5GおよびAI技術の爆発的な進展に伴い、デバイスの計算能力に対する需要が急増しており、グラフェンやベイパーチャンバーといった従来の受動冷却ソリューションでは、高消費電力から生じる熱をもはや十分に処理できなくなっています。液体冷却システムは、循環する冷却液を用いて熱を放散し、受動式ソリューションの3倍を超える冷却性能を発揮する能動的熱管理機能を備えていることから、急速に普及しています。チップのコア領域における熱管理上の課題に的確に対処することが、ハイエンド電子機器の冷却ソリューション刷新に向けた主流の選択肢となりつつあります。
先頃、アベニック Electronicsは、国産の液冷式ドライバーであるAW86320圧電アクチュエーターを発表しました。アイウェイは、「サイレント・リム・アイスコア」製品発表会において、圧電式マイクロポンプ向けの高性能液体冷却型熱管理ソリューションを披露しました。同ソリューションは180Vppを超える駆動電圧を実現し、液体冷却の高精度な制御に十分な出力を供給します。注目すべきは、AW86320が最新のバック・ブースト変換回路を採用している点です。周辺回路を大幅に簡素化し、海外の主要な競合製品と同程度の消費電力を実現することで、小型電子機器の量産および展開を大きく促進します。
液体冷却の利点
効率的な放熱、精密な温度制御
マイクロポンプが、水や特殊な熱伝導性流体などの冷却剤をチューブ内に積極的に循環させることで、放熱面積を離れた点から、デバイスの背面パネル全体を覆う広範な面へと拡大します。グラフェンやヒートシンクなどの受動冷却ソリューションと比較して、熱効率は300％向上し、CPUやバッテリーといった主要部品からの迅速な放熱を可能にします。高負荷条件下では、温度を10～15℃低下させることができます。デバイスが過熱によるスロットリングを起こさないようにします。
強力な動的制御能力：AW86320は、温度に応じて動作を最適化する適応アルゴリズムを搭載し、ポンプの回転数を制御することで、エネルギー効率と熱管理の両立を図りながら、冷却性能をリアルタイムで動的に調整します。
軽量で一体型、曲げに強く、高い適応性を備えています
小型ポンプはコンパクトで、一般的にはわずか数立方センチメートル程度のサイズに収まります。そのチューブはスマートフォンやタブレットなどの曲面や折り畳み可能な表面にも沿うことができ、携帯性を損なうことなく厚さをわずか0.8〜1.5mm増すだけです。本製品は、筐体の薄型化に極めて敏感な超薄型モデルや折り畳み式ディスプレイ搭載デバイスに特に適しています。
低騒音で、エネルギー効率が高く、長寿命かつ安定しています
このマイクロポンプは、騒音レベルが25デシベル以下で、図書館内の環境音と同程度であり、高負荷下でもほとんど可聴ノイズを発生せず、従来のファン式冷却ソリューションを凌駕します。総消費電力は100 mW未満で、放熱と電力効率を効果的に両立しています。
図1代表的なアプリケーションシナリオ
物理的なチート、スマホ用冷却バックカバー
スマートフォンの基板設計においては、わずかなスペースも貴重であり、すべての端末が筐体に液冷システムを組み込めるほどの余地を備えているわけではありません。熱性能を極限まで引き出すため、液体冷却対応のスマートフォンケースが登場しました。スマートフォンの背面筐体冷却システムは、ワイヤレス逆充電用コイル、RX IC（電源回路）、AW86320ドライバIC、および液冷モジュールで構成されています。
図2スマートフォンの背面カバー用液体冷却放熱システム
折り機の用途
折りたたみ機構により、本デバイスはコンパクトな外形を実現しているが、その一方で冷却に利用できるスペースが狭まっている。さらに、ディスプレイやヒンジ、マザーボードといった部品が層状に配置されているため、熱の蓄積が一層深刻化している。高負荷条件下では、熱源が集中し、熱経路が長くなるため、従来の手法では効率が低下します。折り畳み式ディスプレイ搭載端末の消費電力は非常に高く、熱放散に関する課題を一層深刻化させ、局所的な過熱や周波数の低下、システムの遅延を招くことがしばしばあります。液体冷却システムは、循環する冷却液を介して、局所的な熱源からの熱をスマートフォン背面全体へと迅速に伝導します。その温度を急激に低下させる原因となる。さらに、その柔軟な特性は、曲げを受ける際に剛性の高いVCが破壊されるという問題に最適に対処します。
図3折りたたみ式スマートフォン向け液冷式熱管理システム
AW86320ソリューションの利点
最小限の外部回路、超小型の基板実装面積
AW86320は、寸法2.2mm×1.8mmの20端子WLCSPパッケージで提供されており、Awinic独自のブースト・アーキテクチャを採用することで、競合ソリューションに比べて入力電流検出用抵抗や一部のコンデンサの数を削減し、PCB実装面積を大幅に縮小しています。
図4：AW86320の液体冷却用代表的なアプリケーション回路
広範な入力電圧、高出力電圧
AW86320は、2.5～5.5 Vの低電圧電源で動作するため、幅広い一般的な電源環境に対応しています。同時に、ピークツーピーク振幅最大180 Vの高電圧正弦波を出力でき、各種の高圧液体冷却ポンプを駆動するための十分な出力電力を供給し、多様な液体冷却システムの要件に対応します。
シンプルでわかりやすい操作
AW86320CSRは、操作のしやすさを重視して設計されており、その制御インターフェースはシンプルで直感的であり、複雑なプログラミングやデバッグの専門知識を一切必要としません。例えば、目的の正弦波の振幅や周波数といった基本的なパラメータをいくつか入力するだけで、チップは所定の波形を生成するよう起動できます。初心者のユーザーでも、液体冷却ポンプを簡単に制御できます。これにより、参入障壁が大幅に低下します。
低ノイズ
Vout = 200 Hz、180 Vpp、THD+N <1%（Vbat = 3.6 V、40 nF負荷時）
チップから出力される正弦波の全高調波歪みは1％を大きく下回っており、液冷ポンプの安定した稼働を確保するとともに、運転中の騒音を効果的に低減します。静かなオフィス環境でも、夜間に電子機器をご使用される際でも、液体冷却ポンプの騒音はほとんど気にならず、落ち着きのある快適なユーザーエクスペリエンスを実現します。
低消費電力
Vbat = 3.6 V時における待機電流はわずか6 μAで、待機時のデバイスの消費電力を大幅に低減し、バッテリーの駆動時間を延ばします。さらに、動作状態において、10 nFの負荷条件下での消費電力は100 mWを大きく下回る。
拡張アプリケーション
AW86320は、液体冷却を用いた熱管理ドライブに加えて、圧電式ハプティックフィードバック、圧力検出、静電容量式照明モジュールなどのアプリケーションにおいても優れた性能を発揮します。具体的な用途については、アベニックの公式カスタマーサービスまでお問い合わせください。
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