cpu半導(dǎo)體散熱器效果怎么樣？哪些cpu散熱器是半導(dǎo)體散熱

       關(guān)于cpu散熱器一直以來(lái)大家都在爭(zhēng)論“到底是風(fēng)冷好還是水冷好？”，而今天我們要來(lái)聊一聊關(guān)于cpu半導(dǎo)體散熱的相關(guān)知識(shí)。
 
       其實(shí)我們現(xiàn)在使用的水冷散熱器，其部分原理仍舊屬于“風(fēng)冷”的范疇，不過(guò)是散熱器的導(dǎo)熱介質(zhì)由熱管的“蒸發(fā)-凝結(jié)”自動(dòng)循環(huán)原理，替換為依靠由水泵電機(jī)主動(dòng)循環(huán)帶動(dòng)的液體傳導(dǎo)，最終所有的熱量還是通過(guò)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，形成強(qiáng)制對(duì)流，將鰭片（風(fēng)冷）或冷排（水冷）的熱量傳遞到環(huán)境中幫助芯片降溫。因此，風(fēng)冷與水冷散熱器都屬于“被動(dòng)”的散熱的形式，因?yàn)樾酒母邷嘏c環(huán)境的低溫所產(chǎn)生的溫差范圍，決定了傳統(tǒng)散熱器作為"熱量的搬運(yùn)工"，最多只能將芯片的溫度降低至接近環(huán)境溫度。
 
       而半導(dǎo)體散熱器卻是實(shí)打?qū)嵉闹鲃?dòng)散熱，那么為什么到目前為止cpu半導(dǎo)體散熱還沒(méi)有被普及呢？是散熱效果不好還是有別的原因？下面就讓我們一起來(lái)深入了解一下半導(dǎo)體散熱的相關(guān)知識(shí)吧。
 
       一、在此之前我們要先了解兩個(gè)概念：半導(dǎo)體制冷和半導(dǎo)體制冷片
 
       1、什么是半導(dǎo)體制冷？
 
       要了解半導(dǎo)體制冷這一具體到終端的技術(shù)應(yīng)用，我們需要先了解的一個(gè)有關(guān)電與熱的基礎(chǔ)原理：熱電效應(yīng)（ Thermoelectric effect）。
   
       熱電效應(yīng)是一個(gè)由溫差產(chǎn)生電壓的直接轉(zhuǎn)換，且反之亦然。簡(jiǎn)單的放置一個(gè)熱電裝置，當(dāng)他們的兩端有溫差時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，而當(dāng)一個(gè)電壓施加于其上，他也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫差。這個(gè)效應(yīng)可以用來(lái)產(chǎn)生電能、測(cè)量溫度，冷卻或加熱物體。因?yàn)檫@個(gè)加熱或制冷的方向決定于施加的電壓，熱電裝置讓溫度控制變得非常的容易。
 
       熱電效應(yīng)并非是一個(gè)獨(dú)立存在的術(shù)語(yǔ)，這個(gè)理論包含了三個(gè)分別經(jīng)定義過(guò)的效應(yīng)，分別是：塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect，1821年），帕爾貼效應(yīng)（Peltier effect，1834年）與湯姆森效應(yīng)（Thomson effect，1854年）
 
       塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect）
 
       1821年德國(guó)人塞貝克發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體相連接時(shí)，如兩個(gè)連接點(diǎn)保持不同的溫差，則在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)：
 
       ES=S.△T
 
       式中：ES為溫差電動(dòng)勢(shì)，S為溫差電動(dòng)勢(shì)率（塞貝克系數(shù)），△T為接點(diǎn)之間的溫差
 
       帕爾貼效應(yīng)（Peltier effect）
 
       1834年法國(guó)人珀?duì)柼l(fā)現(xiàn)了與塞貝克效應(yīng)的相反效應(yīng)，即當(dāng)電流流經(jīng)兩個(gè)不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時(shí)，接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來(lái)決定。
 
       Qл=л.Iл=aTc
 
       式中：Qπ為放熱或吸熱功率 π為比例系數(shù)，稱為珀?duì)柼禂?shù)，I為工作電流，a為溫差電動(dòng)勢(shì)率，Tc為冷接點(diǎn)溫度
 
       湯姆森效應(yīng)（Thomson effect）
 
       英國(guó)物理學(xué)家威廉·湯姆森于1854年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流流經(jīng)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除了由導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導(dǎo)體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導(dǎo)體兩點(diǎn)之間，其放熱量或吸熱量為：
 
       Qτ=τ.I.△T
 
       式中：Qτ為放熱或吸熱功率，τ為湯姆遜系數(shù)，I為工作電流，△T為溫度梯度
 
       什么是半導(dǎo)體制冷？通俗的講就是，第一，熱量能夠產(chǎn)生電；第二，電也能讓導(dǎo)體產(chǎn)生溫差；第三，電流在溫差不均勻?qū)w中流過(guò)時(shí)，還會(huì)吸收并釋放一定的熱量，形成高溫放熱與低溫吸熱的狀態(tài)。那么我們通過(guò)對(duì)導(dǎo)體成分的變化以及對(duì)電流的控制，便能夠形成各種可控的具體應(yīng)用，比如熱能（溫差）發(fā)電：可運(yùn)用于軍事，航天，民用能源等各種領(lǐng)域；熱電（溫差電）制冷：與溫差發(fā)電相反，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，制造出溫差電制冷機(jī)，由于這種類型的只能裝置無(wú)需壓縮機(jī)，也無(wú)需氟利昂等制冷劑，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、作用速度快、可靠性高、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。此外，熱電冷卻不需要像機(jī)械制冷那樣不斷填充化學(xué)消耗品，沒(méi)有活動(dòng)部件，也就沒(méi)有磨損，維護(hù)成本很低，同樣適用于軍事，航天，工業(yè)及民用制冷需求。我們今天重點(diǎn)要聊的“半導(dǎo)體制冷片”，便是熱電效應(yīng)在制冷應(yīng)用中的一種具體裝置形式。
 
       2、什么是半導(dǎo)體制冷片？
 
       剛才講到的帕爾帖效應(yīng)（Peltier effect）自發(fā)現(xiàn)100多年來(lái)并未獲得實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)榻饘侔雽?dǎo)體的珀?duì)柼?yīng)很弱，無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際。直到上世紀(jì)90年代，原蘇聯(lián)科學(xué)家約飛的研究表明，以碲化鉍為基的化合物是最好的熱電半導(dǎo)體材料，從而出現(xiàn)了實(shí)用的半導(dǎo)體電子致冷元件：熱電致冷器（ThermoElectric Cooling，簡(jiǎn)稱TEC）。
   
       與傳統(tǒng)的風(fēng)冷和水冷相比，半導(dǎo)體制冷片具有以下優(yōu)勢(shì)：1. 可以把溫度降至室溫以下；2. 精確溫控（使用閉環(huán)溫控電路，精度可達(dá)±0.1℃）；3. 高可靠性（制冷組件為固體器件，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，壽命超過(guò)20萬(wàn)小時(shí)，失效率低）；4. 沒(méi)有工作噪音。
   
       在TEC制冷片中，半導(dǎo)體通過(guò)金屬導(dǎo)流片連接構(gòu)成回路，當(dāng)電流由N通過(guò)P時(shí)，電場(chǎng)使N中的電子和P中的空穴反向流動(dòng)，他們產(chǎn)生的能量來(lái)自晶格的熱能，于是在導(dǎo)流片上吸熱，而在另一端放熱，產(chǎn)生溫差。帕爾帖模塊也稱作熱泵（heatpumps），它既可以用于致熱，也可以致冷。半導(dǎo)體致冷片就是一個(gè)熱傳遞工具，只要熱端（被冷卻物體）的溫度高于某溫度，半導(dǎo)體制冷器便開(kāi)始發(fā)揮作用，使得冷熱兩端的溫度逐漸均衡，從而起到致冷作用。能夠運(yùn)用與PC散熱器的半導(dǎo)體制冷片（TEC），便是這樣的原理。TEC散熱片的吸熱（冷）端貼近發(fā)熱的CPU，給CPU降溫，TEC另外一面進(jìn)行放熱，其具備無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、不需制冷劑、體積小、重量輕等特點(diǎn)，且工作可靠，制冷速度極快，易于進(jìn)行溫差冷量可控調(diào)節(jié)。
 
       到目前為止，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)，航天，軍事領(lǐng)域已經(jīng)幾十年了。聽(tīng)起來(lái)很適合PC芯片這種功耗波動(dòng)較大的發(fā)熱體，而且并不是新的技術(shù)，為什么以前廠商并沒(méi)有深入嘗試將TEC制冷應(yīng)用于PC散熱領(lǐng)域呢？