芯片级散热新突破，xMEMS XMC-2400 助力电子设备高效散热

前言

2024年9月10日-半导体音频解决方案公司xMEMS今日在深圳举办「xMEMS Live - Asia 2024」深圳站技术研讨会。研讨会现场来自xMEMS的管理人员、音频和移动消费电子专家、行业先锋以及合作伙伴进行了面对面交流。xMEMS在研讨会上推出了Cypress固态MEMS扬声器、Skyline动态通气阀门方案、XMC-2400 芯片等重磅产品。

其中XMC-2400 芯片是一款主动散热解决方案。据充电头网了解，这款芯片是全球为数不多的“芯片级”散热技术之一。它颠覆了传统的风扇式散热设计，采用芯片级的创新架构，能够主动产生气流，实现高效散热。这一技术能够广泛应用于智能手机、VR设备、智能穿戴设备等，通过主动冷却有效解决设备的散热问题。充电头网有幸受邀深入了解这一技术方案，并在活动最后对xMEMS市场部副总裁Mike进行了专访，探讨了更多关于该技术的细节和应用前景。

XMC-2400

xMEMS以其全硅固态MEMS扬声器技术闻名，这种扬声器采用硅芯片中的微结构推动空气生成声音，替代传统的线圈、磁铁和振膜系统。公司开发的第三代扬声器“Cypress”使用超声波调制解调技术，不再通过传统的空气振动来产生声音，而是通过改变耳朵中的压力生成可听声音。

xMEMS利用其在超声波扬声器技术中的成功经验，转向开发微型冷却芯片（XMC-2400）。该芯片主动散热的原理基于MEMS（微机电系统）技术，它通过在硅片内部集成微小的机械结构，利用薄膜压电层的物理运动来生成气流。该芯片通过超声波频率使硅片上下振动，从而在芯片腔体内产生气压。当压力达到一定水平时，芯片内部的阀门会打开，释放压力并形成气流。

XMC-2400专为轻薄型设备设计，尺寸仅为9.26 x 7.6 x 1.08毫米，重量不到150毫克，比非硅基主动冷却替代方案小96％、轻96％。单个XMC-2400芯片在1，000Pa的背压下每秒可以移动多达39立方厘米的空气。这种全硅解决方案提供了半导体的可靠性、部件之间的一致性、高鲁棒性，高耐撞并且具有IP58防尘防水等级。

在现场，xMEMS也使用XMC-2400 通过吹动风扇转动以及推动水流产生气泡的演示方式来展示这款芯片的风量效果。

充电头网专访

对这一款芯片，充电头网也具有极大的兴趣，在群访环节，充电头网也对xMEMS市场部副总裁Mike进行咨询了解。

充电头网：XMC-2400这款散热芯片的散热量是多少W呢？

Mike：我们的客户在做出散热相关决策时，并未意识到主动冷却解决方案的可能性。因此，我们希望借助此次发布，向大家传递这款产品的真实性，明确我们的下一步规划。功耗具有极强的系统依赖性，不同设备中的功耗情况差异显著。例如，手机的功耗可能与平板电脑或 AR/VR 设备中的情况完全不同。现在我们已经发布了这款芯片，接下来的工作将是进行系统级的特性分析，以全面评估其表现。

同时，产品的热设计功耗（TDP）以及热耗散数据（以瓦特为单位）也将成为我们重点关注的领域。我们预计，这些数据很快将在智能手机中得到验证，尤其是在 1 到 3 W热耗散能力的范围内。但值得再次强调的是，我们的下一步是构建实际的系统级原型，以获取真实、具体的数据支持。目前，我们预计 1 到 3 W的热耗散能力是可以实现的，这也是我们正在推进的方向。

充电头网：这款散热芯片会有金属疲劳等耐用性的问题吗？

Mike：该技术基于硅工艺，硅材料以其优异的寿命特性著称。根据测试数据，MEMS已在长达200亿次循环测试中未显示出性能衰退。这个测试量级相当于持续5年的使用时间，每周7天、每天24小时连续运行，性能依然保持稳定。

一个重要的技术点是，该工艺并没有将压电材料连接到金属上。传统的压电材料与金属连接时，弯曲金属会导致压电材料发生分层，影响其稳定性。xMEMS采用的现代压电工艺是一种薄膜工艺，压电材料在晶圆制造过程中通过沉积形成，避免了分层问题。因此，这种设计不仅坚固耐用，还能确保在长时间使用后性能不下降。

充电头网：这么小的芯片如果集成到手机中是否需要多个？风道设计是什么样的？

Mike：在与客户的合作模式上，我们提供三种不同的合作方式，以满足不同需求。第一种方式是使用我们现有的标准芯片，XMC-2400。这是一款2×4单元阵列芯片，适用于特定的应用场景。对于某些客户而言，这款芯片已经能够很好地满足其需求。

第二种合作方式是定制化芯片开发。客户可能会提出对微冷却技术的不同尺寸要求，这时我们能够根据客户的应用需求，将微冷却技术集成到不同尺寸的芯片中，提供专门为其设计的定制芯片解决方案。

第三种方式是通过系统级封装（SiP）进行合作。这种方式不再局限于单一的芯片解决方案，而是将我们的硅芯片与CPU、内存芯片以及其他专用集成电路（ASIC）集成到更大的一体化系统封装中。根据客户的不同需求，我们的芯片可以与处理器集成，或者与蒸汽室或散热器等其他组件协同工作，具体集成方式取决于客户的设备设计和应用场景。

充电头网：这款芯片的防尘管理是怎么样的？

我们的产品经过严格的组件级测试，确保其在各类环境中都能保持高性能。具体来说，我们所有的产品，包括扬声器，都通过了IP58防护等级测试。这意味着我们的芯片在面对灰尘和水的侵蚀时，能够维持其功能稳定性，即使暴露于水中或灰尘环境中，也不会出现性能下降的情况。在组件级别上，我们的芯片对湿气和灰尘有很强的抵抗力。

然而，值得注意的是，虽然芯片本身具有高强度的防护能力，但在系统级别的防水和防尘性能往往还需要依赖于整个设备的设计。这类防护机制通常是在芯片之外由系统级方案实现的。因此，尽管芯片具备出色的环境适应能力，系统级的完整防护还需要其他层面的支持。

充电头网总结

此次xMEMS举办的「xMEMS Live - Asia 2024」技术研讨会带来了多款突破性的产品，其中XMC-2400 芯片作为一项全球领先的“芯片级”主动散热解决方案，凭借其创新的技术展现了巨大的应用潜力。这款芯片不仅为智能手机、VR设备和智能穿戴设备等提供了高效的散热方案，还通过超声波频率实现了气流的主动生成，打破了传统风扇散热的局限。

XMC-2400芯片以极为小巧的尺寸、轻量化设计和优异的散热性能为薄型设备提供了理想的解决方案。每秒能够移动高达39立方厘米的空气，同时具有极强的耐用性，经过200亿次循环测试仍保持稳定性能。此外，芯片的IP58防尘防水等级进一步增强了其在消费电子领域的适应性。

通过专访xMEMS市场部副总裁Mike，进一步了解到该芯片的实际应用前景与合作模式。xMEMS不仅提供标准化芯片，还支持定制化开发以及系统级封装合作，可以满足不同客户的需求。作为一项具有广泛应用潜力的创新技术，XMC-2400有望成为智能电子设备散热技术的未来趋势，为各类设备带来更加稳定和高效的散热解决方案。