向更高功能微处理器单元(MPU|0″>MPU)的不断演化彻底改变了核算机的巨细规划。这种演化一般遵从着摩尔定律，即半导体工业中的晶体管密度每两年翻一倍，一起功能一代比一代高。功能的进步使得微处理器芯片的功耗和功率密度也不断添加。
一些值得测验的处理方案
下降功耗的办法之一是减小电源电压，这种办法首要得益于晶体管沟道长度的缩短和栅极电介质可靠性的进步。不过即便供电电压减小，但总的功耗仍将不断添加，其原因是芯片作业频率越来越高、互连总电容和电阻越来越大以及呈指数式添加和减缩的片上晶体管带来的栅极漏电流的添加。
MPU有必要操控影响其可靠性的作业温度，其间可靠性界说为毛病率或有用体系时刻，单位是每106小时内的毛病时刻。阿列纽斯(Arrhenius)可靠性模型规则，毛病率是温度应力的函数，应力越高，毛病率也就越高。一般情况下温度每升高10℃，毛病率就添加50%。反之，作业温度下降10℃就能够削减毛病率。
因而，毛病率及其倒数，即均匀无毛病时刻(MTBF)是衡量电子体系中热办理功率的一种方针。在处理热问题的进程中，电子体系规划师有必要进入封装和热规划工程师的作业领域。
除了可靠性和功能问题外，微处理器的热办理还涉及到经济和机械方面的应战。本钱显然是一个重要的考虑要素。在测验选用功率越来越高的微处理器时，尺度方面的考虑相同重要，特别是关于笔记本电脑而言。
现在有两种热规划架构(如图)。在架构I中，裸片经过一种热接口资料(TIM)连接到散热器，而架构II是先将一个集成散热器(IHS)经过TIM连接到裸片，然后IHS再经过另一个TIM连接到散热器接口。与架构II比较，架构I的尺度较小，一般被用于移动和手持电脑中的微处理器。架构II则常用于台式机和服务器等运用中的微处理器。
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面向笔记本电脑的热规划架构(a)，面向台式机和服务器的热规划架构(b)。 |
散热器
散热器是运用得最广泛的热办理器材，它经过将微处理器发生的热量传导到一个特别结构的金属板来完结散热。最常用的散热器有许多金属鳍片。这种金属的高导热性和大外表积能将微处理器热量很快传导到散热器以及周围空气中。散热器的散热才能取决于它的资料、几许尺度以及总的外表传热系数。
散热资料一般是铝或铜，而铜要比铝贵和重。与铜比较，铝具有更简单成型并制造出不同形状的优势。带鳍片的散热器具有多种成型办法：揉捏、冷铸、压铸、铣磨、焊接以及折叠。一些散热器由一串压入基板的圆形引脚组成。
运用散热器时的一个要害参数是相关联的微处理器封装的热阻，它代表的是将热量传导到周围环境中的才能。规划方针是在某一给定功率条件下取得较低的热阻值，这个热阻值答应微处理器结点作业在最佳温度下，并供给较长的运用寿命。
没有散热器的情况下，热量活动将导致散逸热量向各个方向活动。当选用微处理器散热器后，热量在散发到空气之前将先从外壳传递到散热器。这样，散热器添加了有用散热面积，并能够消除微处理器发生的热量，然后让微处理器作业在更高的功率等级。
从原理上讲，热阻被表明为电阻，尽管它们事实上是等量的热值。而从数学上讲，热阻是每器材功耗单位结点温度超出壳温的温升起伏：
其间：θjc =从结点到外壳的热阻，单位是℃/W，它是微处理器及其封装的函数。
θja =从结点到环境的热阻，单位是℃/W
Tc =微处理器壳温，单位是℃
Ta=环境空气温度，单位是℃
Tj=微处理器结点温度，单位是℃
Pd=微处理器功耗，单位是W
热界面资料
抱负情况下散热器要求与需要被冷却的微处理器坚持严密的外表触摸。但在实际运用中，微处理器和散热器的外表并不非常平坦，无法完成这种严密的物理触摸。因而，有必要运用某种热导界面资料来填充对接外表之间的任何空隙。在许多情况下，这种界面资料还有必要具有电绝缘体和热导体两种性质。
这些资料的规模很广，从热脂到胶带和室温下固态、高温下液态的相变资料不等。某种硬化成型垫片和橡胶垫也可用作空隙填充资料。图3给出了微处理器结点与周边空气之间的热阻。
热剖析软件
在将规划交给生产前，对其热特性进行评价不失为一个好主意。现在有多种软件程序可用于这种评价。例如，Flomerics公司推出的用于电子元件和体系热规划的Flotherm 3D仿真软件能够创立电子设备的虚拟模型。
Flotherm还能够远在任何物理原型树立前的规划进程前期阶段快速且方便地履行热剖析和测验规划修正。它选用先进的核算流体力学(CFD)技能猜测元件、电路板和完好体系中的空气活动、温度和热量传递。
在评价用于电子体系的热剖析软件时，用户能否从供货商处得到强有力的技能支持非常重要。用户应该充分考虑建模办法、用于剖析的体系界说、核算网格的创立、处理方案和操控功能以及成果描绘。
