Laptop笔记本电脑TIM方案交流探讨

导语：5G时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起了这些部位发热量的急剧增加。BN氮化硼散热膜是当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI、物联网等领域最为有效的散热材料，具有不可替代性。

本产品是国内首创自主研发的高质量二维氮化硼纳米片，成功制备了大面积、厚度可控的二维氮化硼散热膜，具有透电磁波、高导热、高柔性、低介电系数、低介电损耗等多种优异特性,解决了当前我国电子封装及热管理领域面临的“卡脖子”问题，拥有国际先进的热管理TIM解决方案及相关材料生产技术，是国内低维材料技术领域顶尖的创新型高科技产品。

什么是5G?

一

定义

“5G”一词通常用于指代第5代移动网络。5G是继之前的标准（1G、2G、3G、4G 网络）之后的最新全球无线标准，并为数据密集型应用提供更高的带宽。除其他好处外，5G有助于建立一个新的、更强大的网络，该网络能够支持通常被称为 IoT 或“物联网”的设备爆炸式增长的连接——该网络不仅可以连接人们通常使用的端点，还可以连接一系列新设备，包括各种家用物品和机器。

公认的5G优势是：

•具有更高可用性和容量的更可靠的网络

•更高的峰值数据速度（多Gbps）

•超低延迟

与前几代网络不同，5G网络利用在26GHz 至40GHz范围内运行的高频波长（通常称为毫米波）。由于干扰建筑物、树木甚至雨等物体，在这些高频下会遇到传输损耗，因此需要更高功率和更高效的电源。

5G部署最初可能会以增强型移动宽带应用为中心，满足以人为中心的多媒体内容、服务和数据接入需求。增强型移动宽带用例将包括全新的应用领域、性能提升的需求和日益无缝的用户体验，超越现有移动宽带应用所支持的水平。

二

毫米波是关键技术

毫米波通信是未来无线移动通信重要发展方向之一，目前已经在大规模天线技术、低比特量化ADC、低复杂度信道估计技术、功放非线性失真等关键技术上有了明显研究进展。但是随着新一代无线通信对无线宽带通信网络提出新的长距离、高移动、更大传输速率的军用、民用特殊应用场景的需求，针对毫米波无线通信的理论研究与系统设计面临重大挑战，开展面向长距离、高移动毫米波无线宽带系统的基础理论和关键技术研究，已经成为新一代宽带移动通信最具潜力的研究方向之一。

毫米波的优势：毫米波由于其频率高、波长短，具有如下特点：

频谱宽，配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量，适用于高速多媒体传输业务；可靠性高，较高的频率使其受干扰很少，能较好抵抗雨水天气的影响，提供稳定的传输信道；方向性好，毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大，使得传输波束较窄，增大了窃听难度，适合短距离点对点通信；波长极短，所需的天线尺寸很小，易于在较小的空间内集成大规模天线阵。

毫米波的缺点：毫米波也有一个主要缺点，那就是不容易穿过建筑物或者障碍物，并且可以被叶子和雨水吸收，对材料非常敏感。这也是为什么5G网络将会采用小基站的方式来加强传统的蜂窝塔。

什么是TIM热管理?

定义

热管理？顾名思义，就是对“热“进行管理，英文是：Thermal Management。热管理系统广泛应用于国民经济以及国防等各个领域，控制着系统中热的分散、存储与转换。先进的热管理材料构成了热管理系统的物质基础，而热传导率则是所有热管理材料的核心技术指标。

导热率，又称导热系数，反映物质的热传导能力，按傅立叶定律，其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。热导率大，表示物体是优良的热导体；而热导率小的是热的不良导体或为热绝缘体。

5G手机以及硬件终端产品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，电子设备和许多其他高功率系统的性能和可靠性受到散热问题的严重威胁。要解决这个问题，散热材料必须在导热性、厚度、灵活性和坚固性方面获得更好的性能，以匹配散热系统的复杂性和高度集成性。

全球智能手机、平板电脑行业步入 5G 时代，随着智能手机对轻薄化、小型化设计的追求，手机内部集成电路芯片和电子元器件体积不断缩小，其功率密度却快速增加；手机CPU频率正迅速提升，同时封装密度也越来越高、机身越来越薄，其功率密度却快速增加，但由于手机硬件配置的逐步提高、CPU多核高性能的升级，以及通信速率的提升，散热问题已经成为电子设备亟需解决的问题，进而驱动对高散热性能材料的需求。

一旦散热问题处理得不好，就会造成智能手机卡顿、运行程序慢、烧坏主板甚至造成爆炸的危险，所以散热将成为整个智能手机行业面临的主要问题之一。

散热原理包括热传导、热对流和热辐射，其中热传导、热对流为主。热传导是直接接触带走热量，如电脑CPU散热片底座与CPU直接接触带走热量；常用电风扇原理是热对流，散热风扇带动气体流动进行散热；热辐射指的是依靠射线辐射传递热量。其中热传导和热对流是散热系统主要方式，热传导主要与散热器材料的导热系数和热容有关，热对流则主要与散热器的散热面积有关。

根据热传导和热对流方式不同，散热分为主动散热与被动散热两种方式。通常我们所说的被动散热，就是cpu只采用的是散热片，其气流通常由侧面安装的风扇完成推动工作；主动式散热是我们常见的方式，就是在散热片上面还加装了一个风机。目前台式电脑和笔记本电脑采用主动与被动结合的方式散热，手机终端、平板电脑等轻薄型消费电子受内部空间结构限制，多采用被动散热方案。材料种类及其特点在智能手机上主要的发热源包括这五个方面：主要芯片工作、LCD 驱动、电池释放及充电、 CCM 驱动芯片、PCB 结构设计导热散热量不均匀。

Laptop笔记本电脑散热材料方案系统

对笔记本来说，散热系统是非常重要的一环，它直接影响了笔记本CPU/GPU的性能发挥，以及是否能持久，什么样的散热系统才是好的散热系统呢？

笔记本的CPU（处理器）和GPU（显卡）几乎决定了一款产品的性能和定位，虽然它们只是一块小小的芯片，但它们在运行过程中也会产生非常非常多的热量，而且在追求轻薄的趋势下，笔记本的内部空间被压缩的越来越小，散热变的尤为重要，如果没有散热系统，它们就会“DOWN机”。

如果温度过高，它就会停止工作，就会出现蓝屏、死机、重启的情况。

散热的好坏也会影响使用的舒适度，也就是使用中C面（键盘）和D面（底壳）会不会很烫，散热系统是非常重要的一环，越高性能的产品对散热的要求就越高。

散热系统的组成部分，从笔记本内部来看它一般包含均热板、热管、散热鳍片和风扇；从外部看来，它还包含笔记本的进风口和出风口。

在整个散热系统中和“热源“接触最亲密的就是导热片，它一般是一个打磨的非常光滑的铜质金属片，它的任务就是迅速将芯片（CPU/GPU）产生的热量导出，实际上在导热片和芯片间有一层介质就是硅脂，它作用在于填充导热片和芯片之间缝隙，将两者的接触面积最大化。

不过硅脂只是散热系统中的一环，而且是比重比较低的一环。

在导热铜片周围一般还会有一些的金属均热板，因为除了CPU、GPU外，主板上的其它器件，包括显存、芯片组、电感等等也会产生热量，好的散热系统会采用尽量大面积的均热版甚至覆盖整个PCB主板区。

在这些元器件和金属板的接触面一般还会贴有导热硅胶垫片，包括固态硬盘，一些产品也会为其贴这种导热垫片。

热量由导热板导出，下步就来到了热管部分，热管一般采用纯铜材质，由于笔记本内部空间有限，热管一般都呈扁平状。

热管是一段中空的金属管，内部填充有冷凝液，它的基本工作原理就是在热管的高温端（芯片端）和低温度端（散热鳍片端），形成冷凝液蒸汽⇌冷凝的流动循环，周而复始的形成热量的传递。

增加热管的数量或者增大单根热管的横截面积，也就更宽的热管，可以增加散热效果。

热管的布局也会对散热效率造成有影响，一般来说应尽量减少热管的长度和弯曲程度，也就是CPU和GPU应尽量靠近散热鳍片和风扇，减少热量传导的距离。还有就是热管尽量避免靠近内存、固态硬盘等其它热源。

目前的轻薄本多数采用的都是热管贯穿CPU和GPU的方式，而游戏本往往采用的是主热管贯穿CPU和GPU的同时，再为CPU、GPU配置独立的热管，来到达均衡导热的目的。

另外少部分产品采用了比热管效率更高的方案，比如Y9000X采用的真空腔均热板的方案，当然这种方案的成本要比热管高很多。有厂商还提出均热板+石墨片散热方案，热管还是目前绝对多数笔记本会采用的导热器件。

热量经由热管来到的下一站就是散热鳍片，它通过密集的鳍片和空气接触，用对流的形式将热量散发掉。随着笔记本向着轻薄化发展，散热鳍片的“个头”被压缩的越来越小。

提升散热鳍片导热效率的方法往往就是增加它和数量和叶片密度，当然即使这样单靠散热鳍片被动散热也远达不到笔记本的散热需求，所以需要风扇的帮助。

台式机散热器多为铝鳍片，笔记本上就像刚才我们提到的，鳍片的面积很小，而且和热管连接部分几乎被热管完全覆盖，和空气的接触面小，堆积在鳍片上的热量几乎全靠风扇往外吹，所以能够快速传导热管热量的铜更适合笔记本。

台式散热器的风扇为轴流结构是小个电风扇，而笔记本的散热器为涡轮结构，更像鼓风机。

所以风扇的风量尤为重要。

采用金属叶片也是一种方法，同等条件下金属叶片要比普通塑料叶片的风量更大，但制造工艺难度和成本都比较高，而且易变形，所以在为采用金属风的产品清灰要更加留意不要暴力操作。

另一种方法是采用“仿生设计”，比如掠夺者游戏本主打的“刀锋速冷风扇”，它除了采用了金属叶片外，根据猫头鹰翅膀的原理将叶片设计成了异型锯齿状，带来更大风量的噪音也得到了一定控制。

目前主流配置的轻薄本噪音40分贝以上是正常，而游戏本50分贝以上也是正常水平。这都是高负载运行时的噪音，绝大多少笔记本都会根据CPU/GPU的负载和温度自动动态调整风扇的转速。

在待机和运行一些低负载的应用时，如浏览网页，WORD打打字，风扇转速时非常低的，甚至是停转的，只有在玩游戏、运行一些专业软件等高负载应用时风扇才会高速运转。部分产品还会设置有用户可控的风扇转速，比如一些游戏本会设置有“一键速冷”或“一键加速”按键，这些按键也被玩家调侃为“一键起飞”。

既然风扇要把热量吹出去，那出风口的设计也是很重要的，主要体现出风口的位置和数量。

轻薄本更加注重纤薄便携，为了压缩机身减少厚度，往往采用下沉式转轴设计，而出风口一般位于后边框，在打开屏幕后，B面底部会遮挡部分风口，影响散热效率，好在轻薄本采用的CPU/GPU都是相对低功耗的产品，这种设计对散热的影响并不明显。

而游戏本产生的热量要比轻薄本大很多，为了避免遮挡出风口，游戏本多采用立式转轴设计，另外除了后部出风口外，一些游戏本还会在左右边框开出另外的出风口，这样可以增加散热鳍片的数量，也可以更高效的将热量吹出。

有出风就要有进风，笔记本的风扇是涡轮结构，要“吸风”才能“出风”，笔记本内部也要和外部形成冷热空气的循环，也就是所谓的“风道”。大多数笔记本都会在笔记本D面开出网格或栅格来提升进风量，所以如果底部脚垫高度不够，就会影响进风效率，这也是江湖流传已久的“瓶盖大法”的由来，通过垫高底部来提升进风量，一些轻薄本采用的翘臀设计也是同样的原理。

很多笔记本后部的脚垫会采用长条形的，它其实还起到了阻隔后部吹出的热风回弹到进风口的作用。如果仔细观察进风网格（栅格），我们还能发现很多笔记本会在内部附有一层防尘网，而部分产品为了获得更大的进风量而取消了防尘罩网，弊端就是更容易进灰。除了底部进风外，一些相对高端些的游戏本还会在C面配置进风孔，从而增加进风量，也能形成更加有效的立体风道。

总之散热系统的首要任务就是要保证CPU/GPU长时间高效的工作，与此同时能还要保证用户使用时的体感温度。关于改善体感温度，除了需要高效的散热系统外，还可以通过改变笔记本的设计布局来实现。

比如通过改变主板CPU/GPU位置将高温区域尽量往上推，将其推离我们最常用的键盘区域。很多游戏本还会采用带“屁股”的设计，它其实也是为了让热量堆积比较多的鳍片区尽量远离用户常接触的区域。而一些采用了发烧级硬件，或追求极致轻薄的游戏本，在保证性能释放前提下，很难兼顾表面温度，于是有了下沉式键盘的设计，也就是将键盘下移至C面下部，将C面上部高温区域空出来，这样即使上部再热，也不会影响使用的体感。

其实CPU/GPU 是比较“耐高温”的，它的过热保护机制要到100℃左右，我们在做测评时也经常看到一些笔记本在烤机测试时核心温度到了90℃上下依然是比较稳定的。而笔记本厂商在往往会根据产品性能、散热和产品定位设置不同性能调校模式（温度墙或功耗墙）

保守的做法是，“未战先怂”，设置较低的温度墙，一旦超过这个温度，立马对CPU/GPU降频，牺牲性能来保证凉爽的温度，这类产品使用体感和核心温度都不错，但性能释放不足。这类产品有时还会出现一个现象就是跑分有时很高，但长时间高负载时比如游戏会出现卡顿，掉帧。这是因为单次跑分时核心温度可能还不足以触发温度墙，但长时间高负载时会触发了温度墙，性能释放会出现曲线波动。

激进的做法是，“宁热不降频”，优先保证性能释放，核心温度高让它高，只要不蓝屏死机就行，反正也不会烧毁硬件，表面温度热就让他热，只要不烫到不能用就行。这类产品，其实性能释放是比较不错的，但会给人留下散热不好的印象。

当然最好的就是均衡的做法，“性能和热量兼顾”，在优秀的散热系统的帮助下，为温度和性能释放找到一个绝佳的平衡点，这类产品的性能释放可能不是最好的，但已经是比较不错了，而且核心温度和表面温度也都能控制在一个比较好的水平。

在笔记本内部狭小的空间内，热量控制要比较台式机困难的多，这也是笔记本向更轻薄道路上发展的主要障碍，它直接影响了笔记本CPU/GPU的性能能发挥多少，以及是否能持久发挥。所以在选购笔记本时只看配置是不科学的，判定一款产品好坏有很多因素，散热就是其中非常重要的一环。