文章核心观点 - 随着高功率芯片（如GPU）广泛采用液冷技术，原本依赖气流冷却的周边“温芯片”或“冷芯片”面临过热风险，这催生了针对局部或有限空间的“微冷却”解决方案需求[2][3][4] - 从风冷转向液冷时，必须对电路板进行整体热分析，以确保所有组件都能在规格内运行，而不仅关注主要发热芯片[4][6][7] - 针对未采用液冷但存在过热风险的芯片，存在多种替代冷却方案，包括均热板、热管、优化散热片以及新型MEMS微型风扇等[10][11][13][17] 液冷技术带来的新散热挑战 - 液冷技术能有效冷却高功率GPU等芯片，但会消除用于冷却周边芯片的气流，导致PCB板上其他芯片面临散热问题[3] - 电路板热模拟显示，当强制空气冷却（风冷）改为液冷后，未接触液冷的芯片温度可能显著升高（从蓝色变为红色）[6] - 温度是可靠性的关键指标，部件温度升高会导致热机械现象（如弯曲、断裂），最终可能损坏C4凸点等部件，引发电路失效[3] 电路板整体热分析的必要性 - 冷却分析不能只关注主要发热芯片（“热芯片”），必须考虑电路板上所有组件（“温芯片”和“冷芯片”）的散热影响[7] - 电路板上任意点的温度取决于各组件产生的热量及散热方式，组件间存在热相互作用，例如HBM内存堆叠在发热GPU旁会更难冷却[8] - 芯片的功耗（瓦特）取决于其温度，而温度又取决于功耗，这是一个相互依赖的关系，需要反复计算才能确定[9] - 购买已集成冷却装置的芯片时，用户可能只了解芯片自身的散热性能，但无法获知其散热方案对相邻组件的影响[9] 局部/微冷却替代方案 - 在缺乏强制风冷的情况下，可使用均热板和热管等替代技术进行局部散热[6][10] - 均热板利用小体积内的液体对流和相变（蒸发-冷凝）过程来有效散热[10] - 热管原理类似，它将芯片热量转移到其他地方以便更有效地散热，但无需庞大的液冷基础设施，像一个迷你版液冷装置[10] - 即使没有气流，设计良好的散热片也能通过提供更大的散热表面积来改善冷却效果[11] - 工程师可在电路板上安装小型风扇以提供额外气流，但其位置对确保组件获得充足气流至关重要[11] MEMS微型风扇技术 - 微机电系统（MEMS）单元可作为微型风扇放置在发热芯片上，其原理源自MEMS压电扬声器技术，通过驱动振膜产生气流[13][14] - MEMS风扇通过I2C指令控制，气流方向和速率（通过电压调节）可实时动态改变，例如一个方向用于冷却，相反方向用于清洁[14] - 该风扇运行频率超过40千赫兹（kHz），是人耳听阈的两倍，在3厘米处无机械噪音，气流声仅18分贝（dBA），非常安静[15] - 尺寸为9×7平方毫米，厚度1毫米，价格在5到10美元之间，最初为智能手机和AR眼镜设计，现已涉足数据中心SSD应用[17] - 该技术适用于冷却功率在15到18瓦以下的组件，具体影响取决于系统散热架构[17] - MEMS冷却器可安装在芯片上或电路板上，甚至可制成芯片级组件封装在先进封装中，但这需要将金属盖换为硅盖并配备气口[16] 主动式散热器与微冷却应用 - “主动式散热器”技术将MEMS风扇安装在散热器顶部，利用高背压使空气在狭小空间流动，从而允许使用更密集的针脚阵列来增加散热表面积[17] - 微冷却方案（如局部风扇）可帮助冷却功耗不超过20瓦的发热芯片，若功耗超过20瓦且气流不足，则可能需要降低芯片发热量[19] - 随着更多系统采用液冷及功耗水平提高，对于需要辅助散热但无需完全液冷的芯片，可能会出现更多冷却选择[19] - 无论采用何种散热方案，部署前都必须进行全面的电路板热分析[19]