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顯卡芯片散熱 芯片散熱問題收集篇一

在日常中我們常被cpu，gpu等芯片的散熱所困擾，下面我從兩個方面來闡述這一問題。歡迎大家閱讀！更多相關信息請關注相關欄目！

首先我來談一下晶體管的基礎知識，晶體管器件是由半導體材料鍺或硅的pn或np電結構成（目前鍺材料已被逐步淘汰），下面主要介紹一下硅材料。

硅材料：硅具有優(yōu)良的半導體電學性質。禁帶寬度適中，為1.21電子伏。載流子遷移率較高，電子遷移率為1350平方厘米/伏 .秒，空穴遷移率為480平方厘米/伏 .秒。本征電阻率在室溫(300k)下高達2.3×10的5次方 歐 .厘米，摻雜後電阻率可控制在10的4次方～10的負4次方 歐 .厘米的寬廣范圍內(nèi)，能滿足制造各種器件的需要。硅單晶的非平衡少數(shù)載流子壽命較長，在幾十微秒至1毫秒之間。熱導率較大，化學性質穩(wěn)定，又易于形成穩(wěn)定的熱氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜實現(xiàn)pn結表面鈍化和保護，還可以形成金屬氧化物半導體結構，制造mos型場效應晶體管和集成電路。上述性質使pn結具有良好特性，使硅器件具有耐高壓，反向漏電流小，效率高，使用壽命長，可靠性好，熱傳導好等優(yōu)點。

在電腦中我們經(jīng)?？吹絤os器件，那么什么是mos器件呢？

mos的全文是：metal oxide semiconductor 金屬氧化物半導體。用氧化膜硅材料制作的場效應晶體管，就叫做mos型場效應晶體管，既：金屬氧化物場效應晶體管。

在冬季，當我們把手放在一塊木板和放在一塊鐵板上時，就會感覺到鐵板比木板涼，鐵板越大，接觸的越緊，越感到?jīng)?。這說明鐵板比木板的散熱能力好，而且散熱能力與面積，體積，幾何形狀，以及接觸面的緊密程度都有關系。

在電腦工作時，芯片晶體管pn的損耗（任何集成電路芯片都是由n個晶體管組成）產(chǎn)生了溫升ti，它是通過管芯與外殼之間的熱阻rri，無散熱片時元件外殼和周圍環(huán)境之間的熱阻rrb，元件與散熱片之間的熱阻rrc和散熱片與周圍環(huán)境之間的.熱阻rrf這四種渠道將熱量傳走，使溫差能夠符合元件正常運行的要求。

由于熱的傳導以流過rri，rrc和rrf三個熱阻為主，因此總熱阻rrz可以用下式來表示：rrz＝rri rrc rrf

于是當芯片的允許溫升和功耗都已經(jīng)確定了以后，即可定出需要的總熱阻rrz，再從下式中決定散熱器的尺寸，這就是我要介紹熱阻的目的和它的應用。

熱阻rr是從芯片的管芯經(jīng)外殼，接觸面，散熱片到周圍空氣的總熱阻rrz，因此可有下式計算得知。

ti-ta=pc（rti rrc rrf）=pc rrz

rrz=（ti-ta）/pc

式中：ti芯片允許的結溫，ta芯片環(huán)境周圍的空氣溫度，pc芯片的熱源功率損耗

熱導系數(shù)（又被稱作“導熱系數(shù)”或“導熱率”）是反映材料熱性能的重要物理量。熱傳導是熱交換的三種（熱傳導，對流和輻射）基本形式之一，是工程熱物理，材料科學，固態(tài)物理，能源，環(huán)保等各個研究領域的課題。材料的導熱機理在很大程度上取決于它的微觀結構，熱量的傳遞依靠原子，分子圍繞平衡位置的振動以及自由電子的遷移。在導電金屬中電子流起支配作用，在絕緣體和大部分半導體中則以晶格振動起主導作用。

1882年法國科學家傅里葉（r）建立了熱傳導理論，目前各種測量導熱系數(shù)的方法都是建立在傅里葉熱傳導定律的基礎上。當物體內(nèi)部有溫度梯度存在時，就有熱量從高溫處傳遞到低溫處，這種現(xiàn)象臂稱為熱傳導。傅里葉指出，在dt時間內(nèi)通過ds面積的熱量dq，正比于物體內(nèi)的溫度梯度，其比例系數(shù)時導熱系數(shù)，既：

dq/dt＝-λ .dt/dx .ds

式中dq/dt為傳熱速率，dt/dx是與面積ds相垂直的方向上的溫度梯度，“-”號表示熱量由高溫區(qū)域傳向低溫區(qū)域，λ是熱導系數(shù)，表示物體導熱能力的大小。在式中λ的單位是w.m負1次方.k負1次方。

對于各向異性材料，各個方向的導熱系數(shù)是不同的（常用張量來表示）。

如果大家對上述的公式看不懂或不太明白（上述屬于大學高等物理課程），下面我用通俗的語言表述熱導系數(shù)。

熱導系數(shù)又稱導熱系數(shù)或導熱率。表征物質熱傳導性能的物理量。設在物體內(nèi)部垂直于導熱方向取兩個相距1米，面積為1平方米的平行面，而這兩個平面的溫度相差1度，則在1秒內(nèi)從一個平面?zhèn)鲗У搅硪黄矫娴臒崃烤鸵?guī)定為該物質的熱導率。其單位為：瓦/（米.攝氏度）,原工程單位制中則為：千卡/（米.小時.攝氏度），熱導率的倒數(shù)稱為導熱熱阻。其它條件不變時，熱導率愈大導熱熱阻就愈小，則導熱量就愈大；反之則導熱量就愈小。

通過上述公式和定義可知：芯片散熱方式是靠與芯片接觸的基板（銅材或鋁材）面積與機箱內(nèi)的溫差通過箱內(nèi)的空氣流散熱的，這種散熱量與基板面積成正比。當機箱內(nèi)溫度達到一定時，也就失去了散熱能力。要想把芯片散發(fā)出的熱量排走，在常規(guī)下只能用強風。所以無風扇靜音熱管的散熱方式，是不可取的。

另外根據(jù)空氣動力學原理（就不列公式了），機箱風扇的安裝，風向必須一致，既：前入后出，形成一個風道，才能將箱體內(nèi)的熱量帶走，起到散熱的目的。

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