CPU散热器的发展现状与发展趋势.doc

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1、.引言过去的三十年见证了现代电子工业的个人电脑及其服务器的日新月异。同时，由于增加的热流体的散热问题严重阻碍了超级高性能的CPU的发展。目前，传统的冷却技术，如风冷，水冷和热管依然在散热领域扮演着主要的角色。这主要归因于这些技术，结构简单，冷却效率高以及低成本。除此之外，一系列的新的和更高级的冷却技术正在涌现，比如说，微通道，离子风，压电式翅片，磁性极化纳米流体，以及微包裹体相变流体等。这些令人欣喜的策略具有独一无二的优势以及一些甚至能够处理极端高热流体的条件。然而，对于大部分散热的方式来说，一些技术问题，比如复杂的制

2、造工艺，高成本，以及可靠性问题，离大规模的商业使用依然有很大的提升空间。在许多的新创意中，液态金属冷却技术迅速成为了近年来最吸引人的散热技术。它最典型的优势在于，液态金属的高的热物性以及它独一无二的电磁驱动特性。目前，基于金属镓的合金被认为是最好的可用于该技术最好的材料。该合金的有低的熔点（<10℃），高的导热率，无毒，高的沸点，因此有了优秀的冷却能力和高的可靠性。现在最常用的风冷技术已经达到了它的极限，随着CPU芯片集成技术的发展，风冷技术将无法满足市场的要求。新型的液体金属散热方法虽然理论上具有很大的发展潜力，但昂

3、贵的价格不利于大规模生产，而且在实际应用中其散热效果并不理想，与目前最先进的风冷散热器相比，并没有完全处于优势地位。液体具有良好的流动性和导热性，因此液体散热技术的应用非常广泛，成为各种台式计算机及大型工作站散热的首选，而且效果也明显优于常规的风冷散热。目前对于液体冷却主要是研究其流道结构和冷却液成分，冷却液主要包括水、纳米流体、液体金属。液态金属的导热系数最高，其次是纳米流体，最后是水。开旺提出在液体金属中加入纳米粉体，可以形成导热系数更高的纳米金属流体。宋思洪等通过研究表明，不同功率下芯片温度随导热系数的升高而降低

4、，但导热系数越高，芯片温度降低的幅度越小，可见单纯提高导热系数并不能大幅提高冷却液的散热性能。因此，还需从冷却液的其他热物性方面入手（如提高比热）来增强工质的散热性能，以期获得一种具有较高导热系数以及较大等效比热的潜热型低熔点液态金属功能热流体。1液体散热技术CPU芯片过热所导致的“电子迁移”是造成CPU部芯片损坏的主要原因。电子迁移是指电子流动所引起的金属原子迁移的现象。在芯片部电流强度很高的金属导线上，电子的流动会给金属原子一个动量，当电子与金属原子碰撞时，可能会使金属原子脱离金属表面四处流动，导致金属表面上形成坑

5、洞或凸起，这是一个不可逆转的永久性伤害。如果这个慢性过程一直持续，则将最终造成部核心电路的短路或断路，彻底损坏CPU。液体冷却是一种非常有效的散热手段，被广泛应用在工业上，如强激光和高功率微波技术的散热系统、汽车发动机的热交换等。液体具有非常高的比热容，可以在CPU芯片的发热部位吸收大量的热，而且由于良好的流动性，液体可以流动到其他低温部位再将热量排出，这样连续不断地吸热和散热，保证了芯片部位一直处于较低温度，从而达到保护芯片的目的。表1目前ＣＰＵ芯片的散热方式散热方式散热介质原理器件优点缺点风冷散热液冷散热空气水及其

6、他几种液体半导体空气流动带走热量液体流动吸热并带走热量风扇液体循环系统一组串联简单，方便，廉价散热效果好，廉价散热效果差，噪音大器件大，安装不方便..半导体散热化学制冷散热干冰、液氮等超低温物质利用帕尔贴效应，通电的半导体一端发热，一端吸热利用物质的相变大量吸热的半导体未见产品能够较精确地控制温度，无噪音散热效果好易凝结露水，工艺不成熟，价格高价格昂贵，持续时间短常用的液体冷却方式有三种：大器件的液体冷却循环技术、热管技术和雾化喷射冷却技术。大器件的液体冷却循环系统最常用，也已经有多种产品问世；热管技术在笔记本电脑中的

7、应用较多，在台式电脑中应用较少；而液体喷射冷却技术只见文献报道，未见实际应用。目前研究较多的冷却液是水、液态金属和纳米流体。纳米流体多用于汽车发动机的冷却，其优异的传热性能备受关注，在电子芯片散热方面也有很大的发展潜力。2　液体散热器的结构2.1　常用液冷循环系统通常的液体散热器即大器件的液体循环冷却系统如图１所示，由一根出水管、一根进水管和与芯片接触的蓄水槽组成。其中蓄水槽的部分是最重要的部分，其部构造决定散热效果的优劣，以微槽通道联通液体循环的路径。另外液体的循环需要外加动力源，于是在系统中还必须要有一个水泵给液体

8、施加压力，使其流动起来。图１　常用液冷循环系统示意图如果电脑发热量较大或需要长时间大负荷运行，还可在散热器的冷凝段加风扇，用以加速液体的冷却，但这样做也会产生负面影响，如耗电、传送距离短、有噪音、体积大、安装麻烦等。为了解决外接动力源，达到节能的目的，可以使用电渗流微泵（EOF-micro-pump）作为流体驱动装置，微通道冷却系