高端苹果笔记本散热处理设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,12/17/2009,#,笔记本散热处理,设计,小组成员：谭明辉 伍腾芳,谢杰豪 刘凯,2012.7.2,苹果高端笔记本,MacBook Air,MacBook Pro,Retina MacBook Pro,2,MacBook Air,MacBook Air,是苹果热门的笔记本系列，价格从,6000-7000,左右，超薄，为保持续航能力，配置较,MacBook Pro,低。,3,MacBook,Pro,苹果,MacBook Pro,系列作为苹果笔记本中的高端系列产品，采用最高配置的处理器、显卡、硬盘等，在外观设计方面也采用了精密铝合金一体工艺，其主要面向高端专业用户和时尚用户，拥有,13,英寸、,15.4,英寸、,17,英寸三个尺寸的机型，苹果,MacBook Pro,系列一直代表了笔记本设计的最高水平。,4,Retina MacBook Pro,Retina MacBook,Pro,是苹果最新的笔记本电脑，,retina,视网膜分辨率。根据配置不同有如右图两种，主要差异在于硬盘容量和主频。,5,笔记本散热处理设计概况,cool,6,笔记本,电脑的散热风扇是起着强制对流的作用，其目的就是将电脑主机运行时产生的热量，通过空气流动的方式，散发的机器的主机之外，属于主动散热方式。目前，笔记本电脑的风扇类型，基本上可以分为以下两种类型：,轴向型风扇,辐射型风扇,(,离心鼓风机,),笔记本散热组件之风扇,7,辐射型,(,离心鼓风机,),风扇，具有薄的叶片，没有涡流，气流方向性好，气流密度较高，点用体积小，主要原因，就是它可以做的比较薄，技术较新，成本相对高。而其在工作时，发出的噪音也比轴向型风扇要来的低。,笔记本散热组件之风扇,轴向型风扇，技术成熟，成本较低。可以通过调节,RPM,来调节风量，气流有涡流，机壳的阴影效应，占用体积大，存在气流的耗尽层。台式机上基本都采用这种方式。对体积要求严格的笔记本上并不多见，在,PII,时代笔记本上可以见到。,8,笔记本散热组件之散热板,9,散热板一种基本的散热方法。一般来说，散热板面积越大，热传导效率越高，就越能有效散发热量。比较常见的情况是，在主机板的底部和上部各配一块金属散热板；在,CPU,的位置，有协助散热的系统，以释放,CPU,产生的热量。如下图绿色方框内的部分所示：,笔记本散热组件之散热板,10,笔记本散热组件之散热管,11,热管散热：,它是一种利用相变过程中要吸收,/,散发热量的性质来进行冷却的技术，,1963,年由美国,Los Alamos,国家实验室的,G.M.Grover,发明，并由,IBM,最初引入笔记本电脑中。,工作原理：,其在真空状态下，水的沸点很低。如果在管子的一端加热，水就会蒸发，将热带到另一端，水冷却后再流回去，如此反复，热量就不断移动，和冷气机的工作原理类似。,散热管优点：,它没有移动式的零件，全部零件都完全密封在内，不必消耗电池。同时，可以长时间有效。,笔记本散热组件之散热管,12,典型的热管：,是由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽到的负压后，充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据需要可以在两段中间布置绝热段。当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。,笔记本散热组件之散热管,13,图中，我们看到的便是不同型号笔记本电脑机型上，形状各异的散热管了。他们最终都是连接到,“,散热板,”,和电脑主机之,“,散热出口,”,，起着传导电脑主机工作时，主要功能部件，如,CPU,产生的热量的作用。,笔记本散热组件之散热管,14,CPU,散热模块组成原理,CPU,工作时，产生的热量传递到散热板上；,散热板传递过来的热量，通过散热管迅速传递到风扇出口；,散热风扇，利用空气对流的原理，将热量最终散出到主机外部。,15,笔记本散热组件之键盘,笔记本内置键盘的背面，有导热性较好的金属材料构成；,细心的朋友会发现，键盘的金属面，会有很对凹凸的小孔；,利用空气对流的原理，温度较高的热流，就会通过键盘的按键处及时散出，有效的平衡电脑主机的整体温度。,16,笔记本散热组件之键盘,由上，我们知道，笔记本电脑很薄，当把键盘装到主机板上方时，正好可以利用键盘底部将,CPU,产生的热量传导出去。热量经由按键孔排出，当热空气从按键孔排出时，冷空气就从按键孔流入，以取代热空气。由此可以看出，键盘对流散热不仅充分利用了现有资源和环境，而且颇为有效。也许你还没有想到，连键盘也是一个散热的窗口，你在敲击盘的时候，冷、热空气的交换，就在你的一敲一击中完成了,17,理论和事实，都业已证明采用金属的笔记本电脑主机外壳，能有效散发电脑主板、,CPU,等相关功能部件运行时产生热量，降低整机的温度，使得电脑系统始终运行在安全、快速的工作状态！,笔记本散热组件之金属外壳,18,因此，采用导热性好的镁铝合金外壳技术，也不失为解决笔记本电脑散热问题的有效补充。镁铝合金外壳的热传导率，远优于铝金属和工程塑料，在很大程度上减少散热扇和散热窗的数量，减少体积和重量，降低功耗和成本。现在大部分厂商的中高端产品都采用这种技术。,笔记本散热组件之金属外壳,19,笔记本散热组件之散热孔,我们可以从本页的三幅示例图片中看出，典型的笔记本电脑的机壳都布满了，大大小小、形状各异的小孔，我们称之为,“,散热孔,”,。这样做，不仅仅是为了满足美观的需要，它应该还有更深的内涵，那就是散热之功效。,20,因此，,散热孔也是笔记本电脑散热的重要手段之一。一般通行的做法是，在机器的四周和底部的支脚处开设大量的散热孔，机器内的热量可通过这些散热孔散布到周围空气中去。与散热孔散热的方式相配合，有的笔记本电脑内部还采用一些特殊的风道导流设计，利用散热孔位置与内部结构布局形成更好的空气流通环境，以加强散热。下图所示，即为联想目前独特的斜纹散热孔之设计，即达到良好的散热效果，也不显呆板。,笔记本散热组件之散热孔,21,智能温控系统，是必不可少的散热手段。当笔记本电脑的系统温度达到一定的温度时，风扇会自动打开；当系统温度继续升高时，,CPU,的工作频率将降到额定频率的,1/N,；如果系统温度降回到一定温度时，,CPU,的工作频率恢复为额定工作频率；系统温度若继续下降到安全范围，风扇则自动关闭。这种智能温控系统不仅能够有效地帮助笔记本电脑散热，而且为,CPU,提供了自我保护的能力，使整个系统会变得更加可靠、寿命也更长，同时还可以节省机器用电、有效降低噪音。这种,CPU,风扇温控技术几乎被所以电脑厂商所采用，如,Lenovo,、,SONY,、,ASUS,和,TOSHIBA,等硬件厂商。,Lenovo Power Manager,SONY,PowerPanel,ASUS,Power 4 Gear+,TOSHIBA,ACPI Common Modules,.,笔记本散热组件之智能温控系统,22,笔记本散热组件之智能温控系统,图中我们看到的是，一些较大的笔记本电脑硬件商所推出的，基于,Windows,操作系统的电源管理软件。从本质上讲，它们也属于笔记本电脑温控系统散热的一部分，通过它们，系统能够在功耗、散热间达到最佳平衡。,23,苹果笔记本在工业设计方面可谓是出类拔萃，小巧的机身如何装下各种部件，拥挤的内部构造如何解决散热问题。,MacBook Air(MC505CH/A),24,其主板构造,25,风扇,26,从其主板构造来看，散热核心在于,CPU,与显卡上面，一根热管将贴在,CPU,与显卡上的散热底座连起来，通向散热鳍片与风扇。,27,散热器,28,全金属机身,笔记本电脑,内部,的,金属,框架，键盘,下方,的,大面积,的金属版，根据传热原理，表面积越大，传热速率越快，通过这些辅助的散热方法能使计算机散热性能更好,。这,比普通的工程塑料外壳散热性能更好。,29,采用超薄风扇和使通气口处于合理位置；,防止微处理器等的热量直接传到机壳的散热结构；,电池的散热措施等。,MacBook Air,的散热设计方法,对,令人头疼的以,PC,为代表的数字家电发热问题，,MacBook Air,是如何处理的,？,研究发现,这,是一种花费了心思使用户感觉不到热的设计。采用了以空气传热的单纯散热方法，并与热源之间留有空间（夹杂空气）来防止多余热传递等的方法。具体为：,30,特制的微处理器,笔记本电脑中发热的最大问题是微处理器。,MacBook Air,所采用的美国英特尔,1.6GHz,工作的,“Core 2 Duo”,中，内置有,4MB,二级缓存的笔记本电脑用产品的散热设计功耗（,Thermal Design Power,，相当于最大耗电量）为,17W,。从,MacBook Air,的外形尺寸来看，散热问题不大,。,芯片组被黑色的散热板覆盖。芯片组散发的热量首先扩散到散热板上，然后一方面通过位于右侧的超薄散热风扇排出，一方面通过散热薄膜扩散到外壳底部铝合金板和键盘模块上。,位于底板右下方,的,芯片,是,Core 2 Duo,31,超薄,风扇,与通气口,在,MacBook Air,的散热设计中，第一个要点便是配置在机身后面、铰链下面的通气口。采用超薄风扇，从后面吸入空气，并且被热源加热的空气仍然从后面排出。这时，为尽量防止热气传到机壳而动了脑筋。,这一点是采用自主的薄型锂聚合物充电电池而带来的的好处。,将通气口设在机体后面，排气就不会对着用户，也不容易听到风扇的噪音,拆下,充电,电池、硬,盘,和,散热,板后,的,MacBook,Air,机身后的排气孔,前,后,32,防止排气传到机壳,MacBook Air,采用散热的方法是：使微处理器和图像处理,LSI,的热量通过导热硅脂传到散热板，然后使其扩散，并利用风扇吹出的风来冷却散热板，从而将热气排到外部。散热板似乎是将铝合金涂成黑色而制成的，微处理器上粘有导热性高的石墨薄膜。同样的方法索尼的,“type G”,等也采用过。,MacBook Air,没有采用最近笔记本电脑所流行的热管与梳齿状散热片组合的方式（远程热交换方式，,RHE,）,。可能,是优先了考虑了薄型化。因为,MacBook Air,的耗电量较小，因此采用了使用散热板的简单散热,结构,。,33,再,仔细一看，发现散热板周围被橡胶,“,隆起,”,包围起来。并且在散热板的内侧和周围也设置了海绵隆起。橡胶和海绵隆起都是只在通气口部分有缺口。从这一点可以推测出，散热板还兼有散热和通风道两种作用,。隆起,是为使风扇吹出的气流汇聚到微处理器和图像处理,LSI,及其电源电路、以及存储器等冷却对象而设计,的。,与机壳底面的散热板相对应的部分，贴有被黑色绝缘膜覆盖的石墨薄膜,。防止,微处理器等发的热，导致机壳底面部分出现局部高温。技术人员,表示弄,成黑色，还有利于提高辐射率，提高由散热板向机壳底面的,辐射传热。,34,两,条,气流通道,一条是：风扇附近的通气口,微处理器的电源电路（散热板的缺口部分）,通过缺口部分到达散热板上面,散热板与机壳底面、被橡胶隆起包围的通风道部分,通气口。,另一条是：风扇附近的通气口,微处理器的电源电路,散热板下面,散热板、底板、被海绵隆起包围的通风道部分,通气口。,35,电池,部分,的散热设计,在电池方面，也采取了一些措施，以便使用户感觉不到发热。在电池正对掌托的一面，粘贴有石墨薄膜和开孔的缓冲材料,。使,电池内部局部产生的热量扩散到整个电池,上。,缓冲材料则是防止热量传到机壳,。,该设计主要是,因为,MacBook Air,将电池设置在掌托,下面,。,掌托是用户双手经常接触到的，即使在毫无问题的温度条件下，用户都容易因感到热而心情不畅。,36,MacBook Pro,MacBook,Pro,散热,系统,的特点,是,散热器,非常精小，散热鳍片也十分小，采用单获双热管连接,CPU,以及显示芯片同时散热。另外苹果笔记本都是采用金属机身，这也使苹果的散热效能提高。但是由于机身空间的限制，苹果笔记本的散热还是一大问题。,37,双风扇散热,38,散热器结构，双,热管,39,Retina MacBook Pro,Retina MacBook Pro,是苹果最新推出的产品，,MacBook Pro,的升级版，配备,Retina,超高分屏,，有着,Intel,i7,四核处理器以及,NVIDIA GT650M,显卡这样的超强组合,，,更,强劲的配置自然需要更独特的散热设计。,40,Retina MacBook Pro,在机身两侧增加了进风口，让贯通整个机身的内部的冷风带走主板部分热量，经过风扇的旋转加速，将,GPU,，,CPU,散发出的热量带出机身。,41,42,43,为了避免两个大型风扇可能带来的更大噪音，苹果对散热风扇的扇叶进行了重新设计。通常的散热风扇扇叶都是采用对称（即规则形状扇叶）设计，而苹果创新的采用了非对称（即非规则形状扇叶）设计。,44,传统的对称扇叶设计，导致噪音声波能量集中于某个特定频段，形成尖锐刺耳的较大噪声。,传统笔记本,苹果笔记本笔记本,45,苹果创新的新散热技术确实很高端，不仅提升了散热效率，而且降低了风扇高速运转时的噪音，更重要的是，底部依旧没有进风口，避免了灰尘被大量带入，可见设计师的用心良苦。,虽然引进了这项新散热技术，但是配备,Retina,超高分屏，,Intel i7,四核处理器,以及,NVIDIA GT650M,显卡这样的超强组合，对于,Retina MacBook Pro,来说，散热依旧是一大考验。但是能拥有如此超高性能，却又如此轻薄美观，再配以自家的,OS X,系统解决分辨率问题，,这,样,的组合,也只有苹果才能,做到,。,46,谢谢！,47,