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智能电视常见的散热材料对比分析与散热方案

发布时间:2023/9/23 15:43:30   
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摘要:智能电视产品会有哪些发热元器件或者区域,针对这些元器件或区域,提出或归纳总结出常见的散热方案以及散热材料,其中也会穿插一些之前的项目案例数据以及想法和建议,仅供参考。

随着5G的到来,科技不断创新,电视的屏幕更高清!芯片运算的速度更快!产品整体设计更薄!功能设计更智能化!散热的需求也就更迫切!

首先,先带大家看看智能电视上常见的发热元器件以及区域,主要有:主控芯片CPU、电源板(主要是MOS管)、背光显示(包括灯条及COF软排IC),当然还有其他发热元件(如电容笔感等),但比较少有散热议题,所以暂不一一列举讨论。

CPU主板电源板背光显示COF软排IC

然后,针对以上提出的发热元器件或区域,逐一分析。先看主板位置,主控芯片(CPU)是整个板子的“心脏”,其工作时产生的热量也是非常巨大的,而且不同平台厂家的芯片,配置核数、功耗、产生的温度也不都一样,而CPU的温度高低直接影响整个产品的运行速度及终端体验效果,故此CPU的散热就尤为重要了!(根据电视行业对CPU的温升标准这里也大概描述下:在老化测试条件下,常温25℃时,CPU的表面温度控制在65~75℃范围;高温40℃时,CPU表面温度控制在90℃以内,算比较合理)

电视主板CPU的散热方式目前还是以被动散热为主,大部分散热方案还是通过导热介质+金属散热器/片的组合方式存在,这里的导热介质可以是导热硅脂(热阻低)、导热凝胶(不会变干,性能温度)、导热硅胶片(具有缓冲作用)等,极少数会用到导热双面胶(热阻大但施工方便,成本较低),具体选用方法还需根据芯片平台配置参数、封装方式等综合评估,暂不做详细介绍。重点来看一下五金散热器/片的种类及其性能价格等方面,做个综合对比分析。电视主板五金散热器/片材质基本以铝合金为主,而根据不同的芯片平台、功耗不一样,产品设计空间结构不一样,就会有铝挤散热器(常见型号AL/AL)和铝板散热片(常见型号:AL/AL)之分。

铝挤散热器(左)铝板散热片(右)

有朋友可能会有疑问,大多数散热器/片表面看起来都是黑色,有些却是银白色,颜色不一样是否影响散热效果?答案是:有影响但不绝对,真正影响散热效果的是表面辐射率(即热辐射系数ε)辐射率越高散热效果则越强,影响辐射率的因素有很多,颜色只是其中一个。举个例子:两个同尺寸规格的铝挤散热器,A为裸铝素材本色,B为做了表面处理的银白色(阳极氧化),两者颜色看起来基本都是银白色,但A的表面辐射率只有0.2~0.3,而B可以达到0.6~0.7,根据经验值,在自然散热条件下,辐射率每提升0.1,散热效果就会提升1~3℃,温度越高,散热效果差异越大!

而,市面上常见的黑色外观散热器/片,乍看之下都是黑乎乎的,有什么区别呢?首先从工艺上分析,常见黑色表面处理工艺大致有以下几类:阳极氧化(硬氧/普氧)、电泳(浸泡)、喷粉、喷油(漆)、涂布、贴膜等,这里稍微整理出一个对比表格,大家可以参考一下:

由此可见,选择不同的表面处理工艺,价格也会有所差异,所对应的性能也会有所不同,常见的铝挤型材,用阳极氧化工艺居多,普通的钣金冲压件,喷涂的居多,软板软板或者薄膜类,涂布或者贴膜居多,具体选择什么工艺取决于产品设计形态及综合性价比考量。

表面处理工艺对散热效果和整个散热器/片的成本占比如此重要,这里分享一下由稀导自主研发的一款水性石墨烯散热涂料,既拥有优异的散热效果(辐射系数0.93),又可兼顾喷涂、浸泡、涂布三种工艺施工,可满足常见的铝挤散热器、冲压件、压铸件、薄膜类散热片等应用。

稀导石墨烯散热涂料

结论:

1、稀导石墨烯铝板(厚度1mm)比传统铝挤散热片(10mm)效果好3.1℃(结构允许,面积略有增大);

2、稀导方案成本比传统铝挤下降至少50%。

针对电视主板的散热,以上都是围绕着金属基材在做介绍,金属散热器有它固有的散热优势,但是,缺点也是很明显的,比如:EMI(电磁干扰)议题,电视主板元器件不单单只有CPU的,还有其他元器件,在CPU上方加上一大片金属散热片,肯定会覆盖到周边元器件,从而引起EMI问题。曾经很多厂商为了解决这个问题,尝试过很多办法,比如在散热器表面开孔或者底部加导热吸波材料,或者用导热塑料取代金属散热器,损失部分散热性能以期达到降EMI效果,但都未能成功根本解决。

针对这个问题,稀导自主研发的一款新材料—石墨烯散热基板,既能解决散热问题,也能有效缓解EMI议题,目前在跟国产知名品牌合作(预计明年初会发布),且已有在其他散热领域广泛应用(笔记本、5GCPE等)。

稀导石墨烯散热基板

注:电视主板的应用案例,因客户产品尚未发布,暂作保密,后续会更新

以下是针对金属散热片与石墨烯散热基板的EMI测试报告:

金属散热片石墨烯散热基板

此产品核心成分为石墨烯+石墨,通过特殊工艺使其具备二维晶体结构,内部结构层形成阶梯式或者段差,呈现各项差异性,大大降低了电子迁移率,从而有效形成抗EMI特性。

接下来介绍第二部分:电源板的常见散热方案及优化方向。电视电源板主要发热元器件为MOS管,因其数量多且比较分散,所以用到的铝挤散热器也会比较多(一般都有3~4块),但因为MOS管的耐温性比较强(工作适用范围比较广),所以往往都是用普通的铝挤散热片即可(无表面处理),目的就是要降成本。

针对电源板的散热方案优化方向,重点只有一个:就是要降成本!所以,通过前面的内容介绍,相信大家也大致猜到我要推荐的方案了:通过石墨烯散热涂料+裸铝挤的方式,代替传统铝挤,在保持甚至还能提升一点性能的条件下,去最大程度的降低成本,而我们公司在这方面也有很多案例可以拿出来给大家分享下,如:

由以上案例可知,传统的电源板散热方案主要都是比较厚重的传统铝挤散热器,而我们推出的方案:石墨烯+铝挤/铝板,不仅散热性能上可以维持同样水准(甚至更优),成本价格上也有至少10~20%的下降!而且还能降低高度、重量,符合目前所有智能产品往轻薄化发展的设计理念。

经典案例分享:

对以上散热材料感兴趣的朋友们可以联系我们或者进入

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