各位同學(xué),，大家好,。

   我是七師兄

   今天我們來(lái),，來(lái)學(xué)習(xí)《icepak芯片散熱模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)》系列課程的第01節(jié)《芯片散熱與CFD模擬》。

    隨著電子產(chǎn)品的不斷更新升級(jí)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展,，芯片的集成度也越來(lái)越高,。

    據(jù)悉，臺(tái)積電,，目前正在研發(fā)2nm制程的芯片,。

    據(jù)預(yù)測(cè)，芯片的平均熱流密度將達(dá)到 500 W /cm2,，局部熱點(diǎn)熱流密度將會(huì)超過(guò) 1 000 W /cm2,。

   芯片功能越強(qiáng)大，芯片集成度越高,，單位時(shí)間所產(chǎn)生的熱量也多,，由此引發(fā)的“熱障”問(wèn)題也越發(fā)突出。

    科學(xué)研究表明： 在 70 ～ 80 ℃,，單個(gè)電子元件的溫度每升高 10 ℃,， 系統(tǒng)可靠性降低 50% 。

     對(duì)于穩(wěn)定持續(xù)工作的電子芯片,，最高溫度不能超過(guò) 85 ℃,，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致芯片損壞。

     據(jù)統(tǒng)計(jì),，有超過(guò) 55% 的電子設(shè)備失效形式都是因?yàn)闇囟冗^(guò)高引起的，因此,，能否將芯片產(chǎn)生的熱量及時(shí)有效的散發(fā)出去,，將直接影響芯片的工作性能、成本及可靠性,。

 那么,，有哪些方式可以對(duì)芯片進(jìn)行散熱呢？

     目前芯片的散熱方式主要有風(fēng)冷散熱,、水冷散熱,、熱管散熱等

    第一種，是傳統(tǒng)的翅片風(fēng)冷散熱,。主要是通過(guò)風(fēng)機(jī)攪動(dòng)周?chē)睦淇諝?，進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流散熱。

    比如我們常見(jiàn)的臺(tái)式電腦,，主板芯片上,，會(huì)帶一個(gè)風(fēng)扇，這種就是屬于風(fēng)冷式的,。

    這種散熱方式,，散熱量并不是很高,，極限散熱量＜ 1 W /cm2，因此,，這種散熱方式比較適合低功耗散熱場(chǎng)合,。

   第二種，是水冷散熱,。這種散熱方式主要由冷板,、水泵、散熱水排及傳輸管道構(gòu)成,。通過(guò)水的流動(dòng)性,，將熱量散發(fā)出去。由于水的比熱容比較大,，所以散熱效果比風(fēng)冷式的更好,。比如很多一些大型的互聯(lián)網(wǎng)公司，會(huì)把主機(jī)服務(wù)器,，放在湖底,。像阿里的服務(wù)器放在千島湖底，微軟的服務(wù)器放在奧克尼群島的海里,。

   第三種方式是,，熱管散熱。

   1963 年,，美國(guó) 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次提出一種高效的傳熱元件——熱管,，經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，    20 世紀(jì) 90 年代熱管技術(shù)開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用,。熱管散熱是目前芯片散熱領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的高性能散熱技術(shù),。

   熱管充分利用了工質(zhì)氣液相變吸熱放熱的性質(zhì)，通過(guò)熱管可以將,，發(fā)熱器件的熱量迅速傳遞到散熱翅片,，其熱傳導(dǎo)能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。

   熱管的工作過(guò)程本質(zhì)上可以概括為相變熱輸運(yùn)和毛細(xì)回流兩部分,。

由于它依靠?jī)?nèi)部工質(zhì)的氣液相變傳輸熱量,，因此具有傳熱能力強(qiáng)的特點(diǎn)， 同時(shí)工質(zhì)完全為熱驅(qū)動(dòng),，無(wú)須消耗外界能量,。

   但是，熱管冷卻通常存在毛細(xì)極限,、沸騰極限,、攜帶極限等問(wèn)題，單一的熱管散熱熱流密度不大，適用于熱流密度為 20 ～ 50 W /cm2 的電子設(shè)備散熱,。熱管是解決筆記本芯片,、航空航天電子設(shè)備散熱問(wèn)題的有效途徑之一,。

  除了以上三種之外,，當(dāng)然還有，比如相變儲(chǔ)熱散熱,/微通道散熱技術(shù),、微噴射散熱技術(shù),、、液態(tài)金屬散熱等技術(shù),、蒸汽壓縮制冷技術(shù)等,。

 那么如何才能清楚的知道，那種芯片散熱方式更加的可靠呢,。目前的研究手段主要有,，理論研究、實(shí)驗(yàn)測(cè)試,、CFD模擬仿真,。

 那么理論研究，適合在研發(fā)初期,，實(shí)驗(yàn)測(cè)試,，需要花費(fèi)大量的成本，同時(shí)研發(fā)周期過(guò)長(zhǎng),。CFD模擬仿真,，就能很好的解決理論計(jì)算的不確定，同時(shí)還能大大縮短實(shí)驗(yàn)研發(fā)周期,。因此,，CFD模擬仿真技術(shù)，在芯片散熱得到廣泛應(yīng)用,。

    CFD模擬仿真,，是通過(guò)，建立數(shù)值模型,，網(wǎng)格劃分進(jìn)行離散化,，數(shù)值求解，可視化后處理等過(guò)程,，來(lái)對(duì)芯片散熱效果進(jìn)行有效的分析的一個(gè)過(guò)程,。

  CFD模擬仿真可以對(duì)芯片在不同環(huán)境、不同功率,、不同結(jié)構(gòu)形式,、不同散熱方式下的電子產(chǎn)品溫度、熱阻進(jìn)行可靠預(yù)測(cè)，從而進(jìn)行散熱設(shè)計(jì),，預(yù)防高溫失效,。

由于，CFD模擬技術(shù)具有研發(fā)成本低,，研發(fā)周期短,，科學(xué)可靠的技術(shù)特點(diǎn)，因此相信,，在芯片散熱方面,，將來(lái)會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

  本門(mén)課程將在后續(xù)章節(jié),，給大家講解,，如何使用CFD模擬仿真，對(duì)芯片散熱問(wèn)題進(jìn)行研究,。

  好,，這節(jié)課就給大家講到這里，謝謝大家的觀看,。