如果沒有可靠的冷卻系統，電子元件的壽命可能會縮短，並且更易於出現全面性系統故障。隨著新一代技術的出現和發展，企業往往難以找到可靠、高效和耐用的冷卻系統。本文將介紹為何電子產品需要冷卻系統、壓電風扇以及它們是優異電子產品冷卻系統的理由、適合使用壓電冷卻的工業應用，以及為何壓電風扇和壓電驅動器是極具潛力的範例產品，可達到高效和持久的冷卻效果。
電子產品需冷卻系統確保安全/使用壽命
所有的電子元件和電路在運作時都會因為電阻而產生大量熱量，電阻是由於電子在材料中移動通過時發生摩擦引起的，這些材料通常是晶體，發生了電荷不平衡的情況，而這種摩擦可釋放出大量的熱。FPGA、穩壓器、圖形處理器、功率電晶體和大功率LED等電子元件會產生大量熱量。微處理器的溫度甚至可以高達華氏212度(攝氏100度)。
電子產品所釋放的熱量需要加以調節，以防止損壞其零組件，確保安全和使用壽命，並保持最佳的工作速度。冷卻系統還需要考慮是否能配合架構條件，因此並非所有冷卻解決方案都可適用於所有環境。
電子元件本身無法自行調節溫度，因此需要額外的冷卻系統。隨著新一代的電子元件進入市場，冷卻系統製造商在開發先進冷卻系統時，往往為了要透過熱傳導方式達到經濟有效的溫度調節而面臨挑戰。如果沒有足夠的冷卻效果，電子設備將無法持續使用很久的時間，或無法發揮其性能潛力。我們除了要選擇最優異的解決方案之外，選出對電子產品最合適的解決方案也越來越關鍵。
主動冷卻/被動冷卻大不同
目前，用於冷卻電子產品的冷卻系統主要有兩種：主動冷卻和被動冷卻。被動冷卻系統使用散熱器以最大限度提高輻射率並提升對流的熱傳性能。這些冷卻系統可以非常有效地冷卻電子產品，穩定其核心溫度，並使其維持在最大可容許範圍內操作。被動冷卻的主要優勢是經濟與節能。被動冷卻系統可自然地傳熱，而不需要外部單元來促進傳熱。被動冷卻系統是散熱器、熱管和均溫板，例如，散熱器使用導熱材料將熱量從電子元件引導至外部空氣。
主動冷卻系統依賴外部裝置來增加熱傳遞。當熱傳的常規對流模式不足以應付時，就會需要這些主動冷卻系統。主動冷卻系統通常會使用強制性的液體、強制性的空氣系統(如風扇或渦輪風扇)和熱電冷卻晶片。由於主動冷卻系統需要電力才能運行，因此它們的成本可能高於被動冷卻系統。主動冷卻系統的代表是風扇和特定液體。CPU處理器的節流(Throttling)機制雖然是透過軟體來減少熱量，但也被視為主動冷卻系統。主動冷卻系統通常用於冷卻電腦、遊戲裝置、電視和汽車等日常應用，因為這些產品會釋放大量的熱。
壓電風扇適用極端環境
壓電風扇(Piezoelectric Fans, Piezo Fans)，是堅固、耐用且可靠的冷卻解決方案，即使是在極端溫度下也能高效運行。由於壓電材料的獨特性能，加上其獨特的密封和層壓還有封裝製程，壓電風扇可以實現出色的固態強制對流能力。壓電材料提供了高度化的固態解決方案，它不含運動單元、潤滑劑、潤滑油和其他可能分解並導致交流或直流的軸流風扇故障的零組件。在封裝方面，壓電風扇及其他零組件完全由銅蝕刻聚醯亞胺或FR4材料覆蓋。
壓電風扇使用高強度環氧樹脂，所以結構十分堅固，因此即使在充滿灰塵、腐蝕性的環境或極端的天氣條件下，壓電風扇在穩定可靠性上也具有明顯的優勢。對於具有以下任何一項或所有嚴格要求的公司來說，壓電風扇是出色的冷卻解決方案，其優勢包含高可靠性，壓電風扇的預期壽命超過十五年、薄型尺寸(有效值與平均值的比例)、能夠耐受多灰塵、腐蝕性或極端的溫度環境，以及使用過程中噪音極小或無噪音。而壓電冷卻的方式非常有效，在某些應用上的效用更為突出。
電訊設備
電訊公司使用大型且笨重的被動式散熱器，而不是傳統風扇，以獲得高可靠性。但被動式解決方案有其缺點，它們會使電力流走，可能會占用大量空間，因此通常不被視為理想的解決方案。在這種操作環境中，可靠性和網路正常運行時間極為重要。壓電風扇擁有一些明顯的優勢，與傳統風扇相比，壓電風扇在某些情況下可提供更長的壽命。與傳統風扇不同的是，壓電風扇還可以承受惡劣的室外天氣條件。壓電風扇比傳統風扇更加安靜，可以作為電訊公司的理想解決方案，因為背景噪音可能是關鍵的不利因素。
LED照明
LED照明就是另外一個例子，能夠突顯出壓電風扇的可靠性、抗灰塵和抗腐蝕力，以及低噪音輸出優於其他傳統冷卻選項。路燈就是一例，所有上述特性都對於延長使用壽命同時保持最佳工作溫度極為重要。
航空執行器
壓電風扇使航空執行器的設計人員能夠節省冷卻技術所需的重量和空間(例如更大的被動散熱器)，這使得設計人員能夠節省燃料並增加有效負載。與其他應用一樣，航空執行器的冷卻技術要求包括高可靠度、低噪音輸出，以及承受極端溫度、惡劣天氣條件、飛機振動、灰塵、溫度和鹽霧等的能力。有別於其他形式的冷卻技術，壓電風扇提供了一個可行的替代方案。
磁振造影電子設備
磁振造影(MRI)設備是無法使用傳統冷卻風扇的一種應用，因為風扇會產生電磁干擾(EMI)輸出，干擾到MRI的技術性能。壓電風扇則是唯一能滿足所有要求的可能選擇。
軍用電子產品
軍用電子產品在溫度控制方面有特殊要求，軍事技術通常最適合處於華氏零下67至257度的溫度範圍。傳統風扇可以將溫度維持在華氏68至185度的溫度範圍內，但壓電風扇不同，它可以在要求的溫度範圍內高效運行。壓電風扇還兼具耐用性，這是軍事系統的另一項核心要求。
雖然壓電風扇的優點很多，但有一個缺點，它們通常需要高壓驅動器，如果供電不足就會產生大量熱量。而產品如BOS1901壓電驅動器的開發，將有望幫助廠商徹底消除這項疑慮。
壓電驅動器是壓電風扇的最佳拍檔
廠商如Boréas Technologies的專利技術CapDrive Technology最初是為壓電風扇設計的，目標是創造可以持續為壓電風扇供電的壓電驅動器，同時保持自身的冷卻。其產品BOS1901是可擴充的高壓壓電驅動器架構，與市場上最相近競爭對手所提供的壓電驅動器相比，它的功耗最多可以降低十倍。由於該產品非常節能，散熱量也較少，所以不會出現過熱的問題。這項技術是從頭開始設計的，特別是針對壓電觸覺致動器，以最低的功耗提供最優異的性能。而這反過來又使壓電致動器保持最佳運作狀態。
壓電風扇和壓電驅動器的結合使用，將有助於大幅提高風扇性能，同時解決熱傳效率的問題。CapDrive專利技術則實現了更低的功耗，同時提供良好的性能、可靠性和使用壽命。
(本文作者為Boréas Technologies業務經理)
