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谈谈笔记本电脑的散热设计

2014-08-187130安规与电磁兼容网

 迈入 3G 时代,高功率电子组件的发展与半导体制程技术的进步,促使消费性电子产品的使用,也能够与时尚的生活型态做结合,因而目前许多电子产品皆走向高性能、微小化的趋势。早在 1965 年,英特尔 (Intel) 公司的创始人之一摩尔先生 (Gordon E. Moore) 即预测芯片中指令数 (晶体管个数) 将呈现每隔 18 个月以两倍数成长的走势。事实上,半导体制程技术已由 1970 年约 1,000 个指令数 (4004 Processor),进步至现今约十亿个指令数 (Pentium?4 Processor);线宽方面,则于二十一世纪初可望进入奈米纪元。

然而,随着芯片性能的大幅提升与电子产品的不断微小化,其单位热通量亦相对地不断增加。

笔记本电脑的散热趋势与需求

 「散热问题」,一直是笔记型计算机的技术瓶颈与挑战,其关系到笔记型电脑的整体稳定度与效能评比。目前,笔记型电脑里,最常运用于处理器的冷却方法为被动散热 (Passive Cooling Method) 和主动散热 (Active Cooling Method) 两种。早期,在 Pentium 时代,CPU 热耗较低,只要采用散热片和热管 (Heat Pipe) 的被动散热设计即可满足约略 8W 热量的散热需求。然而,在进入 Pentium II,随着热耗持续的升高,Intel 在 1999 年指出较新的散热设计为采用热管 (Heat Pipe) 、鳍片 (Fin) 及风扇 (Fan) 的组合,进行冷却运动。如 <图 1> 所示,当 CPU 的热耗较低时,只需被动散热,而 CPU 发热量逐渐增加时,风扇则将开启运转,进行主动式散热,此一散热模式,可处理约莫 12W 以上的热量。


图1 笔记本电脑里的CPU散热模式

热传递原理

谈到笔记本电脑的散热,首先应了解热传递的原理。热的传递方式有「传导」、「对流」及「辐射」,而在不同的环境中,则有不同的传热模式。

气态中,分子由高温区借着碰撞方式将能量传给低能量分子。固态中,金属类主要是以自由电子为传送媒介,将热能由高温区传至低温区,非金属类则主要是利用晶格振动方式传递能量。而在流态中,则利用粒子的运动,此一传递热量的方式,即为通称的「热对流」。若流体运动是藉由温度差所造成的密度变化,以所产生的浮力来带动,称为自然对流 (Free Convection),若是藉由外在的动力驱动流体运动 (如添加风扇),让热度消耗度,则称强制对流 (Forced Convection)。

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