iPhone 4 热分析

所有制造商的所有手机都过热！包括Apple的最新iPhone 6。多种原因可能会产生过热问题，但有些事情是肯定的，公司投入大量资源来确保其产品设计合理并符合所有热规格，有时候努力失败。

在本文中，我们为iPhone 4构建了一个热模型。该模型将在稍后的博客中用于更详细的热分析。最近的iPhone（5和6）遵循与iPhone 4类似的散热设计。它们的功耗（更好的性能），尺寸，结构和外壳材料都有所改变，但总的来说，散热架构保持不变。

热（和CAD）模型将从原始手机重建。有关iPhone 4拆解的详细信息，请查看iFixit。虽然可以测量大多数尺寸和几何形状，但必须做出许多假设。幸运的是，最终结果似乎与实际测量结果非常吻合。

打开iPhone后，我们发现石墨片粘在两个屏蔽盖上; 在图1中以黑色突出显示。

石墨是一种优秀的散热器，因为它具有高的面内导热系数（400-1500 W/mK）和低的贯穿平面导电率（<4 W/mK）。经过仔细检查，似乎这些石墨片为位于电路板另一侧的CPU（A4）和LTE调制解调器提供散热，而不是eMMC，DDR和基带，它们被屏蔽盖所覆盖。应用石墨。稍后通过模拟证实了这一点。图1（b）中的微小石墨片似乎没有任何帮助，由于其不对称的几何形状，它可能是一块昂贵的片。我猜测旁边的厚柔性电缆作为散热器效果更好。

图1.带有石墨板的iPhone 4主板a。和b。

拆下显示屏会露出另一块粘在中框金属支架上的石墨板（图2）。该吊具有助于减轻来自背光LED和主板的一些热量。

这块石墨板覆盖了中框支撑的整个区域，除了有切口的区域，但它可以在尺寸和几何形状上进行优化。稍后将在本文的第二部分中对此进行调查。

图2.中框金属支撑上的石墨板。

最后，将第四块石墨板粘在塑料内盖上（图3）。该石墨片遵循主板的形状。

对于板的长度上几乎没有温度梯度的情况，这种石墨板将是非常低效的，例如当CPU和LTE调制解调器都受到应力（热）到类似的值时，因为它们位于相对的两端。电路板（参见电路板布局以便更好地理解）。

图3.后盖内侧的石墨板。

我确信Apple有各种形状，尺寸，颜色（或涂层？）的原因，以及每个吊具或散热垫的方向（通过只有LTE-IC具有导热垫的方式），他们使用的目的是提供热释放。有些人从外面没有任何意义。此外，热量缓解的很大一部分来自通过软件算法实现的热控制，以优化功耗。实施什么或如何将永远是一个谜。我的妻子说她的iPhone开始变得疯狂，当它变得太热时自己开始。

结果

测量直接从iPhone 4进行，以构建半详细的热模型。特别关注主要部件在通向外壳的路径上遇到的所有传导路径，气隙和热解决方案，其中热量通过对流和辐射消散。显示器的细节模型非常难以重新创建，但是背光LED（显示器的主要热源）的位置以及盖玻片，触摸面板和LCD的厚度被尽可能准确地捕获。此外，从主板到前后盖的距离也被认为是准确的。

假设所有屏蔽盖都是不锈钢（SUS 304）。假设中框支撑为铝（Al-6063）。假设石墨片厚10μm，粘合剂和涂层分别为10μm ，总厚度为30μm。

研究的案例是LTE上的视频会议。选择此案例是因为它强调了设备中的大部分组件：LTE调制解调器，CPU（A4），eMMC，DDR和成像传感器（来自主摄像头）。总系统功率为2.4 W（粗略估计）。所有模拟均在25℃的环境温度下进行。

图片（下图）显示了从iPhone 4（左手侧）和模拟（右手侧）拍摄的红外图像之间的比较。结果非常相似！

图4.前盖玻璃的实际测量值（左）和模拟（右）之间的比较。

图5.后盖玻璃的实际测量值（左）和模拟（右）之间的比较。

这些结果直接取自热模型，假设功率为2.4 W前盖玻璃上的大红色热点（图4）是由主摄像头的成像传感器引起的。通常，测量和模拟之间存在极好的一致性。

本文的目的是达到这一点。也就是说，证实iPhone的热模型工作正常，提供合理的结果并且与实际测量结果一致。