對(duì)電子芯片散熱器特性的測(cè)試研究分析

黎毅

摘要：電子芯片的散熱技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)當(dāng)中非常重要的一環(huán)，因此對(duì)電子芯片的散熱性能進(jìn)行深入的研究是非常有必要的。目前，大多數(shù)電子設(shè)備采用散熱器的方式來(lái)進(jìn)行冷卻降溫。散熱器的性能決定了電子芯片的散熱效率，因此，本文將利用實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)對(duì)散熱器進(jìn)行研究和討論，以期能夠推動(dòng)電子芯片散熱技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電子芯片散熱器；性能；研究分析。

前言：現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)芯片的發(fā)展趨勢(shì)是集成化，微型化。計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的核心組成部分。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求計(jì)算機(jī)芯片的功能需要不斷被加強(qiáng)，于是計(jì)算機(jī)芯片的功耗越來(lái)越大，產(chǎn)生了大量的熱量，影響到計(jì)算機(jī)芯片的正常工作水平。所以，如何能夠有效散熱是提高芯片能力的重要前提。

1.電子芯片散熱器實(shí)驗(yàn)分析

1.1電子芯片散熱特性研究的方向及意義

現(xiàn)今階段，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)計(jì)算機(jī)的電子芯片進(jìn)行降溫的最為常見(jiàn)和普遍的方法就是用風(fēng)扇等散熱器直接降溫。而散熱器在結(jié)構(gòu)組成，材料使用，制作方式等方面皆存在巨大的差異，于是散熱器對(duì)電子芯片的散熱能力也就有所不同。但是僅僅憑借現(xiàn)有的技術(shù)水平無(wú)法對(duì)散熱器的散熱水平提出一個(gè)統(tǒng)一的，權(quán)威的評(píng)價(jià)。僅僅依靠散熱器說(shuō)明書(shū)上的相關(guān)數(shù)據(jù)不足以使人們信服，上面的數(shù)據(jù)的真實(shí)性有待進(jìn)一步考察。如何能夠有效的對(duì)散熱器的性能進(jìn)行測(cè)評(píng)是本文章寫作的重要目的。本文旨在通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)測(cè)試比較散熱器的性能差距來(lái)確定散熱器的優(yōu)劣好壞，以期能夠?yàn)槲磥?lái)的散熱器發(fā)展規(guī)劃提供相關(guān)的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持，最終提高散熱器的散熱水平。這就是本次實(shí)驗(yàn)研究的最終目的和目標(biāo)方向。

1.2電子芯片散熱器散熱特性實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置是壓縮機(jī)，儲(chǔ)氣罐，恒溫水槽，閥門，氣體流量計(jì)，直流電源，送風(fēng)管道，模擬電子芯片和散熱器的裝置，數(shù)據(jù)采集裝置，計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)采用的方法是控制變量法。為了更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)控制，實(shí)驗(yàn)中采取電熱片模擬電子芯片的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)試。為了能夠控制加熱片的溫度，可以在電熱片上安裝幾個(gè)熱電偶銅片，然后將其連接至電壓源來(lái)進(jìn)行電熱片功率的控制，調(diào)整好溫度之后，使用兩個(gè)完全不同的散熱器對(duì)電熱片進(jìn)行散熱，然后利用空氣氣流冷卻的的方式將電熱片產(chǎn)生的熱量吹走，從而進(jìn)行散熱器的模擬。調(diào)整空氣氣流的速度就會(huì)獲得不同的散熱效果，數(shù)據(jù)采集裝置會(huì)得出相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理就能得到散熱器的最終散熱效果。

2.散熱器散熱性能實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)及結(jié)論

2.1對(duì)不同功率的電子芯片進(jìn)行溫度測(cè)定

為了檢驗(yàn)散熱器對(duì)于不同的電子芯片的散熱能力，第一種方法就是測(cè)溫法，其原理就是通過(guò)銅電偶片控制好電發(fā)熱片兩端的電壓，熱電片便以不同的功率進(jìn)行發(fā)熱。然后檢驗(yàn)不同功率下電子芯片的溫度。這個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠如實(shí)反映出散熱器對(duì)于瞬間飆升的溫度的響應(yīng)靈敏度和短時(shí)間內(nèi)的溫度存儲(chǔ)能力。這兩種能力體現(xiàn)了散熱器對(duì)于電子芯片的保護(hù)能力。因?yàn)殡娮有酒谶\(yùn)行時(shí)，由于瞬間會(huì)計(jì)算大量的數(shù)據(jù)，進(jìn)而產(chǎn)生大量的熱量，溫度會(huì)出現(xiàn)瞬間飆升的現(xiàn)象，這時(shí)就需要及時(shí)散熱，如果不能及時(shí)散熱，會(huì)大大影響電子芯片的效率，更有可能損壞電子芯片的內(nèi)部構(gòu)件。對(duì)于溫度瞬間的提高進(jìn)行測(cè)定反映了散熱器的短期儲(chǔ)熱能力，進(jìn)而能夠評(píng)價(jià)出散熱器處理電子芯片熱溫飆升的能力。根據(jù)不同的空氣流速以及不同的散熱芯片對(duì)同一個(gè)電子芯片散熱能力不同，電子芯片的表面溫度不同，本次實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)測(cè)定不同電子芯片的表面溫度來(lái)確定散熱器散熱效果。實(shí)驗(yàn)中還要注意控制外界環(huán)境的穩(wěn)定，減少對(duì)于實(shí)驗(yàn)的干擾，實(shí)驗(yàn)過(guò)后我們可以得出：相同散熱片的前提下，空氣流速增加之后，電子芯片表面上的溫度上升速度緩慢，說(shuō)明了空氣流速對(duì)于電子芯片的散熱起著一定的作用。相同空氣流速的前提下，不同類型的散熱器對(duì)電子芯片表面上的溫度影響也是不同的。而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果也很明顯?？梢耘袛喑錾崞髦g的散熱差異很明顯，所以測(cè)試時(shí)，可以通過(guò)芯片表面溫度變化情況來(lái)對(duì)散熱器短時(shí)間內(nèi)的儲(chǔ)熱能力進(jìn)行衡量。

2.2對(duì)不同功率電子芯片達(dá)到平衡溫度進(jìn)行測(cè)定

第二種方法于第一種方法類似，只是方法略微有些不同。這種方法是通過(guò)選取不同種類的金屬片來(lái)模擬不同功耗的計(jì)算機(jī)電子芯片，計(jì)算不同電熱片外加電壓恒定的情況下達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)溫度會(huì)有所不同，利用所得的溫度差來(lái)對(duì)散熱器在不同功率下的散熱性能做出評(píng)價(jià)。具體方法就是用兩個(gè)散熱器依次對(duì)不同功耗的電熱片進(jìn)行降溫冷卻，測(cè)試一定時(shí)間后電熱片的表面溫度，數(shù)據(jù)表明，電子芯片的功耗越大，不同的散熱器表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)差異越來(lái)越明顯，說(shuō)明散熱效果差的散熱器無(wú)法用于給高功耗的電子芯片散熱工作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分反映了電子芯片在高負(fù)荷工作之下散熱器的散熱性能差異，進(jìn)而給予人們散熱器性能的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

2.3芯片表面溫度降低測(cè)定

第三種實(shí)驗(yàn)測(cè)試是測(cè)量電子芯片的表面溫度的降低程度。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是對(duì)風(fēng)扇散熱器的散熱速率和效率進(jìn)行測(cè)評(píng)，通過(guò)這種方式來(lái)評(píng)估散熱器的散熱效果。實(shí)驗(yàn)主要的方法是控制外界溫度穩(wěn)定不變，在這個(gè)前提之下，選取一塊散熱片以恒定的功率工作，大約控制在18w左右，然后對(duì)其進(jìn)行降溫，記錄下降溫過(guò)程中的溫度變化情況，然后列舉出不同散熱器的散熱溫度下降速度，進(jìn)而比較散熱器性能的好壞。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可以通過(guò)測(cè)量散熱器在不同情況下散熱量的多少來(lái)進(jìn)行分析。而事實(shí)上，有研究表明，在電子芯片表面的溫度與外界溫度的差控制在一定的區(qū)間時(shí)，散熱器的散熱量和散熱效率會(huì)與肋間距有關(guān)，并且隨著肋間距的變化而變化。肋間距不變時(shí)，散熱器肋片的厚度對(duì)于散熱器的散熱效果有影響，并且散熱器的散熱量差異很明顯?？刂破渌嚓P(guān)因素穩(wěn)定后，不同的氣體流速影響到了電子芯片表面的溫度，所以可以說(shuō)散熱器的散熱性能是由多種和因素共同決定的，因此要從多個(gè)方面來(lái)考慮。

2.4散熱器熱阻性能測(cè)定

散熱器的熱阻的高低能夠體現(xiàn)散熱器的性能，計(jì)算中可以先利用散熱公式計(jì)算出散熱量，散熱量的計(jì)算公式是：散熱量=換熱系數(shù)*酹壁效率*散熱器總的散熱面積*電子芯片表面溫度和電子芯片外界溫度之差。 計(jì)算出散熱量之后，根據(jù)散熱量和熱阻之間的關(guān)系就可以計(jì)算出熱阻的大小。實(shí)驗(yàn)中，不同結(jié)構(gòu)的散熱器所具有的散熱面積也不盡相同，處于變化的趨勢(shì)，所以實(shí)驗(yàn)中要選取特定型號(hào)和結(jié)構(gòu)的散熱器來(lái)盡可能的減小誤差，換熱系數(shù)和肋壁效率會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)狀況的改變而改變，因此控制好實(shí)驗(yàn)條件很有必要。熱阻等于散熱量除以溫度差異，不同散熱器的熱阻會(huì)隨著氣體流速的增加而減小，熱阻越小，散熱器的性能也就越優(yōu)越，所以，散熱器的出場(chǎng)說(shuō)明書(shū)上可以標(biāo)記出散熱器的熱阻大小，以供消費(fèi)者能初步對(duì)散熱器的性能做出判斷。

3. 結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)測(cè)試可知，不同的散熱器有著很大的散熱差距，而且散熱器的性能可以通過(guò)對(duì)不同功率的電子芯片的溫度測(cè)試來(lái)進(jìn)行確定。也可以通過(guò)散熱器的材料和結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行分析，這樣能夠從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上客觀評(píng)價(jià)散熱器的基本散熱效果，令人信服。散熱器在計(jì)算機(jī)技術(shù)中扮演著保護(hù)者的形象，好的散熱器不僅能夠保護(hù)計(jì)算機(jī)的電子芯片，而且能夠提高電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率，提高電子計(jì)算機(jī)的水平。

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