スマートフォンの中では、多くの部品が同時に動いている。

　● CPU

　● GPU

　● AI処理用チップ

　● バッテリー

　● カメラ

　● ディスプレイ

　● 通信モジュール

　● 充電回路

これらが動作すると、電力を消費する。

そして消費した電力の多くは、熱になる。

つまりスマートフォンが熱くなるのは、異常なことではない。

小さな箱の中で、多くのエネルギーが動いているからである。

スマートフォンの熱問題が難しい理由は、単純だ。

小さいからである。

スマートフォンは薄く、軽く、持ちやすくなければならない。

しかしその中に、

　● 高性能チップ

　● 大容量バッテリー

　● 高輝度ディスプレイ

　● 高性能カメラ

　● 高速通信　が詰め込まれている。

つまり、小さい空間に、発熱源が密集している。

これがスマートフォン熱問題の本質である。

AIサーバーなら、大型ファンや液冷装置を使える。

EVなら、冷却プレートや冷却水路を設計できる。

しかしスマートフォンでは、そう簡単にはいかない。

なぜなら、

　● 薄くしたい

　● 軽くしたい

　● 防水したい

　● 静かにしたい

　● デザインを崩したくない　という制約があるからである。

 

つまりスマートフォンでは、冷やしたいのに、冷却装置を入れる場所がないという矛盾が起きている。

スマートフォンでは、基本的に大型ファンを使いにくい。

理由は、

　● 音が出る

　● 厚くなる

　● 壊れやすくなる

　● 防水性が落ちる

　● 消費電力が増える　からである。

つまりスマートフォンでは、空気を動かして冷やすよりも、

内部で熱を広げ、外装へ逃がす考え方が重要になる。

スマートフォンでは、局所的に熱くなると問題になる。

例えば、チップ周辺だけが熱くなると、

　● 処理性能低下

　● 部品劣化

　● ユーザーの不快感

　● 表面温度上昇につながる。

そのためスマートフォンでは、一点に集中した熱を、面で広げる

ことが重要になる。

 

ここで使われるのが、

　● グラファイトシート

　● 金属箔

　● ベイパーチャンバー

　● 放熱シート

　● 熱拡散部材などである。

スマートフォンの熱問題で重要なのは、

人が直接触ることである。

サーバーなら、内部が高温でも、ユーザーが直接触ることは少ない。

しかしスマートフォンは違う。

手で持つ。

顔に近づける。

ポケットに入れる。

長時間使う。

つまりスマートフォンでは、部品温度だけでなく、

人がどう感じるかも重要になる。

スマートフォンが熱くなると、ユーザーは不快に感じる。

たとえ壊れていなくても、

このスマホ、大丈夫かなと思われる。

つまりスマートフォンでは、熱問題は単なる技術問題ではない。

ユーザー体験の問題でもある。

今後、スマートフォンには、さらにAI処理が入っていく。

　● 画像生成

　● 音声認識

　● 翻訳

　● 写真補正

　● 動画処理

　● 個人アシスタント

　● エッジAI処理　などである。

クラウドだけでなく、端末内部でAI処理を行う場面が増えると、チップの負荷は増える。

つまりスマートフォンは今後、通信端末から、手のひらのAI端末へ進化する。

その結果、熱問題はさらに難しくなる可能性がある。

だから人体に直接埋め込んだ方が熱は上がらないのかもしれないという発想もある。

スマートフォンは、使っている時だけ熱くなるわけではない。

充電中にも熱が発生する。

特に急速充電では、大きな電流が流れるため、バッテリーや充電回路に熱が出る。

つまりスマートフォンでは、

使用中の熱と、充電中の熱の両方を考える必要がある。

スマートフォンのバッテリーは、温度の影響を受ける。

高温環境では劣化が進みやすい。

その結果、

　● 電池持ち低下

　● 膨張

　● 寿命低下

　● 安全性低下　につながる可能性がある。

つまりスマートフォンの熱問題は、快適性だけでなく、

寿命と安全性にも関係する。

スマートフォンでは、防水性も求められる。

しかし防水性を高めるには、内部を密閉する必要がある。

密閉すると、空気の流れが少なくなる。

つまり、防水したいと、熱を逃がしたいは、衝突しやすい。

ここがスマートフォン設計の難しいところである。

スマートフォンは、薄型化も求められる。

しかし薄くすると、

　● 放熱材を入れるスペースが減る

　● 熱を広げる距離が減る

　● 部材同士の接触条件が厳しくなる

つまり、薄くしたいと、冷やしたいも衝突する。

スマートフォンの熱問題は、単に熱だけではない。

実際には、

　● 熱

　● 防水

　● 薄型

　● 軽量

　● 粘着

　● 絶縁

　● デザイン

　● 落下耐性

　● ユーザー快適性　が同時に絡む。

つまりスマートフォンは、熱対策の複合問題

そのものである。手のひらサイズだが、技術的にはかなり難しい。

研究開発では、

　● 高熱伝導シート

　● グラファイト

　● ベイパーチャンバー

　● 薄型TIM

　● 熱拡散構造

　● 低消費電力チップ　などが検討される。

スマートフォンでは、大型冷却装置を入れにくいため、

熱をどう広げるかが重要になる。

スマートフォン内部では、薄い放熱部材や絶縁部材が多く使われる。

しかし、

　● 貼り合わせズレ

　● 気泡

　● 浮き

　● 厚みムラ

　● 材料変形

　● 異物があると、熱の流れが変わる。

つまりスマートフォンでは、放熱材を入れるだけでは足りない。

正しい位置に、正しい状態で貼ることが重要になる。

スマートフォン内部は、非常に狭い。

そのため、部材同士の接触状態が熱性能に大きく影響する。

例えば、放熱シートがわずかに浮くだけで、空気層ができる。

空気層は熱を伝えにくい。

つまり、わずかな浮きが、

大きな熱抵抗になる。

ここは、スマートフォン熱対策で非常に重要である。

すべての機種が綺麗に空気層なく貼れているかは疑問がある。

これが機種での初期不具合や発熱につながっている可能性もゼロではないだろう。

OTIS視点では、スマートフォンの熱問題で重要なのは、

　● 薄膜加工

　● 高精度打ち抜き

　● グラファイトシート加工

　● 放熱シート加工

　● 絶縁材加工

　● 高精度ラミネート

　● 異形状加工

　● リール供給

　● 自動化対応

　● 量産安定性　である。

スマートフォンのような小型製品では、

薄く、軽く、高精度に、量産で成立させることが重要になる。

OTISでは、

　● グラファイトシート加工

　● 放熱シート加工

　● 絶縁シート加工

　● 高精度打ち抜き

　● 薄膜加工

　● 高精度ラミネート

　● 異形状積層

　● リール供給対応

　● 自動化工程向け供給形態設計

などを通じて、スマートフォン向け熱対策部材の量産成立に貢献できる可能性がある。

 

特に、スマートフォンでは部材が小さく薄いため、

加工精度

貼り合わせ精度

供給形態が重要になる。

一方でOTISは、

　● スマートフォン本体設計

　● 半導体設計

　● バッテリー開発

　● OS開発

　● 熱シミュレーション専業解析

を専門とする会社ではない。

しかし、スマートフォン内部の熱対策部材を量産工程で成立させる

という領域では、重要な役割を担える可能性がある。

★★★★★ スマートフォン

★★★★★ タブレット

★★★★★ ウェアラブル機器

★★★★☆ ARグラス

★★★★☆ エッジAI端末

★★★★☆ 小型通信機器

スマートフォンは、身近な熱問題の集合体である

スマートフォンは小さい。

しかしその中には、

　● 高性能チップ

　● バッテリー

　● 通信

　● カメラ

　● ディスプレイ

　● AI処理　が詰め込まれている。

つまりスマートフォンは、

小型高密度化による熱問題を最も身近に感じられる製品である。

しかも、人が直接触るため、熱は性能だけでなく快適性にも関係する。

だからスマートフォンの熱対策では、

冷えればよいだけでは足りない。

薄く、軽く、防水し、快適で、量産でも安定する。

そこまで成立して、初めて本当の熱対策になる。

この章を書いて改めて、人間の脳が２０Wで動くことが信じられなくなった。

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません