Box Pc，經(jīng)過二十年的發(fā)展已經(jīng)逐漸滲入到不同的嵌入式系統(tǒng)市場，然而，然而現(xiàn)有的Box Pc的外殼設(shè)計似乎并不能滿足市場的要求，其中包括：堅固的系統(tǒng)、不同應(yīng)用領(lǐng)域的差異性、良好的機械性能以及良好的散熱性能。

        專用的Box PC已經(jīng)能應(yīng)對復(fù)雜的需求，為選擇真正適合的產(chǎn)品，OEM與集成商必須深入理解Box PC的內(nèi)部構(gòu)造。本文將揭開Box PC的外殼，深入探討這類產(chǎn)品的工程原理及其冷卻系統(tǒng)設(shè)計。

        20年來，桌面型計算機技術(shù)已逐漸滲透到不同的嵌入式系統(tǒng)市場。通常，這些原動力均來自于大家已熟悉的軟件與開發(fā)工具、使用者接口、儲存裝置與基本I/O接口等。在這段期間內(nèi)，為了使電子產(chǎn)品更加微型化，業(yè)界催生了小型尺寸（SFF）的主板。這種主板僅針對A/D轉(zhuǎn)換、圖像采集、固態(tài)儲存、無線通訊以及其它每一種獨特應(yīng)用所要求的I/O，提供所需的少量擴充接口。

        雖然小型尺寸主板和現(xiàn)成的I/O卡已相當普遍，不過，完整的‘Box’解決方案也同樣有一些進展：針對辦公環(huán)境應(yīng)用的桌面型ATX規(guī)格直立式計算機( ‘tower’ PC)，范圍包括從護理站IT系統(tǒng)，到視訊監(jiān)控系統(tǒng)等。隨著時間推移，桌面型計算機OEM廠商所開發(fā)的小型計算機也逐步擴大其滲透率。

        在這個市場中，有兩種不同的產(chǎn)品發(fā)展方向。過去10年來，諸如平板計算機 (panel PC)與工業(yè)計算機用機箱等完全整合型解決方案，已被廣泛應(yīng)用于人機界面 (Human-Machine Interface, HMI)、信息亭（Kiosk），甚至是FDA認證的醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域。另一方面，快速普及的Mini-ITX規(guī)格主板，也讓嵌入式供貨商與桌面型設(shè)備供貨商在從工業(yè)控制到數(shù)字廣告牌等應(yīng)用領(lǐng)域中展開激烈競爭。

        這是一個高度競爭的市場，所謂的成本最佳化，意味著必須采用高散熱設(shè)計功耗（thermal design power, TDP）的處理器、冷卻風(fēng)扇以及旋轉(zhuǎn)式磁盤驅(qū)動器。圖1所示的ADlink MK-100是針對嵌入式應(yīng)用的Mini-ITX系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持Core?2 Duo處理器、3.5寸硬盤、具有一個超薄型CD-ROM光驅(qū)、內(nèi)建ATX電源、以及根據(jù)所安裝的主板而定的，可用于PCI Express?卡或PCI?卡的擴展卡接口。該系統(tǒng)外形尺寸為8.8 x 10英寸，大約與一張紙相當。同時，由于采向右展型的接口轉(zhuǎn)接卡 (right angle riser card) 設(shè)計，其高度僅3.3英寸。這套解決方案適合具有風(fēng)扇及旋轉(zhuǎn)式磁盤的高性能室內(nèi)應(yīng)用。

圖1：搭載了Intel? Core?2 Duo處理器的凌華MK-100 Mini-ITX系統(tǒng)。

        更強固的系統(tǒng)

        目前，市面上的Box PC普遍不夠堅固，舉例來說，在一些戶外應(yīng)用中，某些情況下，構(gòu)建一款解決方案是以模塊化的概念為基礎(chǔ)，在一開始時，可能采用便宜的主板，但到了系統(tǒng)級階段再加以強固化(ruggedizing)。不過，只要進行一些改良，例如透過散熱膠、間隙填充物（gap filler，可用在產(chǎn)生熱量的組件間填縫，消除間隙以降低熱阻，進行散熱）與散熱銅管（copper chimneys）等，將處理器與芯片組的熱傳導(dǎo)到金屬外殼，就有可能形成無風(fēng)扇的設(shè)計。只要移除風(fēng)扇與旋轉(zhuǎn)式的存儲介質(zhì)，即可顯著提升可靠度，縮短平均故障間隔（mean time between failures, MTBF）。

        即使一款解決方案能夠通過改善操作來通過熱測試，但仍需注意這整體組合的長期可靠性。畢竟，在一款Box PC中，所有電子裝置的可靠度都會隨著內(nèi)部溫度的上升而直線下降。

        散熱設(shè)計必須同時考慮幾項要點。首先，必須將熱源與外部外圍環(huán)境之間的熱阻減至最少。熱傳導(dǎo)解決方案中，每一個部件均包含了一個會依照其熱屬性而升溫的接口。這種最佳的解決方案能同時做到與表面接觸，又具有緩沖性（z軸行程），因此能預(yù)防空氣間隙成為隔絕層，并從而導(dǎo)致溫度的升高。