散熱片面積的計算

1、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終極版運行時產(chǎn)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(shè)計人員就必須采用先進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

2、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

3、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(dǎo)熱材料，到周圍空氣的散熱通路。圖2芯片的散熱式中：R1為芯片的熱阻；R2為導(dǎo)熱材料的熱阻；R3為散熱器的熱阻。導(dǎo)熱材料的熱阻R2為：R2＝ZA(5

4、)式中：Z為導(dǎo)熱材料的熱阻抗，A為傳熱面積。芯片的工作溫度T2為：T2＝T1PR(6)式中：T1為空氣溫度；P為芯片的發(fā)熱功率；R為熱傳導(dǎo)過程的總熱阻。芯片的熱阻和功率可以從芯片和散熱器的技術(shù)規(guī)格中獲得，散熱器的熱阻可以從散熱器的技術(shù)規(guī)格中得到，從而可以計算出芯片的工作溫度T2。實例實例下面通過一個實例來計算芯片的工作溫度。芯片的熱阻為1.75℃W，功率為5W，最高工作溫度為90℃，散熱器熱阻為1.5℃W，導(dǎo)熱材料的熱阻抗Z為5.8℃c

5、m2W，導(dǎo)熱材料的傳熱面積為5cm2，周圍環(huán)境溫度為50℃。導(dǎo)熱材料理論熱阻R4為：R4＝ZA＝5.8(℃cm2W)5(cm2)=1.16℃W(7)由于導(dǎo)熱材料同芯片和散熱器之間不可能達到100％的結(jié)合，會存在一些空氣間隙，因此導(dǎo)熱材料的實際熱阻要大于理論熱阻。假定導(dǎo)熱材料同芯片和散熱器之間的結(jié)合面積為總面積的60％，則實際熱阻R3為：R3＝R460%＝1.93℃W(8)總熱阻R為：R=R1R2R3=5.18℃W(9)芯片的工作溫度T2

6、為：T2＝T1PR＝50℃(5W5.18℃W)＝75.9℃(10)可見，芯片的實際工作溫度75.9℃小于芯片的最高工作溫度90℃，處于安全工作狀態(tài)。如果芯片的實際工作溫度大于最高工作溫度，那就需要重新選擇散熱性能更好的散熱器，增加散熱面積，或者選擇導(dǎo)熱效果更優(yōu)異的導(dǎo)熱材料，提高整體散熱效果，從而保持芯片的實際工作溫度在允許范圍以內(nèi)。參考文獻13Mtechnicalbulletinheatcalculationof3Mthermallyc