笔记本热管型散热系统结构参数及特点分析

程蓉蓉

(山西体育职业学院，山西 太原 030006)

当前市场日益流行的平板计算机主要采用了无风扇的散热设计方式，主要依靠单个散热片与高性能导热材料相结合的方式来进行散热。

1 笔记本散热模组的主要构成部件结构形式

笔记本散热模组的基本结构如图1 所示。

图1 笔记本散热模组的基本结构

1.1 热管

笔记本计算机散热系统设计的过程中，采用的典型热管为内壁烧结粉末结构热管。但是，对于一些对整体结构有要求的笔记本，例如超薄的笔记本，在特定的情况下可以设计使用复合管，即将烧结粉末与丝网管复合使用，通过这种方式能够在受限制的空间内部结构下获得更好的热传递效果。不同的管道内部结构及散热性能详情如表1 所示。

表1 不同热管管道内部结构及散热性能

在设计过程中，根据笔记本内部空间需要将热管进行折弯、压扁处理，从而影响到热管的整体性能参数。因此，在笔记本内部空间满足相关要求的前提下，应该尽量减少对热管进行折弯、压扁等处理。

1.2 鳍片

笔记本散热系统结构设计过程中，所使用的鳍片材料主要是金属铝、铜等，在使用设计过程中主要考虑散热系统的制造成本以及整体散热效率。通过这两个参数合理确定材料的厚度以及间距的设置。同时，在设计过程中还需要考虑系统的合理搭配，从而对其他参数进行定义。

1.3 散热板

因为热管并不能将笔记本的整个发热芯片完全覆盖，所以需要通过设置散热板将整个芯片覆盖，从而达到增加散热的目的。散热板与热管直接焊接起来，并选择性能良好的金属铜作为散热板的主要材料，这主要是因为铜的导热效果好，而且容易实现精密加工，但是，在制造成本方面也较高，与其他铝材相比没有优势。

1.4 散热介质

笔记本散热系统的介质主要是采用TIM(Thermal interference material)材料，该种材料是当前笔记本散热系统中发热芯片以及散热板填充的主要介质，这主要是因为所设置的散热面板以及发热器件，例如芯片、CPU 等不是一个完整的平面，其表层存在着微观的不平度。通过使用TIM 材料能够有效地填补表面所产生的凹凸缺陷。而对于发热量较大的元器件，例如CPU 等，还需要使用导热膏，这种介于液态、固态之间的物质能够增加散热系统与产热器件之间的导热效果。

1.5 风扇

对于空间受限制的笔记本，必须在风扇的下方设置入风口，从而加大系统内部空气与外部空气的交换效率。通常，所使用的风扇类型包括轴流式、离心式两种。轴流式风扇具有体积大、风量高、噪声大的特点，主要用于服务器或者台式机中;而笔记本主要使用功耗较低、噪音较小的离心式风扇。

2 散热系统热管结构参数及主要特点

当热管的物理结构没有经过折弯、压扁等处理，处于原始的圆直管状态时，其导热特性为最佳状态。但是，在实际的应用过程中，因为受到系统整体空间的限制，加之主板在布局等方面也有一定的影响，在设计过程中不能使用理想状态下的圆直管，必然会需要进行折弯、压扁等操作，从而使得其部分热力特性受到损失。所以，在设计的过程中需要将这些因素考虑进来，从而满足散热系统的整体需求。

图2、图3 以及图4 分别是某型热管的压扁厚度、折弯数等对热管整体热力特性损失所产生的影响，这是笔记本散热系统热管设计的主要数据依据。

图2 6mm 热管压扁厚度对热力特性的影响

图3 8mm 热管压扁厚度对热力特性的影响

从上述两图分析可知，在没有折弯操作的情况下，直径为6mm、8mm 的热管在设计的压扁厚度确定时，随着热管整体长度的增加，其热力特性会迅速下降。同时，当热管长度固定时，热管的压扁量增加也会造成热管的整体热力性能下降。因此，在实际的设计过程中要尽量避免出现热管长度以及压扁厚度过大的问题。

图4 热管折弯数对热管热传递功率的影响

从图4 分析可知，随着热管折弯数的增加，热管的整体热传递功率开始呈现迅速下降的变化趋势。因此，在实际的散热系统设计过程中要避免热管的整个路径过于复杂，并尽量保持热管处于整体直线布置的状态。但是，实际的使用过程中因为空间布局等条件的限制，完全圆直管的情况基本不可能，因此在设计过程中可以接受整个热管长度范围内有2～3 个角度小于60°的折弯。

另外，散热模组所使用的材料一般是具有高导热属性的铜合金、铝合金等，与一般的金属纯铜或者是铝材相比，合金材料的整体强度以及导热效果等相差并不明显，其主要是在成本、重量以及实际的导热量方面的差距，在设计的过程中需要根据这些因素进行具体设计。

3 结论

不同热管的优劣不同，在不同情况下具有不同的应用范围，必须对笔记本散热模组的整体设计及后续的优化提供理论依据。

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