AR/VR热管理方案

VR/AR一体机是将独立运算系统、光学显示系统、音频系统、感知交互系统高度集成在一体空间的头戴式智能装备。在逐渐智能化发展的同时，也在向轻薄化、高性能和多功能方向发展。性能越来越强大，集成度和组装密度不断提高，导致其工作功耗和发热量的增大。

VR集成化发展趋势

1.  更高的频率和性能：为实现画面流畅度和及时性；

2.  更大更清晰的光学显示：光学和显示组件涉及图像处理和传输，随着FOV和画面清晰度不断增加，产热量大；

3.  感知交互方案设计：VR/AR设备需要更多的集成语音交互、声场设计、手势交互、面部识别、see-through、6DoF等方案设计。

散热问题成为AR/VR整机设计的痛点之一。如果不能及时散掉热量，会导致GPU、传感器、显示屏、芯片温度过高，造成系统出现游戏场景拖尾现象，降低体验感；同时AR/VR是佩戴在面部和眼部的设备，如果散热性能不好，也会影响用户的佩戴体验。

AR/VR热管理方案

根据工作原理的不同，热管理材料可分为主动式（有源式）和被动式（无源式）两种。在消费电子中，常用的主动散热器件是风扇。

被动散热普遍采用热传导或热辐射原理，主要依靠发热体或散热片进行降温。被动散热方式的散热片包括石墨散热膜、石墨烯膜、热管和均热板等。

为有效传导热量，发热器件和散热器件之间往往需要热界面材料的使用。

图源：艾邦智造  

散热风扇

散热风扇采用的是热对流原理，对发热器件进行强制散热，特点是效率高，但需要其他能源辅助，且有噪音产生。

石墨散热片

石墨散热片在消费电子散热中应用最为广泛。石墨具有特殊的六角平面网状结构，可以将热量均匀地分布在二维平面并有效地转移。石墨具备良好的水平导热、垂直阻热效果。在水平方向上，石墨的导热系数为300-1900W/（m·K）；在垂直方向上，石墨的导热系数仅为5-20W/（m·K）。由于石墨密度低，因此可以做到轻量化，能平滑粘附在任何平面和弯曲的表面，提升散热效率。

石墨烯

石墨烯是已知的导热系数最高的物质，理论导热率达到 5300W/m·K，远高于石墨。它是由单层碳原子经电子轨道杂化后形成的蜂巢状二维晶体，厚度仅为 0.335nm，又称为单层石墨，是碳纳米管、富勒烯的同素异形体。缺点是产能小，价格高。

热管和均热板

热管和均热板（Vapor Chamber，VC）利用了热传导与致冷介质的快速热传递性质，导热系数较金属和石墨材料有10倍以上提升，作为新兴的散热技术方案，近年来开始获得广泛应用。热管的导热系数范围为 10000-100000W/m·K，是纯铜膜的 20 倍，是多层石墨膜的 10 倍。均热板作为热管技术的升级，进一步实现了导热系数的提升。

导热界面材料

热界面材料主要分为导热硅脂、导热硅胶和导热凝胶三大类。导热界面材料应用于系统热界面之间，通过对粗糙不平的结合表面填充，使通过的热阻变小，来提高组件的散热效率。

液态金属导热剂是新型的导热界面材料，相比传统硅脂拥有更高的导热系数和耐用性，能够更好地渗透到CPU和散热模组之间的缝隙中，达到更好的填充效果。缺点是贵，液态金属导热剂具有导电性，一旦泄露到主板上便会造成不可挽回的后果，且无法应用于铝质散热器上。

实际应用场景中，热管理材料及器件往往需要组合使用。AR眼镜受限于更高的轻薄化需求，一般采用自然冷却被动散热，VR一体机更有更大的空间和更高的功耗，采用风冷主动散热和被动散热结合的方式。

如Meta Quest Pro采用的是双风扇+扁铜管的散热方案，在摄像头周围也填充了导热膏。

审核编辑：汤梓红