芯片散熱的熱傳導(dǎo)計(jì)算(圖)

討論了表征熱傳導(dǎo)過(guò)程的各個(gè)物理量，并且通過(guò)實(shí)例，介紹了通過(guò)散熱過(guò)程的熱傳導(dǎo)計(jì)算來(lái)求得芯片實(shí)際工作溫度的方法

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，芯片的尺寸越來(lái)越小，同時(shí)運(yùn)算速度越來(lái)越快，發(fā)熱量也就越來(lái)越大，如英特爾處理器3.6g奔騰4終極版運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量最大可達(dá)115w，這就對(duì)芯片的散熱提出更高的要求。設(shè)計(jì)人員就必須采用先進(jìn)的散熱工藝和性能優(yōu)異的散熱材料來(lái)有效的帶走熱量，保證芯片在所能承受的最高溫度以?xún)?nèi)正常工作。

如圖1所示，目前比較常用的一種散熱方式是使用散熱器，用導(dǎo)熱材料和工具將散熱器安裝于芯片上面，從而將芯片產(chǎn)生的熱量迅速排除。本文介紹了根據(jù)散熱器規(guī)格、芯片功率、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，通過(guò)熱傳導(dǎo)計(jì)算來(lái)求得芯片工作溫度的方法。

圖1 散熱器在芯片散熱中的應(yīng)用

芯片的散熱過(guò)程

由于散熱器底面與芯片表面之間會(huì)存在很多溝壑或空隙，其中都是空氣。由于空氣是熱的不良導(dǎo)體，所以空氣間隙會(huì)嚴(yán)重影響散熱效率，使散熱器的性能大打折扣，甚至無(wú)法發(fā)揮作用。為了減小芯片和散熱器之間的空隙，增大接觸面積，必須使用導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱材料來(lái)填充，如導(dǎo)熱膠帶、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅酯、導(dǎo)熱黏合劑、相轉(zhuǎn)變材料等。如圖2所示，芯片發(fā)出的熱量通過(guò)導(dǎo)熱材料傳遞給散熱器，再通過(guò)風(fēng)扇的高速轉(zhuǎn)動(dòng)將絕大部分熱量通過(guò)對(duì)流（強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流）的方式帶走到周?chē)目諝庵?，?qiáng)制將熱量排除，這樣就形成了從芯片，然后通過(guò)散熱器和導(dǎo)熱材料，到周?chē)諝獾纳嵬贰?/p>

圖2 芯片的散熱

表征熱傳導(dǎo)過(guò)程的物理量

圖3 一維熱傳導(dǎo)模型

在圖3的導(dǎo)熱模型中，達(dá)到熱平衡后，熱傳導(dǎo)遵循傅立葉傳熱定律：

q=k·a·(t1-t2)/l