对手机良好体验的基本诉求上，为智能手机的性能与散热设计之间的矛盾提供了新颖的设计思路。

由于智能手机内部空间紧凑，建立足够的空气通道是一个巨大的挑战。自然冷热空气热交换不足于对付日益涨长的发热量预期。如何构建有效的空气流道，并加速空气交换，将是极具挑战的热设计课题。