IT產品導熱與散熱漫談專輯系列(六) 輕薄型筆記型電腦散熱新材料與工法

臺灣是目前全世界最大的筆記型電腦設計與製造的源頭，無論是自有品牌的acer、ASUS、msi、GIGABYTE或是專職代工的廣達、仁寶、鴻海、緯創、和碩、英業達都將臺灣IT產業推上世界高鋒。目前acer已幾近取代HP成為世界第一的電腦品牌，華碩也將攻進全球前五大，為什麼這些廠商可以從原本美系、日系雄霸的局面，強攻猛打出一片江山呢？因為我們臺灣廠商從替人作嫁的代工，摸索出自行研發設計的能力、更靈活的生產彈性，與青出於藍更勝於藍的工藝表現。

筆電輕、薄、長效電力規格下的散熱問題

筆記型電腦設計的軸心為了要符合攜帶方便的要求，必須又輕又薄，電力使用時間長，工作效能又要高。我們可以發現，一直以來，時刻標榜推出世界最輕最薄的筆記型電腦，多半是美、日系的品牌業者，如Sony，Toshiba，Apple…等名牌，他們常開發出讓世人為之驚豔的輕薄精美系列。為何我們臺灣筆記型電腦廠商，空有世界最大的產量，卻不能像Sony，Toshiba，Apple一樣研發出舉世無雙的精品?有人說那是臺灣廠商擅於製造，等歐美客戶研發出新設計後，再為人代工精異求精，也有人說臺廠在新材料及新工法的研發上，不願意投資冒險，寧可等技術成熟後再切入，然後以更低的成本取勝。傳統筆記型電腦散熱設計主要是將CPU、GPU、Chipset、HDD等高發熱元件所產生的熱透過封裝表層將熱先傳導給散熱錫膏(但此種散熱錫膏會因矽油揮發，進而固化粉末而失去傳導熱的功能)，再由散熱錫膏導引至散熱片或高熱傳導特性的金屬塊，接著透過熱管(Heat Pip)傳導至散熱裝置上 (如風扇、散熱片等) ，將熱散發到排氣孔去。目前常用的銅製散熱鰭片雖然熱傳導係數很好，但成本高，大多數廠商採用鋁合金散熱片，可是鋁的導熱性只有中等程度，對於目前元件發熱功率越來越高的情況，很難應付得了，時常在連續使用過久，或是同時啟動數個程式的情況下，導致系統運作變慢甚至當機不動。

新思維、新工法下的散熱解決方案

事實上，只要臺灣筆記型電腦廠商願意用不一樣的思維來看新材料與新工法，一樣可以突破技術限制，開發出更輕更薄更省電的革命性筆記型電腦。答案在於運用高散熱性材料，製造出更高散熱性的主機板，以及不同於傳統的導熱膏用於熱傳導，在透過散熱材料塗裝把整機熱度均勻散播到空氣中，以達到整體降溫，提高效率，又兼顧節能省電。

首先就是改變主機板的材質，主機板表層改用軟板專用的散熱防焊油墨、內部FR4玻纖層適當的以銅箔及軟陶瓷導熱膠膜取代，這樣可以形成一種高散熱性主機板，再透過表層的軟板散熱防焊油墨把熱度由內而外的散去。更甚者是把電路板上的電容電阻外部塑膠封裝改以軟陶瓷散熱漆做散熱保護，各種散熱鰭片、熱管的外部取消原本的陽極處理(陽極處理雖可避免金屬氧化，但也會將原本可散出的熱封閉在內部)，同時改用具有防止氧化又可幾近無礙傳導出熱度的軟陶瓷散熱漆做塗佈。

傳統上使用的散熱錫膏實際上是造成系統當機的隱形殺手，固化的散熱錫膏不但不能再幫助散熱，反而會變成一個相當大的熱阻抗，我們很多機構或是系統設計工程師，常把焦點放在熱傳導係數，卻忽略了熱阻抗係數。熱傳導係數再高再好，碰到熱阻抗一擋，所有的努力都破功。為什麼？這就好像你開名牌跑車，時速200公里在高速公路飛奔(熱傳導係數高)，要下交流道時，卻碰上又窄又小又塞車的交流道(熱阻抗係數)，跑車再快也跑不出去，這不就像是系統的熱度碰到一層層的熱阻散不出去嗎？熱既散發不出去或是散熱不夠快，就是造成系統當機的主因。

軟性高散熱電路板也是一個極具潛力的發展方向，各種電晶體已經可以考慮用異方性導電膠黏著於軟性基板上，軟板本身就是以散熱材料製成，耐撓折，耐回焊，可以適當彎折收納於機體空間內，或是直接粘著於金屬機體內壁，讓熱度直接傳導出去。更由於軟性高散熱機板是薄如紙片，原本要使用連接器的部分，也可以改用軟硬結合板取代，這樣可有效降低機體設計的薄度，讓筆記型電腦變得更為輕薄。現在已有合作廠商採用軟陶瓷散熱材料(如軟陶瓷散熱漆、軟陶瓷導熱膠膜)，將原本LED鋁基板背光條改成軟性可撓式背光條(無長度限制)，這樣可以避免長久以來LED鋁基板背光條因熱度造成板彎翹導致光衰的問題。臺灣筆記型電腦的研發設計工程師，可說是臺灣經濟起飛的幕後英雄，相信我們的工程師一定能夠發揮巧思，運用新的材料與工法，為臺灣筆記型電腦或是平板電腦，開發出讓美國、日本工程師都讚佩有加的精品。

本文作者韓德行，現任冠品化學總經理，曾任華碩電腦全球品牌行銷總監、聯強國際資深產品規劃經理。在2007年與華碩品牌中心全球同仁，為ASUS華碩電腦奪得2007年Interbrand臺灣國際品牌價值第一名。目前亦為外貿發展協會品牌學院品牌管理、產品管理、通路管理、品牌行銷策略、品牌國際化管理與操作實務、品牌管理與品牌投資策略、品牌全球化發展策略…等課程專任講師。