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攝影|手機芯片散熱神器：碳纖維導熱墊片

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攝影|手機芯片散熱神器：碳纖維導熱墊片

文章來源：5G材料論壇
“發熱”問題一直是手機的痛點 ， 手機品牌不吝于對散熱方案的創新和開發 。 要說手機散熱方案 ， 近期發布的新機——號稱努比亞史上最強Z系列旗艦的努比亞Z40 Pro ， 它的散熱方案極其華麗 ， 超大面積VC液冷均熱板、石墨烯、納米碳纖維導熱片、高功率凝膠、石墨層等散熱材料組成了獨有的九層環抱冷封散熱系統 。 其中不得不說的是碳纖維導熱片 ， 碳纖維導熱片是高速運行芯片極佳的散熱材料

事實上 ， 碳纖維導熱墊片在手機上早有應用 ， 受到了不少主流手機品牌青睞 ， 如三星 Galaxy Note9、Galaxy S20 ， vivo iQOO 3、iQOO Pro 5G ， OPPO Reno Ace以及realme X2 Pro等均有應用 。
圖  三星 Galaxy Note9 ， 碳纖維液冷系統
碳纖維導熱墊片是一種導熱墊片 。 導熱墊片是以樹脂為載體 ， 添加導熱填料制備而成的導熱彈性墊片 ， 主要用于彌補半導體器件與散熱器之間的較大間隙 ， 起到彌補公差及散熱的作用 ， 尤其適用于多個芯片共用同一個散熱器的場景 。

隨著電子零部件的發展趨于高性能化、小型化 ， 芯片工作頻率不斷升高 ， 產生的熱量及熱密度也隨之提高 ， 對導熱散熱系統也提出了更嚴苛的要求 。 傳統的導熱墊片通常為大量氧化鋁等球形填料填充的復合材料 ， 其熱導率通常低于10W/mK ， 已無法滿足高功率、多功能化的電子產品發熱需求 。 因此 ， 以高導熱碳纖維作為填料的高導熱墊片應運而生 。 一、高導熱碳纖維墊片碳纖維導熱墊片是一種以導熱碳纖維為主要原材料的導熱墊片 。 目前樹脂基體一般多為硅橡膠 ， 而碳纖維一般采用高導熱的中間相瀝青基碳纖維（導熱系數能達到800w/m·K以上） 。

圖源：WaermTimo硅橡膠具有良好的柔軟性、高溫性能和阻燃性 ， 可在發熱元件和散熱器之間緊密貼合 。 而碳纖維是一種高導熱材料 ， 在纖維方向上的導熱系數可以超過銅 ， 同時具有良好的機械性能和優異的導熱及輻射散熱能力 。 高導熱碳纖維墊片就是將碳纖維和硅橡膠的性質組合起來 ， 進行優化設計和制造 。
圖  碳纖維導熱硅膠片 ， 來源：嘉興超維值得注意的是 ， 當碳纖維端面伸出導熱墊表面 ， 雖然材料的熱導率得到了很大的提升 ， 但表面露出的碳纖維會引起電子元器件短路 ， 進而影響電子設備正常運轉 。 因此高導熱絕緣的碳纖維導熱墊片成為研究重點 ， 如對碳纖維基材表面形成的絕緣涂層包覆等 。
二、熱導率的影響因素研究表明 ， 影響碳纖維導熱墊片的熱導率的因素有：
1、碳纖維的微觀排列結構碳纖維是一種含碳量在95％以上的新型纖維材料 ， 它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成 ， 經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料 ， 因此在纖維軸向方向具有非常好的熱傳導性能 ， 導熱系數達到600~1300W/mK 。

圖：碳纖維的定向狀況碳纖維具有超高的軸向熱導率 ， 在硅膠基體里定向排列后 ， 添充較小的含量就能夠極大提升復合材料的熱導率 ， 而且可以使得導熱墊片具有各項異性的熱傳導效果 。 而如何實現碳纖維在導熱墊片中的定向排布成為難點 。 2、碳纖維導熱墊片的厚度隨著導熱墊片的厚度增加 ， 其熱傳導路程加長會導致導熱系數稍微有所下降 ， 而導熱墊片在受到擠壓變形后會對其微觀排列結構有所影響 ， 導致導熱系數有所下降 ， 因此在應用中應該選擇合適厚度的導熱墊片 。

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