歌爾推進(jìn)SiC合作，有何考量？

6月27日，據(jù)平頂山易成新材料有限公司官微透露，歌爾光學(xué)副總經(jīng)理王顯彬一行到公司考察了碳化硅AR光學(xué)材料，并希望雙方加強(qiáng)合作，在推進(jìn)碳化硅功能材料產(chǎn)學(xué)研用上發(fā)揮各自優(yōu)勢。

據(jù)了解，歌爾光學(xué)為歌爾股份控股子公司，主要提供VR&AR光學(xué)研發(fā)和生產(chǎn)制造的一站式解決方案，已與消費(fèi)電子領(lǐng)域的國內(nèi)外知名客戶達(dá)成穩(wěn)定、緊密、長期的戰(zhàn)略合作關(guān)系。母公司歌爾股份2024年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入1009.54億元，凈利潤為26.65億元。不難發(fā)現(xiàn)，近年來AR眼鏡廠商與碳化硅企業(yè)的合作交往愈發(fā)密切，慕德微納、歌爾光學(xué)等頭部廠商已紛紛透露進(jìn)展。那么，為何AR產(chǎn)業(yè)鏈會日漸看重碳化硅材料？西湖大學(xué)和慕德微納于近日發(fā)表的論文提供了一個明確視角。

圖：歌爾光學(xué)報告、行家說三代半

技術(shù)開發(fā)背景

近日，西湖大學(xué)和慕德微納團(tuán)隊發(fā)布了題為《用于電子設(shè)備散熱的高導(dǎo)熱透明輻射散熱器》的技術(shù)文獻(xiàn)，提出了一種基于碳化硅的智能眼鏡光學(xué)鏡片，來實(shí)現(xiàn)高效的熱管理，可使微型投影裝置（智能眼鏡中的主要發(fā)熱組件）的表面溫度從54.3°C降低到29.1°C。

該設(shè)計采用兩個關(guān)鍵部件：一是導(dǎo)熱性能更強(qiáng)的碳化硅光學(xué)鏡片；二是SiO2 /TiO2 /ITO多層結(jié)構(gòu)。值得注意的是，這種新型散熱器只需沉積一層微米厚的薄膜，而無需任何外部組件即可提供顯著的散熱效果，該團(tuán)隊認(rèn)為，該技術(shù)將成為有前途的可穿戴設(shè)備熱管理解決方案（獲取該文獻(xiàn)或加入AR眼鏡群，請加微信：hangjiashuo999）。據(jù)了解，目前AR/VR設(shè)備的全面普及還需要眾多技術(shù)的不斷升級和優(yōu)化，其中一個技術(shù)方向是減少可穿戴設(shè)備的發(fā)熱，因?yàn)锳R/VR 設(shè)備功率不斷增大、體積不斷縮小，使用過程中集中發(fā)熱區(qū)域的最高溫度可能超過 60°C，這不僅會降低電池續(xù)航，而且還會給用戶帶來不適感和潛在傷害的風(fēng)險，因?yàn)樗桥c人體皮膚直接接觸的。因此，實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效冷卻對于 AR/VR 產(chǎn)品的開發(fā)至關(guān)重要。

電子設(shè)備廣泛采用的冷卻方法主要有兩種：熱傳導(dǎo)和熱對流。

▲ 熱傳導(dǎo)是指利用高導(dǎo)熱率材料（HTC）將熱量從發(fā)熱部件傳導(dǎo)至冷卻端，從而有效降低溫度，這在中央處理器和發(fā)光二極管（LED）照明中很常見。

▲ 熱對流是通過流體運(yùn)動（主要是空氣）進(jìn)行傳熱，可以是自然冷卻（如銅翅片或熱虹吸熱管）或主動式冷卻（如風(fēng)扇或泵送液體冷卻），其效率受到溫差和對流面積的顯著影響。不過，上述這些方法通常需要特殊的冷卻系統(tǒng)或額外的散熱面積，從而加劇了電池續(xù)航問題，并對設(shè)備小型化構(gòu)成挑戰(zhàn)。事實(shí)上，對于緊湊型可穿戴設(shè)備，除了熱傳導(dǎo)和熱對流冷卻方法外，輻射冷卻是另一種經(jīng)常被忽視，但又非常重要的冷卻方法。輻射冷卻的工作原理是：將設(shè)備發(fā)射的電磁波波長調(diào)節(jié)到「大氣窗口」對應(yīng)的波段，這樣輻射的熱量就能輕松穿過地球大氣層，最終散失到溫度接近絕對零度（約零下270℃）的外太空中。所以它有助于與太空的冷環(huán)境進(jìn)行有效的熱交換，以增強(qiáng)冷卻性能，不需要額外的電能，也不會產(chǎn)生廢熱。因此，輻射冷卻廣泛應(yīng)用于建筑物、車輛、紡織品、太陽能電池、甚至可穿戴設(shè)備的熱管理。此前，業(yè)界通過在玻璃上設(shè)計多層結(jié)構(gòu)，提出了一種透明的輻射冷卻器，可降低 14.4°C 的溫度。然而，這種方法主要使用低熱導(dǎo)率的石英材料，這限制了輻射冷卻效應(yīng)。

慕德微納技術(shù)

為了突破這一限制，慕德微納團(tuán)隊提出了一種新方法，利用碳化硅光學(xué)鏡片作為散熱組件，提供更大的冷卻表面積，來實(shí)現(xiàn)輻射冷卻功能。鑒于光學(xué)鏡片占AR眼鏡表面積的90%以上，該團(tuán)隊認(rèn)為可以通過高熱導(dǎo)率 (HTC) 材料將熱量傳遞到光學(xué)鏡片的整個表面。為了實(shí)現(xiàn)所需的功能，他們采用半絕緣碳化硅（SiC）材料作為智能眼鏡的鏡片，并在其上設(shè)計多層結(jié)構(gòu)，作為基于薄膜干涉和輻射冷卻技術(shù)的抗反射層和紅外發(fā)射器，從而同時滿足鏡片透過率和冷卻能力的雙重要求。據(jù)介紹，其碳化硅鏡片采用是的山西爍科晶體提供的半絕緣4H-SiC，然后采用濺射系統(tǒng)(CS-200, ULVAC)在240 ℃下沉積ITO薄膜，沉積速率為0.14 nm/s，隨后采用電子束蒸發(fā)系統(tǒng)交替沉積SiO2和TiO2薄膜(分別為0.3和0.6 nm/s)。

該團(tuán)隊創(chuàng)新地將堆疊的介電層與氧化銦錫（ITO）薄膜相結(jié)合，這樣就可以克服4H-SiC半透明性的挑戰(zhàn)，同時使用最小化的層配置來優(yōu)化紅外吸收?？偟膩碚f，該方法利用智能眼鏡固有的部件進(jìn)行冷卻，因此就不需要額外冷卻組件。最終，它在可見光譜中實(shí)現(xiàn)了 0.9 的平均透射率，在大氣窗口實(shí)現(xiàn)了0.8的平均發(fā)射率。隨后，他們將這款碳化硅鏡片與微型投影儀集成在一起，使微型LED投影儀的峰值溫度從 49.4°C 降至34.0°C，數(shù)字光處理 (DLP) 投影儀的峰值溫度從高于環(huán)境溫度的 54.3°C 降至 40.4°C。

該團(tuán)隊認(rèn)為，他們這種方法在冷卻AR眼鏡方面的有效性，表明它有可能適用于其他電子設(shè)備，包括VR眼鏡、智能手機(jī)屏幕、太陽能電池封裝等。

本文發(fā)自【行家說三代半】，專注第三代半導(dǎo)體（碳化硅和氮化鎵）行業(yè)觀察。