便携式电脑散热技术综述

摘 要：随着计算机技术的发展，人们对笔记本电脑的性能、功耗以及便携性等方面的要求也不断提高。由于笔记本电脑的集成化程度高，散热一直是限制笔记本电脑发展的技术瓶颈。本文基于DWPI和SIPOABS专利数据库，通过检索、统计和分析国内外有关便携式电脑散热技术的专利申请，梳理了便携式电脑散热技术的发展脉络，并重点分析了典型的技术方案，展现了专利技术分析在专利实质审查过程中的重要作用。

一、便携式电脑的基本概况

1、散热原理

热力学第二定律指出：凡是有温差存在的地方，就有热能（亦可称为热量）自发从高温物体到低温物体传递，其传递方式基本分为三种，即热传导、热对流和热辐射[1]。以便携式电脑为例，热量由CPU、GPU等元器件产生，以热传导的方式传递至与其紧密接触的散热片，然后，通过其他方式（如风扇）排出主机体。整个散热过程包括4个环节：第一是CPU，热源产生者;第二是散热片，热量的传导体;第三是風扇，是增加热传导和指向热传导的媒介;第四就是空气，这是热交换的最终流向。

2、便携式电脑的散热方式

根据工作方式不同，便携式电脑的散热方式可分为：主动式散热和被动式散热。

主动式散热，除了在显卡、CPU等电子元件周围安装导热装置外，还安装了散热风扇、液冷循环系统等辅助散热装置。

被动式散热，不需要额外的散热装置，如风扇、液冷循环系统等，仅通过铜或铝等金属制作的散热结构或者热管[2]将机体内的热量传导至机体外。

二、便携式电脑散热技术发展状况分析

1、便携式电脑散热技术分支

便携式电脑散热技术领域主要的技术分支如表1所示，其主要包括：被动散热、主动散热和散热管理三个大分支，在不同时期，其对应的专利申请量也呈现出不同的趋势。

2、便携式电脑散热技术发展路线演进

通过对便携式电脑散热技术领域在各个时期的专利文献进行梳理和分析，可以得到该领域的专利技术演进路线，如图1所示。

在便携式电脑的发展初期，被动散热方式比较常见，但随着集成化程度的提升，被动散热已经不能满足散热需求，风冷、液冷以及热管理技术得到快速发展。但随着处理器、系统的进一步发展、优化，在设备效能进一步提升的同时，其发热量却越来越小，因此需要占据机体的一部分空间的风扇也被舍弃（如苹果的MacBook）以减小机体的厚度。可见，便携式电脑已根据人们的需求，而逐渐朝着多元化的方向发展。

三、典型技术方案分析

1、被动散热

（1）热传导

JP18947795A是由日本富士通公司在1995年7月25日提出的申请，其同族被引证次数为73次，其公开了发热单元通过树脂与金属部件接触，而金属部件构成了电子装置的外壳，由于金属具有较好的导热性，使得热量通过外壳排出机体。

2、主动散热

（1）风冷

EP3147749是由苹果公司在2016年8月31日提交的专利申请，结合附图可知风扇带有更小的轮轴，风扇叶片的叶轮以及径向地部署于叶轮周围的多个层叠电感组件，叶片具有磁性作用，通过线圈控制叶轮的转动。

此外，风扇也不再是普通的散热风扇，而是朝着设计巧妙、散热效率高且智能控制的方向发展。

（2）液冷

US53883340A是艾美达实验室（Aavid Lab）在1994年3月24日提出的申请，该专利公开的技术为首次把液冷的散热方式用于便携式电脑中，其同族被引证次数高达150次，为液冷用于便携式电脑散热技术中的基础专利。在该申请中，蒸发器位于基座18内电路板44的上方，通过导管50与设置于显示屏的背后冷凝器42相连，极大的提高了散热效率。

3、热管理技术

（1）风扇控制

CN1332398A是由日本株式会社东芝在2001年6月15日申请的专利，并于2006年1月4日授权，其被引证28次。在其公开的技术方案中，该装置由冷却风扇19、风扇驱动控制电路20、CPU11、控制器19、电源电路21组成，在CPU内部设置有温度传感器，通用控制器根据相应控制标识确定风扇的转速，从而进行高效冷却。

（2）能耗管理

US5590061是由美国苹果公司在1994年5月12日提出的关于便携式电脑中散热管理的专利申请，同族被引证次数为80次，其技术方案公开了在装置内部设置温度传感器，检测机体内部的实时温度，若超过一定阈值，则系统关闭一部分系统应用，从而减少热量的产生。

由此可知，在主动散热、被动散热已经很难取得突破性进展时，热管理技术已经成为重点研究对象，相信未来会有更合理的热管理方式，既能减少产生不必要的热量的同时，又能提高散热效率。

五、结束语

本文主要对便携式电脑在散热领域的技术分支、专利申请态势、技术发展线路演进以及重要的专利申请进行了综述分析。从整体来看，随着科技的进步，便携式电脑的散热技术也越发成熟。同时，对散热技术的要求也越来越高，仍需要更多人力、物力资源的投入以获得更好的散热效果。

参考文献：

[1] 孔珑，工程流体力学[M]，第4版，北京：中国电力出版社，2014.2

[2] 孙炜，热管型电子散热器的数值模拟和实验研究[D]，浙江：浙江大学，2002

作者简介：

刘朝兵（1987-）， 男，籍贯：河南省濮阳市清丰县，职称和学历：研究实习员  硕士研究生，研究方向或专业：主机结构领域专利审查 。