甩開扇葉走出實驗室 離子風散熱器力推「無扇製風」
‧零組件 2011/01/24
利用正負離子中和原理的無扇製風技術，已經打開實驗室大門昂首邁向商用之路，這般革命性的進展，讓傳統散熱器製造業者均不敢小覷。
【撰文／朱致宜】
摩爾定律雖然在半導體產業仍然適用，但是卻備受質疑，其中一項原因，正是散熱系統的研發腳步明顯未跟上晶圓製程的飛速進展。利用正負離子中和原理的無扇製風技術，已經打開實驗室大門昂首邁向商用之路，這般革命性的進展，讓傳統散熱器製造業者均不敢小覷。
受惠於半導體製程不斷精進，讓終端產品的體積得以不斷縮小。從小筆電到平板電腦、再到智慧型手機，電子產品的各項零組件不約而同開始迷你化，參與瘦身計劃的除了螢幕面板、電池、轉接元件之外，散熱器也列於隊伍之中。然而，傳統的散熱器如風扇等技術，正面臨極大的技術挑戰。
半導體製程乘噴射機離去 散熱器還在原地
散熱真的很重要！根據統計，有55%的電子元件故障都是溫度惹的禍，默默耕耘的散熱器雖然不是鎂光燈的焦點，但是任何電子產品都需要它。傳統散熱器分做主動與被動兩種形式，最常見的主動式散熱器就是我們所熟知的風扇，但是風扇運轉帶來的噪音與灰塵是頗大困擾；而被動式的對流散熱設計也可在LED照明系統，蘋果電腦的Mac Air也透過機身材質設計來幫助散熱。
但這些改進仍然跟不上半導體製程的精進速度，元件縮小堆疊造成熱傳量爆炸性增加，加上消費性電子產品體積縮水，有限的元件空間很難再容下風扇此等龐然大物；傳統散熱技術宛若驅車追趕噴射機一般叫苦連天，無論買方或賣方，都相當盼望市場上能出現克服空間、噪音與功耗的「無扇製風」的散熱系統。
「無扇製風」其實並非嶄新詞彙，但過去都是研究機構中的概念與實驗。不過今年下半年起，實驗室中的概念已經擁有量產能力積極尋找合作對象中，已有媒體露出的公司是TESSERA與Ventiva，很巧的是，兩家公司替新技術取的名字雖然不同，但都是利用氣體放電、正負電子中和所產生的空氣流動，達到散熱效果。
空氣放電 正負離子中和造風
TESSERA是在2007年自美國華盛頓大學取得授權，而Ventiva則是從普渡大學得到研究基礎。無論是「電暈風」（Corona Wind）或是「離子風」（Ionic Wind），運作的原理大致相同。
以此原理製程的散熱器，晶片上以下凹的格柵作為帶電導線，當直流電壓接通後，空氣分子在強的電場作用下，負離子會脫離軌道、被正放電電極吸引並且中和，剩下的正離子繼續撞擊空氣，產生更多的正離子，正負離子交換電極的過程中，便會牽引空氣流動。
當然，這項造風的先決條件就是要掌控電壓得宜，並且另外增加一些技術條件，否則電暈不過是電力系統中造成電力耗損的負面效應。從實驗室走出，兩家廠商的技術細節均相當保密，不過，從理論面來探討，電壓一定要作足才能產生牽引作用，兩個電極開口如是尖銳、不平整的，所產生的造風效果也會較佳。
縮減1/4體積 摩爾定律的堅強後盾
科學界對氣體放電的研究開始得很早，但多半是著眼於「抑制」其帶來的負面效果，以免成為電力系統損耗的一顆老鼠屎；高壓電線會加上均壓遮罩，就是為了避免電能因電暈作用而產生損耗。用在無扇製風上，最大風速有2.4米/秒，而普通的小型機械風扇風速僅0.7~1.7米/秒，更重要的是，尤於完全不需要扇葉此種機械構件，體積相對之下縮小至1/4。
【完整內容請見《零組件雜誌》2011.1月號】