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各位同学，大家好。 我是七师兄 今天我们来，来学习《icepak芯片散热模拟优化设计》系列课程的第01节《芯片散热与CFD模拟》。 随着电子产品的不断更新升级和产业技术的发展，芯片的集成度也越来越高。 据悉，台积电，目前正在研发2nm制程的芯片。 据预测，芯片的平均热流密度将达到 500 W /cm2，局部热点热流密度将会超过 1 000 W /cm2。 芯片功能越强大，芯片集成度越高，单位时间所产生的热量也多，由此引发的“热障”问题也越发突出。 科学研究表明： 在 70 ～ 80 ℃，单个电子元件的温度每升高 10 ℃， 系统可靠性降低 50% 。 对于稳定持续工作的电子芯片，最高温度不能超过 85 ℃，温度过高会导致芯片损坏。 据统计，有超过 55% 的电子设备失效形式都是因为温度过高引起的，因此，能否将芯片产生的热量及时有效的散发出去，将直接影响芯片的工作性能、成本及可靠性。 那么，有哪些方式可以对芯片进行散热呢？ 目前芯片的散热方式主要有风冷散热、水冷散热、热管散热等 第一种，是传统的翅片风冷散热。主要是通过风机搅动周围的冷空气，进行强迫对流散热。 比如我们常见的台式电脑，主板芯片上，会带一个风扇，这种就是属于风冷式的。 这种散热方式，散热量并不是很高，极限散热量＜ 1 W /cm2，因此，这种散热方式比较适合低功耗散热场合。
第二种，是水冷散热。这种散热方式主要由冷板、水泵、散热水排及传输管道构成。通过水的流动性，将热量散发出去。由于水的比热容比较大，所以散热效果比风冷式的更好。比如很多一些大型的互联网公司，会把主机服务器，放在湖底。像阿里的服务器放在千岛湖底，微软的服务器放在奥克尼群岛的海里。
第三种方式是，热管散热。 1963 年，美国 国家实验室首次提出一种高效的传热元件——热管，经过 30 多年的发展， 20 世纪 90 年代热管技术开始大规模应用。热管散热是目前芯片散热领域应用较为广泛的高性能散热技术。 热管充分利用了工质气液相变吸热放热的性质，通过热管可以将，发热器件的热量迅速传递到散热翅片，其热传导能力超过任何已知金属的导热能力。 热管的工作过程本质上可以概括为相变热输运和毛细回流两部分。 由于它依靠内部工质的气液相变传输热量，因此具有传热能力强的特点， 同时工质完全为热驱动，无须消耗外界能量。
但是，热管冷却通常存在毛细极限、沸腾极限、携带极限等问题，单一的热管散热热流密度不大，适用于热流密度为 20 ～ 50 W /cm2 的电子设备散热。热管是解决笔记本芯片、航空航天电子设备散热问题的有效途径之一。 除了以上三种之外，当然还有，比如相变储热散热,/微通道散热技术、微喷射散热技术、、液态金属散热等技术、蒸汽压缩制冷技术等。
那么如何才能清楚的知道，那种芯片散热方式更加的可靠呢。目前的研究手段主要有，理论研究、实验测试、CFD模拟仿真。 那么理论研究，适合在研发初期，实验测试，需要花费大量的成本，同时研发周期过长。CFD模拟仿真，就能很好的解决理论计算的不确定，同时还能大大缩短实验研发周期。因此，CFD模拟仿真技术，在芯片散热得到广泛应用。 CFD模拟仿真，是通过，建立数值模型，网格划分进行离散化，数值求解，可视化后处理等过程，来对芯片散热效果进行有效的分析的一个过程。 CFD模拟仿真可以对芯片在不同环境、不同功率、不同结构形式、不同散热方式下的电子产品温度、热阻进行可靠预测，从而进行散热设计，预防高温失效。 由于，CFD模拟技术具有研发成本低，研发周期短，科学可靠的技术特点，因此相信，在芯片散热方面，将来会得到更加广泛的应用。
本门课程将在后续章节，给大家讲解，如何使用CFD模拟仿真，对芯片散热问题进行研究。 好，这节课就给大家讲到这里，谢谢大家的观看。 |
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