首先,来分析一下笔记本散热系统,我们就会发现一些问题。一个典型的散热系统,是一个串行的体系。热量从源头,通过热传递导出到外界空气的过程,要经过如下介质:芯片DIE、导热硅脂、铜吸热面、焊锡、热管、焊锡、散热鳞片。
串行散热体系
其中,芯片的DIE,就是芯片晶圆的硅制外壳,它可以保护内部精密的晶体管电路不受氧化和磨损,更重要的是,能把内部电路产生的热量传导到表面。
从上图可以看出,热量从芯片内部产生后,要经过7层介质,才会散发到周围的空气中。类比电路,我们可以看出,这里的热量传导,是一个串行的体系。各种介质,导热的能力,有一个物理常量来衡量,那就是导热系数,又称导热率。下面,我们就对于这些介质进行分析。
热导率定义为单位截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量。
导热率ρ=ΔQ*L/S*ΔT*t
ΔQ:传递的热量,L:长度,S:截面积,ΔT:两端温差,t:时间。
常见的介质导热率如下:
常见材料导热率
这里,笔者把液态金属的导热率也列了出来,因为等下要进行液态金属的实验。顺便说一下,芯片DIE硅材料的导热率可大500以上。
从上表可以看出,我们CPU所用的导热硅脂,也就“传统导热膏”的导热率,是最大的瓶颈。但是,为什么我们还要用导热硅脂呢?
因为不同介质之间,往往接触是不完好的,缝隙中混入了空气,空气的导热率更低。这样会造成很大的接触热阻(热阻是导热率的倒数)。所以我们必须在芯片表面涂上导热硅脂。
导热硅脂必须存在,但是,这不可避免的,会造成了散热体系中的瓶颈。瓶颈的存在,导致了它的前端介质不断的堆积热量,也就导致了芯片的温度持续升高。