CAE技术在手机散热中的应用
随着夏天的到来,许多地区的室外温度已经高达35、6度了,很多时候我们站在室外甚至会有灼烧感,但是你要清楚,满身都是零件的手机其实也过的很不爽,高温对于手机的使用影响非常大,随着夏季温度持续攀升,很多手机用户都会遇到手机发烫严重的问题。
手机发热的原因是由于手机内置的处理器,这是一个高度集成的SOC芯片,其中集成了CPU中央处理器芯片和GPU图像处理器芯片,还有蓝牙、GPS、射频等一系列芯片模块,这些芯片在高速运转的时候会散发大量的热量。
当然,除了处理器之外,手机的屏幕越来越大,很多大内存的应用程序越来越多,耗电量也是增加了不少,手机缺少散热设置和优化不佳都会让手机热量难以发散,这也就是手机容易发热的原因。能够准确地计算出手机各关键部位的温升值,对提高手机的安全性和可靠性是至关重要的,通过CAE仿真可以精确分析出连接器在使用时的温升变化。以下为有限元科技为某手机企业做的热分析项目。
手机模型
材料属性
序号 |
名称 |
密度g/m^3 |
导热系数w/m*K |
比热容J/kg*K |
1 |
前盖/外框 |
1.13 |
0.2 |
1200 |
2 |
显示屏 |
1.18 |
0.18 |
1465 |
3 |
卡托 |
7.9 |
16.3 |
500 |
4 |
PCB |
1.2 |
0.35 |
880 |
5 |
前壳 |
1.82 |
72 |
1110 |
6 |
电池 |
2.84 |
长度方向30/厚的方向1 |
880 |
7 |
屏蔽罩 |
8.66 |
83 |
410 |
8 |
铜皮 |
8.93 |
385 |
385 |
9 |
石墨片 |
1.0 |
长度方向1600/厚的方向8 |
1000 |
10 |
导热硅胶 |
1.0 |
3 |
1000 |
边界条件说明
1、仿真分析中涉及的传热方式 - 同时考虑了各个零部件/元器件自身的传导、与空气之间的对流换热,辐射换热;
2、分析模式 - 稳态分析,在给定元件发热功率的情况下,分析在此时间段内系统内部的温度分布情况;
3、分析级别 - 独立的子系统,假设产品放置在自然环境中;
4、仿真分析中的空间尺寸 - 电池包外围尺寸;
5、工作环境(温度/海拔) - 25℃环境温度/海平面;
6、边界条件说明 - 25℃环境下,总功率:前5min热功耗3.618w;5min后热功耗2.318w;
7、放置方式 - Z轴正方向(屏幕向下);
8、其他处理 - 模型中不影响散热结果的一些特征和元件简化处理;
9、采用的软件 - Flotherm;
10、分析边界设定 - 设备孤立地置于自由空间中,周围空气初始速度为零,产品初始温度为25℃,环境温度为25℃,系统压力为大气压;
监控点说明及温度曲线
仿真计算温度
序号 |
名称 |
热功耗(W) |
仿真温度(℃)(5min) |
仿真温度(℃)(完成) |
1 |
LED(14颗、背光灯) |
|
27.0223 |
32.9527 |
2 |
Indicate linght |
|
35.2219 |
40.1846 |
3 |
front Flash LED |
|
35.0654 |
40.3057 |
4 |
EMMC |
|
36.577 |
41.1352 |
5 |
AUDIO PA |
|
36.5534 |
41.1164 |
6 |
Exynos7872(CPU) |
0.378 |
38.2534 |
42.2249 |
7 |
PMIC |
0.24 |
37.6145 |
41.98 |
8 |
Backlight IC |
|
36.6661 |
41.0418 |
9 |
Charge IC |
前5分钟2w,其他时间0.7w |
57.1126 |
48.3985 |
10 |
LCM DRIVER IC |
|
38.3852 |
41.7548 |
11 |
3G/4G PA |
1 |
46.1694 |
51.9769 |
12 |
TX Module |
|
37.1005 |
42.7975 |
13 |
2G PA |
|
37.6748 |
42.7492 |
14 |
WIFI BT FM |
|
36.1491 |
40.9593 |
15 |
Front Camera |
|
34.914 |
40.522 |
16 |
Rear FLASH light |
|
37.2094 |
42.1584 |
17 |
Rear Camera |
|
33.9993 |
40.2627 |
18 |
屏幕最高温度(≤38℃) |
|
33.3 |
38.5 |
19 |
后盖最高温度(≤42℃) |
|
33.8 |
40.1 |
5min温度云图
手机外表面温度云图,屏幕侧温度在27-33.3℃左右,后盖温度26.9-33.8℃左右
PCB表面温度图,温度最高点在Exynos7872(CPU)(38.3℃)、 Charge IC (56.6℃)、3G/4G PA(46.3/45℃)处,PCB板左右温差2℃左右
Exynos7872(CPU)、Charge IC切面云图, Exynos7872(CPU)温度38.5℃左右,Charge IC温度57.2℃左右
60min温度云图
手机外表面温度云图,屏幕侧温度在32-38.5℃左右,后盖温度32.6-40.1℃左右
PCB表面温度图,温度最高点在Exynos7872(CPU)(42.2℃)、 Charge IC (48.2℃)、3G/4G PA(52.1/51℃)处,PCB板左右温差2℃左右
Exynos7872(CPU)、Charge IC切面云图, Exynos7872(CPU)温度42.3℃左右,Charge IC温度48.4℃左右
总结:
(1)、25℃环境下,前5min整个系统中主要元器件温度Exynos7872(CPU)温度38.3℃左右, Charge IC温度56.6℃左右、3G/4G PA(46.3/45℃) ;
(2)、屏幕最高温度33.3℃左右(标准温度 ≤38℃ );后盖最高温度33.8℃左右(标准温度 ≤42℃ ) 。
(3)、 25℃环境下,60min结束后整个系统中主要元器件温度Exynos7872(CPU)温度42.2℃左右, Charge IC温度48.2℃左右、3G/4G PA(52.1/51℃) ;
(4)、屏幕最高温度38.5℃左右(标准温度 ≤38℃ );后盖最高温度40.1℃左右(标准温度 ≤42℃ ) 。
随着智能手机迭代速度的加快,越来越多手机企业采用CAE仿真技术来优化产品,CAE仿真对手机行业对在提高可靠性、降低产品的损坏率、压缩成本方面起到了显著的作用。 有限元科技依托十数年来1000多家企业的CAE仿真应用经验,为手机行业提供全面的CAE应用解决方案,涵盖了CAE分析、CAE软件培训、CAE软件二次开发、元王手机行业性CAE软件、仿真实验室建设等各个方面。选择有限元科技,为您的企业发展创造无限可能。
元王提示:夏天在外玩手机,这些一定要注意
1、避免手机在高温环境下使用,或者太阳下直射使用过长。
2、避免长时间使用手机,可运行一段时间之后放置手机恢复正常温度后再继续使用。
3、避免使用散热不良的保护壳,或者在发烫时去掉保护壳等覆盖物。
4、外出尽量把手机放到包包中,若是放在口袋里,跟身体接触无疑会让手机热量增加不少,汗水的蒸发也会让手机积聚湿气,容易造成芯片短路。
5、若充电的时候玩手机,温度上来之后请拔去充电器。
6、发热严重的时候,建议清理后台,关闭超大应用,并及时去售后维修点让专业人士检查一下。