【科普】iPhone 8 散热方案分析

2018年4月17日13:02:58 发表评论 284 views

本文对Iphone 8的硬件散热方案进行了分析。


和上一代产品相比,Iphone 8被评价为创新性不足,但在散热设计上它却有较大的挑战,原因就是和上代产品相比,Iphone 8采用了玻璃后盖。作为手机内部两条传热路径之一,后盖的传热能力是该决定手机背面温度的重要因素。和铝材质相比,玻璃材质的导热能力较差,所以后盖需要增加额外的散热设计。 


理论分析


如下面拆机图所示,Iphone 8的主板是细长的L形主板,和电池并列固定于后盖的铝板上。屏幕内侧有钢片和石墨片。


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想象一下,把手机横切一刀,会得到下面这个剖面图。主板、电池被后盖和屏幕夹住,组成“三明治”。主板和电池是“肉饼”,屏幕和后盖是两片“面包片”。 

【科普】iPhone 8 散热方案分析


手机的“中板和后盖的传热能力是决定手机表面温度均匀性的主要因素”。在Iphone 8的结构中,屏幕侧可以看做中板。下面,详细解读一下两条路径的结构和传热特点。


传热路径一:后盖


如下图,后盖这条传热路径是由玻璃板、铝板、线圈,线圈上面的铜箔构成。铝板和铝中框焊接为一体,其作用是支撑、固定主板和电池的,另外,铝板也起了散热作用。铝板中央的大洞是为了放置充电线圈,这个洞阻碍了热量沿铝板传导,削弱了后盖的传热能力。线圈上的铜箔就是为了弥补铝板被削弱的传热能力而增加的。


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这里有一点需要注意,铜箔要和铝板有一定距离的搭接才能起到两者之间的导热效果。在Iphone 8后盖上,两者搭接距离约有3mm。


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传热路径二:屏幕


在屏幕一侧,如果切开看,有三层组合:屏幕、不锈钢框、石墨片。这三层材料中,屏幕为玻璃和背光材料,均属于热的不良导体,横向传热能力很弱。不锈钢框,其材料导热能力不强(仅17W/mK),厚度只有0.1mm,所以它在横向起到的导热作用有限。因此,这屏幕侧起主要传热作用的是贴在屏幕内侧的石墨片。



上面介绍了两条传热路径具体结构,下面定量地分析了两条路径的传热能力的强弱。为此,先介绍一个“薄壁传热能力”的概念。


薄壁传热能力


薄壁传热能力,表明一定面积的薄板在横向的传热能力,薄板的传热能力越好,则该值越大,其他条件一定的情况下,薄板的温度越均匀。


薄壁传热能力=薄板材质的导热系数 x 薄板厚度,单位:W/k。


例如:0.6mm厚的铝板的薄壁传热能力是0.12W/k;单层石墨(石墨材质厚度0.025mm)的薄壁传热能力为0.03W/k。为了简单理解,可以说“0.6mm厚的铝板和4层石墨的传热能力是相当的”。


从拆机图中无法看出屏幕侧的石墨片的层数,我猜测可能是2层石墨,因为单层石墨对实在太弱了。这样屏幕侧的薄壁传热能力为值为0.06W/k。后盖中,铝板目测非常薄,只有0.2mm-0.4mm,且充电线圈表面的铜箔也估计仅有0.1mm。


猜测后盖的薄壁传热能力为0.06W/k左右,相当于2层石墨。


和市场上硬件散热能力较好的两个手机三星C7和麦芒5相比,Iphone 8的硬件散热能力相对较弱。以两条路径的薄壁传热能力值来对比,Iphone8约为麦芒5和三星C7的1/3,如下表所示。


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另外,拆机图中看到,主板CPU和屏幕侧、后盖间没有导热胶。主板CPU处和中板(或后盖)之间必然是存在间隙的,如果没有导热胶,则热源到中板上热阻会很大。有无导热胶,虽然对手机表面温度影响不明显(对手机前、后表面冷点的温度无影响,对两面热点影响是跷跷板作用,即一面降低同时另一面温度升高),但对主板温度和内部器件的温度降低不利。在手机使用的前几分钟,CPU和主板的温度上升速度会明显快于有导热胶的方案,这是设计者所不想看到的。


测试验证


在环境温度25°C中,玩王者荣耀30min,后盖冷、热点温差为6°C。在散热较好的手机中,表面冷热点温差可以做到2°C。所以说,Iphone 8的硬件散热设计属于中等偏弱水平,还有提升空间。


结论


Iphone 8 和Iphone 8 plus的硬件散热能力属于中等偏弱,手机表面温度均匀性略差。当然,不能简单的说Iphone 8的热设计做的不好,因为散热方案是手机整个架构设计平衡的结果,也会考虑到功耗所能优化的程度。

来源:网络 维修狮 整理发布

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原文始发于微信公众号(维修狮):【科普】iPhone 8 散热方案分析

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