柔性透波高导热氮化硼膜材在5G毫米波折叠屏幕手机散热应用的交流探讨

导语：5G时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起了这些部位发热量的急剧增加。BN氮化硼散热膜是当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI、物联网等领域最为有效的散热材料，具有不可替代性。

折叠屏幕手机市场现状以及TIM材料管理方案

目前，折叠屏手机市场基本以三星和华为为主，根据相关数据，三星的市场占比高达88%至90%。屏幕机构DSCC调研数据显示，2021年Q3季度折叠屏手机的总出货量环比增加了215%、同比暴涨480%。按照DSCC预测，2021年Q4季度其出货量将从260万台提升到400万台。

此外，DSCC预测，2022年折叠屏手机的全年销量将达到2000万台。除了三星将扩大折叠屏手机市场，OPPO、vivo、小米、华为、荣耀以及摩托罗拉等，都有计划推出折叠屏新机，这将进一步刺激折叠屏手机的销量。

调研机构IHS Markit曾表示，到2025年，可折叠AMOLED面板出货量将达到5000万台，可折叠AMOLED面板占AMOLED面板总出货量的8％（8.25亿），占柔性AMOLED面板总出货量的11％（4.76亿）。

2018-2025可折叠柔性面板出货量预测

近年，中国各主流手机品牌在折叠屏方面动作不断，屏幕折叠形态也屡获创新，各家纷纷抢占先发优势。随着柔性屏幕技术的进一步成熟，折叠屏手机将下沉至大众市场，得到大规模普及。

折叠屏手机配备主流的旗舰处理器，并且具有更大的屏幕尺寸，如三星Galaxy Fold 屏幕展开为7.3英寸，华为Mate X屏幕展开为8.0英寸，这往往意味着更大的运行功耗和更多的电量需求。高性能的处理器，更大尺寸的屏幕和更高容量的电池，发热量往往更大，因此要求折叠屏手机的两侧外壳都必须有效用于散热。

折叠屏手机的两侧外壳由折叠铰链连接，在折叠位置单独依靠铰链连接往往难于实现有效热传递，因此发热量更大的SoC部分的热量难于从铰链处传导到另一侧外壳，设备整体散热潜力利用不足，热的不均匀分布也埋下了热应力导致的故障隐患。

柔性导热器件，柔性石墨，柔性热管/均热板（VC）等能够将高发热的主板和SoC区域热量，通过横跨铰链的热传导机构，将热量快速转移到折叠屏另外一侧的外壳，有效的增加了设备的散热面积，改善散热效率。

主流折叠屏设备的散热方案华为和小米率先在折叠屏上实现了柔性石墨膜的跨屏传热。华为Mate Xs的屏幕之下，搭载了一层完整的柔性石墨散热材料，横跨手机的折叠轴线分布，完美适配手机进行折叠，将手机的热量跨屏传导，实现均衡散热。

小米 MIX Fold 采用“微气囊”结构的耐弯折石墨，在常规导热材料无法企及的铰链部分，打造贯通两侧的“热量隧道”，从而将转轴两侧的并联散热系统相连接，这样 SoC 一侧的热量就能借由这个通道传导到散热压力更小的另一侧，由此实现更加均衡且更强的散热能力。

小米 MIX Fold“微气囊”耐弯折石墨横跨铰链连通两侧外壳，加强均衡散热

氮化硼膜材特点：高导热、低介电、绝缘、透波、抗电压、柔性

六方氮化硼（h-BN）这种二维结构材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一样，仅有一个原子厚度。但是两者很大的区别是六方氮化硼是一种天然绝缘体而石墨烯是一种完美的导体。与石墨烯不同的是，h-BN的导热性能很好，可以量化为声子形式（从技术层面上讲，一个声子即是一组原子中的一个准粒子）。

有材料专家说道：“使用氮化硼去控制热流看上去很值得深入研究。我们希望所有的电子器件都可以尽可能快速有效地散射。而其中的缺点之一，尤其是在对于组装在基底上的层状材料来说，热量在其中某个方向上沿着传导平面散失很快，而层之间散热效果不好，多层堆积的石墨烯即是如此。”与石墨中的六角碳网相似，六方氮化硼中氮和硼也组成六角网状层面，互相重叠，构成晶体。晶体与石墨相似，具有反磁性及很高的异向性，晶体参数两者也颇为相近。

基于二维氮化硼纳米片的复合薄膜，此散热膜具有透电磁波、高导热、高柔性、高绝缘、低介电系数、低介电损耗等优异特性，是5G射频芯片、毫米波天线领域最为有效的散热材料之一。

BN氮化硼膜材的折弯测试结果（附有测试的视频）

• 测试设备：耐折弯测试仪；

• 样品：不同厚度不同BN固含量样品 5 PCS (编号为 1~5#）；

• 测试条件：两板间隙为 3 mm, 回落角度 170度，弯折次数为 40次/分钟；

• 此次试验测试了不同厚度和BN固含量，折弯测试结果是：比较而言，越薄耐折弯性能越好。

• 测试数据：

测试照片：

什么是5G?

一

定义

“5G”一词通常用于指代第5代移动网络。5G是继之前的标准（1G、2G、3G、4G 网络）之后的最新全球无线标准，并为数据密集型应用提供更高的带宽。除其他好处外，5G有助于建立一个新的、更强大的网络，该网络能够支持通常被称为 IoT 或“物联网”的设备爆炸式增长的连接——该网络不仅可以连接人们通常使用的端点，还可以连接一系列新设备，包括各种家用物品和机器。

公认的5G优势是：

•具有更高可用性和容量的更可靠的网络

•更高的峰值数据速度（多Gbps）

•超低延迟

与前几代网络不同，5G网络利用在26GHz 至40GHz范围内运行的高频波长（通常称为毫米波）。由于干扰建筑物、树木甚至雨等物体，在这些高频下会遇到传输损耗，因此需要更高功率和更高效的电源。

5G部署最初可能会以增强型移动宽带应用为中心，满足以人为中心的多媒体内容、服务和数据接入需求。增强型移动宽带用例将包括全新的应用领域、性能提升的需求和日益无缝的用户体验，超越现有移动宽带应用所支持的水平。

二

毫米波是关键技术

毫米波通信是未来无线移动通信重要发展方向之一，目前已经在大规模天线技术、低比特量化ADC、低复杂度信道估计技术、功放非线性失真等关键技术上有了明显研究进展。但是随着新一代无线通信对无线宽带通信网络提出新的长距离、高移动、更大传输速率的军用、民用特殊应用场景的需求，针对毫米波无线通信的理论研究与系统设计面临重大挑战，开展面向长距离、高移动毫米波无线宽带系统的基础理论和关键技术研究，已经成为新一代宽带移动通信最具潜力的研究方向之一。

毫米波的优势：毫米波由于其频率高、波长短，具有如下特点：

频谱宽，配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量，适用于高速多媒体传输业务；可靠性高，较高的频率使其受干扰很少，能较好抵抗雨水天气的影响，提供稳定的传输信道；方向性好，毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大，使得传输波束较窄，增大了窃听难度，适合短距离点对点通信；波长极短，所需的天线尺寸很小，易于在较小的空间内集成大规模天线阵。

毫米波的缺点：毫米波也有一个主要缺点，那就是不容易穿过建筑物或者障碍物，并且可以被叶子和雨水吸收。这也是为什么5G网络将会采用小基站的方式来加强传统的蜂窝塔。

什么是TIM热管理?

定义

热管理？顾名思义，就是对“热“进行管理，英文是：Thermal Management。热管理系统广泛应用于国民经济以及国防等各个领域，控制着系统中热的分散、存储与转换。先进的热管理材料构成了热管理系统的物质基础，而热传导率则是所有热管理材料的核心技术指标。

导热率，又称导热系数，反映物质的热传导能力，按傅立叶定律，其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。热导率大，表示物体是优良的热导体；而热导率小的是热的不良导体或为热绝缘体。

5G手机以及硬件终端产品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，电子设备和许多其他高功率系统的性能和可靠性受到散热问题的严重威胁。要解决这个问题，散热材料必须在导热性、厚度、灵活性和坚固性方面获得更好的性能，以匹配散热系统的复杂性和高度集成性。