對電子芯片散熱器特性的測試研究分析

黎毅

摘要：電子芯片的散熱技術是計算機技術當中非常重要的一環，因此對電子芯片的散熱性能進行深入的研究是非常有必要的。目前，大多數電子設備采用散熱器的方式來進行冷卻降溫。散熱器的性能決定了電子芯片的散熱效率，因此，本文將利用實驗的方式來對散熱器進行研究和討論，以期能夠推動電子芯片散熱技術的發展。

關鍵詞：電子芯片散熱器；性能；研究分析。

前言：現代的計算機芯片的發展趨勢是集成化，微型化。計算機芯片技術已經成為現代計算機技術的核心組成部分。計算機技術的發展要求計算機芯片的功能需要不斷被加強，于是計算機芯片的功耗越來越大，產生了大量的熱量，影響到計算機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.電子芯片散熱器實驗分析

1.1電子芯片散熱特性研究的方向及意義

現今階段，在計算機應用的過程中，對計算機的電子芯片進行降溫的最為常見和普遍的方法就是用風扇等散熱器直接降溫。而散熱器在結構組成，材料使用，制作方式等方面皆存在巨大的差異，于是散熱器對電子芯片的散熱能力也就有所不同。但是僅僅憑借現有的技術水平無法對散熱器的散熱水平提出一個統一的，權威的評價。僅僅依靠散熱器說明書上的相關數據不足以使人們信服，上面的數據的真實性有待進一步考察。如何能夠有效的對散熱器的性能進行測評是本文章寫作的重要目的。本文旨在通過各種實驗測試比較散熱器的性能差距來確定散熱器的優劣好壞，以期能夠為未來的散熱器發展規劃提供相關的數據和技術支持，最終提高散熱器的散熱水平。這就是本次實驗研究的最終目的和目標方向。

1.2電子芯片散熱器散熱特性實驗過程

本次實驗的實驗裝置是壓縮機，儲氣罐，恒溫水槽，閥門，氣體流量計，直流電源，送風管道，模擬電子芯片和散熱器的裝置，數據采集裝置，計算機。實驗采用的方法是控制變量法。為了更好地進行實驗控制，實驗中采取電熱片模擬電子芯片的方式來進行測試。為了能夠控制加熱片的溫度，可以在電熱片上安裝幾個熱電偶銅片，然后將其連接至電壓源來進行電熱片功率的控制，調整好溫度之后，使用兩個完全不同的散熱器對電熱片進行散熱，然后利用空氣氣流冷卻的的方式將電熱片產生的熱量吹走，從而進行散熱器的模擬。調整空氣氣流的速度就會獲得不同的散熱效果，數據采集裝置會得出相關數據，經過計算機的處理就能得到散熱器的最終散熱效果。

2.散熱器散熱性能實驗的檢測及結論

2.1對不同功率的電子芯片進行溫度測定

為了檢驗散熱器對于不同的電子芯片的散熱能力，第一種方法就是測溫法，其原理就是通過銅電偶片控制好電發熱片兩端的電壓，熱電片便以不同的功率進行發熱。然后檢驗不同功率下電子芯片的溫度。這個檢測數據能夠如實反映出散熱器對于瞬間飆升的溫度的響應靈敏度和短時間內的溫度存儲能力。這兩種能力體現了散熱器對于電子芯片的保護能力。因為電子芯片在運行時，由于瞬間會計算大量的數據，進而產生大量的熱量，溫度會出現瞬間飆升的現象，這時就需要及時散熱，如果不能及時散熱，會大大影響電子芯片的效率，更有可能損壞電子芯片的內部構件。對于溫度瞬間的提高進行測定反映了散熱器的短期儲熱能力，進而能夠評價出散熱器處理電子芯片熱溫飆升的能力。根據不同的空氣流速以及不同的散熱芯片對同一個電子芯片散熱能力不同，電子芯片的表面溫度不同，本次實驗可以通過測定不同電子芯片的表面溫度來確定散熱器散熱效果。實驗中還要注意控制外界環境的穩定，減少對于實驗的干擾，實驗過后我們可以得出：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，說明了空氣流速對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電子芯片表面上的溫度影響也是不同的。而且實驗結果也很明顯。可以判斷出散熱器之間的散熱差異很明顯，所以測試時，可以通過芯片表面溫度變化情況來對散熱器短時間內的儲熱能力進行衡量。

2.2對不同功率電子芯片達到平衡溫度進行測定

第二種方法于第一種方法類似，只是方法略微有些不同。這種方法是通過選取不同種類的金屬片來模擬不同功耗的計算機電子芯片，計算不同電熱片外加電壓恒定的情況下達到平衡狀態時溫度會有所不同，利用所得的溫度差來對散熱器在不同功率下的散熱性能做出評價。具體方法就是用兩個散熱器依次對不同功耗的電熱片進行降溫冷卻，測試一定時間后電熱片的表面溫度，數據表明，電子芯片的功耗越大，不同的散熱器表現出來的狀態差異越來越明顯，說明散熱效果差的散熱器無法用于給高功耗的電子芯片散熱工作，實驗結果充分反映了電子芯片在高負荷工作之下散熱器的散熱性能差異，進而給予人們散熱器性能的選擇標準。

2.3芯片表面溫度降低測定

第三種實驗測試是測量電子芯片的表面溫度的降低程度。這個實驗是對風扇散熱器的散熱速率和效率進行測評，通過這種方式來評估散熱器的散熱效果。實驗主要的方法是控制外界溫度穩定不變，在這個前提之下，選取一塊散熱片以恒定的功率工作，大約控制在18w左右，然后對其進行降溫，記錄下降溫過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，進而比較散熱器性能的好壞。這個實驗也可以通過測量散熱器在不同情況下散熱量的多少來進行分析。而事實上，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間時，散熱器的散熱量和散熱效率會與肋間距有關，并且隨著肋間距的變化而變化。肋間距不變時，散熱器肋片的厚度對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。控制其他相關因素穩定后，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，因此要從多個方面來考慮。

2.4散熱器熱阻性能測定

散熱器的熱阻的高低能夠體現散熱器的性能，計算中可以先利用散熱公式計算出散熱量，散熱量的計算公式是：散熱量=換熱系數*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。 計算出散熱量之后，根據散熱量和熱阻之間的關系就可以計算出熱阻的大小。實驗中，不同結構的散熱器所具有的散熱面積也不盡相同，處于變化的趨勢，所以實驗中要選取特定型號和結構的散熱器來盡可能的減小誤差，換熱系數和肋壁效率會隨著實驗狀況的改變而改變，因此控制好實驗條件很有必要。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越，所以，散熱器的出場說明書上可以標記出散熱器的熱阻大小，以供消費者能初步對散熱器的性能做出判斷。

3. 結語：

通過上述實驗測試可知，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對不同功率的電子芯片的溫度測試來進行確定。也可以通過散熱器的材料和結構來進行分析，這樣能夠從實驗現象上客觀評價散熱器的基本散熱效果，令人信服。散熱器在計算機技術中扮演著保護者的形象，好的散熱器不僅能夠保護計算機的電子芯片，而且能夠提高電子計算機的運算效率，提高電子計算機的水平。

參考文獻：

[l]邱海平.電子元器件及儀器的熱控制技術.北京：電子工業出版社，1991

[2]章熙民，任澤需，梅飛鳴.傳熱學.高等學校推薦教材.北京：中國建工出版社，1998