芯片是这样散热的

　　早期的电脑，使用散热器的电脑部件并不多。随着电脑功能的日益增强以及电脑玩家越来越普遍的超频之风，现代电脑对各重要部件的散热要求越来越高。
　　电脑散热的方式很多，目前主要分为风冷、半导体致冷以及比较前卫的水冷等等。
　　目前广泛使用的风冷，其实就是将一块导热性较好的散热片紧紧贴住发热量较大的芯片，在散热片的上方再固定一个小型的风扇。这样，通过风扇高速旋转产生的气流将散热片上的热量带走。朋友们在选择风冷时须注意:以散热片来说，撇开材质的问题不谈，相信还是会有许多人认为“体积”越大的散热片，所能发挥的散热效果就越好。其实散热片的好坏，与其“体积”并没有绝对的关系，反倒是“表面积”的大小与散热有直接的关系。换句话说，也就是散热片的表面积越大，沟槽越多，其散热的效果就越好。散热片上的风扇也应注意，一个风扇的好坏取决于该风扇是否能够产生较大的气流流动，借以将热量带离散热片，而风扇所能产生的气流量，与风扇的转速、叶片的数目和大小以及叶片切角的角度都有关系。转速自然是越高越好，而叶片的数目自然也是越多越好。
　　介绍完风冷现在我们该谈谈半导体致冷了。半导体致冷的概念其实并不新鲜，前几年就有人试用了，它以致冷快，效果好而著称。但是其缺点也很突出:易结露，渗水，价格太高等等问题令人难以接受。随着科技的进步，半导体致冷的缺点也改进不少，相信在不久的将来半导体致冷器能广为用户接受。半导体致冷器的工作原理如下:碲化铋(Bismuth Telluride)加入不纯物后，经过处理而成N型或P型半导体，这些N型和P型的半导体颗粒互相排列后，中间以一般的铜、铝等导体相连接，成为一个完整的线路。当致冷器通电之后，电子在经过P型半导体时，因为该半导体的物理特性而吸收了热量，而到了N型半导体时又将热量放出。每经过一个NP通道时，就会有放热与吸热两种情况产生，使致冷器两面形成温差较大的冷热端。此时，就以低温的那一面来接触处理器的发热面，而发热的那一面则必须用风扇将热量排出。至于水冷方式，由于过于复杂，危险性较高，在这里就不细说。
　　电脑需要加装散热器的部件可谓越来越多，除了速度飞速狂飙的CPU外，主板北桥芯片组、显卡，甚至硬盘等电脑部件都可安装。其实，对发热量较大的电脑部件进行外部散热只是一个方面，电脑芯片的内部散热更为重要，也更不为广大读者所知。因此，在这里我们重点谈谈芯片内部的散热方式。
　　随着3D游戏的日益发展，为了获取更高速的运算速度，以完成大量材质贴图的工作，以Nvidia为首的图形芯片生产商不断地推出新品，显卡也渐渐变得与处理器一样，不仅运算速度不断提高，相对带来的温度也直线上升。
　　为了解决图形芯片的温度越来越高，而散热空间却严重不足的窘境，目前出厂的高端3D显卡除了都装上了散热器外，其内部的散热技术也有重大的改进，采用了一种全新的散热方式——内嵌式散热片。何为内嵌式散热片？一般来说，我们目前所使用的芯片都是将芯片的基层电路板以及晶圆，直接封装在矽之中制成。但从GeForce系列芯片的外观来看，在该芯片的中央有一圈圆形的部分，该部分乍看起来有点像是以圆形的贴纸贴上去一般，而该芯片的品牌以及型号都打印在上面(见图4)。不过再仔细观察，却又发觉中间圆形的部分与旁边的矽质部分，在高度上是完全一致的，不像其它芯片在其上贴上了贴纸后，因为贴纸厚度的关系，会使芯片的平面有些许的突出。其实，该芯片中央圆形的部分，是当初在设计该芯片时，用来作为散热之用的“散热片”。是的！没错，真的是散热片，且是内嵌在图形芯片中的散热片，各位不用怀疑。从图5、6中我们可以清楚地见到该芯片的剖面图。在图6中最下面的那一部分，是芯片的电路基板，方便将各个信号接脚以及电源接脚接出。而图中核心的部分则是晶圆。至于Heat Slug是内嵌散热片的部分，而Mold CPD，自然就是我们常见的封装晶圆的矽了。在晶圆与内嵌散热片中间的部分，是与散热硅胶有相同作用的胶质物质，它使晶圆与内嵌散热片之间增加了热传导的面积。因为该物质与晶圆和内嵌的散热片相互紧贴，使得该芯片能够以热传导的方式，迅速地将晶圆所产生的热量导出到散热片。这样可使该芯片速度更快、更稳定、更适合超频，这也是GeForce系列显卡能傲视群雄的一个主要原因。既然内嵌式散热片有这么大的作用，它是怎么做出来的呢？
　　一颗芯片的生产过程，大致上是先将线路已经设计好的“电路基板”固定，然后将已经蚀刻过的“晶圆”固定在电路基板上，完成所有的测试，以确定晶圆可否利用已设计好的电路基板工作，当所有的测试都已通过以后，才开始进行封装的工序。进行封装的材料一般都为矽或是锗，但是目前我们所见到的大多为矽，而以锗为材料进行封装的芯片，大多使用于较为恶劣的工作环境下的各类设备中。
　　内嵌散热片的芯片，与目前一般所使用的芯片在封装上的最大差异，在于进行封装之前，必须在晶圆上再加上一个具备较佳散热性并且不导电的散热片。同时必须使晶圆与散热片之间有传热的胶质物质，紧贴着散热片以及晶圆，借以增加热传导的面积，不过两者之间的胶质物质要做到紧紧密合，却不是一件容易的事情。

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