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1、四、主要技術介紹4.1 鎂鋁外殼應用筆記型電腦有逐漸走向輕薄趨勢，過去使用工程塑膠為了使結構能夠達到要求，通常必須以增加厚度的方式來達成目的。相對的，便會增加成本以及重量。在產品日益逐漸追求輕薄短小的今日，塑膠的結構剛性、散熱性已開始逐漸不敷需求，同時新產品的環保要求及安全測試也不斷出現，諸如材料回收及電磁波干擾（EMI）的屏蔽等。而鎂合金的諸多特性及環保回收性總體衡量下，皆較工程塑膠及其他常用的輕量化材料為佳。一、以下列舉鎂鋁合金應用於筆記型電腦之優點：1. 強度/重量比佳、重量輕、剛性好鎂合金（比重約 1.11.7）的比重雖比工程塑膠（比重約 1.8）高，但以強度/重量比而言，則不比塑膠遜
2、色，若工件為結構件，則塑膠常為了整體剛性常必須要加厚 ，而鎂合金在相同條件下通常不必增加厚度 ，因此就整個工件的重量而言，鎂合金製品的元件重量不比塑膠重，有時還更輕，而在結構體的剛性上，則鎂合金製品遠比塑膠件為佳。筆記型電腦機殼常用的鎂合金為AZ91D（主成份為 Mg，另含 9wt% Al 及 1wt% Zn） 。而筆記型電腦機殼（共四件：LCD 背蓋、LCD 面框、系統下蓋及系統上蓋）除了重量要輕以外，亦必須能使機體有足夠的剛性以保護內部的機件，特別是LCD 外邊的上蓋必須提供顯示器所需的平面剛性以免受損，就此點鎂合金可以提供遠比工程塑膠優越的剛性效果。此外在筆記型電腦產品越來越薄的市場趨勢
3、下 ，鎂合金可以其質輕且能提供較佳剛性的情況，勢必有越來越多的筆記型電腦的 LCD 背蓋以鎂合金製作；在筆記型電腦的系統下蓋方面，使用鎂合金製品除了能提供較工程塑膠為優越的質輕且剛性佳的組合以外，尚能提供其他重要功能，將在後文說明。2. 耐衝擊、耐磨可攜式產品必須能耐攜行時可能遭受的撞擊、掉落的衝擊，有一個足夠堅固的外殼為產品必須具備的功能，鎂合金製品在這一點遠比塑膠品為佳，且金屬又遠比塑膠耐磨。筆記型電腦的機殼必須能抵抗 5 呎-磅的球衝擊，而整部筆記型電腦則需承受連續三次從 1 公尺高處落下的撞擊，這兩個條件以壓鑄鎂合金機殼的材質而言，皆可完全滿足，無有顧慮。3. 環保法規要求日本的家電回
4、收法明文規定，2001 年起 ，電視、冰箱、洗衣機、冷氣機的生產廠商必須負擔相當程度的回收責任；2002 年後，電腦 、行動電話、投影機等亦同。就回收性而言，金屬遠比塑膠為容易，且金屬回收後通常可以回復到可用的原材料狀態，而塑膠通常只能廢棄，無法予以再利用，因而造成許多的公害問題，因此各廠商在法規的推動下，對於採用鎂合金的意願大增。而世界各國的潮流是立法限制或禁止塑膠的使用，因此採用鎂合金為機殼對筆記型電腦系統大廠而言，亦有社會面的意義。4. 耐熱、散熱性佳散熱一直是筆記型電腦的大問題，目前其 CPU 的耗用功率已越來越接近現在散熱方式的技術極限，若要增加散熱功能，必須另尋突破性的做法，把 C
5、PU的熱導到系統下蓋機殼，藉由系統下蓋面向外部的廣大面積來散熱，且此方式另一個吸引人的地方是，不必增加另一個電力驅動的裝置（如增加散熱風扇） ，因此不會引生另外的問題（電力消耗、內部空間有限等） ，若系統下蓋機殼採用鎂合金，由於鎂合金的導熱率約為塑膠的 100 倍左右，意即若將熱量導到鎂合金製的底盤機殼，將不致於發生局部高溫的現象（或至少可以說，不會像塑膠機殼那麼嚴重） ，因此全球各主要的筆記型電腦廠商皆積極在開發鎂合金機殼的機種。5. 吸振性、電磁遮蔽性佳鎂合金為常用金屬中吸振最佳者，因此有不少數位相機的框體都以鎂合金製作；又鎂合金具電磁波吸收的特性（塑膠則必須經過處理才能有此特性） ，因此
6、也常被用來作為防電磁波外洩（或防止本身的電路受外來電磁波的干擾） ，如大哥大手機的框體即為鎂合金應用的市場之一。但筆記型電腦的外殼為求輕量自始即為工程塑膠，唯任何塑膠基本材料皆不具備電磁波吸收功能（換言之，即塑膠機殼不具備電磁波屏蔽功能）必須在材料內加入電磁波吸收物質（如金屬絲）或鍍上一層電磁波吸收物質（一般為鍍鎳或/ 及銅）才能使塑膠機殼具備防 EMI 功能；然鎂合金對於筆記型電腦的工作頻率之下所發生的電磁波的吸收程度可完全吸收，對於 EMI 屏蔽效果可說是具有遮斷性的作用，不需要再做防電磁波處理。6. 產品潮流使用鎂合金作為框體結構材的可攜式產品，目前已在日本成為高級產品的特色之一。目前筆
7、記型電腦流行的訴求點之一為超薄 （一般以總厚度在 1 吋以下為超薄） ，要達成如此之薄，以塑膠製機殼為極難做到的事（為維持剛性，塑膠製機殼的厚度通常必須在 2mm 左右） ；但鎂合金製品則可達到 1mm 的厚度，甚至更薄，故較容易將全機厚度降至 1 吋以下，因此目前全世界的超薄筆記型電腦的機殼幾乎都用鎂合金製作。7. 成本適當塑膠原材料的單價比鎂合金便宜甚多，但筆記型電腦的機殼以工程塑膠製造時，除了必須加厚以維持起碼的剛性以外，射出成型後還需經過電鍍金屬層以使其具備電磁波屏蔽的功能。若以鎂合金製造同樣產品，由於可以較薄（通常 1mm 即已足夠，甚可以薄到 0.7 或 0.6mm）且不必做防電磁
8、波的電鍍處理（但鎂合金另有其防銹的處理） 。因此以採用鎂合金機殼對筆記型電腦所產生的附加價值而言，在成本上仍為極有價值的選擇。8. 製造技術成熟鎂合金的壓鑄技術為長久以來即已建立的傳統技術，但用來製造筆記型電腦機殼這種大面積薄件之產品仍然是一個技術上極大的挑戰，唯鎂合金機殼的利潤極為吸引人，因此各主要的鎂合金壓鑄廠莫不竭盡所能，改善製程、提升良率，故均可順利生產，且有豐厚的利潤。9. 無可燃性筆記型電腦的機殼原本使用工程塑膠，因此會有可燃性的顧慮；但鎂合金的燃點為 427，因此相對於塑膠，應無可燃性的顧慮。二、鎂合金的製程技術成形方式：鎂鋁合金的成形方法是應用的領域而採取其適當的成形方式。最簡
9、單的是用板材壓製（press）成形，也可用鍛造成形，不過工業上最常見的要算是壓鑄成形與射出成形。因應鎂合金會燃燒的特性，其成形過程往往採用半固態成形方式，所謂半固態成形方式是美國陶氏化學公司所研究發展的技術。半固態流變（thixomolding）是指利用擾動、振動使膠凝物成為懸膠狀，放置後又會恢復為膠凝的現象，亦稱為搖變（thixotropy） 。構造及作動程序與塑膠射出成形類似，可利用固態的鎂合金顆粒投入料斗後，藉由螺桿旋轉產生剪切力及加熱器加熱，管內的鎂合金就形成結晶組織圓球狀的半固態鎂合金材料。由於流變成形是一種半固態成形技術，所以運用壓鑄方式於製造上較為恰當，不需把鎂合金完全融化，可節
10、省能源。模穴充填時鎂合金是半固態形，較不會產生毛邊，且由於溫度低，模具壽命較壓鑄模具長且安全性高。但由於進料時鎂錠顆粒變成半固態的過程中是提供剪切力並做攪拌動作，因此消耗性高。由於充填過程中容易凝固，有充填不良的缺點是目前一直有待突破的技術。鎂合金熱處理的方式與鋁合金相似，但鎂在高溫中容易氧化，因此需在保護氣體下完成，這類防燃氣體如二氧化碳 CO2、氮 N2 及六氟化硫 SF6。表面處理：鎂合金在近 50 年才發展為工業製品的結構材，其所應用的表面處理方式目前還是指傳統的定義。以下簡略介紹鎂合金表面處理方式。以機械方式做前處理主要在使表面強固的氧化物、一般污漬或表面偏析層等除去的動作，以及表面
11、粗度的調整。通常使用的方法為研磨盤、珠擊法、絲輪研磨等方式。經成形加工或機械前處理的製品表面通常沾染許多油污，此時必須以化學溶劑來洗除油脂，可以使用石油系、芳香族系或加溫後的鹼性脫脂浴來做洗淨的處理。鎂是很容易氧化的金屬，放置在空氣中瞬間就形成妨礙以後表面處理的化學反應。所以在做很多的表面處理之前，要以酸性溶液來還原以去除氧化物，這樣的步驟稱為酸洗（pickling） 。化成處理是指用適當的化學溶液把鎂合金浸漬其中，利用化學反應形成鎂合金的化合物膜。此種薄膜隨溶液的種類可得到不同的顏色，所形成的皮膜又屬多孔性，對塗裝的附著力有相當的幫助。4.2 散熱系統筆記型電腦主要是由一大堆電子元件構成，這
12、些元件本身對電能的消耗，最後通常以熱的方式釋放出來。在眾多元件中，消耗電能最大的有處理器、顯示晶片及晶片組等。其中以處理器發散出來的熱最多，也是被列為首號加重處理的元件。受限於筆記型電腦的高度、寬度與內含空間等因素，散熱設計是一大挑戰。桌上型電腦處理器散熱裝置使用的散熱片是將熱導引到葉片上，筆記型電腦的做法類似，但製作的更精細精巧。大部分的導熱系統主要是以一塊鋁基板當作熱的導體，把熱引導到可以通風的地方，透過風扇的運作把熱快速的帶走。散熱元件散熱元件設計的考量主要有導熱係數高、截面積大、體積大等要素。導熱材料的選擇通常因為金屬導熱係數高，因此最常以銅或鋁最主要材料。影響熱傳導因素還有截面積大小
13、，從處理器發熱源開始到整個散熱片的末端，截面積越大其導熱速度越快。而體積大代表的是熱儲存量越大，因此愈大的散熱裝置可吸收的熱越多。以下介紹筆記型電腦處理器散熱裝置的基本組成與結構：導熱片(Heat Spreaders)、散熱片與遠端熱交換、熱導管、風扇導熱片早期處理器在 PII 時代筆記型電腦的散熱是採用一大塊鋁塊來將熱從處理器帶走，通常將導熱片置於鍵盤之下。一般筆記型鍵盤大約 28X11 公分，這機械前處理酸洗 鋅置換處理化成處理鍍銅處理非電解鍍鎳處理製品化學除油脂底漆處理塗裝處理 真空覆膜 電解鍍金處理樣的面積足夠將熱源擴散均勻。導 熱 片 內 含 散 熱 片 與 熱 導 管 的 圖 例
14、。散熱片（遠端熱交換 RHE，Remote Heat Exchange）散熱片從發熱源將把熱傳導到散熱片的葉片上，再透過空氣的熱交換方式，把葉片上的熱發散到空氣中。目前散熱片的製造方式，主要有三種不同類型：鋁擠型、壓鑄型、焊接型。鋁擠型是最常見的散熱片加工方式，雖然加工成本低，但所能成型的構造也相對簡單且體積大，因此很少應用在筆記型電腦上。壓鑄型同樣也是一體成型的加工技術，但因是使用金屬模具製作，可以製作出彎曲或其他造型之構造，且散熱葉片可以做的很細很薄。焊接型是一種常見的散熱片加工方式，有些是採用黏接或卯接的方式來製作，因為鋁質材料要焊接並不容易，加熱過程易出現氧化現象，因此通常採用氬焊來施
15、工。熱導管（Heat Pipe）熱導管是一個傳熱速度很快的加速管，它直接黏焊在散熱片上。熱導管是個很精巧的裝置，為了降低高度通常施以扁平加工以節省空間。從內部的管壁來看，其構造相當複雜。管內會填充液體，液體的選用應具有絕緣、高導熱係數、高沸點、內聚力低等特色。熱導管的目的就是把熱更快的傳導到其他點，液體注入到管內當然導熱係數要夠高才能達到加速傳熱的目的。液體的高沸點是防止這些導熱管因為熱傳導而把內部液體煮沸，這會造成管內壓力不平衡，很容易使熱導管破裂。熱導管中有很多微細管路，利用液體的毛細現象才能更快的把熱傳導出去。因此液體的內聚力要小，才更容易在毛細管中跑的更快。此外，在電器裝置中，絕緣是第
16、一要務，萬一液體洩漏出管外，絕不能有造成電器短路的可能性發生。風扇任何散熱片加上一座風扇之後，就從利用周圍空氣的被動式冷卻作業，變成使用自有空氣資源的主動式冷卻作業。一般散熱片加上風扇後，熱阻抗會比原來低四分之一。例如，一個一又二分之一吋高、2 吋見方的散熱片熱阻抗為5/W at 200 200 lfm(linear feet/minute) ，另上風扇後，阻抗降為 1.2/W。空間設計筆記型電腦能用的空間不多，擺入電池、硬碟、光碟裝置、PCMCIA、電源供應與充電器後所剩的空間真的蓼蓼無幾。系統熱源主要來自於處理器，因此若將風扇裝置於處理器上可能空間不足，於是逐漸發展出整組的散熱裝置，包括風扇、導熱片及熱導管。設計時通常將處理器與小散熱片間接上導溫材料熱導管，用以將散熱片上的熱傳導至導熱片上。再利用風扇將導熱片上的熱以氣流傳動方式帶走。筆記型電腦能讓空氣流動的動線，很少有直線的設計。通常設計方式則是將風扇置於主機邊，如此便可排出熱風並吸入冷風來散熱。也就是冷空氣的流動，經常出現彎曲或圓弧的走法。這時散熱葉片的設計
