压电主动散热：突破新一代超薄设备的散热瓶

引言：新一代超薄设备面临的散热瓶颈

1.端侧人工智能推动芯片热流密度持续攀升

近年来，随着端侧人工智能技术的快速发展，越来越多的人工智能计算任务开始直接在终端设备上运行。无论是轻薄笔记本电脑，还是各类边缘智能终端，都需要承担越来越复杂的计算任务，这也推动了处理器和神经网络处理器的功耗不断提升。与此同时，终端设备却在持续向轻薄化、小型化方向发展。有限的内部空间需要承载更高的芯片功率，单位面积内产生的热量越来越多，而可用于散热的空间却越来越少。

当芯片温度超过允许范围时，系统通常会启动保护机制，主动降低中央处理器或神经网络处理器的工作频率，这一现象被称为热降频。对于用户而言，最直接的感受就是设备运行卡顿、游戏帧率下降，以及人工智能任务响应速度变慢。一款旗舰级设备，如果无法长时间维持其峰值性能，那么高性能硬件所带来的产品价值也将大打折扣。因此，如何在有限空间内实现持续、高效的主动散热，已经成为新一代电子设备设计中的重要课题。

2.传统散热方式的物理局限

传统被动散热方案，例如均热板和石墨烯散热片，在电子设备中已经得到了广泛应用。这些技术能够将芯片局部产生的热量快速传导并扩散到更大的区域，但其本质仍然是热量转移，而不是直接消除设备内部的热量。最终仍需要通过设备表面与周围环境进行热交换。

当整个设备机身逐渐升温，散热表面与周围环境之间的温差不断缩小时，被动散热结构的散热能力也会受到限制，难以持续满足高功率芯片的散热需求。微型机械风扇虽然能够通过强制空气对流改善散热效果，但在厚度不足5毫米的狭小空间内，其应用仍然面临诸多挑战。传统风扇需要电机、扇叶及轴承等机械结构，不仅会产生运行噪声，还需要消耗一定的电能。长期运行后，轴承磨损也可能影响产品寿命。

此外，风扇的进出风通道还会增加设备的密封设计难度，使防尘、防水结构受到限制，进而影响产品整体防护等级的实现。因此，传统散热技术在面对超薄化、高功率和高集成度设备时，逐渐显现出结构空间、运行噪声及可靠性方面的局限。

3.固态压电主动散热技术的兴起

固态压电主动散热技术的核心特点，是不依赖传统旋转电机、扇叶和轴承等机械传动结构，而是通过超薄压电振动元件产生高频机械振动，主动推动空气或冷却液流动，实现热量传递。与传统机械风扇相比，这种技术具有结构紧凑、机械运动部件少、运行噪声低等特点，更适合空间受限的超薄电子设备。值得关注的是，固态压电主动散热已经逐渐从实验室概念研究走向实际产品验证，越来越多的终端设备制造商开始关注其应用潜力，并探索将其集成到手机、笔记本电脑及其他高集成度电子设备中。

技术概述：压电主动散热如何实现

1.核心工作原理

压电主动散热技术的基础，是压电陶瓷材料在电场作用下产生机械形变的物理特性，这一现象称为逆压电效应。当压电陶瓷两端施加快速变化的交变电压时，陶瓷材料会随电场变化产生微小而快速的机械振动。

在压电风扇中，这种振动会带动一片超薄振动片或柔性振动结构产生周期性弯曲，类似一面不断摆动的小旗帜。振动片在运动过程中推动周围空气流动，使气流沿着指定方向经过芯片或其他发热区域，从而增强局部空气对流，提高散热效率。

在射流式设计中，压电振动结构通过快速改变微型腔体的容积，将空气从微小喷口中周期性推出，形成具有一定速度的定向气流。而在微型液泵中，同样的压电振动原理则可以作用于液体，通过微型流道和腔体结构推动冷却液循环流动，实现液体主动散热。尽管具体结构不同，但其核心思路是一致的：通过高频、低振幅的机械振动，持续驱动空气或液体流动，在极小的空间内建立稳定的热交换过程。

2.与微型机械风扇相比的核心优势

简单来说，压电主动散热技术能够在更小的结构空间内实现主动气流控制，同时减少传统旋转机械结构带来的噪声、磨损及密封难题。对于追求轻薄化、低噪声和高可靠性的终端设备而言，这是一种值得关注的新型散热技术路线。

3.典型应用场景

智能手机：

智能手机是压电主动散热技术的重要应用方向之一。微型散热器件可以布置在摄像头模组附近，或者靠近系统级芯片等主要发热区域，通过定向气流改善局部热环境，帮助设备在高负载运行时维持更稳定的性能。

超薄笔记本电脑：

对于内部空间极为有限的超薄笔记本电脑，传统机械风扇可能受到高度和安装空间的限制。压电主动散热结构能够提供更加灵活的空间布局方案，为高性能处理器的局部散热提供新的选择。

虚拟现实与增强现实设备：

头戴式设备对运行噪声、重量和结构厚度有着较高要求。由于设备距离用户面部较近，散热系统不仅需要具备良好的散热能力，还需要尽可能降低运行噪声。压电主动散热技术能够为这类近距离佩戴设备提供更合适的散热设计思路。

汽车抬头显示系统：

汽车抬头显示设备通常安装在仪表台内部，需要面对高温环境、长期运行以及有限的安装空间等挑战。采用机械运动部件较少的压电散热方案，有助于优化设备结构，并为长期可靠运行提供新的技术选择。

行业发展：固态主动散热技术的商业化进展

1.从芯片验证走向终端产品应用

近年来，部分手机品牌及配件制造商已经开始在实际产品中测试压电主动散热及其他固态散热方案。

从早期应用反馈来看，压电散热技术的低噪声和超薄结构具有较强的吸引力。对于终端产品设计团队而言，器件能够在不明显增加设备整体厚度的情况下实现主动气流控制，是一项重要优势。对于工程研发人员来说，关注点也正在发生变化。

早期需要验证的是压电振动元件能否产生足够的气流，以及能否在实际设备中实现有效散热。而随着相关技术逐渐成熟，行业关注的重点已经进一步转向产品能否实现稳定的批量制造，以及不同批次产品能否保持一致的性能表现。换句话说，行业关注的问题正在从技术可行性逐渐转向工程化能力和规模化量产能力。

2.产业链成熟度持续提升

固态压电散热产业链正在逐步完善，其发展大致经历了几个阶段。最初，行业主要关注压电振动元件本身的研发与性能验证，重点解决材料性能、振动幅度及工作频率等基础问题。随后，技术开发逐渐从单一振动元件延伸至完整散热模组，包括振动片、结构外壳、气流通道及相关装配设计，使压电器件能够真正应用于终端产品。

目前，压电陶瓷材料及散热模组供应商在产品一致性、结构设计和制造工艺方面不断取得进展，产业化基础逐渐增强。但在整个系统中，仍然存在一个长期受到关注的关键环节，那就是驱动方案。压电散热元件的性能不仅取决于陶瓷材料和机械结构，还与驱动电路能否提供合适的电压、频率及稳定的控制能力密切相关。下一章节将重点分析这一问题。

核心工程挑战：驱动方案成为产业化关键瓶颈

1.压电执行器是一种谐振型负载

压电执行器并不是普通的电气负载，其工作特性更接近一个经过调校的机械谐振系统。每个压电执行器都有一个适合高效工作的特定频率，称为谐振频率。在这一频率附近，压电结构通常能够获得较大的振动响应，以较高效率实现气流驱动。然而，这也带来了两个关键问题。

第一，高电压与大幅度电压摆幅的需求。

为了使压电执行器产生足够的机械振动，通常需要较高的驱动电压。普通低电压微控制器无法直接提供所需的驱动能力，因此系统需要配置专用驱动电路，通过升压和高速开关控制，为压电元件提供合适的电压输出。

第二，谐振频率容易发生漂移。

压电执行器的最佳工作频率并不是始终固定的。温度变化、机械应力以及装配结构的差异，都可能影响执行器的实际谐振频率。此外，即使是同一型号的产品，不同批次或不同个体之间，也可能存在微小的结构和材料差异。如果驱动电路始终采用固定频率工作，而压电执行器的实际谐振频率已经发生变化，那么驱动频率就可能逐渐偏离最佳工作点。其结果是振动幅度下降、气流量减少、能量利用效率降低，部分电能还可能转化为额外热量。原本用于解决设备散热问题的压电系统，反而可能因为驱动效率下降而增加不必要的能量损耗。因此，如何实时识别并跟踪压电执行器的谐振频率，是实现高效、稳定压电主动散热的重要技术环节。

2.系统级设计面临的风险

如果缺少专用驱动芯片，终端产品制造商就需要使用多个分立元器件自行搭建驱动电路。这种设计方式不仅增加了电路复杂度，还意味着每一款产品都可能需要投入大量时间进行参数调试。不同批次的器件也需要进行相应的性能校准，以确保驱动频率与压电执行器的实际谐振频率相匹配。最终可能导致研发周期延长、物料成本增加、生产良率下降等问题。对于一些研发团队而言，驱动电路的复杂性甚至会成为项目从原理样机走向实际产品的主要障碍。

一个值得关注的行业案例：

目前，这一技术瓶颈正在逐步得到改善。国内某电源管理芯片企业近期推出了专门用于压电风扇的驱动芯片。该芯片支持较宽的输入电压范围，输出电压峰峰值最高可达到约46伏，同时采用小型化封装设计，并集成了自动谐振频率跟踪功能。这一功能能够根据压电执行器个体差异、温度变化及装配应力引起的谐振频率漂移，自动调整驱动频率，使执行器尽可能保持在高效工作状态。此外，该企业此前还推出过用于压电微泵液冷系统的高压驱动芯片。这意味着目前市场上已经逐渐形成面向两种不同散热路线的驱动方案：一种用于压电风扇空气散热，另一种用于压电微泵液冷散热，主要面向手机和超薄笔记本电脑等对厚度、功耗要求较高的应用。

这一进展具有重要意义。长期以来，压电风扇被认为是超薄设备主动散热的重要技术方向之一，但驱动芯片的成熟度一直制约着其规模化应用。专用驱动芯片的出现，有助于降低终端厂商的开发门槛，减少外围电路设计和调试工作，加快压电主动散热技术在高端手机及其他超薄设备中的商业化应用。

汉得利的技术能力与解决方案：先进压电驱动架构

1.优秀的压电驱动方案应具备哪些能力

上述行业案例反映了当前市场对压电散热驱动技术的核心需求，也为汉得利在客户驱动方案支持方面提供了重要参考。

一套优秀的压电散热驱动方案，通常需要具备以下几个关键特征：

宽输入电压与高输出电压摆幅。

驱动方案需要能够适应常规电池供电电压，并在不依赖体积较大的外部升压电路的情况下，提供压电执行器所需的较高驱动电压，从而减少外围器件数量，优化整体电路结构。

自动谐振频率跟踪。

驱动系统应能够自动识别压电执行器的实际谐振频率，并在温度变化及器件个体差异等因素引起频率漂移时进行动态调整，使执行器尽可能保持在高效工作状态，以较低的能耗获得更好的振动效果和气流输出。

小型化设计。

对于整体厚度只有几毫米甚至更薄的终端设备而言，驱动电路的尺寸同样至关重要。驱动芯片及外围元器件需要尽可能紧凑，以适应有限的内部安装空间。

2.多技术路线协同支持

压电驱动技术可以应用于两种主要散热路线。一种是通过压电微型风扇推动空气流动，实现主动空气散热；另一种是通过压电微型液泵推动冷却液循环，实现主动液冷散热。

汉得利围绕这两种技术路线开展产品研发与系统方案支持。作为压电元器件供应商，汉得利能够结合不同应用需求，对压电执行器与驱动方案进行匹配，协助客户完成从核心元件选型到系统运行验证的开发过程。

在具体项目中，可以根据客户的产品结构和技术要求，提供驱动电路参考原理图、电路板布局建议以及评估板等支持，帮助研发团队减少前期摸索工作，避免从零开始搭建完整的驱动系统。

从技术方案走向规模化应用，还需要稳定的制造体系和质量管理能力作为支撑。汉得利在企业综合实力方面也获得了多项公开认可。根据常州国家高新区2026年公开信息，汉得利入选国家级绿色工厂，同时拥有国家专精特新“小巨人”企业、国家知识产权优势企业、江苏省服务型制造示范企业及江苏省产教融合型试点企业等资质。这些荣誉从技术创新、知识产权、制造管理和绿色生产等不同维度，体现了企业持续开展技术研发和产业化建设的综合实力。

此外，汉得利的工程制造和质量管理经验也有较长时间的积累。2015年公开转让说明书曾披露，公司当时的终端客户包括宝马、博世、伟世通、戴姆勒及德尔福等国际汽车企业，并已建立覆盖模具、原材料、半成品到成品的生产体系，采用汽车行业质量管理要求及全过程质量控制方式开展产品研发与制造。这些历史记录体现了汉得利较早参与国际汽车电子供应链、服务高要求工业客户的工程实践经验，也为其向新型电子散热领域拓展提供了制造和质量管理方面的基础。通过压电元件、驱动电路和散热模组之间的协同设计，能够更好地发挥压电主动散热技术在超薄设备中的应用优势。

3.汉得利超薄压电风扇产品参数

汉得利压电风扇产品型号为 BPF-1313H0.7，采用无传统旋转扇叶、无转轴的固态压电振动结构，产品尺寸仅为13×13×0.7毫米，适用于对安装空间和产品厚度有严格要求的电子设备。

主要性能参数如下：

以上参数为产品性能参考指标，实际应用表现还需要结合驱动电路、安装方式、气流通道及终端设备结构进行验证。针对不同客户的应用场景，汉得利还可以围绕产品尺寸、驱动条件、气流输出及结构适配等方面开展定制化技术沟通与方案评估。

客户价值与合作支持：推动产品从样机走向量产

1.降低前期评估门槛

对于采用新型散热技术的研发项目而言，前期验证效率十分重要。汉得利可以协助客户建立快速评估方案，通过压电执行器、配套驱动方案以及测试平台的组合，帮助研发团队尽早观察实际气流表现与热管理效果。相比在产品结构和电路设计全部完成后才进行散热验证，提前开展压电散热性能评估，能够让工程师更早发现潜在问题，减少后期设计修改带来的时间和成本投入。

2.覆盖产品开发全周期的工程支持

汉得利提供的技术支持并不止于初次样品测试，而是可以延伸至产品开发的多个阶段。在前期方案验证阶段，可以协助客户进行压电元件选型、驱动参数匹配及基础性能测试。在联合调试阶段，可以围绕气流特性、声学表现和热管理需求提供技术建议，并结合具体产品结构，协助优化电路板布局和系统集成方案。
在产品设计验证及生产验证阶段，还可以结合项目需求开展可靠性测试支持，帮助客户提前识别结构、性能及环境适应性方面的潜在问题。对于电子产品开发而言，问题发现得越早，解决成本通常越低。通过贯穿开发周期的工程支持，有助于提高产品开发效率，降低从样机到量产过程中的技术风险。

3.适合的项目阶段与合作伙伴

汉得利的压电主动散热解决方案适用于不同研发阶段的客户项目。对于处于概念验证阶段的团队，可以通过初步样品和测试方案，评估压电主动散热技术是否适合目标产品。对于处于工程验证阶段的研发团队，可以进一步开展驱动电路匹配、结构集成及散热性能测试，推动产品从初步原型走向完整样机。对于准备进入量产阶段的客户，则可以围绕产品一致性、可靠性验证、生产工艺及供应链稳定性开展深入合作。这类解决方案尤其适合对产品厚度、运行噪声和长期可靠性具有较高要求的终端设备制造商，以及专业散热模组制造商。

总结

1.核心总结

压电主动散热技术正在迎来实际应用与商业化发展的重要阶段。从核心压电振动元件到完整散热模组，相关技术和产业链正在逐渐成熟。而驱动方案，特别是能够提供高电压输出并实现自动谐振频率跟踪的智能驱动技术，将成为决定压电主动散热系统能否实现高效运行和规模化应用的重要因素。

只有将压电材料、机械结构、驱动电路及系统散热设计进行有效结合，才能真正发挥这项技术在超薄电子设备中的优势。对于下一代高性能终端产品而言，压电主动散热不仅是一种新的散热方式，更是突破设备结构空间限制、提升持续性能表现的重要技术方向。

2.开启技术合作

如果您正在开发一款需要高效散热的超薄电子设备，欢迎联系汉得利应用工程团队。无论是前期技术评估、压电元件选型，还是驱动电路匹配与完整散热方案验证，汉得利都可以根据项目需求提供相应的技术支持。您可以进一步申请产品评估套件、技术白皮书及驱动参考设计，与汉得利工程团队共同探索适合目标设备的压电主动散热方案，加速项目从技术验证走向产品落地。