芯片散熱的熱傳導計算

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

隨著微電子技術的飛速發展，芯片的尺寸越來越小，同時運算速度越來越快，發熱量也就越來越大，如英特爾處理器3.6G奔騰4終極版運行時產生的熱量最大可達115W，這就對芯片的散熱提出更高的要求。設計人員就必須采用先進的散熱工藝和性能優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，用導熱材料和工具將散熱器安裝于芯片上面，從而將芯片產生的熱量迅速排除。本文介紹了根據散熱器規格、芯片功率、環境溫度等數據，通過熱傳導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體，所以空氣間隙會嚴重影響散熱效率，使散熱器的性能大打折扣，甚至無法發揮作用。為了減小芯片和散熱器之間的空隙，增大接觸面積，必須使用導熱性能好的導熱材料來填充，如導熱膠帶、導熱墊片、導熱硅酯、導熱黏合劑、相轉變材料等。如圖2所示，芯片發出的熱量通過導熱材料傳遞給散熱器，再通過風扇的高速轉動將絕大部分熱量通過對流（強制對流和自然對流）的方式帶走到周圍的空氣中，強制將熱量排除，這樣就形成了從芯片，然后通過散熱器和導熱材料，到周圍空氣的散熱通路。

圖2 芯片的散熱

表征熱傳導過程的物理量

圖3 一維熱傳導模型

在圖3的導熱模型中，達到熱平衡后，熱傳導遵循傅立葉傳熱定律：

Q=K