计算机芯片的散热技术

《计算机芯片的散热技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2005年第21卷第3期电子机械工程2005.Vol.21No.3Electro-MechanicalEngineering15*计算机芯片的散热研究刘焕玲，邵晓东，贾建援，王卫东（西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安710071）摘要：论文针对计算机芯片的散热问题进行了研究，提出了一种采用微通道结构的散热系统设计方案，用热分析软件对微通道结构进行了数值仿真，并且指导了实验装置的设计。关键词：微通道结构；雷诺数；有限元中图分类号：TP332；TK124文献标识码：B文章编号：1008-5300（2005）03-0015-

2、03ResearchontheHeatSinkforComputerChipLIuHuan-Iing，SHAOXiao-dong，JIAJian-yuan，WANGWei-dong（InstituteofElectromachanicalEngineering，XianUniversityofElectronicScienceandTechnology，Xi'an710071，China）Abstract：Theheatdissipationofcomputerchipisstudiedinthispaper.Anewco

3、nceptusingmicro-channelstructureissuggestedandtheperformanceofthemicro-channelstructureisanalyzedusingtheFEA（finiteel-ementanalysis）software.Thedesignofexperimentaldeviceisguidedbyit.Keywords：micro-channel；Re；FEA0引言示，其设计思想是：当环境温度高于30℃时，微泵驱动冷却液（水）流入微通道结构，水在微通道内流动与芯

4、随着电子计算机容量和速度的快速发展，以及导片进行热交换，并带走芯片上的热量。当水经过热电弹、卫星、雷达等军用武器装备对高性能模块及高可靠模块加热，通过散热器把热量散失到外界环境中；当环大功率器件的要求不断提高，计算机芯片组装技术向境温度低于零下40℃工作时，热电模块加热微通道结［3］微型化、高密度方向发展。一方面，芯片的特征尺构，使水变热。微泵驱动热水对芯片加热。寸趋于微型化，从毫米级向微米级、亚微米级发展；另一方面，计算机芯片的集成程度越来越高，芯片需要集成数以百万计的元器件。大功率、微型化、高密度封装的发展趋势对芯片提

5、出了越来越高的要求。芯片的散热问题是目前计算机芯片研究的关键技术之一，也是当今研究的热点。与一般计算机相比，军用计算机具有应用环境恶劣，有更高可靠性要求，工作的环境温度可能在零下40℃到零上50℃之间。为了保障计算机能够正常工图1微通道总体设计结构作，需要对计算机芯片即时冷却及加热才能使芯片正常工作。思路的主要优点在于能够有效地对芯片进行散热，另外，系统在计算机内部只安装一个很小的微通道1微散热器设计思想结构，而系统其他部分放置在计算机的外部。可以有论文设计的微散热系统总体设计结构如图1所效地节省计算机内部空间。*收稿日期

6、：2004-06-10基金项目：国防科技预研基金项目（51416050201D20139）16电子机械工程第21卷D2微通道结构初步设计Dt∫pdV=0D*（t）微通道结构处于非常关键的地位，微通道结构是则可得出：散热系统的关键部件，直接影响到整个系统的散热能A入口×v入口=8×A微通道力，具体结构如图2所示，共有8个通道。微通道体v入口=0.725m/s结构的设计应考虑尺寸、流体速度的设计。按照体积最小原则，把微通道体的长度设为60mm，宽度设计为由上面可得该系统水流处于层流状态。50mm。高度设为5mm，在底版下面做一

7、个凹槽，因2.4初步验算［1］为要把芯片放在凹槽内，其深度设为与芯片的高度相由实验关联数据见表1。表1Nu的实验数据同。b/a2348∞Nu4.124.795.336.498.23假设取Nu=8，则水的换热系数为：Nu·λf2图2微通道结构h==12796W/mde对微通道设计，设计目标：与流体热交换充分，有由实验关联式得：效地控制芯片工作温度：Nu·λQ=h·b·l·［（tw1-tf）+［1］f根据传热学经典理论，h=de可知，当de越（tw2-tf）］=11.00456W小的时候，微通道换热效率越高，但考虑到加工因素，

8、假设8个微通道的换热能力相同，则de不宜太小。Q总=8×Q=88.048W2.1计算当量直径de4·a·b假设芯片Q源=60W，由Q总>Q源，可以满足设计假设a=0.2，b=4mm，由公式de=，2·（a+b）要求。则de=0.381mm。考虑到芯片的大小，取微通道的长度l=43mm。3数值仿真为了验证