實驗室工程師知識點分享：談談筆記本電腦的散熱設計，技術人員建議必看！

 邁入 3G 時代，高功率電子組件的發展與半導體制程技術的進步，促使消費性電子產品的使用，也能夠與時尚的生活型態做結合，因而目前許多電子產品皆走向高性能、微小化的趨勢。早在 1965 年，英特爾 (Intel) 公司的創始人之一摩爾先生 (Gordon E. Moore) 即預測芯片中指令數 (晶體管個數) 將呈現每隔 18 個月以兩倍數成長的走勢。事實上，半導體制程技術已由 1970 年約 1,000 個指令數 (4004 Processor)，進步至現今約十億個指令數 (Pentium?4 Processor)；線寬方面，則于二十一世紀初可望進入奈米紀元。

然而，隨著芯片性能的大幅提升與電子產品的不斷微小化，其單位熱通量亦相對地不斷增加。

筆記本電腦的散熱趨勢與需求

 「散熱問題」，一直是筆記型計算機的技術瓶頸與挑戰，其關系到筆記型電腦的整體穩定度與效能評比。目前，筆記型電腦里，Zui常運用于處理器的冷卻方法為被動散熱 (Passive Cooling Method) 和主動散熱 (Active Cooling Method) 兩種。早期，在 Pentium 時代，CPU 熱耗較低，只要采用散熱片和熱管 (Heat Pipe) 的被動散熱設計即可滿足約略 8W 熱量的散熱需求。然而，在進入 Pentium II，隨著熱耗持續的升高，Intel 在 1999 年指出較新的散熱設計為采用熱管 (Heat Pipe) 、鰭片 (Fin) 及風扇 (Fan) 的組合，進行冷卻運動。如

圖1 筆記本電腦里的CPU散熱模式

熱傳遞原理

談到筆記本電腦的散熱，首先應了解熱傳遞的原理。熱的傳遞方式有「傳導」、「對流」及「輻射」，而在不同的環境中，則有不同的傳熱模式。

氣態中，分子由高溫區借著碰撞方式將能量傳給低能量分子。固態中，金屬類主要是以自由電子為傳送媒介，將熱能由高溫區傳至低溫區，非金屬類則主要是利用晶格振動方式傳遞能量。而在流態中，則利用粒子的運動，此一傳遞熱量的方式，即為通稱的「熱對流」。若流體運動是藉由溫度差所造成的密度變化，以所產生的浮力來帶動，稱為自然對流 (Free Convection)，若是藉由外在的動力驅動流體運動 (如添加風扇)，讓熱度消耗度，則稱強制對流 (Forced Convection)。

牛頓冷卻定律 (Newton's Law of Cooling) 之熱對流關系式 (參見

圖2 牛頓冷卻定律之熱對流關系式

筆記本電腦散熱的安全議題

2004 年 12 月，英國 Human Reproduction 期刊針對筆記型電腦被放置于膝上的使用習慣發行一篇研究報告，以 Yefim Sheynkin 博士為首的研究團隊藉由自愿性臨床實驗，把部分男性不孕癥歸咎于長期在膝上使用筆記型電腦 (此時稱為 Laptops 更為貼切) 的不當習慣。隨著筆記型電腦的普及率，該產品勢必成為下一代 Corporate PC 的選擇，因此筆記型計算機的散熱安全亦成為浮上抬面的討論議題。

針對筆記型電腦的過熱可能導致的燙傷危險 (Burn Hazard) ，安全規范是如何定義與防治呢？EN 291-1 定義熱危險 (Thermal Hazards) 為對于人員造成可見的「生理燙傷 (Burns or Scalds)」、或是不可見的高溫環境所導致的健康損害；EN 291-2 則要求在研發人員在設計階段，必須考慮將危險熱源與熱噴出物隔離，以禁止人員接觸與靠近；而在 EN 563 中，則更明確的提供人體對于表皮燙傷的極限溫度 (Superficialpartial Thickness Burn) 或是 ANSI C 1055 所定義的一級燙傷 (First Degree Burn)。

從

前述的 EN 563 所指出的使用者使用行為及時間長短等類似概念，亦被廣泛地應用于「風險評估中 (Risk Assessment)」。由此可知，必須長期曝露 (以每周工時計算) 在危險環境中的勞工由于工作所需，相對于一般使用者將弱勢許多；而以消費者而言，可藉由教育或經驗 (例如減少或避免在膝上使用筆記型電腦)，主動避免可能產生的傷害。此外，加強產品安全公眾意識 (Public Awareness) 的落實倡導，亦可以減少不必要的傷害，更可促使消費者、廠商與認證單位間對筆記型計算機散熱議題的警示，而互動更為緊密。

附注 1：
表格字母代號釋義：
G = Glasses (玻璃)，Porcelain (瓷器) 或 Ceramics (陶器)；
P = Plastics or Rubbers (塑料或橡膠)；
W = Woods (木材)；
附注 2：
本比較表所采用數據為 EN563 的下限 (一級燙傷) 與 IEC 60065 中所定義的溫帶氣候