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多级直触一体式液冷系统由黑鲨引领的散热黑科技

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来源: 作者: 2019-05-17 16:20:45

随着雷蛇、黑鲨、红魔的入场,游戏手机市场逐渐热烈起来。而对于游戏手机来说,如何保证手机在使用过程中机身温度 维稳 不降频是需要攻克的难题。而黑鲨给出的答案是 液冷。

黑鲨的液冷散热设计灵感来自卫星散热。太空中卫星的向阳面温度非常高,但背阴面温度极低,因此需要在其内部建立一套导热系统来使卫星表面的温度均匀分布,我们可以简化看作卫星外罩内壁附有储满水的盘管环绕着卫星,它的作用就是把卫星向阳面的热量运送到背光的一面,从而达到散热的效果,除此之外在火箭发动机、国内的压水堆核电站都有使用类似的散热技术。

市面上将液冷运用于手机散热的案例早已有之,像三星S、Note系列,华为的Mate RS保时捷等 都有液冷设计, 只不过,黑鲨游戏手机是首个在手机上使用 多级直触一体式液冷系统的产品。

黑鲨游戏手机整个液冷系统由3部分构成:

第一部分为 简洁高效的热能萃取架构,热源(如CPU)产生的热量通过高导热率材料直接与热管接触,将热管内的液态传热介质气化,气化后的传热介质被气体压力推送到阔别热源的冷端,并在冷端液化释放热能,然后液体再通过毛细通道结构体回流至热源端,构成散热回路,气液循环如此往复。另外要特别提到的是根据能量守恒定律,液态到气态的转化进程也是要做功消耗能量的。假设发热体产生了10W的热量,通过液冷管导出来可能就变成7W了,剩余的部分就被传热介质气液转换进程做功消耗掉了,这也是黑鲨手机选择液冷作为散热方案的主要原因。

第二部分为 1体式热能均布架构,将热管在铜质导热基板内U型包裹并通过金属熔融焊接技术与之成为一体,这样就可有效避免热管与外界因接触热阻太大,冷端的热散不出去而致使热管失效的情况, 与导热板一体式的形态使得萃取至热管冷端的热能迅速均匀扩散至铜质导热基板的外表面的能力得以大幅度提升;

第三部分为 三维散热架构,均布至导热基板表面的热,通过贴合在其表面与壳体结构件之间的纳米复合多层石墨片,将热量由基板表面沿石墨片的X、Y向大平面扩散,然后传导至壳体结构件,利用整机高达6000 mm 的结构件3D面来对外散热。

如下为三星S/Note 系列 、Huawei Mate RS 、黑鲨 这三款手机CPU上方液冷系统的传热叠层图:

基于以上图示,我们提取了对CPU散热至关重要的3组数据,对比情况以下:

由上图及表格分析数据,我们发现三星S/Note 系列 和 华为Mate RS 保时捷 手机CPU的热量需要穿过5层传热结构才能传导到热管,这样的设计就存在很大的缺陷, CPU的热量在传导到热管的进程中,多达5层的传热叠层会因为组装、接触间隙、材料热阻、接触界面热阻、热量流失等缘由,致使到达液冷管的热量没法使液态传热介质达到气化点,液冷管的作用就发挥不出来。而且其热管外侧的传热叠层的热传导效力只有黑鲨的0.2%~0.4%,严重削弱了热管上的热量在整机内的扩散效力。

黑鲨首创的多级直触一体式液冷系统,创造性的将液冷管设计到了屏蔽件内部,将屏蔽件与导热基板合一,使得液冷管与CPU等发热源直接接触,热传导效率高达8000以上,所以液冷管里的传热介质能迅速到达气化点产生做功动作,带走热源处的热量。其它手机厂家没有做到这一步,是由于他们意想到与电脑CPU等模块不同的是手机产品的CPU和PA等主要发热模块都含有射频功能,对外辐射和干扰比较大,必须放到屏蔽件内密封屏蔽,对他们来说集成热管和密封屏蔽没法二者兼得。但黑鲨科技针对这个能给消费者带来舒适体验的散热场景持续进行技术创新,通过多达上百次的验证和方案优化,终于设计出了这类适用于手机CPU和PA等自带强干扰源大热源 的液冷系统。

如CPU上方液冷系统的传热叠层图所示,黑鲨手机CPU上方的传热叠层 简洁可靠,接触界面热传导效力极高;再加上黑鲨手机的液冷系统在布局设计时就覆盖了全部的高发热模块,因此其散热效果远超传统手机。

值得一提的是,黑鲨游戏手机液冷系统的导热基板采取的是高导热铜合金,热管使用的是纯铜,经过毛细结构编制、注液、抽真空、激光烧结,挤压成型、钎焊 等多工序打造而成,表面均进行碱洗、拋光、抗氧化的处理,可防止长时间使用导致的氧化现象,使得寿命更长;导热基板对热管的U形包裹设计和1体式金属熔融焊接方案,在大幅提升热传导效力的同时,还能有效避免物料运转和组装过程中的破坏问题。同时,由于黑鲨游戏手机多级直触一体式液冷系统的核心部件 ------ 热管和导热基板组件直接与主板扣合,还可以有效避免手机长时间使用和跌落后机壳变形致使的散热能力下降问题。

经实验检测,与无热管相比,黑鲨游戏手机的多级直触一体式液冷系统CPU散热效力能够提升20倍,CPU最大频率下运行时间提升70%,CPU核心温度降低8℃,配合液冷系统的PCB板采用Low DK 工艺的板材,实现PCB板电路超低阻抗,板级的有线效力提升1.5dB,有利于下降板级的运行温度,使得CPU核心最大频率运行表现更加稳定持久,用户在游戏进程中体验高性能的同时也能享受到舒适的握感温度。

而与一样采取了热管方案的三星S9+相比,黑鲨游戏手机的多级直触一体式液冷系统表现如何呢?为了更好地比较散热性能,我们采用手机的心脏 CPU的温度作为对比点:

从温升曲线形状看,黑鲨手机和S9+是一致的,同为高通骁龙845平台,这点是符合预期的。不过,更让人惊喜的是,黑鲨手机的整体温升曲线比三星S9+要低,把整个过程的温升值做个平均,黑鲨居然比S9+温度低了6.87度,第一次使用液冷技术的黑鲨游戏手机就超过了三星这位水冷老师傅,看来黑鲨确切在温升控制上下足了功夫。

目前,黑鲨游戏手机已经正式进入市场,凭借着多级直触一体式液冷系统的散热黑科技,黑鲨手机是否能立住 生为竞技 的品牌认知,让我们拭目以待。

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