關于cpu散熱器一直以來大家都在爭論“到底是風冷好還是水冷好？”，而今天我們要來聊一聊關于cpu半導體散熱的相關知識。
 
       其實我們現在使用的水冷散熱器，其部分原理仍舊屬于“風冷”的范疇，不過是散熱器的導熱介質由熱管的“蒸發-凝結”自動循環原理，替換為依靠由水泵電機主動循環帶動的液體傳導，最終所有的熱量還是通過風扇的轉動，形成強制對流，將鰭片（風冷）或冷排（水冷）的熱量傳遞到環境中幫助芯片降溫。因此，風冷與水冷散熱器都屬于“被動”的散熱的形式，因為芯片的高溫與環境的低溫所產生的溫差范圍，決定了傳統散熱器作為"熱量的搬運工"，最多只能將芯片的溫度降低至接近環境溫度。
 
       而半導體散熱器卻是實打實的主動散熱，那么為什么到目前為止cpu半導體散熱還沒有被普及呢？是散熱效果不好還是有別的原因？下面就讓我們一起來深入了解一下半導體散熱的相關知識吧。
 
       一、在此之前我們要先了解兩個概念：半導體制冷和半導體制冷片
 
       1、什么是半導體制冷？
 
       要了解半導體制冷這一具體到終端的技術應用，我們需要先了解的一個有關電與熱的基礎原理：熱電效應（ Thermoelectric effect）。
   
       熱電效應是一個由溫差產生電壓的直接轉換，且反之亦然。簡單的放置一個熱電裝置，當他們的兩端有溫差時會產生一個電壓，而當一個電壓施加于其上，他也會產生一個溫差。這個效應可以用來產生電能、測量溫度，冷卻或加熱物體。因為這個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。
 
       熱電效應并非是一個獨立存在的術語，這個理論包含了三個分別經定義過的效應，分別是：塞貝克效應（Seebeck effect，1821年），帕爾貼效應（Peltier effect，1834年）與湯姆森效應（Thomson effect，1854年）
 
       塞貝克效應（Seebeck effect）
 
       1821年德國人塞貝克發現當兩種不同的導體相連接時，如兩個連接點保持不同的溫差，則在導體中產生一個溫差電動勢：
 
       ES=S.△T
 
       式中：ES為溫差電動勢，S為溫差電動勢率（塞貝克系數），△T為接點之間的溫差
 
       帕爾貼效應（Peltier effect）
 
       1834年法國人珀爾帖發現了與塞貝克效應的相反效應，即當電流流經兩個不同導體形成的接點時，接點處會產生放熱和吸熱現象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定。
 
       Qл=л.Iл=aTc
 
       式中：Qπ為放熱或吸熱功率 π為比例系數，稱為珀爾帖系數，I為工作電流，a為溫差電動勢率，Tc為冷接點溫度
 
       湯姆森效應（Thomson effect）
 
       英國物理學家威廉·湯姆森于1854年發現，當電流流經存在溫度梯度的導體時，除了由導體電阻產生的焦耳熱之外，導體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導體兩點之間，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，I為工作電流，△T為溫度梯度
 
       什么是半導體制冷？通俗的講就是，第一，熱量能夠產生電；第二，電也能讓導體產生溫差；第三，電流在溫差不均勻導體中流過時，還會吸收并釋放一定的熱量，形成高溫放熱與低溫吸熱的狀態。那么我們通過對導體成分的變化以及對電流的控制，便能夠形成各種可控的具體應用，比如熱能（溫差）發電：可運用于軍事，航天，民用能源等各種領域；熱電（溫差電）制冷：與溫差發電相反，將電能轉化為熱能，制造出溫差電制冷機，由于這種類型的只能裝置無需壓縮機，也無需氟利昂等制冷劑，而且具有結構簡單、體積小、重量輕、作用速度快、可靠性高、壽命長、無噪聲等優點。此外，熱電冷卻不需要像機械制冷那樣不斷填充化學消耗品，沒有活動部件，也就沒有磨損，維護成本很低，同樣適用于軍事，航天，工業及民用制冷需求。我們今天重點要聊的“半導體制冷片”，便是熱電效應在制冷應用中的一種具體裝置形式。
 
       2、什么是半導體制冷片？
 
       剛才講到的帕爾帖效應（Peltier effect）自發現100多年來并未獲得實際應用，因為金屬半導體的珀爾帖效應很弱，無法應用于實際。直到上世紀90年代，原蘇聯科學家約飛的研究表明，以碲化鉍為基的化合物是最好的熱電半導體材料，從而出現了實用的半導體電子致冷元件：熱電致冷器（ThermoElectric Cooling，簡稱TEC）。
   
       與傳統的風冷和水冷相比，半導體制冷片具有以下優勢：1. 可以把溫度降至室溫以下；2. 精確溫控（使用閉環溫控電路，精度可達±0.1℃）；3. 高可靠性（制冷組件為固體器件，無運動部件，壽命超過20萬小時，失效率低）；4. 沒有工作噪音。
   
       在TEC制冷片中，半導體通過金屬導流片連接構成回路，當電流由N通過P時，電場使N中的電子和P中的空穴反向流動，他們產生的能量來自晶格的熱能，于是在導流片上吸熱，而在另一端放熱，產生溫差。帕爾帖模塊也稱作熱泵（heatpumps），它既可以用于致熱，也可以致冷。半導體致冷片就是一個熱傳遞工具，只要熱端（被冷卻物體）的溫度高于某溫度，半導體制冷器便開始發揮作用，使得冷熱兩端的溫度逐漸均衡，從而起到致冷作用。能夠運用與PC散熱器的半導體制冷片（TEC），便是這樣的原理。TEC散熱片的吸熱（冷）端貼近發熱的CPU，給CPU降溫，TEC另外一面進行放熱，其具備無噪聲、無振動、不需制冷劑、體積小、重量輕等特點，且工作可靠，制冷速度極快，易于進行溫差冷量可控調節。
 
       到目前為止，這項技術已經實際應用于工業，航天，軍事領域已經幾十年了。聽起來很適合PC芯片這種功耗波動較大的發熱體，而且并不是新的技術，為什么以前廠商并沒有深入嘗試將TEC制冷應用于PC散熱領域呢？