设计指导书<散热系统设计简介>
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目 录
热传导的方式及其原理 2
热传导(conduction)
热对流(convection)
辐射(radiation)
笔记本电脑散热设计的基本概念 4
散热模组的重要元件 — 4
散热块（heat sink）
导热管（heat pipe）
风扇（fan）
TIM
散热设计的流程 7
散热设计的指南 7
一、 热传导的方式及其原理
原理：温差致使热能从高温传向低温
方式：
热传导：热量通过固体介质传导
热对流：通过固体表面和液体之间以及气体间传递
辐射：热量通过电磁波传导
热传导
Fourier`s Law：Q=-KA△T/△L
Q：热转移率
A：热量流动的截面积
△ T/△L：温度斜率
K：散热系数（W/mk），AL=230
Cu=380
Mylar=1.8
热对流
Newtonian cooling Law：Qc=hc As (Ts-Ta)
Qc：热传递率
As：表面积
Ts：固体表边温度
Ta：环境温度
Hc：散热系数（W/in²ºC），自然传导=0.0015~0.015
被迫传导=0.015~0.15
辐射
Qa=εσ
Qa：辐射率
ε：放射率，0<ε<1
σ:Stefan-Boltzmann常数
A：表面积
：有效面积系数
Ts：物体s的温度
Ta：物体a的温度
热传导、热对流、辐射相结合（如：图1）
热阻
R=V/I（V≡△T；I≡Q）
热传导： =△L/K
热对流： =1/
辐射：
二、 笔记本电脑散热设计的基本概念
1． 散热设计的目的：笔记本所消耗的能量最后都以热量的形式释放出来，而散热设计必须能适应CPU、所有关键元器件（HDD、FDD、CD-ROM、PCMCIA等）、所有芯片（Chipset、VGA、RAM、Audio等）的温度规格。
2． 热阻
3． 热能接合系统影响
4． 散热方案
被动散热模式
主动散热模式
组合模式
5． RHE：微量热流
6． 较好的被动散热特征
连接CPU的金属片应尽量大
金属片上的温度变化应尽量小
7． 较好的主动散热特征
空气流动通道简单明了
空气流动通道的长度应较短，以便空气流通率高
尽可能降低风扇的噪音
设计必须尽可能排出笔记本电脑内部的部分热风
三、 热模组的重要元件
△ 散热块(heat sink)
△ 导热管(heat pipe)
△ 风扇(fan)
△ TIM
△ 上述元件的组合
散热块(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． 生产方式：压铸、铝挤
3． Q=-KA△T/△L
4． Fin, Q=hA△T
Fin的生产方式：压铸、铝挤、剪切、焊接等
导热管(heat pipe)
1． 基本构造和特征
2． 基本规格
材料：铜
流体：纯净水
标准工作温度：0~100°C
尺寸：ø3、ø4、ø5、ø6、ø8
3． 典型的导热管轴芯构造：细丝、网丝、凹槽、粉末
4． 典型导热管的变更方式：、打平、折弯
5． 散热片（heat plate）
风扇(fan)
1． 构造
旋转部分：扇叶、轴承、磁铁
固定部分：轴承、感应线圈、硅钢片
控制电路
2． 原理：由IC感应其磁铁N/S极，并由电路控制其感应线圈，使信道产生内部激磁引起旋转部分旋转
3． 类型：轴向型风扇（axial）
辐射型风扇（blower）
五、 散热设计的指南
在Placement设计时,各个元件之间、元件与 IC之间，应尽可能保留空间以利通风散热；
温度规格低的元件勿靠近温度规格高的原件；
温度规格参考： 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
预留温度规格高的 IC和元件的散热空间
如：IC的周围不要有比其高的零件,以利将来放置Metal plate来散热
发热量大的元件(如CPU)和散热模组, 应尽量靠近NB的周围,以降低热阻
散热模组和CPU之间的介质 (TIM)，影响散热的效率很大，应选择热阻低的材料，甚至采用相变化的材料.
散热模组和CPU之间的接触压力，在规格容许之下(100psi)应尽可能大，并确认两接触面接合完整和均匀.
散热模组中作为热交换的散热鳍片（fin）尺寸，在与风流动垂直的方向加大，比在平行的方向加大有效.
导热管（heat pipe）在打扁和弯曲的使用上，有其限制，应留意.
整体模组的流道设计，应避免产生回流的现象，以减低风阻和噪音
散热通风口应设计大的开孔率，以大的长条孔替代小圆孔或网目，以降低风阻和噪音
风扇的入风孔形状和大小，以及舌部和渐开线的设计，应特别留意.
发热量大的 IC，尽可能放置主板上部， 以免底板（bottom cover）过热，若需放置主板下部，则需保留 IC至底板的空间, 以利空气隔热，气体流动散热,，或放置散热片(metal plate)的空间。
1 散热模组
1.1 散热模组的预留空间
推荐：Coppermine：70*50*11.5mm
Tualatin：75*55*11.5mm
Northwood：85*60*19mm
1.2 散热模组和上盖（keyboard cover）需预留一缝隙
1.3 散热模组的出风口和笔记本电脑的通风口需密封，以防热风重流回系统。若留有缝隙，会影响有效的散热，同时还会产生噪音。
1.4 散热模组必须与CPU良好接触
1.4.1 散热模组对CPU的最大压力是100psi。在规格允许范围内，散热模组的功效随着压力的增加而提高；
1.4.2 最好用4 颗螺钉 (避免 3 颗) 和弹簧将模组固定在主板上。
2 风扇
2.1 风扇入风口外应保证3~5mm空间内无阻碍（如：图2）
(3mm~80%，4mm~90%，5mm~100%)
图2
2.2 通风孔的形状能够确定流动阻力，好的开孔通风效果好；
2.3 不能将阻挡物（如大的IC、接口等）放在风扇四周或下方，以免影响风扇的空气流道.；
2.4 最好用橡胶代替金属螺钉固定模组，以防振动；
2.5 风扇空间的设计约束（如：图3）：
2.5.1 为提高效率和降低噪音，散热鳍片和风扇叶片需保持距离的长度L=5~10mm；
2.5.2 保持距离的宽度W越宽散热效率越高；
2.5.3 叶片应靠近渐开线以便保持好的效率。
3 PCMCIA卡
3.1 不能将PCMCIA卡放在主板下、较热的IC附近、关键件（HDD,CD-ROM,DVD,FDD等）上方；
3.2 如果需要将 PCMCIA 放在热源附近，需设置空气流道冷却它；
（如：放置散热片(metal plate)在 PCMCIA 上, 如果是Al片则在上面开孔, 用这种方法,空气可以通过这些孔冷却 PCMCIA卡）
3.3 鉴于上述解决方法, PCMCIA 应该放置在风扇附近以便引导空气冷却它。
4 关键件
因为 HDD , CD-ROM , FDD的温度规格低, 所以需要将他们放置在温度较低的区域. (避免将他们放置在系统中间, 或者放在有温度规格较高的 IC 的主板上，一般将他们堆栈放置. ) 最好将 FDD 单独放置, 不要将其放置在CD-ROM 或 HDD 的上下。
5 Palm-Rest 和Touch Pad
5.1 避免将温度规格高的元件和IC放置在 Palm-Rest和Touch Pad下方；
5.2 在 Palm-Rest和温度规格高的元件之间预留一定的缝隙产生热阻, 或者增加一块金属将热导走。
6 LCD电路板
应该在LCD电路板和LCD cover 之间预留一定的缝隙产生热阻, 或者增加一块金属将热导走。
7 Bottom cover和内存遮盖片
7.1 在 IC 和Bottom cover 之间应预留一定的缝隙 (缝隙>3mm 最好)；
7.2 在 Bottom cover上应设计一个大的 Al片进行散热；
7.3 在风扇下主板处开一个孔以便导引主板下的气流；
7.4 最好将热的芯片放置在主板的上方；
7.5 在内存芯片和内存遮盖片之间应该预留一定的缝隙。(缝隙>1.5mm 最好)
8 主板步层
8.1 如果有IC存在散热问题，应该预留解决散热的空间；
（如：不要将高的元件放在这些 IC附近 ,以便将来将 metal plate 放在 IC上）
8.2 不要将温度规格低的 IC和元件放置在热源或者温度规格高的 IC或元件附近。
9 其它
9.1 最好使用比较薄的或者相变化材料TIM ( thermal interface material )
如：28W CPU
9.2 散热模组上的导热管有些限制
9.2.1 当导热管被压扁的时候, 其厚度不可小于 2mm；
9.2.2 当导热管被弯曲的时候, 其弯曲半径 R 至少要大于它本身直径D的 3倍。
9.3 需在Bottom cover和笔记本电脑旁开孔, 以便引导空气散热。
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