芯片散热出现新方法 可以穿过处理器上的螺旋或迷宫状结构提高效率

一队机械工程研究人员表示，粘在微处理器上用于散热的传统被动散热片效果不够好，无法适应当今的高速计算和数据吞吐量，应该被丢弃。

他们表示，一种更好的选择是“散热剂可以穿过处理器上微小通道内的螺旋或迷宫状结构”。纽约宾厄姆顿大学的助理教授Scott Schiffres在该校官网上的一篇文章中说，这种技术可以大大提高效率。该校开发出了这种为芯片散热的新方法。

Schiffres以及两名研究生Arad Azizi和Matthias A. Daeumer参与了这项研究，他们表示，该技术可以让电子设备在低18华氏度的状态下运行，数据中心的耗电量有望减少5%。

他们表示，该发明在制造过程中将类似3D打印、将使用增材印刷方法的微通道合金粘到硅芯片上，而不是使用粘在散热片上这一传统方法。

目前，散热片将芯片发出的热量导走，常常由多块铜或铝质散热片组成，并贴有散热膏。它们之所以能这么做，一方面是由于其表面比芯片表面大，另外使用铝之类的导热材料。然后芯片可以更快地运行而不过热、出故障。热量通常散发到周围的空气或水中。

该大学解释：“为了让散热片工作，必须通过散热介质材料（比如导热膏）连接到CPU或图形处理器上。”

问题是，这种方法天生低效。粘合的散热介质材料虽然填充了散热片和芯片之间的微小空隙（还阻止散热片脱落），但效果不如完全无缝的材料好。在此之前，这是不可能实现的――一方面，散热片粘不久，另外会有空隙，因而影响导热效果。

在芯片上印制散热微通道

宾厄姆顿大学的研究人员表示，他们的增材印刷技术解决了这个问题，方法是将散热机制直接牢牢地粘合到硅片上，撇开了任何介质。Schiffres说：“我们计划将微通道直接印制到芯片上。”

他们使用了只有人类头发千分之一这么薄的锡银钛合金，以便进行金属粘合。熔化激光器以亚毫秒级操作将散热通道直接印制到硅上。因此，微处理器不再需要典型的两层导热膏材料和所谓的“盖子”（散热器与芯片之间的散热片层）。

他们说，这并不容易。研究人员在发表于《Additive Manufacturing》杂志上的论文中解释，金属和合金整体上无法很好地粘附在硅片上，强度受到影响。还存在热膨胀不匹配方面的问题。

降低电力成本，拯救地球

Schiffres说，这项发明切实可行，不仅可以提高电子产品和数据中心的效率（他称每年可为数据中心节省4.38亿美元的电费），还可以消除因发电而排放的37亿磅二氧化碳，以此拯救地球。

Schiffres声称：“它还将减少约1000万公吨的有毒电子废物，这足以塞满25座帝国大厦，那归功于热量引起的设备故障率较低。”

快速过热的图形处理器尤其会受益。事实上，正是计算机游戏玩家给了团队设计思路：游戏玩家常常拿掉显卡上的散热片盖子以及其中一层粘膏，以此改善导热效果。

Schiffres说：“这将意味着高端电子产品、数据中心和计算密集型程序（比如视频编辑工具和视频游戏）将迎来巨大变化。”