电子产品散热技术最新发展(上)

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堇查壁蔓ｉｊ三翌隧阉固电子产品散热技术最新发展（上）

最近几年ＬＳＩ、数码相机、移

动电话、笔记本电脑等电子产品．

不断朝高密度封装与多功能化方向发展．散热问题成为非常棘手的课题。ＬＳＩ等电子组件若未作妥善的散热处理．不但无法发挥ＬＳＩ的性能．严重时甚至会造成机器内部的热量暴增等。然而目前不论是ＬＳＩ组件厂商．或是下游的电子产品系统整合业者．对散热问题大多处于摸索不知所措的状态．有鉴于此．介绍一下国外各大公司散热对策的实际经验．深入探索散热技术今后的发展动向．是很有必要的＝．散热技术的变迁

如图１所示由于“漏电”问题使得ＬＳＩ的散热对策是系统整合的责任．这种传统观念正面临极大的变革。此处所谓的漏电是指晶体管（仃彻ｓｊｓ【ｏｒ）的ｓｏｕｒｃｅ与ｄｒａｉｎ之间．施加于ｌｅａｌ（电流的电源电压大晓而言。理论上ｌｅａｋ电力会随着温度上升不断增加．如果未有效抑制热量意味着１ｅａｌ【电力会引发更多的热量．造成１ｅａｋ电力持续上升恶性循环后果。

以Ｉｎｔｅｌ新推出的微处理器“ｎｉ唧ｐｒｏｃｅｓｓ）而言，它的消费电力之中６０％～７０％是属于１ｅａｋ电力＋一般认为未来１～２年ｌｅａｋ电力仍然扮演支配性角色。

图１电子组件散热对策的变化趋势

高弘毅

在此同时系统整合业者．由于

单位体积的热最不断膨胀．使

得如何将机器内部的热量排除

更是雪上加霜．因此系统整合

业者转因而要求ＬｓＩ组件厂商，

提供有效的散热对策参考模式，

事实上Ｉｍｅｌ已经察觉事态的严重

性，因此推出新型微处理器的

同时．还提供下游系统整合业

者有关ＬｓＩ散热设计的ｍｏｄｅｌ

ｃａｓｅ．因此未来其他电子组件厂

商未来势必跟进。

如上所述ＬＳＩ等电子组件的散

热对策．成为电子业界高度嘱目

焦点．主要原因是电子产品性能

快速提升所造威。以往计算机与

数字家电业者大多忽视漏电电力

问题的存在．甚至采取增加电力

的手法补偿漏电电力造成的损失，

Ｈ…１Ｕ¨ｏ『¨Ⅸ■｝

◆以往：委由系统业者自行处理

今后：组件厂商夸力支持

可再啄■面ｉ而ｎ２２．

　万方数据

趟蓟螭鲥鼬ｌ蕉鲞壁墅——

未来将变成优先抑制热量，以此提升产品的性能。

为了刺激消费者购买笔记本电腑的意愿．ＬＳｌ组件厂商不得不提高微处理器的动作频率．电视与ＤｖＤ业者也不下示弱，积极提升影像显示器的影像处理能力，例如目前液晶电视显示画面时的辉度．已经比以往提高两倍．大约足３８０ｃ叭ｎ２左右。然而液品电视与笔记本电脑最大差异，是消费者要求笔记本计算机轻巧化高性能的『一ｊ时，耗电量大幅增加使得单位体积的热密度相对提高．ＤｖＤ、数码相机等电子产品。虽然同样电面临单位体积的热密度问题．不过由于显示画素受到ｆｏｍａｔ的限制．因此记录方式的规格变更与取像组件高画素化，却不因热密度问题受到阻碍反而更快速进步。等离子电视与液晶电视等平面显示器的进化，似乎也没有因为热密度问题受到额外的干扰．相反的随着平面显示器的薄型化、高辉度化与大型化，反而更具备降低热密度的条件。一般认为由于冈特网的普及化．可作互动沟通的通信产品与甲面显示器．未来有可能遭遇热密度上升的挑战。如此一来ＬＳｌ电子组件的散热对策会更加困难．因为热密度提高意味着散热空间越小。除此之外．电子组件的增加与静音化势必成为散热对策时的附带诉求（图２）。

如图３所示有热能考虑的电子组件大致上可分为会产生高热量的电子组件和对热很脆弱的电子组件两种。

传统观念认为所谓的散热设计．只要妥善处理会产生高热量的微处理器与其他电子组件即可。不

．２８／ｉ丽再■面匠面过随着电子产品多功能化．冈此进

行高热量的影像处理ＬＳＩ、内存等

电子组件散热设计的同时．也需要

将对热能很脆弱的电子组件列入考

虑，例如ＤｖＤ的光学读写头、数

码相机的ＣＣＤ与ＣＭＯＳ等取像组件

以及液晶面板等等，都是典型对热

能很脆弱的电子产品。

散热静音化

由于笔记本电脑散热静音化格

外受到消费者的重视．因此业者不

得不采用更先进的散热技术～冈为

传统强制冷却风扇的噪音逐渐受到

很嫌弃．进而促成可快速散热的石

墨膜片（（Ｆ叩ｈ沁ｓｈｅｅＤ，与利用

ｐⅢｐ作冷却液循环的水冷式散热

ｄｅ“ｃｅ成为市场新宠．其中又以噪

音值低于３０ｄＢ的水冷式散热没计．

已经ｒ泛应用在各种电子产品，达

成无冷却风扇超静音的目标．一般

认为未来水冷式散热设计可能会延

伸至数宁家电等领域。

如上＝所述无风扇散热设计虽

然已经成为笔记本电脑的主流，

不过对大部分的系统整合业者而

吉．若无ＬｓＩ组件厂商的协助．要

达成无风扇散热设计显然小太容

易，冈为以往ＬｓＩ组件厂商只愿意

提供电子组件的最大消费电力，

性能㈨单位体积的热密度提高

发热电子组件的增加

图２散热设计面临的课题

图３需作散热设计的电子组件

　万方数据

蕉查缱墅ｉ强翌隧圈固

然而系统整合业者进行包含ｄｅｖｉｃｅ在内的散热模拟分析（ｓｉＩｎｕｌａｎｏｎ）时．必需建立各种条件时的消费电力模式．由于欠缺完整的组件数据．业者无法获得精确的数据。这意味着未来ＬＳＩ组件厂商与系统整合业者的互动会更加频繁．必要时ＬｓＩ组件厂商有责任提供有助散热的附属ｄｅｖｉｃｅ，并推荐散热设计模式。图４是ＮＥＣ开发的散热仿真分析软件应用实例．根据ＮＥＣ表示该敞热仿真分析软件．该软件不但可作ＬｓＩ电子组件仿真分析．甚至系统的外筐散热也能胜任。除此之外该公司１一Ｊ时还开发新型的水冷技术，该技术可使冷却液在三次元税层的ＬＳＩ各层循环．图５是应用这种新型水冷技术的二极管（ｄｉｏｄｅ）外型。

图４散热仿真分析软件应用实例

图５附散热板的ｄｉｏｄｅ外型数字电子产品的散热

决定ｄｅｖｉｃｅ散热对策的要素有

两个：搭载ｄｅ“ｃｅ机器的单位体秘

消费电力和成本的容许度。

单位体积的消费电力，由于热

密度越大造成要在狭窄空问，要将

更多的热量排出筐体外部的散热设

计越不容易。

成本的容许度．是指机器的价

格越高．丰甘对的散热设计获得的成

本容许度越大，更有裕度采川成本

较高的新型散热技术。

热密度越高成本容许度越大的

产品，以笔记本电脑最具代表性；

热密度较低成本容许度较小的产

品，类似数码相机、ＤＶＤ等；热

密度较低成本容许度极大的产品，

则有等离子电视、大型液晶电视等

平面显示器。

由于笔记本电脑的散热设计

已经缔造先例，能同时满足性能

与成本两大课题，因此今后势必

会对其他电子产品产生示范效应。

值得注意的静音化散热设计的加

入．尤其是新型笔记本电脑大多

采用无冷却风扇设汁，使得冷却

风扇的生存牵问．可能会遭受溃

散性的压缩。例如松下与ｓＯＮＹ基

于笔记本电脑轻巧化考虑，率先

采用热扩散性极高的石墨膜片，

进而达成无冷却风扇散热设汁。

松下的笔记本电脑使用动作频率

为１．２ＧＨｚ，１２ｗ的微处理器利用

石墨膜片作散热．该石墨膜片与

铝形成复合化以此改善弯曲加Ｔ

性．同时再用铝压着加］＿技术将

石墨膜片周罔，崭封，防止石墨膜

片发生粉尘影响外观（图６）。微

处理器产生的热量可以扩散至石

罢膜片，并传导至键盘背部与外

筐排至外部，这种新型散热机构

的重量．比传统冷却风扇散热设

计减少１５９，１４英寸ＳｘＧＡ液晶面

板＋ＤｖＤ．ＲＯＭ之后的整体重量只

有１４９９９。，

ｓＯＮＹ的笔记本电脑使用７ｗ

的微处理器，它是利用设于主机

板ｒｍｏｔｈｅｒｂｏａｒｄ上下方的石墨膜

片．将微处理器产生的热量扩散

至外筐敬热。根据ＳＯＮＹ表示该散

热机构的重量比传统冷却风扇散

热设计减少一半，成奉则完全相

同（图７）。

至于３０Ｗ以Ｅ高阶笔记本电

脑，若单纯利用石墨膜片散热，可

能无法达成预期效果，基于散热性

能比轻巧化更重要等考虑．凶此日

立公司在２００２年９月推出全球首度

使用水冷模块的笔记本电脑．虽然

事后并没有其他业者跟进．不过随

着微处理器的淌费电力不断刷新．

使得冷却风扇的噪音问题再度受到