虚拟现实发展路上绕不开的散热难题-聚展

12月1日，飞荣达在投资者互动平台表示，公司作为国内消费电子导热材料的龙头之一，已有产品应用于VR/AR/MR，主要客户是微软和Meta。

消费电子是指围绕消费者应用而设计的与生活、工作和娱乐息息相关的电子类产品。作为消费电子的新兴分支，虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）是近年来快速发展的技术领域，它们在娱乐、教育、医疗、工业等多个领域都有广泛的应用。

VR/AR一体机是将独立运算系统、光学显示系统、音频系统、感知交互系统高度集成在一体空间的头戴式智能装备。

图源：pixabay

随着VR设备一直向着轻薄化、高性能和多功能方向发展，其更高的频率和性能、更大更清晰的光学显示以及更多的交互设计将引发设备在高强度计算和图像处理时产生显著热量。

散热问题不可避免得成为整机设计的痛点之一。如果不能及时散掉热量，会导致GPU、传感器、显示屏、芯片温度过高，造成系统出现游戏场景拖尾现象，降低体验感；同时VR/AR是佩戴在面部和眼部的设备，如果散热性能不好，也会影响用户的佩戴体验。

据了解，VR设备散热量达15W，比一般5G手机的9W要高很多，价值量占总价比5%以上。良好的散热效果不仅能提高产品佩戴的舒适度，还能提高内部元件的使用寿命。未来需要散热供应商提供更小型、更高效的散热方案，如创新的散热材料、设计和工程等，由此散热行业迎来了更大的挑战。

图源自新菲新材料网站

VR/AR热管理方案

根据工作原理的不同，热管理材料可分为主动式（有源式）和被动式（无源式）两种。

主动式热管理材料

主动散热器件普遍采用热对流原理，对发热器件进行强制散热。在消费电子中，常用的主动散热器件是风扇。

散热风扇采用的是热对流原理，对发热器件进行强制散热，特点是效率高，但需要其他能源辅助，且有噪音产生。

散热风扇图源自苏州隆盈智能科技有限公司

被动式热管理材料

被动散热普遍采用热传导或热辐射原理，主要依靠发热体或散热片进行降温。手机终端、平板电脑等轻薄型消费电子受内部空间结构限制的影响，一般采用该方式。被动散热方式的散热片包括石墨散热膜、石墨烯膜、热管和均热板等。

（1）石墨散热膜

石墨散热膜在消费电子散热中应用最为广泛。石墨具有特殊的六角平面网状结构，可以将热量均匀地分布在二维平面并有效地转移。由于石墨密度低，因此可以做到轻量化，能平滑粘附在任何平面和弯曲的表面，提升散热效率。

根据制作方式、导热系数、尺寸厚度等不同，石墨散热材料可以分为天然导热石墨片、人工合成散热石墨膜和纳米复合石墨膜。其中，天然导热石墨片导热系数为800-1200W/m·K，厚度最薄是0.1mm。人工合成石墨膜是一种碳分子高结晶态石墨膜，膜结晶面上的导热率达1500-2000W/m·K，厚度可以达到0.03mm，是用于消除局部热点的理想均热材料，可以在热点和散热体之间充当热传输桥梁。

石墨片图源自飞荣达

（2）石墨烯

作为新材料行业的“后起之秀”，石墨烯是已知的导热系数最高的物质，理论导热率达到5300W/m·K，远高于石墨。它是由单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，厚度仅为0.335nm，又称为单层石墨，是碳纳米管、富勒烯的同素异形体。缺点是产能小，价格高。

石墨烯导热膜图源自道明超导科技

（3）热管和均热板

热管和均热板（Vapor Chamber，VC）利用了热传导与致冷介质的快速热传递性质，导热系数较金属和石墨材料有10倍以上提升，作为新兴的散热技术方案，近年来开始获得广泛应用。

热管的导热系数范围为10000-100000W/m·K，是纯铜膜的20 倍，是多层石墨膜的10 倍。

超薄热管图源：鸿富瀚

均热板作为热管技术的升级，进一步实现了导热系数的提升。均热板主要利用密封空间内的冷却工质（通常为水）相变蒸发而将热量迅速扩散到腔体，在冷凝端工质冷凝为液体后，通过毛细力、重力又回流到热源端。均热板和微热管就是这种典型的相变导热器件，其传热性能是自然界导热材料的几十到几百倍。

均热板图源：中石伟业

热界面材料

为有效传导热量，发热器件和散热器件之间往往需要使用热界面材料。导热界面材料通过对粗糙不平的结合表面填充，使通过的热阻变小，来提高组件的散热效率。

热界面材料主要分为导热硅脂、导热硅胶和导热凝胶三大类。目前，美国日本的企业占据了全球热界面材料90%以上的高端市场。我国高端热界面材料主要依赖从日本、韩国、欧美等发达国家进口，国产化电子材料占比较低。

（1）导热硅脂

导热硅脂又叫做导热膏，是一种高导热绝缘有机硅材料。它是以硅油为原料，并添加导热填料、稳定剂等添加剂，在经过加热减压、研磨等工艺之后形成的一种酯状物，该物质有一定的黏稠度，没有明显的颗粒感。可以有效地填充各种缝隙，主要应用环境为高功率的发热元器件与散热器之间。

导热硅脂图源自中石伟业

（2）导热硅胶

导热硅胶与空气中的水分发生缩合反应放出低分子引起交联固化，可在短时间内固化成硬度较高的弹性体，对电子器件具有冷却和粘接功效。固化后与其接触表面紧密贴合以降低热阻，从而有利于热源与其周围的散热片、主板、金属壳及外壳的热传导。导热硅胶具有卓越的抗冷热交变性能、耐老化性能和电绝缘性能，并具有优异的防潮、抗震、耐电晕、抗漏电性能和耐化学介质性能，对包括铜、铝、不锈钢等金属有良好的粘接性。

相对而言，导热硅脂的适用范围更广一点，几乎适合任何散热条件的需要；导热硅胶更适合用在需要一次性粘合场景，比如显卡的散热片等。

（3）导热凝胶

导热凝胶是以硅胶复合导热填料，经过搅拌、混合和封装制成的凝胶状导热材料，其具有热阻低、绝缘性能好、所需工作压力小、稳定性好、附着力强、界面几何条件要求低等特性，是一种新型高效导热界面材料。

导热凝胶图源自中石伟业

实际应用场景中，热管理材料及器件往往需要组合使用。AR眼镜受限于更高的轻薄化需求，一般采用自然冷却被动散热，VR一体机更有更大的空间和更高的功耗，采用风冷主动散热和被动散热结合的方式。如Meta Quest Pro采用的是双风扇+扁铜管的散热方案，在摄像头周围也填充了导热膏。

随着VR、AR和MR市场的不断发展，世界科技巨头都在头戴式产品投入巨大的精力研发，散热设计和材料选择的有效性将成为这些前沿技术成功应用不可或缺的因素之一。未来随着更多新产品的发布，散热行业可能会迎来新的机遇。

参考来源：

[1]车乾5G：VR/AR等可穿戴设备的热管理

[2]JONES：创新散热引领虚拟现实前沿：JONES助力MR/AR/VR市场蓬勃发展

[3]艾邦VR产业资讯：VR/AR散热方案介绍

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2024高导热材料与应用技术大会

在新能源汽车以及储能领域，随着电池的能量密度越来越高，对散热的要求也越来越高。高温会对电池的性能和可靠性带来不利影响，甚至会引发安全性问题。目前普遍认为，开发高导热材料是解决以上问题的关键。

另外，在未来人工智能领域，ChatGPT技术的推广将进一步催生AI算力等大规模应用场景的普及，大型算力中心将对服务器机柜、电池柜、传输等设施设备提出更广阔、更严格的散热需求。由此可见，高导热材料将在众多新兴领域和未来市场有着非常乐观的发展前景。

在此背景下，中国粉体网将于2024年5月29-30日举办2024高导热材料与应用技术大会，大会旨在搭建导热材料领域技术交流、信息互通的沟通平台，促进导热材料行业技术与产业发展突破。

大会热诚欢迎国内外相关领域的专家、学者、科研人员、企业界代表积极参会，同时欢迎公司、企事业单位展示技术成果，洽谈产、学、研合作。

会务组

：刘文宝

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