笔记本电脑结构及原理.doc

題目：筆記型電腦之基本架構與各類功能介面介紹。一、筆記型電腦之分類：二、筆記型電腦之架構與組成：2.1邏輯電路運作（Block diagram）2.2基本組成與架構三、主要元件與介面功能介紹3.1液晶顯示器LCD3.2 處理器3.3週邊傳輸介面(USB、IEEE1394、IrDA、 PCMCIA、MiniPCI / MDC)四、主要技術介紹4.1鎂鋁外殼應用4.2散熱系統4.3電源管理五、桌上型電腦與筆記型電腦之差異/相同一、筆記型電腦之分類：筆記型電腦依種類可分為三類：全功能型(All in one)、超薄型、旗艦型。全功能型機種是指配備硬碟、光碟機、軟碟機等電腦基本元件之機型，由於它將一般使用者較常使用的設備都裝在機台上，因此通常這一類的機型高度比較厚約為30mm至50mm間。超薄型機種的設計訴求在於輕薄，也因此對於整體機台的重量與厚度有更嚴苛的要求，如此對設計者而言將極具挑戰。通常此類機型的厚度以不超過30mm為原則，重量約在1.5公斤至2公斤之間。旗艦型機種主要以搭配高檔配備為訴求，其機台本身通常也是全功能型機種之一類。下表一為華碩系列筆記型電腦規格表。下表二為華碩筆記型電腦系列之分類。筆記型電腦依規格可分：一軸型（one spindle）、二軸型（two spindle）、三軸型（three spindle）。這樣的分類是以筆記型電腦系統本體而言，不包含其他外接設備。一般所指主軸是指有轉軸之裝備而言，就筆記型電腦來說有主軸之裝備包括硬碟（Hard Disk）、光碟機（CD-ROM）以及軟碟機（Floppy）等三種。而硬碟乃必要之配備，因此無論是幾軸的規格必定包含硬碟機。下表三是華碩筆記型電腦系列依規格之分類。表一、華碩系列筆記型電腦規格表種類全功能型超薄型機種P6F7L8A1B1B2L2S8M8/M1T9S1M2長322318310308326344310296298.5310296306寬245250256249267277262230236255240246高5046.53541324538/432529.828.521/2922/37重量3//8尺寸單位：mm；重量單位：kg表二、ASUS series Notebook分類初期目前未來全功能型(All in one)P6、F7、L7A1、L8B1、L1、L2超薄型M8S8、M1、T9S1、M2旗艦型L8B2表三、華碩筆記型電腦依規格之分類分類全功能型(All in one)超薄型旗艦型機種A1L8S8M1T9L8規格（spindle）331213二、筆記型電腦之架構與組成：2.1邏輯電路運作（Block diagram）一部電腦的運作，不論是桌上型電腦或筆記型電腦，對使用者來說就是一種輸入與輸出的動作。亦即經由使用者以鍵盤、滑鼠等動作做為輸入工具，而期待電腦所能呈現的是他所要的輸出結果，包括結果的正確性和顯示該結果的媒介。而掌管電腦內部邏輯電路運作的主要基本元件包含了北橋、南僑晶片、微處理器、顯示晶片、記憶體以及其他控制晶片，彼此間的關聯如圖所示。北橋晶片以AGP匯流排連接顯示晶片，以RAM BUS連接記憶體。同時以Host BUS介面上連處理器，以PCI介面下接南僑晶片。南僑晶片為主要連接輸入/輸出裝備之晶片組。包含PCI BUS以及IDE BUS，音效卡、1394介面、PCMCIA介面、USB和LAN。並以Super I/O晶片連接LPT印表機、COM1、COM2、軟碟機以及IR紅外線裝置；以K/B controller晶片連接PS/2滑鼠、鍵盤和觸控板。處理器暫存器Register北橋晶片(MCH)南橋晶片(I/OCH)L1 CacheL2 CachePCI BUSUSB記憶體LANIDE BUS顯示晶片AGP螢幕SIOCOMPrint portIRFDDAC97CDROMHDDK/B controller1394K/B T/P PS/2PCMCIA2.2基本組成與架構依據上一單元可知，一部電腦包含了邏輯電路與輸入/輸出介面二大部分。輸入/輸出介面則是由我們從電腦外觀可以看的到且碰得到的，包括鍵盤輸入文字、滑鼠控制游標、硬碟機（或光碟機、軟碟機）儲存讀取資料、螢幕（CRT、TFT-LCD）顯示畫面或字幕等等；此外，PCI BUS可擴充其他週邊設備，包含音效卡、網路卡、數據卡等等。就Note Book而言，因為先天空間上的限制，使得以上所述的各種周邊擴充裝置或介面都必須加以重新設計，或者整合，或者縮小，或者發展出新的規格以符合所需。而將所有元件壓縮在某一特定的小空間，勢必得犧牲某方面的功能或以其他方式加以擴充所需的設備，而其中最重要且關鍵的技術便是整體散熱技術的設計，以滿足越來越高頻的處理器。因此，產品設計的方向便朝以滿足不同領域、不同需求的使用者來設計，於是逐漸發展出所謂超薄型機種（Slim Type），以及全功能型機種（All in one）等規格，而更有所謂旗艦型機種問世以滿足專業、追求速度與功能之玩家。我們以華碩所生產M1A產品為例，來說明筆記型電腦之基本組成與架構。M1A是一款超薄型機種，且是Two Spindle設計。包括內接式硬碟機以及一組可以擴充之抽拔式模組，可接CDROM或軟碟機或第二顆硬碟。筆記型電腦就結構上可區分為兩大部分，第一部份即是LCD模組，第二部分是系統模組(Base Module)。LCD模組乃純粹是視覺輸出介面，同時扮演筆記型電腦開關門戶的一個角色。一般設計均會在LCD模組關合至系統模組時，有一機械結構作為系統休眠(Suspend)的功能，以作為節省電源之用。再來從系統後側來觀察其週邊介面，由左至右分別為Modem、LAN、IR、IEEE1394、印表機序列埠、CRT接頭、PortDock/Bar介面、散熱口。左側面分別是熱風散熱口、Adapter、USB介面、PCMCIA介面。右側則是一組可抽取式介面之擴充槽，可以安插CDROM、DVDROM、FDD、2nd HDD。打開液晶螢幕後，系統本體上方左側有四組快捷鍵，可以快速啟動收發信件軟體及瀏覽器，以及兩組可由使用者自行定義之按鍵。右側有四組LED顯示燈。最外兩側是隱藏式喇叭。中間上方則是電源按鍵及麥克風。鍵盤下方是觸控板以及按鍵。Modem LANIRParallelCRTThermal IEEE 1394 PortDock/ PortBar68 Pin ConnectorThermal VentilationUSBPCMCIA SlotAC InModule Bay for CD-ROM/DVD/ CD-RW/ FDD/ 2nd HDDSpeakerPower KnobInstant KeyMicrophoneKey BoardTouch PadT/P Knob三、主要元件與介面功能介紹3.1液晶顯示器LCD液晶顯示器是筆記型電腦主要的視覺輸出，對一般使用者來說是最重要的一種輸出裝置。由於它不像CRT顯示器使用映像管來作輸出，而是利用薄膜電晶體的技術來製作，因此可以製作成很薄的平面顯示裝置。這樣的特性恰好符合筆記型電腦可攜性的需求，因此液晶顯示器首先應用在筆記型電腦。目前液晶顯示器在筆記型電腦主要以1214吋為主流，顯示模式依面板尺寸可區分為VGA640X480、SVGA800X600、XGA1024X768等模式，其中640X480是指螢幕的長與寬方向上可呈現的像素數（pixels），也就是說在橫向有640個像素，縱向有480個像素。因此，越大尺吋的顯示器其所需的像素也相對越多，這也是通常我們常用解析度（resolution）這個名詞來說明這個顯示器的呈像能力。液晶顯示器的呈像原理液晶顯示器內之液晶分子是一種線性的(Nematic)熱致性(Thermotropic)液晶分子，是一種長條狀會隨電壓不同而改變其排列狀態的一種植物性化合物。利用液晶分子這樣的特性，來製作成多彩的液晶螢幕。就每一個基本像素而言，它的構造如圖所示。共有三個sub-Pixels，分別是紅綠藍(R,G,B)，在C/F Glass與TFT Glass間有電壓差以控制液晶分子的排列狀態。 300 (Approx)Common ElectrodeOne PixelData LinePixel ElectrodeGate Line)C/F GlassTFT Glass利用液晶分子的旋轉特性來達到液晶分子排列方向控制，以達成不同透光率的目的。如圖所示，當不加電壓時液晶分子的旋轉特性使得光線自底下橫向偏光板經液晶後轉折九十度從縱向偏光板射出，因此可以表現該色sub-Pixels的色彩。若加電壓後液晶分子的排列方向如圖中所示是呈現規則的直線狀態，因此當光線透過偏光板後因液晶分子無法提供旋轉介質的功能，所以對上層面板而言所呈現的便是不透光的現象。再利用調整電壓的程度，我們可以來控制光線透過偏光板的多寡，因此可以作多層的灰階控制，同時是彩色的像素呈現出來。-White (TFT Off)Black (TFT On)PolarizerLiquid Crystal3.2 處理器處理器是電腦系統的運算核心，相同架構的產品廠商會因不同的使用需求而有不同的設計與製造。針對筆記型電腦所設計的處理器更是有極為嚴苛的規格標準，以因應在極為有限的空間內所要求的尺寸規格、電壓要求、散熱處理等條件。也因為如此的緣故，筆記型電腦處理器應用的時程總是會落後桌上型電腦一段時日，以克服上述問題。以下針對處理器不同的製程與封裝技術分別說明。MMC-1應用於筆記型電腦處理器的半導體製程與封裝技術，早期發展出如MMC-1（Mobile Module Connector）的模組設計。該模組是以一塊小轉板的方式連接主機板，系統高度受限於MMC-1與主機板的高度，因此無法做出非常薄的筆記型電腦。此模組不僅僅只是一款CPU而已，其內包含CPU、北橋、L2 快取記憶體與電壓模組。Intel的此款筆記型模組內含MMX的Pentium CPU與 TX晶片組。之後，Intel 將 MMC-1 (Mobile Module Connector 1) 升級成 Pentium II 之CPU，並內含額外第二階快取與 BX 晶片組。不過 Pentium MMC-1 模組的晶片組為 TX，同時支援 SDRAM 與 EDO 記憶體，而 Pentium II / Celeron MMC-1 模組晶片組為 BX，使該模組僅支援 SDRAM。MMC-1 接頭分成四路、共有280個接腳。 移掉導熱盤的 MMC-1 晶片圖 包含外部L2 快取的CPU的MMC-1晶片圖 MMC-2MMC-2與MMC-1最大的不同就是，MMC-1模組以PCI介面來連接筆記型電腦的主機板，而MMC-2(Mobile Module Connector 2) 則是利用AGP/PCI 介面。MMC-2 接頭有 10 路、共 400 個接腳，因此與 MMC-1接腳不相容，也就不可能將MMC1插入 MMC-2的插槽或將MMC2插入 MMC-1 的插槽。 內含 BX晶片的 MMC-2能支援 AGP，但 MMC-1 無法使用。MMC-2 則在筆記型電腦中使用了 AGP顯示卡以提供 3D圖形與更佳的 DVD 影片播放效果。至於電壓方面，MMC-2與 MMC-1 相同，都是用 1.6伏特。而且內建快取的優點很明顯，不只能減少大約4克的重量，更能減低耗電量。MMC-2 接頭的檢視Mini-Cartridge 在MMC-1模組流通的同時，Intel 另外推出了另一款不同形式的筆記型CPU模組Mini-Cartridge，也是首先將第二階快取內建的CPU之一。系列模組電壓用1.6V，Mini-Cartridge內部包含CPU核心、快取、控溫半導體與感應器。Mini-Cartridge接頭有8路，共有240隻接腳。模組幾乎都用BX晶片組。 BGA-1隨著市場對筆記型電腦輕薄短小的要求。目前筆記型CPU如 MMC-1、MMC-2與Mini-Cartridge還是要佔掉很多空間，而且模組與接頭的高度大約為10釐米左右。如果想要做出筆記型電腦包含外殼、顯示螢幕高度不超過3公分時，則必須用不同的CPU接頭模組方案才行。BGA是Ball Grid Array for surface mount的簡寫。因為已經內建第二階快取，因此沒必要像MMC1與 MMC-2一樣，加一塊額外的電路版。當CPU鞍上後，BGA-1 CPU高度僅約2.5釐米，僅為MMC-1或MMC-2的1/4。BGA1系列CPU的優點在於其使用之電壓低。輕薄的筆記型電腦受限於高度與大小，因此散熱不易。為此，將BGA系列的CPU電壓降低，以減少TDPmax值。又因為BGA1系列均銲在筆記型電腦的主機板上，因此升級便無法隨心所欲了。 BGA-1 CPU鳥視圖 BGA-1 CPU底圖Micro-PGA1Micro-PGA1形式的CPU結合BGA-1與插座型CPU的優點，BGA CPU包含接腳可接於小塊電路版上，高度僅增加成3.5釐米，包含接腳的 1.25釐米；而可插拔的特性提供使用者輕易升級與製造商庫存成本降低的壓力。此款CPU的缺點之一，就是必須手動調整CPU之倍頻。這是頭一遭也是後一次您所聽到需調整跳線的筆記型CPU，其他款的CPU模組之倍頻皆由系統自動偵測。 Micro-PGA1 CPU鳥視圖 Micro-PGA1 CPU底圖BGA-2就像BGA-1模組的CPU一樣，BGA-2的CPU也是銲死在筆記型電腦的主機板上。而BGA-2模組已晉升至Pentium III系列，並且是可減少 MMC-2 模組成本的攜帶型模組。其特色是100MHz 外頻(FSB)、自動偵測倍頻、並具有階頻技術以及其他 Pentium III 所具有之優點。沒有其他款模組能像 BGA-2一樣，提供如此多款低電壓以及快速的CPU。Intel用600-500 LV Mhz CPU來對抗 Transmeta 所推出的低電量CPU。在一般電源模式下，該CPU僅用 1.35伏，而電池模式下僅需 1.1伏特。 BGA-2 CPU鳥視圖 BGA-2 CPU底部Micro-PGA2Micro-PGAMicro-PGA1Micro-PGA2接腳數615495VID 接腳數05外頻(FSB)66MHz100MHz66MHz100MHz133MHz未連接之接腳數24324大小36 x 32mm34 x 28mmMicro-PGA2的封裝方式與桌上型的PGA有點像，其下方是一面密密麻麻的針腳，使用專用的腳座就可以插拔，因此升級非常方便。目前幾乎所有All-in-one的機型皆使用Micro-PGA2的CPU。以下列出Micro-PGA2與Micro-PGA1的差異處。 Micro-PGA2 CPU鳥視圖 Micro-PGA2 CPU底圖下表是華碩筆記型電腦系列產品內部所採用處理器之類型。Intel Spec.ProgressASUS NB SeriesMMC-1P6,L7,L7C,L73DMini-CartridgeMMC-2F7BGA-1Micro-PGA1L7B,M8BGA-2Micro-PGA2L7E,L73G,L7H,S8,M1,A1,L8Ce,T9,B1A,L1Micro-FC-PGAS1,M2,B2B,L8KMicro-FC-PGA2L8L,L8F,B1B,L2A*A1D-AMD K7 mobile CPU3.3週邊傳輸介面(USB、IEEE1394、IrDA、 PCMCIA、MiniPCI / MDC)USBUSB（Universal Serial Bus），中文常翻譯為通用序列匯流排，或俗稱萬用連接埠，是由Intel、Microsoft、IBM、Compaq、Digital、HP、Lucent、NEC、Northern Telecom、Philips等多家廠商共同推出的下一代匯流排標準。USB是一種串列通訊協定（serial protocol），它負責實體層和鏈結層（Link layer）的建立。它支援慢速的資料傳輸，例如：滑鼠的輸入數據；也支援快速的數位壓縮影音資訊。USB有兩對線，一對是傳送數據，另一對是提供給週邊設備所需的電源線。目前最新USB規格為2.0版，USB 2.0的傳輸速度為每秒至少可達360 Mbps，甚至可高達480Mbps，為現有USB1.1版的40倍。而且在Intel的推波助瀾之下，USB顯然已是下一代匯流排之候選人中，最有希望成功且應用普及的一項介面規格。USB是一個設計良好的隨插即用規格，因此不需使用任何的開關或連接器來進行組態的工作，對使用者來說，它最大的好處是可以在不需要重新開機的情況之下安裝硬體。USB在設計上可以讓高達127個週邊設備在匯流排上同時運作，並且擁有比傳統的RS-232串列與並列介面快上許多的資料傳輸速度。就筆記型電腦來說，USB介面仍以1.1版為主，應用的範圍包括滑鼠、軟碟機、印表機等低速傳輸設備。目前的高速傳輸介面趨勢主要以IEEE1394來作為網際網路介面、數位影像輸入介面或掃描介面等。IEEE1394為何叫1394?因IEEE協會報告編號正好第1394號。網路化的普及亦連帶牽動數位影音設備如攝影機、照相機與DigiVCR加裝IEEE1394連接埠。目前1394已可支援400Mbps資料傳輸速率，比USB整整快了33倍，單獨介面最多可串接至63部裝置；除了數位視訊開始使用外，電腦週邊裝置也陸續採用，如外接式HDD、印表機、掃瞄器與光碟機等，主要看重1394的速度與易於使用。應用在筆記型電腦上更加使得可攜性裝置具備高效率與實用性。目前市面上支援1394傳輸介面的產品大多是採用IEEE 1394.a的規格，傳輸速度最高可達到400Mbps(50MB/sec)，未來還將會有IEEE 1394.b的規格，傳輸速度將可逐步提升到800Mbps、1.6Gbps，以及3.2Gbps的更高速規格。由於1394比USB 1.1的傳輸速度高出近40倍，並且接近Ultra ATA/66硬碟的傳輸速度，加上1394可以點對點(peer to peer)的方式傳輸資料，不像USB必須透過電腦系統才能作業，而且1394又具備與USB相同的隨插即用(Plug&Play)與熱插拔(Hot Plug)功能，也支援最高63個連接埠使用，因此，這一兩年許多日系廠商在數位攝影機(DV)、外接式磁碟機、外接式高倍速CD-RW燒錄機等需要高速傳輸介面的產品上，紛紛採用IEEE 1394傳輸規格。IEEE1394在規格定義上有六個pin腳，而在實際應用上，IEEE 1394接腳數有4 PIN和6 PIN。而筆記型電腦所使用上為4 PIN(少了POWER & GND)，而在DESKTOP則為6 PIN，因此若您使用1394 device須購買1394傳輸線時，請注意接在筆記型電腦為4 pin的接頭；此外您的1394 device一定要記得接上外接電源如此才能正常運作。IrDA紅外線標準協會（Infrared Data Associatoin）成立於1993年，是個非營利性組織，致力於建立無線傳播連接的世界標準，目前在全球擁有160個會員。目前現有的紅外線解決方案有SIR（Serial Infrared）提供115Kbps的傳輸速度、FIR（Fast Infrared）是4Mbps、VFIR（Very Fast Infrared）是16Mbps，AIR（Advanced Infrared）的速度是4Mbps，但是可做到多點傳輸。IrDA無線通訊技術的優點包括低價、成本約在25美金之間；傳輸速度最快可達16Mbps；不需申請頻道使用執照；低功率、少干擾。目前幾乎所有筆記型電腦均裝置有IrDA無線通訊裝置，以作為短距離間資料傳送之簡便工具。IrDA為簡單的Point & Shoot，因此網路功能薄弱，但是其大小及秏電又正適於安裝在HPC、PDA、Laptop等設備中。IrDA的另一缺點是必須將對傳之紅外線燈號相對以達到接收傳送之目的，且傳輸速度能不夠快速。相對的，另一項無線傳輸規格Bluetooth將取代IrDA。Bluetooth在網路之表現優於IrDA，而且Bluetooth在傳輸時並無屏蔽及方向性的問題，因此對範圍內之設備可提供較佳之橋接服務。PCMCIA1989年，國際個人電腦記憶卡協會（PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association）為攜帶式電腦公佈了內建電路板卡片的規格。在1991年九月,PCMCIA更定義I/O interface與最初的Memory Card使用相同68Pin connector 有共同的相容性,此為PCMCIA Standard 2.0的規格。在1995年因相容性、高速度的問題下, 經由整合“PCMCIA”及“JEIDA”標準後訂定新的規格(PC Card Standard 1995),並更名為“PC Card”。PCMCIA/PC卡，是用來擴充筆記型電腦的標準規格配備。侷限於筆記型電腦天生的尺寸，是不可能在其主機板上有一般ISA或PCI插槽的。第一個以PCMCIA規格發展出來的卡片是數據機卡，以及能增加系統記憶體的記憶體卡。現在，能看到各式各樣的PCMCIA卡以小小一張Type I或Type II規格出現，如56k數據機卡，ISDN卡，GSM（Global System for Mobile）大哥大卡，或LAN區域網路卡。Type III 形式有10.5mm厚度，它一張卡佔掉兩個Type II或Type I插槽，可以直接將LAN/Modem/ISDN信號線接頭就直接插在這種卡上。大部分的筆記型電腦都有配備兩個Type II的插槽。 Type I = 3.3mm 厚 Type II = 5.0mm厚 Type III = 10.5mm厚 MiniPCI / MDCIntel（英特爾）推行機動型電腦兩種架構標準，一種稱為MiniPCI（迷妳PCI）PCI卡槽，一種稱為MDC （Mobile Audio/Modem Daughter Card: 機動式音效/數據子卡）。 Mini-PCI就是PCI的迷你縮小版，因此，除了體積上的優勢之外（其實，就是針對筆記型電腦而發展出來的），就是可以擁有PCI匯流排的完整效能。換句話說，任何PCI的應用裝置，也可以置換到Mini-PCI上。一般通用的PCI卡槽對寸土寸金的筆記型電腦而言實在是太大了，但是市場上又有一些像Ethernet LAN（乙太區域網路），token ring LAN（token ring環區域網路），及其他升級配件，如Bluetooth（藍芽）存在的需求性。MiniPCI規格的插槽提供了這些產品因應市場變化的彈性。另外，通常筆記型電腦裡的數據機都是特別為此款筆記型電腦型號而設計的。但全世界有各式各樣的筆記型電腦，考量到要為這些各型號的筆記型電腦一一設計出特定的數據機來，實在是惡夢一樁。這種情況下，MiniPCI及MDC模組化就對製造廠商幫助很大。MiniPCI規格的區域網路卡Mobile audio/modem daughter card （MDC） 機動型音效/數據機子卡規格，定義了以AC97為基礎的音效與數據機的機動性插槽。 MDC解脫了數據機製造廠要反覆為各種不同型號筆記型電腦設計不同數據機的沈重負擔。這種MDC規格的數據機卡片很容易設計與製造。 數據機的驅動程式是音效驅動程式的一部份。ASUS（華碩）型號L8400B筆記型電腦裡的MDC規格卡片四、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CPU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。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，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。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，有些是採用黏接或鉚接的方式來製作，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便採用圓弧式的設計，風扇吸入冷空氣順著葉片弧度走，從另一個角度排出。因此散熱片就無法使用鋁擠型，而是採用鉚接的方式來形成葉片。Heat Pipe4.3電源管理筆記型電腦是針對消費者攜帶方便的需求而研發的，而筆記型電腦和桌上型電腦之最大不同點在於前者有時完全仰賴電池運作。因此，電池本身的電源管理功能，也就成為筆記型電腦電池技術中最重要的一項功能。因為電池壽命之長短不但影響消費者使用時間長短，電池技術上的革命更可以達到壽命長且外型輕薄短小的要求，而進一步減輕消費者負擔。可是，在英代爾的CPU每四年一換及CLOCK RATE每年加快百分之三十的情況下，筆記型電腦電力消耗也成正比增加。從而迫使業者研發出更高效率之電池電源。筆記型電腦所需之電源系統來源可分為AC電源及備用電源。AC電源即是一般所使用之電源供應器，通常有插頭裝置以便提供長時間使用之需。備用電源則是指電池，以提供消費者攜帶時使用之電源。AC電源通常為Full Range的交流/直流adapter將Full Range的90V240V交流電源轉換為15V24V的直流電源，供筆記型電腦使用。Full Range的好處為使用者可在世界各地使用筆記型電腦 ，而不會受到世界各國，地區電壓不同的困擾。此部分的電源應用趨勢在於如何達到更高的功率密度以縮小體積，以及提高輸入功率因數值(PFC)來更節省能源等。備用電源此部分主要著眼於電池技術的改變，目前多以Lithium-ion及NiMH等化學型態為主，新的趨勢為採用Li-Polymer電池。可較不受限於電池的形狀而使得筆記形電腦的機構設計上更有自由度。也因著二次電池之故，電池的充電技術便隨之發展，如所謂的智慧型電池充電器(Smart Battery Charger)。利用電池內的微控制器，自動判斷對電池本身的充電方式，故此部份的電池充電器除了可充多種化學形態電池外，也需要有內建的低速數位介面，來跟微控制器溝通。在筆記型電腦電源輸出方面，主要可分為以下兩項用途：顯示元件在顯示的部份，目前絕大部份都是採用全彩的TFT面板。故在面板上的電源需求大致上有TFT gate、TFT source和TFT reference等電源管理需求，在面板之外則有背光的需求。這裡一般均採用冷陰極螢光管(CCFL)來做發光源，此部份需要DC/AC的電源管理將DC電源轉換為200V800V的交流電源來驅動冷陰極管，此部份的技術趨勢從早期的Royel/Buck兩級轉換的方式來控制亮度及穩定性，再到半橋式的直接轉換控制，到最近的全橋式直接轉換控制，這三種方式所利用的是磁性元件來做為能量變換元件，而更新的方式為採用壓電元件(Piezoelectric transformer)，來做能量變換，好處是壓電元件是用機械能振動的方式來傳遞能量，可避免採用磁能變換的電磁污染問題，轉換效率一般而言效率也較高，更重要的是機構設計上可以更薄，增加了機構設計的自由度，而這裡所需的電源管理趨勢為需能同時控制相位迴路及振輻迴路。系統電源這裏又分為CPU核心電源及其他電源兩部份。先從CPU核心電源談起，CPU核心電壓的走向為更低的電壓及更高的電流。這是因為要同時達成更高的運算時脈及更小的耗電量，唯一的方式便是採用更低的電壓。這剛好可以推進CPU製程向更精細的尺寸發展來完成，故為滿足CPU的需求，電源管理技術走向低於1V及更快的暫態響應發展，而CPU電源規格則由IMVP到IMVPII到IMVPIII等，電源管理也由單相控制轉換變成多相控制轉換，來達成更快的暫態響應，其他電源部份則依然維持單相轉換，但趨向於使用更高的切換頻率來縮小體積，而另一個趨勢則是將3.3V及5V的時脈作相移以得到減少輸入漣波的好處，都是在這個部份的發展趨勢。一般的筆記型電腦終端使用者所習慣的重量只有6磅左右，超過6磅便令人覺得過重。所以，在不增加電池重量之前提之下，要如何增長電池壽命呢？目前業界有二個方法：（一）在電池化學方面，由電池本身材質著手，藉由開發不同的材質來達到此一目的；（二）由增進更高效率的電池管理技術著手。以下我們針對上述此兩個方法加以深入探討一、 電池本身材質筆記型電腦常見的充電電池就底下三種。 Nickel-Cadmium （NiCad鎳鎘） Nickel-Metal Hydride （NiMH鎳氫） Lithium-Ion （Li-Ion鋰離子） Ni-Cad（鎳鎘）Ni-MH（鎳氫）Li-Ion（鋰離子）能量密度 (W-Hr/kg)406090能量密度 (W-Hr/l)100140210操作電壓1,21,23,6使用時限 (約略時數)10008001000自身放電15%/month20%/month6%/month鎳鎘和鎳氫電池都是以持續等量電流方式在充電的。主機板上的充電器監視著電池的電壓及溫度。在充電週期末端會出現溫度與電壓升高的現象，充電監視器適時的就停止充電。鎳鎘和鎳氫電池在這特性上是一樣的，僅在充電週期末端溫度升高的數率不一樣。鋰離子電池是以持續等電壓方式在充電的。在充電過程中，電池的電