MacBook Air拆开详细研究！内部散热结构评价
月◎影
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MacBook Air拆开详细研究！内部散热结构评价
转自《日经商务出版》的技术在线网站《MacBook Air拆解专辑》。
一、连上市日期都不告诉的苹果 2月12日18时10分。手机响了。显示的是以“00”结尾的号码。虽然不熟悉，不过感觉好像在哪见过。等到反应过来时，电话已经挂了。笔者打回去，传出了女性的声音：“这里是银座苹果专卖店…”。糟了。是不是有货了。接通的电话一直重复着电话录音“请稍候”。但一直转不到销售人员手中。同事们异口同声“还是赶快去一趟银座比较好”。于是笔者披上外套，“我现在就去”。能有货吗？笔者怀着这种不确定的心情一路小跑离开了公司。 刚才没有立即接电话，肯定是因为神经有些松懈了。进入2月以后，拆解组包括公休日在内接连几天都在确认银座苹果专卖店的进货情况。“MacBook Air有货了吗？”、“还没有”，“什么时候有货？”、“完全不清楚”。每次都一成不变地重复这样的问答，笔者渐渐有些不耐烦了。因为苹果预约部分的供货已经非常紧张，因此能够在零售店买到产品好像要等段时间。苹果专卖店提供有一旦有货就打电话通知的服务。我们很早之前就和店铺打过招呼，到时候肯定会有电话联系。在此之前，只能等待。也只有等待。但就在笔者决定等待，放弃天天打电话询问的那一天，苹果专卖店却打来了电话，真是阴差阳错。 之所以不得不专程跑一趟，是因为我们行动得有些迟。因为某些原因，我们在Macworld Conference and Expo几天后才订购MacBook Air。去苹果的网上商店订货，结果答复说2月中旬以后才有货。虽然也去量贩店预定过了，但何时能买到不得而知。询问苹果公司的日本法人，结果对方说：“这事由总部负责，至于何时供货，我们也不知道…”，让笔者心中非常没底。因为估计银座苹果专卖店是在日本最早供货的地方，因此决定碰碰运气，在银座苹果专卖店购买该产品。当初还想当然地认为只需打电话确认库存即可，结果却是电话忙得很，打了几次也没有能够联系上销售人员，因此决定采取连日到店铺确认的笨方法。 18时30分。虽然是连休刚刚开始的一个傍晚，但雨后的银座仍然是人山人海。快速挤过人群，终于来到商店门前，看见平日总在散发店铺指南的女性今天却提着一只扁平的黑盒子。表面上有一张好像由两个板组合而成的图画。笔者擦身而过时向那位女士问道：“MacBook Air有货了吗？”，对方回答：“有了。我去给您找来Mac的销售人员”。 20时45分。好不容易买到产品的喜悦还没有散去，MacBook Air就已经不是原样了。正如标题所述，我们的目的是要研究MacBook Air硬件的内部构造。详细内容请看后续报道。 笔者之所以在此详细描述购买产品的过程，是因为对苹果在产品供货方面的态度抱有很大的疑问。在供应链管理（SCM）如此发达的今天，苹果不可能不知道自己公司的产品应该何时以多大规模供应何地。虽然笔者相信不明确公布上市日期的做法一定有其苦衷，不过真想让苹果的人员能够体会一下等待的滋味儿。在公司内部被誉为“苹果迷”的笔者对此也只好摇头。 二、覆盖底部面积2/3的大块电池模块 拆解组决定立即拆解“MacBook Air”。 让我们来重新回顾一下MacBook Air的指标。其最大的特点是超薄。最薄部分仅约4mm，最厚部分也仅约19.4mm。之所以最薄部分和最厚部分差距如此之大，是因为外壳底部的铝合金板采用呈碟状的弯曲形状。苹果介绍，最厚部分19.4mm这一数值“是2008年1月生产销售的所有笔记本中最薄的”。  图1 配备有13.3英寸液晶面板的MacBook Air 过去曾经有过比MacBook Air更薄的笔记本电脑。比如，夏普的笔记本电脑“Mebius MURAMASA”，厚16.6mm。但一看到MacBook Air，实际感觉比19.4mm“要薄”。之所以会产生这样的感觉，是因为MacBook Air外壳尺寸与A4笔记本电脑相当，另外呈弯曲构造的外观也起了作用。  图2 强调超薄特点的外观设计 基本处理性能没有任何牺牲之处。微处理器是美国英特尔的1.6GHz的“Intel Core 2 Duo”，主存容量为2GB。液晶显示器为1280×800像素的13.3英寸产品，配备有全尺寸键盘。无线功能支持IEEE 802.11n规格的Wi-Fi以及Bluetooth 2.1。无线LAN有效状态下，电池驱动时间为“5小时左右”。不过，无线功能除外的接口较少。无光驱，只有一个USB接口。没有有线LAN接口。 拆解组首先着手考察位于外壳底部的主板及充电电池模块。用精密螺丝刀卸下固定底面的螺钉。“交换电池需要到店铺处理”的MacBook Air采用了便于在店铺拆解的设计。只需拆下螺钉就可以非常轻松地打开外壳底部。  图3 卸下十字螺钉，露出铝合金板  图4 底部左侧，占一半以上面积的黑色物体是充电电池模块 “哇……”拆解组成员面面相觑。呈现在面前的是占底板面积2/3左右的大块充电池。这是一块锂聚合物充电电池。没有标注苹果以外其他公司的名称。电压为7.2V，电池容量37Wh。  图5 充电电池模块的外侧。用多种语言密密麻麻写着注意事项  图6 充电电池模块的内侧。上下并排开有圆孔的构造物好像起缓冲作用 拆解下来的铝合金底板厚1mm左右。没有用来提高强度的加强肋构造，看起来像个冲压部件。铝板的边缘是与面垂直的结构，看来苹果认为这种结构可以提高刚性。 位于散热风扇旁边的1.8英寸硬盘是韩国三星电子的80GB产品。1.8英寸硬盘适用于笔记本电脑，虽然价格比普通2.5英寸硬盘要高，不过由于封装面积小，节省下来的空间可以用于加大充电电池模块的尺寸。  图7 1.8英寸硬盘是三星电子的产品 拆下散热板，露出了被导热硅脂覆盖的芯片组。  图8 拆下充电电池、硬盘和散热板后，露出了主板 其中，右侧的芯片估计是“Intel Core2 Duo”。该芯片的封装是英特尔专为MacBook Air开发的，封装面积为通用产品的60％左右。可能是得益于定制组件使面积减小的缘故，主板上其他部件的安装密度并不是很高。  图9 位于底板右下方的芯片是Core 2 Duo 芯片组被黑色的散热板覆盖。芯片组散发的热量首先扩散到散热板上，然后一方面通过位于右侧的超薄散热风扇排出，一方面通过散热薄膜扩散到外壳底部铝合金板和键盘模块上。 三、分解 四、视频：电池背面看到的名字是？ 打开MacBook Air的后盖，发现一个黑色物体占据近2/3的面积。这便是锂聚合物充电电池。拆解组决定在拆解底板之前，先拆下这块电池。但是，螺钉拧得非常紧。打开时颇费了一番功夫。 今井副主编发现在电池下面露出来的柔性底板上，与“APPLE”并列写着另外一个品牌名称。听说这一消息，拆解组成员一阵哗然。甚至都让话筒的声音变调了。根据这个品牌名，可以推测到的又是什么呢…… 五、外观精致漂亮，内部并不紧凑 “MacBook Air的外观精致漂亮，而内部却并不紧凑”。拆解完成后，宇野记者的这句话代表了技术人员的感想。 《日经电子》拆解组在日本国内知名PC厂商的数名技术人员的协助下对MacBook Air进行了拆解，甚至把很难再还原回去之处都拆解了。拆解结果让人感到意外的是其内部构造。参与拆解的技术人员表示“与事先的想像完全不同”，“包括ODM产品在内，与此前见过的任何一款PC都不相同”。 让所有技术人员吃惊的是该产品采用了制造成本相当高的做法。比如，固定零部件的螺钉数量非常多。仅安装键盘就用了30个左右。“使用螺钉的总量是我们公司的数倍”（参与拆解的技术人员）。技术人员指出从连接上下外壳的铰链和外装部品内侧来看，该产品可能是连接后实施切削加工的。 这一构造让所有技术人员都感到不解。固定键盘的螺钉等可能具有从上面固定时不变形的效果。但要做到这一点可以有更好的方法……“我们如果设计成这样，公司是绝对通不过的”（某技术人员）。“技术上没有一点让人感到钦佩之处。我们可以做得更便宜”（某技术人员）。也许MacBook Air的内部构造表明了该产品在设计上还不够成熟。 技术人员认为设计出这一构造的主要原因是，制造工厂没有给出反馈意见。“日本的PC厂商如果设计比较奇怪，工厂就会提意见，或者工厂自主进行改进来减低成本。而MacBook Air看上去好像是工厂直接按照苹果的设计进行封装的”（某技术人员）。苹果一直将PC的制造完全委托给外部企业。此次拆解的产品很可能是富士康制造的。MacBook Air的内部构造如实地反映出这种分工体制的特点。 根据此次的拆解结果可以得出：苹果在硬件设计的精细度及彻底降低成本方面并没有刻意下功夫。或许与此相比，苹果更注重外观设计、软件及用户界面等该公司所擅长的方面。这一点与iPod及iPhone等该公司的其他产品也是共通的。MacBook Air不可思议的制造方法对于日本连硬件的细微之处都不放过的制造方法来说，形成了强烈的对比。  MacBook Air的主板。有一条跨接线，将位于中央下方的大型LSI包围起来  键盘上开有固定螺钉用的很多微细孔  安装键盘的外装部品内侧。对于是否实施了切削加工，技术人员的意见不一致  铰链部件。可能进一步切削了铝压铸件  MacBook Air的液晶面板。由台湾友达光电制造 六、灵活使用空气冷却与隔热，下工夫让用户感觉不到热 对令人头疼的以PC为代表的数字家电发热问题，MacBook Air是如何处理的？在散热设计专业技术人员的协助下，笔者探究了MacBook Air的散热设计方法。这是一种花费了心思使用户感觉不到热的设计。采用了以空气传热的单纯散热方法，并与热源之间留有空间（夹杂空气）来防止多余热传递等的方法。具体为：(1)采用超薄风扇和使通气口处于合理位置；(2)防止微处理器等的热量直接传到机壳的散热结构；(3)电池的散热措施等。 使用户感觉不到热的散热设计 笔记本电脑中发热的最大问题是微处理器。MacBook Air所采用的美国英特尔1.6GHz工作的“Core 2 Duo”中，内置有4MB二级缓存的笔记本电脑用产品的散热设计功耗（Thermal Design Power，相当于最大耗电量）为17W。从MacBook Air的外形尺寸来看，散热问题不大。 但问题在于整个机壳为铝合金材料这一点。由于热量容易传遍整个机身，发热部件将部分热量传到机壳的任何部位，都可能使掌托（Palm Rest）等用户容易感到热的部分变热。从MacBook Air的散热设计中可以看出，为使用户感觉不到热而采取的散热措施。 我们只是在短时间内试用了MacBook Air，使用过程中没有发现机壳温度上升。由于性急的拆解组立即拆解了机体，还没来得及实际测量使用过程中的发热状态和耗电量。 隐藏了风扇 在MacBook Air的散热设计中，第一个要点便是配置在机身后面、铰链下面的通气口。采用超薄风扇，从后面吸入空气，并且被热源加热的空气仍然从后面排出。这时，为尽量防止热气传到机壳而动了脑筋。 技术人员解释说“将通气口设在机体后面，排气就不会对着用户，也不容易听到风扇的噪音”。可以说这一点是采用自主的薄型锂聚合物充电电池而带来的的好处。日本厂商的超薄笔记本电脑中，为了在使用通用充电电池的同时实现机体前面的超薄，或者考虑到易用性，大多在机体后面配备充电电池。这时，通气口不得不配置于机体侧面。但此时容易出现的问题是：通气口的面积不足而出现发热问题，以及热气吹到正在使用的用户手上，使用户感觉不舒服等问题。 防止排气传到机壳 打开后盖，可以看到机体后面封装有微处理器及散热板等。技术人员说，发热部件配置在键盘键盘下面是笔记本电脑设计的常规做法。原因是键盘通常采用导热性差的树脂材料，并且与手接触的时间较短，用户不容易感到热。  MacBook Air采用散热的方法是：使微处理器和图像处理LSI的热量通过导热硅脂传到散热板，然后使其扩散，并利用风扇吹出的风来冷却散热板，从而将热气排到外部。散热板似乎是将铝合金涂成黑色而制成的，微处理器上粘有导热性高的石墨薄膜。同样的方法索尼的“type G”等也采用过。MacBook Air没有采用最近笔记本电脑所流行的热管与梳齿状散热片组合的方式（远程热交换方式，RHE）。“可能是优先了考虑了薄型化。因为MacBook Air的耗电量较小，因此采用了使用散热板的简单散热结构”（技术人员）。  再仔细一看，发现散热板周围被橡胶“隆起”包围起来。并且在散热板的内侧和周围也设置了海绵隆起。橡胶和海绵隆起都是只在通气口部分有缺口。从这一点可以推测出，散热板还兼有散热和通风道两种作用。“隆起是为使风扇吹出的气流汇聚到微处理器和图像处理LSI及其电源电路、以及存储器等冷却对象而设计的”（技术人员）。  气流通道共有两条。 一条是：风扇附近的通气口→微处理器的电源电路（散热板的缺口部分）→通过缺口部分到达散热板上面→散热板与机壳底面、被橡胶隆起包围的通风道部分→通气口。 另一条是：风扇附近的通气口→微处理器的电源电路→散热板下面→散热板、底板、被海绵隆起包围的通风道部分→通气口。  也就是说，利用为冷却电源电路而设计的散热板缺口，将气流分成了二股。技术人员认为，通过从两面向散热板吹风，提高了利用散热板对空气的散热效果。 技术人员推测橡胶隆起和海绵隆起不只堵塞；额散热板、机壳及底板之间的缝隙，还起到防止散热板的热量直接传到机壳的作用。同时，还能兼作绝缘及EMI防护措施。 风扇厚度为5.25mm，内侧注有公司名称“DELTA ELECTRONICS, INC.”和型号“KSB05105HB”。散热板上的L字型模具“通过中间的螺钉将散热板和封装底板固定在一起，使散热板与微处理器和图像处理LSI紧贴在一起”（技术人员）。我们查询了台湾Delta Electronics（台达电子）的Web网站，该网站并未刊登该型号的产品。 与机壳底面的散热板相对应的部分，贴有被黑色绝缘膜覆盖的石墨薄膜。估计目的防止微处理器等发的热，导致机壳底面部分出现局部高温。技术人员表示“弄成黑色，还有利于提高辐射率，提高由散热板向机壳底面的辐射传热”。 电池部分也下了功夫  在电池方面，也采取了一些措施，以便使用户感觉不到发热。在电池正对掌托的一面，粘贴有石墨薄膜和开孔的缓冲材料。技术人员表示采用石墨薄膜的目的是“使电池内部局部产生的热量扩散到整个电池上”。缓冲材料则是防止热量传到机壳。“掌托是用户双手经常接触到的，即使在毫无问题的温度条件下，用户都容易因感到热而心情不畅”（技术人员）。估计因为MacBook Air将电池设置在掌托下面，因此采取了上述散热措施。 笔记本电脑的主要发热部件除电池之外，就是硬盘。MacBook Air冷却风扇的出口与硬盘方向相反，好像并没有特别采取散热措施。在我们使用过程中，虽然键盘侧的表面基本没有感觉到热，但底面却感觉有点热。硬盘等导致机壳底面温度上升不管在部件规格方面，还是用户感受方面，恐怕都在允许范围之内。不过，接触部分温度不均匀的话，会给用户“这部分温度太高”的感觉。笔记本电脑的散热设计师也受困于同一问题，这将成为今后有待改进的地方。 七、五层键盘的秘密 拆解组继续不懈地拆解了键盘，终于发现了MBA键盘的秘密，看看苹果公司在哪些地方作出了妥协，在哪些地方又是死不悔改地坚持的。对于它的周边和键盘，苹果可能着眼于下面几个方面： 1. 纤细的底盘 2. 底盘的刚性 3. 各键的照明 4. 键在压下时不会被弄弯 相反，苹果公司在下面几项是作了妥协的： 1. 部件的数量 2. 装配时所花的人力和工时 3. 重量 4. 更换键盘的便利性 苹果以前坚持的几项已经改变了，比如追求纤细就牺牲了刚性，而键盘的照明机制就增加了厚度，为了避免键盘的弯折同样增加了厚度。接下来苹果会采取什么样的方案来解决这些目标的冲突呢？ 顶层是1.9毫米的铝制硬架 顶架延伸键与键之间，看起来象个格子，键帽从豁口下伸出来。顶架在格子的部分有1.9毫米厚，尤其相对于整个键盘开放的表面的设计，它的形状加强了顶架的抗扭曲的刚性。 然而这样就增加了重量。顶架的重量包括触摸板、6张柔性底层和红外线模块共174克。此外，大部分部件，象主板、锂聚合电池模块和1.8英寸硬盘，都是邻接这块顶架。这些部件另外还有一块铝制底板覆盖，以增加它的强度。  图1：键盘底铝材质部分的透视图，键之间的距离只有1.9毫米。 键盘由顶架支持 键盘的下面是内建Intel Core 2 Duo芯片的主板。要想从下侧支撑键盘，与底板之间需要增加坚固的支架。而MacBook Air却用40多棵螺钉将底板固定在了具有刚性的顶架上，防止按键时键盘向下弯曲。由于格子部分也固定了螺钉，键盘中央部分也不会下沉变形。  图2： 键帽底下有部分是透明的，以使底下的光可以透出来。 利用下侧的导光板使按键周围发光 为了在飞机舱内等场合也可以轻松打字，苹果使MacBook Air的按键可以发光。拆解前，《日经电子》拆解组曾猜想可能每个键都安装了LED。但实际拆解后发现，光源只是左端纵向排列的5个LED。 光从侧面射入导光板，并在希望发光的部分的导光板上留有缝隙。为了避免不必要的部位发光，采用了用遮光膜覆盖的结构。这样就在不增加厚度的前提下，实现了发光的效果。由于拆解组在确认发光状态前就拆解了MacBook Air，所以没有看到发光状态。  图3：遮光片。  图4：透明导光板。小裂缝是为了形成光散射，左边5个竖的扁圆孔用以搁置LED灯。  图5：隔热板，左边金色竖条是键盘照明的LED光源。 未能解开的疑问 MacBook Air就是这样在减小厚度的同时，又确保了机身和键盘的刚性，而且还实现了按键周围的发光。但是由于包括螺钉在内的部件个数增加，并且在固定这些部件时也要花费较多的工时。保证MacBook Air刚性的的顶架也要增加重量。 拆解并未能够解决所有疑问。首先，在固定键盘主体部分时，使用40多个小螺钉，难道除此之外就没有其他办法了吗？这样做，不仅耗费了工时，而且这部分螺钉上也没有加固定剂。与台式电脑相比，遭受振动的机会更多的笔记本电脑在使用过程中螺钉松动的可能性很大。所拆解的MacBook Air中，在40个螺钉中就有螺丝拧得不够紧，用螺丝刀轻易就能卸下的情况。螺钉越多，出现螺钉松动脱落的可能性也就越大。 参加拆解的技术人员指出，既然能允许采用厚度为1.9mm的顶架，就也能够用其他方法来固定键盘。 关于顶架的加工方法，技术人员的意见出现了分歧。分歧点在于是基于模具的铝压铸法，还是铝板的切削加工法。如果是切削，虽然可以实现精致的加工，但加工费用不可小看。但利用压铸法能够加工到如此精细吗？讨论一直延续到拆解后的联谊派对…… 《日经电子》拆解组之后通过采访和讨论得出的结论是，至少顶架的基材是铝压铸件。从加工费用、加工时间等来看，很难靠切削铝板制作。 |
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