便攜式電腦散熱技術綜述

摘 要：隨著計算機技術的發展，人們對筆記本電腦的性能、功耗以及便攜性等方面的要求也不斷提高。由于筆記本電腦的集成化程度高，散熱一直是限制筆記本電腦發展的技術瓶頸。本文基于DWPI和SIPOABS專利數據庫，通過檢索、統計和分析國內外有關便攜式電腦散熱技術的專利申請，梳理了便攜式電腦散熱技術的發展脈絡，并重點分析了典型的技術方案，展現了專利技術分析在專利實質審查過程中的重要作用。

一、便攜式電腦的基本概況

1、散熱原理

熱力學第二定律指出：凡是有溫差存在的地方，就有熱能（亦可稱為熱量）自發從高溫物體到低溫物體傳遞，其傳遞方式基本分為三種，即熱傳導、熱對流和熱輻射[1]。以便攜式電腦為例，熱量由CPU、GPU等元器件產生，以熱傳導的方式傳遞至與其緊密接觸的散熱片，然后，通過其他方式（如風扇）排出主機體。整個散熱過程包括4個環節：第一是CPU，熱源產生者;第二是散熱片，熱量的傳導體;第三是風扇，是增加熱傳導和指向熱傳導的媒介;第四就是空氣，這是熱交換的最終流向。

2、便攜式電腦的散熱方式

根據工作方式不同，便攜式電腦的散熱方式可分為：主動式散熱和被動式散熱。

主動式散熱，除了在顯卡、CPU等電子元件周圍安裝導熱裝置外，還安裝了散熱風扇、液冷循環系統等輔助散熱裝置。

被動式散熱，不需要額外的散熱裝置，如風扇、液冷循環系統等，僅通過銅或鋁等金屬制作的散熱結構或者熱管[2]將機體內的熱量傳導至機體外。

二、便攜式電腦散熱技術發展狀況分析

1、便攜式電腦散熱技術分支

便攜式電腦散熱技術領域主要的技術分支如表1所示，其主要包括：被動散熱、主動散熱和散熱管理三個大分支，在不同時期，其對應的專利申請量也呈現出不同的趨勢。

2、便攜式電腦散熱技術發展路線演進

通過對便攜式電腦散熱技術領域在各個時期的專利文獻進行梳理和分析，可以得到該領域的專利技術演進路線，如圖1所示。

在便攜式電腦的發展初期，被動散熱方式比較常見，但隨著集成化程度的提升，被動散熱已經不能滿足散熱需求，風冷、液冷以及熱管理技術得到快速發展。但隨著處理器、系統的進一步發展、優化，在設備效能進一步提升的同時，其發熱量卻越來越小，因此需要占據機體的一部分空間的風扇也被舍棄（如蘋果的MacBook）以減小機體的厚度。可見，便攜式電腦已根據人們的需求，而逐漸朝著多元化的方向發展。

三、典型技術方案分析

1、被動散熱

（1）熱傳導

JP18947795A是由日本富士通公司在1995年7月25日提出的申請，其同族被引證次數為73次，其公開了發熱單元通過樹脂與金屬部件接觸，而金屬部件構成了電子裝置的外殼，由于金屬具有較好的導熱性，使得熱量通過外殼排出機體。

2、主動散熱

（1）風冷

EP3147749是由蘋果公司在2016年8月31日提交的專利申請，結合附圖可知風扇帶有更小的輪軸，風扇葉片的葉輪以及徑向地部署于葉輪周圍的多個層疊電感組件，葉片具有磁性作用，通過線圈控制葉輪的轉動。

此外，風扇也不再是普通的散熱風扇，而是朝著設計巧妙、散熱效率高且智能控制的方向發展。

（2）液冷

US53883340A是艾美達實驗室（Aavid Lab）在1994年3月24日提出的申請，該專利公開的技術為首次把液冷的散熱方式用于便攜式電腦中，其同族被引證次數高達150次，為液冷用于便攜式電腦散熱技術中的基礎專利。在該申請中，蒸發器位于基座18內電路板44的上方，通過導管50與設置于顯示屏的背后冷凝器42相連，極大的提高了散熱效率。

3、熱管理技術

（1）風扇控制

CN1332398A是由日本株式會社東芝在2001年6月15日申請的專利，并于2006年1月4日授權，其被引證28次。在其公開的技術方案中，該裝置由冷卻風扇19、風扇驅動控制電路20、CPU11、控制器19、電源電路21組成，在CPU內部設置有溫度傳感器，通用控制器根據相應控制標識確定風扇的轉速，從而進行高效冷卻。

（2）能耗管理

US5590061是由美國蘋果公司在1994年5月12日提出的關于便攜式電腦中散熱管理的專利申請，同族被引證次數為80次，其技術方案公開了在裝置內部設置溫度傳感器，檢測機體內部的實時溫度，若超過一定閾值，則系統關閉一部分系統應用，從而減少熱量的產生。

由此可知，在主動散熱、被動散熱已經很難取得突破性進展時，熱管理技術已經成為重點研究對象，相信未來會有更合理的熱管理方式，既能減少產生不必要的熱量的同時，又能提高散熱效率。

五、結束語

本文主要對便攜式電腦在散熱領域的技術分支、專利申請態勢、技術發展線路演進以及重要的專利申請進行了綜述分析。從整體來看，隨著科技的進步，便攜式電腦的散熱技術也越發成熟。同時，對散熱技術的要求也越來越高，仍需要更多人力、物力資源的投入以獲得更好的散熱效果。

參考文獻：

[1] 孔瓏，工程流體力學[M]，第4版，北京：中國電力出版社，2014.2

[2] 孫煒，熱管型電子散熱器的數值模擬和實驗研究[D]，浙江：浙江大學，2002

作者簡介：

劉朝兵（1987-）， 男，籍貫：河南省濮陽市清豐縣，職稱和學歷：研究實習員? 碩士研究生，研究方向或專業：主機結構領域專利審查 。