3C行動裝置散熱設計技術趨勢

建準電機產品經理李東徵。

當今3C裝置強調輕薄短小、易於攜帶的設計概念下，無論是當紅的iPad、iPhone，Atom小筆電、CULV輕薄筆電、智慧型手機與微投影機等裝置，無一不是在極有限的空間內融入更多的規格與運算效能的傑作。由於任何電子元件平均工作溫度升高10℃，元件壽命就會減少50%。在四月蘋果電腦發表的iPad產品，就曾經展示過程發生熱當情形的窘態。因此如何在功能無限、空間與成本有限的情況下，提供極有效率且不會造成額外功耗的散熱設計，確保產品長時間操作的穩定性並延長產品壽命，就成為今3C產品工程人員嚴肅面對的課題。

目前散熱大致尚可從三大方向：1.傳導(Conduction，將熱源藉由傳導介質傳導到低溫處)。目前以銅導片(Copper Block)或熱導管(HeatPipe)為業界長使用的散熱組件，效果好但成本也高。2.輻射(Radiation，藉由熱源與空間間的熱輻射交換方式散熱)，散熱片或魚鰭型銅？鋁散熱片是常見低成本的散熱解決方案。3.對流(Convection，藉由空氣或液體流動來散熱)，例如自然空冷、散熱風扇(Fan)甚至水冷裝置都是被採用，且跟前述兩類型組件可以搭配的輔助裝置。設計者可依照所需要的散熱密集度、空間侷限度與成本考量下，選擇不同的散熱解決方案。而以每平方英吋熱功耗在10~100瓦時，運用汽化傳導原理的熱導管，搭配智慧迴路控制轉速的散熱風扇，成為目前唯一的散熱解決方案。

在DTF 3C行動裝置散熱設計技術趨勢論壇中，建準電機(SUNON)產品經理李東徵表示，以Intel 2010年主推的Calpella筆記型運算平台(Core i3/i5/i7+PM55晶片組)中，功耗設計需要35瓦，也因此CPU與平台系統晶片(PCH)就需要雙銅導片、熱導管外搭散熱風扇(2 Copper block+2Heat Pipes+1 Fan)的散熱組件，而CULV輕薄筆電功耗設計為10W，則僅需鋁散片單隻熱導管與單散熱風扇(Heatsink+1 Heat pipe+1 Fan)的設計即可；從前年夯到今年的Atom小筆電平台，功耗設計僅需2.5~5瓦，則只需要鋁散熱片加風扇(Heatsink+Fan)，可節省散熱組件佔用的空間與成本。李先生也以幾個業界的熱空氣流模型的設計實例中，從筆電內部冷空氣吸入隔板的改進，到電腦機殼風扇位置的改變，都可以解決熱空氣流集中一處或無法順利流動的情況，解決散熱風扇無端的轉速提升，節省功耗並發揮原有散熱機制該有的冷卻效率。

受限於電路轉換、磁耗損以及摩擦震動等因素，以往散熱風扇用的直流馬達，能源效率僅20%，但隨著直流馬達構造進化到單相馬達(1-phase motor)，到2009年進化到能源效率突破35%的三相馬達(3-phase motor)設計。三相馬達以六組繞線，搭無刷轉子再加上由六個場效電晶體(6 Mosfets)與三組霍爾磁感應器(3 Hall Sensors) 的控制電路所組成，具有高扭矩、低震動與噪音低的優點，而目前建準所開發的散熱風扇，其三相馬達能源轉換效率可達到50%。

另外，在次世代可攜式電子產品，建準電機Mighty Mini散熱技術，具備全球110件專利，搭配建準彈性的客製化設計能力，提供了已量產化的各種小尺寸、超薄厚度的散熱風扇，提供在有限設計空間內，對熱源做最有效率的強制對流散熱。像「毫米科技風扇與鼓風扇1cm系列」為全球最薄(厚度3mm)、耗電量最低的散熱風扇，秏電量最低的創新設計，技術成熟且通過嚴格的可靠度驗證，並獲得98年國家發明創作獎，以及今年2010年第18屆「台灣精品銀質獎」的榮耀。適合應用在UMPC、MID行動上網裝置，DSLR數位相機Pico Projector微投影機、DSLR數位相機、Head Display頭盔顯示器等新一代裝置。