文／智物

10月14日，長征二號丁運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，以“一箭十一星”的方式成功將11顆衛(wèi)星送入預定軌道，其中，包括一顆軌道大氣密度探測實驗衛(wèi)星。

據(jù)悉，該衛(wèi)星將長期負責大氣密度預測保障服務體系的“探”環(huán)節(jié)，建立中國自主中低軌大氣模型，其嚴苛的工作環(huán)境對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，無需額外耗能就可以實現(xiàn)熱量搬遷和器件、設備等的降溫，在保證航天器件、消費電子器件、智能電動汽車熱管理功能的同時，也是在為碳中和和碳達峰在貢獻力量�！�

在航天工程上大獲成功的同時，這一技術(shù)應用如今正隨著人類社會進入4nm制程時代而備受關(guān)注。

《地心引力》當中，布洛克駕駛中國的天宮飛船沖入大氣層，儀表盤已開始冒煙

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

散熱系統(tǒng)，讓智能手機成為可能

2010年，被譽為喬布斯時代最偉大的作品——iPhone 4橫空出世，Retina屏幕、App Store、A4芯片，為全球智能手機廠商提供了模板。

但很少有人注意到，iPhone 4其實是第一代搭載散熱器件的手機，盡管今天看來這個散熱系統(tǒng)十分簡陋。為了讓A4芯片穩(wěn)定運行，蘋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，將熱量傳遞至整個玻璃背板。

這一看似不起眼的設計讓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，這一設計并沒有被其他廠商跟進，因為此時高通芯片的功耗平平，且安卓陣營中仍以可更換電池的機型為主流，續(xù)航和散熱問題均不在廠商的考慮范圍之內(nèi)。

直到驍龍810的到來，安卓陣營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，將手機芯片帶入了64位時代，這一動作瞬間打亂了高通的布局。急病亂投醫(yī)，高通為了追趕蘋果的腳步，放棄自家的架構(gòu)改用公版A53 A57架構(gòu)，并選擇了臺積電20nm制程，以實現(xiàn)64位處理器迅速量產(chǎn)。

這一系列操作的結(jié)果是，堪稱史上最差處理器的驍龍810誕生。自身極高的功耗讓手機的續(xù)航表現(xiàn)血崩，散熱表現(xiàn)幾乎無法勝任任何一款大型游戲，手機廠商甚至寧愿在自家的旗艦機上搭載前代產(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在中國大陸的市場份額已經(jīng)超越三星，小米正欲通過全新的Note系列進軍高端，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，手機廠商愈發(fā)重視散熱問題，并開始大面積采用石墨貼紙及銅管散熱，但如今看來這兩種方案都頗具“應急色彩”。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，銅管能實現(xiàn)三維的導熱但嚴重受限于熱傳輸橫截面積。

不過，在5G時代來臨之前，這樣的方案仍足以應對大多數(shù)使用場景。

液冷散熱器，終極方案

2019年，全球智能手機行業(yè)進入5G時代，由于算力的高度提升，手機的散熱問題更加突出，在高熱量產(chǎn)生的情況下，僅通過簡單的空氣輻射熱，或者石墨等散熱材料已經(jīng)遠遠不夠。

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

今年上半年，多個品牌的旗艦機型被爆出嚴重的手機過熱問題，尤其在充電狀態(tài)下，手機幾乎無法正常使用。

小米發(fā)布的與友商的手機溫度對比，小米是最早使用手機散熱片設計的品牌之一

這并非是手機在設計上的缺陷，而是搭載驍龍888 SoC手機的通病，由于三星5nm工藝未能達到預期，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，會主動通過降頻的方式實現(xiàn)自我保護，因此芯片的性能釋放也無法發(fā)揮到極致，導致用戶在使用驍龍888的機型玩游戲時，經(jīng)常遇到跳幀、卡屏的情況。

為解決這一問題，國內(nèi)廠商曾發(fā)布過一款外形類似電腦風扇的“冰封背夾”，不同于電腦風扇通過銅管導熱、風扇對流散熱的方式，冰封背夾本身就帶有制冷器件，可以讓手機長時間保持低溫狀態(tài)。

從原理上來看，冰封背夾的設計能夠最大程度降低手機發(fā)熱問題，但從實際效果來看，由于不具備儲能系統(tǒng)，只能在充電狀態(tài)下使用，其使用場景十分受限。

而以威鉑馳為代表的廠商則選擇更加先進的“相變散熱”技術(shù)去解決手機的發(fā)熱問題，即汽－液相變散熱器。

通過薄熱管（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－液兩項循環(huán)，在無需額外增加動力的情況下，實現(xiàn)高效、清潔的散熱。

從原理上來看，這項技術(shù)與大氣密度探測衛(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)造相對復雜的熱板則具備三個維度上的傳熱能力且更加輕薄。

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

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

這并非是因為風冷散熱已經(jīng)發(fā)展到了盡頭，而是由于液體的比熱容遠遠大于空氣，因此液冷散熱器往往具備不錯的散熱效果，同時在噪音方面也能得到很好的控制。

據(jù)傳聞，在蘋果即將發(fā)布的Macbook Pro M1芯片版本上，風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”。

實際上，液冷散熱器產(chǎn)業(yè)曾長期被中國臺灣地區(qū)相關(guān)廠商所把持。

從供應鏈和競爭格局的角度看，中國大陸在石墨、石墨烯、TIM（導熱界面）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，安信證券的研報數(shù)據(jù)顯示，全球70％的液冷散熱器由臺灣廠商供應。

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

2020年，國內(nèi)廠商威鉑馳打造了首顆游戲手機高功率傳熱散熱超薄VC，其單個器件熱流密度超過10W／cm?，基本達到了業(yè)界頂尖水準。

嚇人蘋果芯片設計，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、比亞迪等國內(nèi)外頭部廠商。

除威鉑馳外，包括AAC、中石科技、飛榮達、長盈在內(nèi)的廠商均實現(xiàn)了HP／VC的批量出貨。據(jù)統(tǒng)計，在2020年，僅僅是手機均熱板的市場規(guī)模就已經(jīng)突破18億元，橫州博智電子及半導體研究中心預計，到2026年，全球手機均熱板市場將達到215億元的規(guī)模，年復合增長率為29．4％。

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

Counterpoint Research預計，今年下半年智能手機出貨量將實現(xiàn)14．5億臺，如果以其中50％的中高端市場份額統(tǒng)計，當前市場對于HP、VC的需求將有望達到1．2億片／月。

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

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院此前預計，2018年－2023年散熱產(chǎn)業(yè)年復合增長率有望達到8％，市場規(guī)模有望從2019年的1497億元增長到2023年的2199億元。從長期發(fā)展趨勢來看，5G帶來的網(wǎng)絡流量增加，將會驅(qū)動服務器應用和商業(yè)基站的進一步上量，其連帶的散熱市場規(guī)模將迎來一次爆發(fā)。