熱設(shè)計工程師的根本目的是解決產(chǎn)品散熱問題。這分為兩個部分：
1、產(chǎn)品需求角度出發(fā)，識別散熱風(fēng)險；
2、提出方案，解決風(fēng)險。
本書前十五章分述了電子產(chǎn)品熱設(shè)計中需要用到的理論知識，從工程熱設(shè)計角度對各類散熱物料進行了解讀，還詳述了與熱設(shè)計不可分割的噪音、風(fēng)扇調(diào)速、熱測試及熱仿真的相關(guān)基礎(chǔ)知識。本章從應(yīng)用角度出發(fā)，分析常見產(chǎn)品的散熱設(shè)計思路，闡述如何使用這些知識實現(xiàn)優(yōu)秀的產(chǎn)品熱設(shè)計方案。
1 自然散熱產(chǎn)品
自然散熱方式的優(yōu)缺點和選擇該散熱方式的依據(jù)見第四章。
自然散熱的核心缺點是散熱能力較差。這意味著當(dāng)電子產(chǎn)品功耗密度提升，自然散熱類產(chǎn)品將觸及“功耗墻”，散熱問題會在某個拐點成為產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)難題，甚至成為制約產(chǎn)品體驗的核心因素。在2010年以前，極少有廠商在宣傳產(chǎn)品時重點提及散熱設(shè)計，而今，手機、筆記本、汽車電子甚至桌面電腦等產(chǎn)品，越來越多地關(guān)注熱設(shè)計的先進程度。
由于綜合性的原因，散熱設(shè)計的具體優(yōu)化方案必須結(jié)合實際產(chǎn)品情況進行。首先需要從熱設(shè)計角度出發(fā)，列出所有可能的散熱優(yōu)化方案或努力方向，然后分析具體產(chǎn)品特征，綜合考量外觀、結(jié)構(gòu)、硬件、軟件、成本、時間、可靠性等所有產(chǎn)品層面的需求，敲定具備可行性的方案，進行實施。
對自然散熱產(chǎn)品進行優(yōu)化散熱時，可從以下幾個方面考慮：
a) 強化輻射換熱——使用在紅外波段高輻射系數(shù)的表面處理方式；
b) 降低對可見光的吸收——戶外太陽直射的產(chǎn)品，降低表面對可見光的吸收，包括表面處理、施加遮陽設(shè)計等；
c) 消除局部熱點，將發(fā)熱源熱量充分均散開——石墨片、銅箔、熱管、VC等材料的使用；
d) 低熱阻界面材料的選用——使用高導(dǎo)熱效能的硅脂、導(dǎo)熱襯墊、導(dǎo)熱凝膠；
e) 風(fēng)道的通暢化設(shè)計——自然散熱中對流換熱也占主導(dǎo)，其風(fēng)道需結(jié)合換熱特點進行設(shè)計；
f) 散熱結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化使用——包括散熱部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、材料優(yōu)化，以及充分利用產(chǎn)品內(nèi)結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)散熱功效；
g) 提高表面換熱面積——使用更大的產(chǎn)品尺寸，設(shè)備表面采用翅片式等；
h) 電路板設(shè)計的配合——芯片布局的配合，熱過孔的設(shè)計，鋪銅設(shè)計；
i) 軟件設(shè)計的配合——產(chǎn)品運行負載結(jié)合溫度進行動態(tài)智能控制，充分利用所有散熱潛能；
j) 相變儲能材料的使用——功耗突增狀況下迅速吸收過余熱量，維持產(chǎn)品溫度；
k) 元器件篩選——使用低熱阻、高溫度規(guī)格的元器件。
下面我們通過分析幾類產(chǎn)品的設(shè)計形態(tài)，來闡述這些方法在具體產(chǎn)品中的應(yīng)用。為強化理解和便于進一步查詢，在下述每種產(chǎn)品的設(shè)計總結(jié)表中，均將各種優(yōu)化手段對應(yīng)的考慮方面與上述十一條進行了一一對應(yīng)并指出了其所在章節(jié)。
1.1超薄平板電腦
目前來講，受限于空間，超薄平板電腦一般采用自然散熱設(shè)計。我們以ACER Switch Alpha 12為例，解讀它使用的散熱設(shè)計方案。Switch Alpha 12是Acer于2016年推出的宣稱搭載創(chuàng)新LiquidLoop液冷散熱的二合一超薄平板電腦。其內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖16-1 SwitchAlpha 12內(nèi)部透視圖
產(chǎn)品右側(cè)被電池占去，左邊則是電路板。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖上看，內(nèi)部熱量在轉(zhuǎn)移路徑如下：
1. CPU的熱量通過導(dǎo)熱件傳遞到環(huán)路熱管Acer LiquidLoop?；
2. 熱量傳遞到環(huán)路熱管，液體發(fā)生汽化，在熱管中形成單向的氣液兩相流；
3. 在流體持續(xù)的蒸發(fā)和冷凝的過程中，CPU的熱量被均散到整個產(chǎn)品空間 中，最終通過設(shè)備外殼散失到環(huán)境中.
對于室內(nèi)自然散熱產(chǎn)品，熱量終歸要全部通過外殼散失到空氣中去。這樣，如何充分利用外殼就成為關(guān)鍵。Acer使用的LiquidLoop技術(shù)，實際上就是環(huán)路熱管（Loop Heat Pipe，LHP），它可以非常有效地將熱量均散開來。第九章有關(guān)于傳統(tǒng)熱管工作原理的詳細解讀。LHP在傳統(tǒng)熱管的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，內(nèi)部進行的都是相變換熱，不過它的毛細結(jié)構(gòu)只在蒸發(fā)器吸熱區(qū)域存在，將毛細抽吸與液體回流兩個過程分離開來（圖16-2）。對于LHP，液體經(jīng)過光滑內(nèi)壁管線回流，流動壓降顯著降低，因而可采用能提供很高毛細壓力的微米級孔徑毛細芯來克服重力的影響，同時不會產(chǎn)生增加液體回流阻力的負面影響[1]。
圖16-2 環(huán)路熱管（左）和傳統(tǒng)熱管（右）的工作原理示意圖
Switch Alpha 12的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)如下：
1) 長度292.1mm
2) 寬度201.4mm
3) 厚度9.5-15.85mm（意味著拆除鍵盤后僅9.5 mm厚，而鍵盤側(cè)）
4) 外殼材質(zhì)鎂鋁合金
圖16-3 SwitchAlpha 12外觀
從產(chǎn)品特征分析，Switch Alpha 12屬于典型移動消費電子終端，反映到散熱設(shè)計端的問題或限制及其應(yīng)對措施如下：
表16-1 SwitchAlpha 12根據(jù)產(chǎn)品特征施加的散熱方案
雖然沒有進一步的資料證明，但從對產(chǎn)品的成本、性能等影響，以及結(jié)合Acer創(chuàng)新性地使用環(huán)路熱管這一方案來看，自然散熱優(yōu)化思路中d（使用高導(dǎo)熱效能的導(dǎo)熱界面材料），h（元器件布局設(shè)計）和i（軟件的智能溫基降頻）等設(shè)計技術(shù)應(yīng)該也已在Switch Alpha 12中使用。通過多方面的綜合努力，Acer在這樣的空間內(nèi)實現(xiàn)了15W的熱設(shè)計功耗，其極限體積熱流密度達到了26.8 W/L，遠高于常規(guī)認為的12W/L的自然散熱安全功率密度限。
參考文獻（第十六章全部參考文獻）
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本篇節(jié)選自：陳繼良.從零開始學(xué)散熱.第十六章
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