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4. 散热设计

本章介绍LQ50 M.2和LQ50 DUO M.2卡在系统集成设计中的散热方案、温度监测方式、PWM 风扇控制策略以及参考系统散热设计建议。

4.1. 散热设计概述​

LQ50 M.2和LQ50 DUO M.2卡表面发热器件分布较集中，且不同器件高度存在差异。进行散热设计时，需要同时考虑芯片、LPDDR、供电器件及其他关键发热器件的热量传递路径，避免局部热点导致器件温度过高。

根据整机结构和应用场景，常见散热方式包括：

  • 模组级散热： 通过铜均热板将模组表面发热器件的热量均匀传递至散热器，再通过鳍片和风扇将热量带出。

  • 系统级散热： 通过均热板、导热垫、导热块、系统外壳、机箱风道和系统风扇共同完成散热。

  • 新型主动散热： 面向小体积、低噪声、紧凑型终端场景，可探索固态主动散热等新型散热方案。

用户应优先确保散热器与主要发热器件之间具备可靠、连续、低热阻的导热路径，并结合目标环境温度、整机风道和实际业务负载进行热测试。

4.2. 铜均热板与散热器组合方案​

LQ50 M.2和LQ50 DUO M.2表面发热器件存在高度差，且主要发热器件较集中。为提高热量分布均匀性，建议使用与模组器件尺寸和热特性匹配的铜均热板。铜均热板内侧贴合模组发热器件表面，外侧形成较平整的导热面，可进一步连接散热器或系统级散热结构。

该方案通常由以下部分组成：

  • 铜均热板；

  • 导热垫或其他导热界面材料；

  • 散热器或散热马甲（仅LQ50 M.2支持散热马甲）；

  • 风扇或系统风道。

铜均热板用于降低局部热点，将芯片、LPDDR 及其他发热器件的热量扩散至更大的散热面积；散热器用于进一步将热量传递至空气中。

4.2.1. 散热性能参考​

下表为LQ50 M.2在室温环境下，采用“铜均热板 + 散热器”方案进行30分钟压测的参考结果。该数据仅作为散热方案评估参考，不作为所有整机环境下的保证值。实际温度结果会受到环境温度、风道设计、散热器规格、导热材料、安装压力及业务负载影响。

表 4.1 LQ50 M.2铜均热板+散热器室温环温下30分钟压测参考性能 板卡功耗DDR最高温CORE最高温
双核压测 14.63W41.5°C41.5°C
单核压测 12.68W38.2°C37.9°C
卷积压测 22.76W56.6°C59.6°C

用户应在目标整机环境中，按照实际业务模型、目标环境温度和连续运行时间进行热验证。

4.2.2. 铜均热板结构说明​

铜均热板内侧用于贴合模组发热器件表面。设计时应保证铜均热板与主要发热器件之间具有良好的接触关系，并根据器件高度差选择合适厚度和硬度的导热界面材料。

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图 4.1 铜均热板内侧示意图

铜均热板外侧建议作为散热器或系统导热结构的贴合面。该表面应尽量保持平整，以降低与散热器、导热垫或系统外壳之间的接触热阻。

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图 4.2 铜均热板外侧示意图

铜均热板侧视结构如下图所示。

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图 4.3 铜均热板侧视图

4.2.3. 散热器规格​

散热器可选用定制散热马甲或通用M.2散热器。其中，定制散热马甲仅适用于LQ50 M.2；LQ50 DUO M.2不支持定制散热马甲，可根据结构空间和散热能力评估使用通用M.2散热器。

4.2.3.1. 通用散热器​

通用M.2散热器可根据结构空间和散热能力评估后用于LQ50 M.2或LQ50 DUO M.2。通用散热器通常用于高性能 M.2 固态硬盘场景，部分型号集成风扇，需要额外提供4pin风扇供电。使用通用 M.2散热器前，应确认散热器尺寸、安装方式、风扇供电方式、器件避让空间以及整机风道是否满足系统集成要求。例如，可参考利民 HR-10 2280 Pro 等高性能散热器方案。

4.2.3.2. 散热马甲​

定制散热马甲仅适用于LQ50 M.2。定制散热马甲通常采用铜底、铝鳍片和热管组合，并集成小型风扇。如下图所示，参考散热马甲规格为：铜底 + 铝鳍片 + 热管，2010 风扇，高度 10 mm。

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图 4.4 散热马甲规格与结构示意图

散热马甲安装后的效果如下图所示。

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图 4.5 散热马甲安装效果图

如果散热马甲风扇通过M.2模组供电，需要搭配焊接了风扇座的LQ50 M.2。若使用外部风扇或系统风扇，应根据风扇额定电压、电流和控制方式进行独立供电与控制设计。

4.3. 系统级散热集成方案​

在整机集成设计中，模组散热不应只依赖单一器件级散热器，还需要结合整机空间、机箱结构、进出风路径和系统风扇能力进行整体设计。以下方案可作为系统级散热集成参考。

4.3.1. M.2集成风扇散热方案​

该方案使用带有M.2散热外壳的模组，风扇与M.2模组集成在一起，可直接通过M.2供电，无需额外4pin风扇供电。该方案结构紧凑，适用于空间受限且需要对关键芯片进行主动散热的系统。

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图 4.6 M.2集成风扇散热方案示意图

该方案适用于空间受限、需要对关键芯片主动散热的系统，例如ASUS NUC 15 Pro，其外壳通常预留通风散热网，以配合模组风扇形成有效气流。

4.3.2. 均热板与系统外壳导热方案​

该方案在LQ50 M.2模组上增加金属均热板，均热板下端通过导热介质贴合模组发热器件，上端形成平整导热面，并通过导热垫、导热胶或导热块连接至系统外壳内侧散热凸起，将热量传导至整机外壳。

系统外壳可通过以下方式进一步散热：

  • 外壳表面自然散热；

  • 外壳内部风扇主动散热；

  • 系统风道被动带走热量。

参考外壳风扇规格为：直径 60 mm，高度 10 mm。

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图 4.7 均热板与系统外壳导热方案示意图 此图仅为概念图，仅供参考

用户可联系后摩技术支持工程师获取参考系统推荐。

4.3.3. 机箱风道与风扇散热方案​

在空间较大的系统中，可通过机箱风道、底壳风扇、散热鳍片、导热介质和导风罩构建系统级主动散热路径。此类方案通常适用于整机内部具备独立风道、外壳出风口和系统风扇安装空间的场景。

4.3.3.1. 底壳风扇与铜鳍片散热方案​

该方案将散热风扇固定在底壳上，并与机箱内部两侧的纯铜散热鳍片模组分开放置。涡轮风扇从机身底部吸入冷空气后，经导风罩吹向散热鳍片。空气流经鳍片后从机身出风口排出，从而带走系统内部热量。例如，可参考ASUS NUC 15Pro+ 等紧凑型主机设计，通过底壳风扇、导风罩和机箱内部散热鳍片形成系统级主动风道。

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图 4.8 底壳风扇与铜鳍片散热方案示意图

4.3.3.2. 散热鳍片、导热介质与风扇组合方案​

该方案采用“散热鳍片 + 导热块/导热垫 + 风扇”的组合结构。散热鳍片下方可设计与模组贴合的凸台，凸台与发热器件之间通过导热垫或导热胶连接。为降低接触热阻，凸台与模组之间应保持良好贴合，建议贴合间隙小于0.2 mm。

散热鳍片上方可加装风扇，通过风扇气流将鳍片上的热量经外壳出风口带出。

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图 4.9 散热鳍片、导热介质与风扇组合方案示意图 此图仅为概念图，仅供参考

用户可联系后摩技术支持工程师获取参考系统推荐。

4.4. 新型散热方案探索​

对于平板、超薄本、Mini PC、桌面消费级设备等紧凑型终端，传统微型离心风扇难以提供足够静压以克服系统流阻。当设备配置高密度防尘网或防水膜时，气流极易被完全阻隔，导致散热失效。为满足小体积、低噪声和高可靠性需求，可探索固态主动散热等新型散热方案。

传统微型离心风扇在紧凑型设备中可能存在以下限制：

  • 静压不足： 当设备配置高密度防尘网或防水膜时，传统微型风扇难以提供足够静压克服系统流阻，可能导致气流受阻，影响散热效果。

  • 噪声和振动明显： 为弥补散热能力不足，机械风扇常需工作在 10000RPM 以上的高转速区间，进而产生高频啸叫与轴承振动。

因此，在小体积、低噪声、桌面消费级场景中，可结合整机结构和热耗目标评估新型散热方案的导入可行性。

4.4.1. 固态主动散热方案​

固态主动散热（Solid-State Active Cooling，SSAC）无旋转部件，可通过微观膜片振动或电场效应驱动气流。主流商业化方案可采用脉动射流冲击原理，通过高速气流直接冲击热源表面，破坏热边界层，从而提升对流换热效率。

固态主动散热的典型工作流程如下：

  1. 吸气： 超声频振动的内部膜片产生吸力，吸入冷空气。

  2. 换热： 气流直接冲击热源表面，破坏热边界层，提升对流换热效率。

  3. 排气： 受热空气以脉动射流形式高速排出。

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图 4.10 固态主动散热工作原理示意图 此图仅为概念图，仅供参考

固态主动散热方案通常具备较高背压能力，有助于提升受限风道中的有效气流。对于带防尘网、防水膜、紧凑风道或半密闭结构的设备，该类方案可作为小体积、低噪声主动散热方案的探索方向。具体散热效果需结合整机结构、系统流阻和目标热耗进行验证。

表 4.2 固态主动散热方案参考对比 参数传统笔记本风扇涡轮风扇固态主动散热器x1固态主动散热器 x2
散热能力总功率 （温度85°C，环境温度25°C）10.75W60W7.5W15W
最大噪音 （装置内，距离50cm）37dBA69dBA21dBA24dBA
风扇本身功耗1.5W3W1.2W2.4W
背压195 Pa1750 Pa1750 Pa1750 Pa
尺寸/重量75655mm / 46g963394mm / 180g41273mm / 8g41543mm / 16g
防尘nonoyesyes

固态主动散热方案属于新型散热方向，导入前应结合整机结构、风道阻抗、可靠性、量产可制造性和长期运行稳定性进行验证。

4.5. 温度监测与风扇控制​

LQ50 M.2和LQ50 DUO M.2的热管理设计需要同时考虑温度监测、风扇控制和系统级保护策略。系统应根据关键发热器件温度动态调整风扇转速，避免低负载下散热过剩造成噪声和功耗浪费，也避免高负载下散热不足导致温度过高。

4.5.1. 温度监测方式​

M50及卡上部分发热器件的结温信息可通过API或SMBUS读取。用户可根据系统设计选择不同温度监测方式：

  • 通过SMBUS读取芯片温度，由Host控制外部散热器或系统风扇进行降温。

  • 通过 API 读取温度信息，并结合用户自定义控制策略实现风扇调速。

  • 使用 M.2 风扇座子输出的 PWM 控制信号驱动外部散热器风扇，实现基于后摩热管理策略的风扇调速。

需要注意：

  • M50及卡上发热器件结温信息可以通过 API 或 SMBUS 读取。

  • 后摩热管理策略中用于控制冷却器件的 PWM 控制信号，不能通过 API 或 SMBUS 被外部读取访问。

  • PWM 信号仅通过板上的风扇4pin座子对外提供控制信号，且仅能带载3.3 V风扇，例如自研散热马甲风扇。

4.5.2. PWM 风扇控制策略​

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）风扇通过快速切换供电通断来调节风扇转速。系统可根据温度变化动态调整 PWM 占空比，实现不同温度区间下的风扇调速。

PWM 风扇控制具备以下优势：

  • 精准调速： 根据温度动态调节转速，避免固定转速造成散热过剩或散热不足。

  • 降噪节能： 低负载时降低风扇转速，减少噪声和功耗；高负载时提高转速，保障散热能力。

参考风扇控制策略如下表所示。

表 4.3 PWM 风扇控制参考策略 温度区间风扇档位PWM 占空比状态说明
0°C ~ 50°C00风扇不动
50°C ~ 60°C0 ~ 30 32 64 96微风
60°C ~ 70°C3 ~ 696 128 160 192较大
70°C ~ 80°C6 ~ 8192 224 255较大到全速
80°C ~ 90°C8255全速
90°C ~ 105°C8255降频

= 105°C | NA | NA | 重启

该表为参考控制策略。用户在整机设计中应结合风扇规格、噪声目标、散热器能力、系统风道和业务负载进行调试。

4.5.3. 系统集成设计建议​

用户在进行散热和风扇控制设计时，建议遵循以下原则：

  • 优先保证主要发热器件至散热器或系统外壳之间的导热路径连续、可靠。

  • 根据器件高度差选择合适的导热垫、导热胶或导热块，避免局部悬空或接触不良。

  • 散热器、均热板和导热界面材料应具备稳定的装配压力，避免长期运行后热阻增大。

  • 若使用 M.2 板载风扇座子驱动风扇，应确认风扇电压、电流和控制方式满足 3.3 V 风扇带载要求。

  • 若使用外部系统风扇，建议由 Host 根据芯片温度进行闭环调速控制。

  • 对于无风扇或弱风道系统，应重点验证高温环境、长时间高负载和连续推理场景下的温度裕量。

  • 对于固态主动散热等新型方案，应在导入前完成系统流阻、噪声、可靠性和量产一致性验证。

参考热管理策略包括：

  • 方案一： 通过 SMBUS 读取芯片温度，由 Host 控制外部散热器或系统风扇进行降温。

  • 方案二： 通过 M.2 风扇座子驱动外部散热器风扇，实现基于后摩热管理策略的自动调速。该方案需要使用支持 3.3 V 驱动的风扇。