顶盖模型钎焊怎么做(CPU发热巨大?原来你的CPU是硅脂导热!硅脂和钎焊对CPU散热影响)

admin 数码 13

市售的硅脂从9.9元/25g到800元/2g跨越巨大,标称换热系数3~13 W/(mK)不等,多数商家号称能明显降低CPU温度。先不论标称参数是否可信,CPU散热器的硅脂导热系数真的影响那么大吗?我在半假期模式下花了大半天时间做了单塔散热的几个近似模拟,具体看下面的模型。

CPU无积热2D简化模型

模仿百元单塔散热模型进行2D建模简化,鳍片总高度12cm,鳍片数量48片,材料为铝。热管直径6mm,位于鳍片中心。热管下端弯曲后直触硅脂层,硅脂物性参数取自淘宝商品详情。硅脂下方为锐龙规格的CPU顶盖。

该模型有以下假设:1.固体之间为完美接触;

2.热管为均匀高热导率介质;

3.CPU无积热,die到顶盖无热阻无横向传热时间;

4.完美开放机箱,环境温度恒温25℃;

5.风扇持续满转

边界条件:(1)空气接触界面为强制对流边界,使用平板均匀传热系数,平板长度按鳍片尺寸用4cm,空气流速按AS120风扇最大流量近似为3m/s;(2)热通量边界直接放于顶盖下端,通量大小为TDP/面积。

单参数跑一下,收敛性极佳,结果比较正常。

然后对不同的TDP、不同热导率进行参数扫描,取点绘图。

乍一看还行,传热障碍主要由硅脂导致。事实真是这样吗?为什么单塔垃圾硅脂可以压住125W功耗呢?不对啊不对啊!改!

小面积die接触2D简化模型

实际CPU核心是小die(切割好的晶圆,锐龙IO-die独立)和顶盖的接触传热。所以改一下模型,2D die大小为换算尺寸,厚度根据Intel广告定位500-800μm。

假设:(1)die和顶盖完美接触;(2)CPU内仅固体传热,其他边界为绝热条件。

继续跑参数化,看看结果曲线。同时划定95℃参考线,可以发现3 W/(mK)的硅脂能够压住100W以下功耗。3D模型会略有差别。

硅脂/钎焊die接触2D简化模型

除了die接触面积的影响,die和顶盖之间实际还填充有钎料和硅脂。这里继续增强填充层,计算不同顶盖封装的性能。钎料参数来自于S-Bond 220,硅脂U参数两倍于普通高性能硅脂。

结论:

(1)3W/(mK)和13W/(mK)的硅脂在60-90W功耗下能有10℃的温度差;

(2)1-5W/(mK)的硅脂对导热系数敏感性比较高,5-10W/(mK)的变化已经不太明显,10W/(mK)感知不强。

(3)硅脂不是特别特别差的情况下,硅脂涂抹质量、机箱排气、鳍片回流焊等影响能轻易盖过硅脂的影响。

标签: 硅脂 鳍片 模型

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