設計指導書<散熱系統設計簡介>
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目 錄
? 熱傳導的方式及其原理 2
? 熱傳導(conduction)
? 熱對流(convection)
? 輻射(radiation)
? 筆記本電腦散熱設計的基本概念 4
? 散熱模組的重要元件 — 4
? 散熱塊（heat sink）
? 導熱管（heat pipe）
? 風扇（fan）
? TIM
? 散熱設計的流程 7
? 散熱設計的指南 7
一、 熱傳導的方式及其原理
原理：溫差致使熱能從高溫傳向低溫
方式：
? 熱傳導：熱量通過固體介質傳導
? 熱對流：通過固體表面和液體之間以及氣體間傳遞
? 輻射：熱量通過電磁波傳導
? 熱傳導
Fourier`s Law：Q=-KA△T/△L
Q：熱轉移率
A：熱量流動的截面積
△ T/△L：溫度斜率
K：散熱系數（W/mk），AL=230
Cu=380
Mylar=1.8
? 熱對流
Newtonian cooling Law：Qc=hc As (Ts-Ta)
Qc：熱傳遞率
As：表面積
Ts：固體表邊溫度
Ta：環境溫度
Hc：散熱系數（W/in²ºC），自然傳導=0.0015~0.015
被迫傳導=0.015~0.15
? 輻射
Qa=εσ
Qa：輻射率
ε：放射率，0<ε<1
σ:Stefan-Boltzmann常數
A：表面積
：有效面積系數
Ts：物體s的溫度
Ta：物體a的溫度
? 熱傳導、熱對流、輻射相結合（如：圖1）
? 熱阻
R=V/I（V≡△T；I≡Q）
熱傳導： =△L/K
熱對流： =1/
輻射：
二、 筆記本電腦散熱設計的基本概念
1． 散熱設計的目的：筆記本所消耗的能量最后都以熱量的形式釋放出來，而散熱設計必須能適應CPU、所有關鍵元器件（HDD、FDD、CD-ROM、PCMCIA等）、所有芯片（Chipset、VGA、RAM、Audio等）的溫度規格。
2． 熱阻
3． 熱能接合系統影響
4． 散熱方案
? 被動散熱模式
? 主動散熱模式
? 組合模式
5． RHE：微量熱流
6． 較好的被動散熱特征
? 連接CPU的金屬片應盡量大
? 金屬片上的溫度變化應盡量小
7． 較好的主動散熱特征
? 空氣流動通道簡單明了
? 空氣流動通道的長度應較短，以便空氣流通率高
? 盡可能降低風扇的噪音
? 設計必須盡可能排出筆記本電腦內部的部分熱風
三、 熱模組的重要元件
△ 散熱塊(heat sink)
△ 導熱管(heat pipe)
△ 風扇(fan)
△ TIM
△ 上述元件的組合
? 散熱塊(heat sink)
1． 材料
材 料 ： A1050 A6063 ADC12 C1100
K(W/mk) ： 230 210 92 384
Specific gravity： 2.71 2.69 2.70 8.92
2． 生產方式：壓鑄、鋁擠
3． Q=-KA△T/△L
4． Fin, Q=hA△T
Fin的生產方式：壓鑄、鋁擠、剪切、焊接等
? 導熱管(heat pipe)
1． 基本構造和特征
2． 基本規格
材料：銅
流體：純凈水
標準工作溫度：0~100°C
尺寸：ø3、ø4、ø5、ø6、ø8
3． 典型的導熱管軸芯構造：細絲、網絲、凹槽、粉末
4． 典型導熱管的變更方式：、打平、折彎
5． 散熱片（heat plate）
? 風扇(fan)
1． 構造
? 旋轉部分：扇葉、軸承、磁鐵
? 固定部分：軸承、感應線圈、硅鋼片
? 控制電路
2． 原理：由IC感應其磁鐵N/S極，并由電路控制其感應線圈，使信道產生內部激磁引起旋轉部分旋轉
3． 類型：軸向型風扇（axial）
輻射型風扇（blower）
五、 散熱設計的指南
? 在Placement設計時,各個元件之間、元件與 IC之間，應盡可能保留空間以利通風散熱；
? 溫度規格低的元件勿靠近溫度規格高的原件；
溫度規格參考： CPU: 100ºC HDD: 60ºC
N/B: 105ºC FDD Disk 51.5ºC
S/B: 85ºC CDROM: 60ºC
VGA: 85ºC PCMCIA: 65ºC
C/G: 85ºC other Ics: 70ºC
? 預留溫度規格高的 IC和元件的散熱空間
如：IC的周圍不要有比其高的零件,以利將來放置Metal plate來散熱
? 發熱量大的元件(如CPU)和散熱模組, 應盡量靠近NB的周圍,以降低熱阻
? 散熱模組和CPU之間的介質 (TIM)，影響散熱的效率很大，應選擇熱阻低的材料，甚至采用相變化的材料.
? 散熱模組和CPU之間的接觸壓力，在規格容許之下(100psi)應盡可能大，并確認兩接觸面接合完整和均勻.
? 散熱模組中作為熱交換的散熱鰭片（fin）尺寸，在與風流動垂直的方向加大，比在平行的方向加大有效.
? 導熱管（heat pipe）在打扁和彎曲的使用上，有其限制，應留意.
? 整體模組的流道設計，應避免產生回流的現象，以減低風阻和噪音
? 散熱通風口應設計大的開孔率，以大的長條孔替代小圓孔或網目，以降低風阻和噪音
? 風扇的入風孔形狀和大小，以及舌部和漸開線的設計，應特別留意.
? 發熱量大的 IC，盡可能放置主板上部， 以免底板（bottom cover）過熱，若需放置主板下部，則需保留 IC至底板的空間, 以利空氣隔熱，氣體流動散熱,，或放置散熱片(metal plate)的空間。
1 散熱模組
1.1 散熱模組的預留空間
推薦：Coppermine：70*50*11.5mm
Tualatin：75*55*11.5mm
Northwood：85*60*19mm
1.2 散熱模組和上蓋（keyboard cover）需預留一縫隙
1.3 散熱模組的出風口和筆記本電腦的通風口需密封，以防熱風重流回系統。若留有縫隙，會影響有效的散熱，同時還會產生噪音。
1.4 散熱模組必須與CPU良好接觸
1.4.1 散熱模組對CPU的最大壓力是100psi。在規格允許范圍內，散熱模組的功效隨著壓力的增加而提高；
1.4.2 最好用4 顆螺釘 (避免 3 顆) 和彈簧將模組固定在主板上。
2 風扇
2.1 風扇入風口外應保證3~5mm空間內無阻礙（如：圖2）
(3mm~80%，4mm~90%，5mm~100%)
圖2
2.2 通風孔的形狀能夠確定流動阻力，好的開孔通風效果好；
2.3 不能將阻擋物（如大的IC、接口等）放在風扇四周或下方，以免影響風扇的空氣流道.；
2.4 最好用橡膠代替金屬螺釘固定模組，以防振動；
2.5 風扇空間的設計約束（如：圖3）：
2.5.1 為提高效率和降低噪音，散熱鰭片和風扇葉片需保持距離的長度L=5~10mm；
2.5.2 保持距離的寬度W越寬散熱效率越高；
2.5.3 葉片應靠近漸開線以便保持好的效率。
3 PCMCIA卡
3.1 不能將PCMCIA卡放在主板下、較熱的IC附近、關鍵件（HDD,CD-ROM,DVD,FDD等）上方；
3.2 如果需要將 PCMCIA 放在熱源附近，需設置空氣流道冷卻它；
（如：放置散熱片(metal plate)在 PCMCIA 上, 如果是Al片則在上面開孔, 用這種方法,空氣可以通過這些孔冷卻 PCMCIA卡）
3.3 鑒于上述解決方法, PCMCIA 應該放置在風扇附近以便引導空氣冷卻它。
4 關鍵件
因為 HDD , CD-ROM , FDD的溫度規格低, 所以需要將他們放置在溫度較低的區域. (避免將他們放置在系統中間, 或者放在有溫度規格較高的 IC 的主板上，一般將他們堆棧放置. ) 最好將 FDD 單獨放置, 不要將其放置在CD-ROM 或 HDD 的上下。
5 Palm-Rest 和Touch Pad
5.1 避免將溫度規格高的元件和IC放置在 Palm-Rest和Touch Pad下方；
5.2 在 Palm-Rest和溫度規格高的元件之間預留一定的縫隙產生熱阻, 或者增加一塊金屬將熱導走。
6 LCD電路板
應該在LCD電路板和LCD cover 之間預留一定的縫隙產生熱阻, 或者增加一塊金屬將熱導走。
7 Bottom cover和內存遮蓋片
7.1 在 IC 和Bottom cover 之間應預留一定的縫隙 (縫隙>3mm 最好)；
7.2 在 Bottom cover上應設計一個大的 Al片進行散熱；
7.3 在風扇下主板處開一個孔以便導引主板下的氣流；
7.4 最好將熱的芯片放置在主板的上方；
7.5 在內存芯片和內存遮蓋片之間應該預留一定的縫隙。(縫隙>1.5mm 最好)
8 主板步層
8.1 如果有IC存在散熱問題，應該預留解決散熱的空間；
（如：不要將高的元件放在這些 IC附近 ,以便將來將 metal plate 放在 IC上）
8.2 不要將溫度規格低的 IC和元件放置在熱源或者溫度規格高的 IC或元件附近。
9 其它
9.1 最好使用比較薄的或者相變化材料TIM ( thermal interface material )
如：28W CPU
9.2 散熱模組上的導熱管有些限制
9.2.1 當導熱管被壓扁的時候, 其厚度不可小于 2mm；
9.2.2 當導熱管被彎曲的時候, 其彎曲半徑 R 至少要大于它本身直徑D的 3倍。
9.3 需在Bottom cover和筆記本電腦旁開孔, 以便引導空氣散熱。
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