芯片散熱的熱傳導(dǎo)計算

討論了表征熱傳導(dǎo)過程的各個物理量，并且通過實例，介紹了通過散熱過程的熱傳導(dǎo)計算來求得芯片實際工作溫度的方法

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，芯片的尺寸越來越小，同時運(yùn)算速度越來越快，發(fā)熱量也就越來越大，如英特爾處理器3.6G奔騰4終極版運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量最大可達(dá)115W，這就對芯片的散熱提出更高的要求。設(shè)計人員就必須采用先進(jìn)的散熱工藝和性能優(yōu)異的散熱材料來有效的帶走熱量，保證芯片在所能承受的最高溫度以內(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)，通過熱傳導(dǎo)計算來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

芯片的散熱過程

由于散熱器底面與芯片表面之間會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，所以空氣間隙會嚴(yán)重影響散熱效率，使散熱器的性能大打折扣，甚至無法發(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)出的熱量通過導(dǎo)熱材料傳遞給散熱器，再通過風(fēng)扇的高速轉(zhuǎn)動將絕大部分熱量通過對流（強(qiáng)制對流和自然對流）的方式帶走到周圍的空氣中，強(qiáng)制將熱量排除，這樣就形成了從芯片，然后通過散熱器和導(dǎo)熱材料，到周圍空氣的散熱通路。

圖2 芯片的散熱

表征熱傳導(dǎo)過程的物理量

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