VR/AR一體機是將獨立運算系統(tǒng)、光學顯示系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、感知交互系統(tǒng)高度集成在一體空間的頭戴式智能裝備。在逐漸智能化發(fā)展的同時，也在向輕薄化、高性能和多功能方向發(fā)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(fā)熱量的增大。

VR集成化發(fā)展趨勢

1.更高的頻率和性能：為實現(xiàn)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(chǎn)熱量大；

3. 感知交互方案設(shè)計：VR/AR設(shè)備需要更多的集成語音交互、聲場設(shè)計、手勢交互、面部識別、see-through、6DoF等方案設(shè)計。

散熱問題成為AR/VR整機設(shè)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(tǒng)出現(xiàn)游戲場景拖尾現(xiàn)象，降低體驗感；同時AR/VR是佩戴在面部和眼部的設(shè)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(jù)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(fā)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(fā)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(fā)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(chǎn)生。

石墨散熱片

石墨散熱片在消費電子散熱中應(yīng)用最為廣泛。石墨具有特殊的六角平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以將熱量均勻地分布在二維平面并有效地轉(zhuǎn)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(shù)為300-1900W/（m·K）；在垂直方向上，石墨的導熱系數(shù)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(shù)最高的物質(zhì)，理論導熱率達到 5300W/m·K，遠高于石墨。它是由單層碳原子經(jīng)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(chǎn)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(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，導熱系數(shù)較金屬和石墨材料有10倍以上提升，作為新興的散熱技術(shù)方案，近年來開始獲得廣泛應(yīng)用。熱管的導熱系數(shù)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(shù)的升級，進一步實現(xiàn)了導熱系數(shù)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(yīng)用于系統(tǒng)熱界面之間，通過對粗糙不平的結(jié)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(tài)金屬導熱劑是新型的導熱界面材料，相比傳統(tǒng)硅脂擁有更高的導熱系數(shù)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(tài)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(yīng)用于鋁質(zhì)散熱器上。

實際應(yīng)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(jié)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