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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(gè)方面來闡述這一問題,。歡迎大家閱讀！更多相關(guān)信息請(qǐng)關(guān)注相關(guān)欄目,！

首先我來談一下晶體管的基礎(chǔ)知識(shí),，晶體管器件是由半導(dǎo)體材料鍺或硅的pn或np電結(jié)構(gòu)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(dǎo)體電學(xué)性質(zhì),。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(dá)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(fù)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(dǎo)率較大，化學(xué)性質(zhì)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(shí)現(xiàn)pn結(jié)表面鈍化和保護(hù)，還可以形成金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),，制造mos型場效應(yīng)晶體管和集成電路,。上述性質(zhì)使pn結(jié)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(dǎo)好等優(yōu)點(diǎn),。

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(dǎo)體,。用氧化膜硅材料制作的場效應(yīng)晶體管，就叫做mos型場效應(yīng)晶體管,，既：金屬氧化物場效應(yīng)晶體管,。

在冬季，當(dāng)我們把手放在一塊木板和放在一塊鐵板上時(shí),，就會(huì)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(guān)系。

在電腦工作時(shí),，芯片晶體管pn的損耗（任何集成電路芯片都是由n個(gè)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(shí)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(yùn)行的要求。

由于熱的傳導(dǎo)以流過rri,，rrc和rrf三個(gè)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(dāng)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(yīng)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(jì)算得知,。

ti-ta=pc（rti rrc rrf）=pc rrz

rrz=（ti-ta）/pc

式中：ti芯片允許的結(jié)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(dǎo)系數(shù)（又被稱作“導(dǎo)熱系數(shù)”或“導(dǎo)熱率”）是反映材料熱性能的重要物理量,。熱傳導(dǎo)是熱交換的三種（熱傳導(dǎo),，對(duì)流和輻射）基本形式之一，是工程熱物理,，材料科學(xué),，固態(tài)物理，能源,，環(huán)保等各個(gè)研究領(lǐng)域的課題,。材料的導(dǎo)熱機(jī)理在很大程度上取決于它的微觀結(jié)構(gòu)，熱量的傳遞依靠原子,，分子圍繞平衡位置的振動(dòng)以及自由電子的遷移,。在導(dǎo)電金屬中電子流起支配作用，在絕緣體和大部分半導(dǎo)體中則以晶格振動(dòng)起主導(dǎo)作用,。

1882年法國科學(xué)家傅里葉（r）建立了熱傳導(dǎo)理論,，目前各種測量導(dǎo)熱系數(shù)的方法都是建立在傅里葉熱傳導(dǎo)定律的基礎(chǔ)上。當(dāng)物體內(nèi)部有溫度梯度存在時(shí),，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(dǎo)。傅里葉指出,，在dt時(shí)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(shí)導(dǎo)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(hào)表示熱量由高溫區(qū)域傳向低溫區(qū)域，λ是熱導(dǎo)系數(shù),，表示物體導(dǎo)熱能力的大小,。在式中λ的單位是w.m負(fù)1次方.k負(fù)1次方。

對(duì)于各向異性材料,，各個(gè)方向的導(dǎo)熱系數(shù)是不同的（常用張量來表示）,。

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

熱導(dǎo)系數(shù)又稱導(dǎo)熱系數(shù)或?qū)崧?。表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性能的物理量。設(shè)在物體內(nèi)部垂直于導(dǎo)熱方向取兩個(gè)相距1米,，面積為1平方米的平行面,，而這兩個(gè)平面的溫度相差1度，則在1秒內(nèi)從一個(gè)平面?zhèn)鲗?dǎo)到另一平面的熱量就規(guī)定為該物質(zhì)的熱導(dǎo)率,。其單位為：瓦/（米.攝氏度）,原工程單位制中則為：千卡/（米.小時(shí).攝氏度）,，熱導(dǎo)率的倒數(shù)稱為導(dǎo)熱熱阻。其它條件不變時(shí),，熱導(dǎo)率愈大導(dǎo)熱熱阻就愈小,，則導(dǎo)熱量就愈大；反之則導(dǎo)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(jī)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(dāng)機(jī)箱內(nèi)溫度達(dá)到一定時(shí),，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(qiáng)風(fēng),。所以無風(fēng)扇靜音熱管的散熱方式，是不可取的,。

另外根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理（就不列公式了）,，機(jī)箱風(fēng)扇的安裝，風(fēng)向必須一致,，既：前入后出,，形成一個(gè)風(fēng)道，才能將箱體內(nèi)的熱量帶走,，起到散熱的目的,。

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