VR/AR一體機是將獨立運算系統、光學顯示系統、音頻系統、感知交互系統高度集成在一體空間的頭戴式智能裝備。在逐漸智能化發展的同時,也在向輕薄化、高性能和多功能方向發展。性能越來越強大,集成度和組裝密度不斷提高,導致其工作功耗和發熱量的增大。
VR集成化發展趨勢
1.更高的頻率和性能:為實現畫面流暢度和及時性;
2. 更大更清晰的光學顯示:光學和顯示組件涉及圖像處理和傳輸,隨著FOV和畫面清晰度不斷增加,產熱量大;
3. 感知交互方案設計:VR/AR設備需要更多的集成語音交互、聲場設計、手勢交互、面部識別、see-through、6DoF等方案設計。
散熱問題成為AR/VR整機設計的痛點之一。如果不能及時散掉熱量,會導致GPU、傳感器、顯示屏、芯片溫度過高,造成系統出現游戲場景拖尾現象,降低體驗感;同時AR/VR是佩戴在面部和眼部的設備,如果散熱性能不好,也會影響用戶的佩戴體驗。
AR/VR熱管理方案
根據工作原理的不同,熱管理材料可分為主動式(有源式)和被動式(無源式)兩種。在消費電子中,常用的主動散熱器件是風扇。
被動散熱普遍采用熱傳導或熱輻射原理,主要依靠發熱體或散熱片進行降溫。被動散熱方式的散熱片包括石墨散熱膜、石墨烯膜、熱管和均熱板等。
為有效傳導熱量,發熱器件和散熱器件之間往往需要熱界面材料的使用。
圖源:艾邦智造
散熱風扇
散熱風扇采用的是熱對流原理,對發熱器件進行強制散熱,特點是效率高,但需要其他能源輔助,且有噪音產生。
石墨散熱片
石墨散熱片在消費電子散熱中應用最為廣泛。石墨具有特殊的六角平面網狀結構,可以將熱量均勻地分布在二維平面并有效地轉移。石墨具備良好的水平導熱、垂直阻熱效果。在水平方向上,石墨的導熱系數為300-1900W/(m·K);在垂直方向上,石墨的導熱系數僅為5-20W/(m·K)。由于石墨密度低,因此可以做到輕量化,能平滑粘附在任何平面和彎曲的表面,提升散熱效率。
石墨烯
石墨烯是已知的導熱系數最高的物質,理論導熱率達到 5300W/m·K,遠高于石墨。它是由單層碳原子經電子軌道雜化后形成的蜂巢狀二維晶體,厚度僅為0.335nm,又稱為單層石墨,是碳納米管、富勒烯的同素異形體。缺點是產能小,價格高。
熱管和均熱板
熱管和均熱板(Vapor Chamber,VC)利用了熱傳導與致冷介質的快速熱傳遞性質,導熱系數較金屬和石墨材料有10倍以上提升,作為新興的散熱技術方案,近年來開始獲得廣泛應用。熱管的導熱系數范圍為 10000-100000W/m·K,是純銅膜的 20倍,是多層石墨膜的 10倍。均熱板作為熱管技術的升級,進一步實現了導熱系數的提升。
導熱界面材料
熱界面材料主要分為導熱硅脂、導熱硅膠和導熱凝膠三大類。導熱界面材料應用于系統熱界面之間,通過對粗糙不平的結合表面填充,使通過的熱阻變小,來提高組件的散熱效率。
液態金屬導熱劑是新型的導熱界面材料,相比傳統硅脂擁有更高的導熱系數和耐用性,能夠更好地滲透到CPU和散熱模組之間的縫隙中,達到更好的填充效果。缺點是貴,液態金屬導熱劑具有導電性,一旦泄露到主板上便會造成不可挽回的后果,且無法應用于鋁質散熱器上。
實際應用場景中,熱管理材料及器件往往需要組合使用。AR眼鏡受限于更高的輕薄化需求,一般采用自然冷卻被動散熱,VR一體機更有更大的空間和更高的功耗,采用風冷主動散熱和被動散熱結合的方式。
如Meta Quest Pro采用的是雙風扇+扁銅管的散熱方案,在攝像頭周圍也填充了導熱膏。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:VR/AR散熱方案介紹
文章出處:【微信號:gh_e972c3f5bf0d,微信公眾號:艾邦加工展】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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