为什么不从上下冷却CPU？

集成电路的晶体管位大约在（塑料或陶瓷）封装的中心。它们有时会变热，我们通过将散热器固定在一侧来冷却它们。有时我们只是用风扇向它们吹气。这些热量中的一部分向上传播，但有些也必须向下传播至PCB。我不知道比率。以下是耗散91W热量的Intel Core i7-7700K CPU的底面：-

有许多连接垫。显然，它们起着许多微型散热器的作用，这些微型散热器将一定比例的热量转移到插座/ PCB。实际上，许多表面安装的组件都通过（通过缝合的）铜层散热。

因此，如果冷却很重要（对于CPU超频社区而言），为什么也不能用风扇从PCB下方冷却CPU？

编辑：

尽管以下评论总体上是负面的，但有两个新内容。之一，有一个长的螺纹上超频表明的度显著数可以采取关闭CPU温度与在背板的风扇。还有两个，我尝试过（只能使用Raspberry Pi）。我用布覆盖了顶部，以隔离Broadcom CPU，同时仅用60mm风扇冷却底部。风扇将最高CPU温度从82度降低了。到49。还不错，所以我认为这个主意...

它们没有从下方冷却，因为它们的底部有引脚，而FR4在其下方。

由于导热系数低得多，所以

$$\begin{array}{rrl} \text{Copper:} & 385\phantom{.25} & \frac{\mathrm{W}}{\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{K}} \\ \text{Aluminum:} & 205\phantom{.25} & \frac{\mathrm{W}}{\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{K}} \\ \text{FR4:} & 0.25 & \frac{\mathrm{W}}{\mathrm{m}{\cdot}\mathrm{K}} \\ \end{array}$$

奇怪的是，您不想用金属包围信号，而这会极大地改变阻抗，因此底部的金属更成问题。如果您确实用金属制造了一个插座，则需要对其进行微加工，这将比塑料注塑插座贵很多倍。这些东西会阻止您构建会吸走热量的处理器插槽。

您可以在板的底部放置一个冷却块，但是PCB材料（FR4）会大大减少冷却。

冷却并不重要，而是至关重要。现代CPU可以轻松地从几平方厘米的模具中取出15 W至200 W的功率。如果您没有将热量带走，则该芯片必须停止运行，减慢速度或：烧毁。

这样解决：您将热量从哪里放到哪里？与CPU散热器的主体表面相比，母板的冷却表面非常有限。铜层的传热能力本身还不错，但是与大量的铜和铝（通常是对流热管）相比，可以忽略不计。

然后：主板本身通常不是最酷的地方，尤其是在CPU周围。在那里，CPU的整个电源链都位于其中。这具有很高的效率，但是负载为几十安培，并且负载情况迅速变化，因此这些转换器也变热也就不足为奇了。

我敢肯定，在定制的高性能计算和军事构建中，您会找到专用的CPU软件包，这些软件包可以从下面访问CPU的各个部分，但是在插槽式主流CPU中，这在机械或散热上都不是太有利。

请注意，这不适用于 所有 CPU。如果您进入嵌入式领域，通常会发现较小的CPU，中间有一个散热垫。对于较大的CPU来说似乎不可行。

我敢肯定，如果英特尔和AMD能够避免的话，他们不会将它们放在他们的CPU底部。实际上，请看这张图：您正在查看的绿色电路板不是管芯，而是电路板连接到的PCB载体。这是您能够廉价地大量生产可互换CPU的技术价格，而不仅仅是将带有CPU的芯片级封装球直接焊接到其上的主板–而且，即使从理论上讲，您也无法完全做到这一点，因为热量该CPU的功能如此之多，以至于必须在其顶部压装一个散热金属板，而您只能通过将裸片放置在某种类型的基板上来有效地机械地完成该任务。

尚未给出响应是因为它们的构建方式。至少据我所知，计算机和笔记本电脑中使用的CPU从来不是完整的倒装芯片。它们的连接太多，无法在主板上使用的简单PCB工艺中轻松倒装芯片。我的意思是，与RF /毫米波应用所需的过程相比，这里的过程很简单，或者是允许密度的过程，您实际上可以在几平方毫米上散开1000多个引脚。

因此，CPU芯片总是倒装到中介层上。这通常是陶瓷的，并且由许多层制成。这是来自维基百科的示例。除了在边缘上有大量小的无源元件外，您还可以在该封装上看到5个独立的管芯（据我所知，这实际上是一个更为复杂的堆叠，具有一个硅中介层来互连不同的管芯，并且然后将其放在陶瓷中介层的顶部）。

为什么这一切都重要？您建议您必须能够通过CPU上的引脚有效地传递热量。但是，由于这种插入器，情况并非如此。这不像大功率设备，其中大的金属钻头实际上已连接到硅上，在两者之间有很多东西。

结果，从芯片到引脚的热导率仍然很低-因此，即使您找到了一种非常巧妙的方法来将所有热量从这些引脚散发出去，您也几乎看不到任何改善，因为您仍然会处理与直接与硅顶部接触的金属散热器相比，具有数量级更高的热阻。

如果使用电话或嵌入式设备中的CPU（底部散热器），则情况有所不同。在这里，他们不使用倒装芯片方法。在BGA的中心，它们将具有一个金属位置，在该金属位置上热贴装管芯（通常也将其磨削）。然后，他们使用键合线连接所有引脚，仍然使用中介层，中间的金属（或者中心金属只是一束直通的通孔，以降低热导率）。这意味着该中央冷却垫和BGA引脚之间的材料少得多，从而使热传递效率大大提高。

这些热量中的一部分向上传播，但有些也必须向下传播至PCB。我不知道比率。

是的，热量向各个方向传播。不幸的是，传播速率（也称为热阻）非常不同。

CPU必须以某种方式与外围设备/内存连接，因此有1000-2000针用于此目的。因此，必须提供电气路径（扇出），这是通过印刷电路板技术完成的。不幸的是，即使用一束铜线/层浸渍，整个PCB物体的导热性也不会很好。但这是不可避免的-您需要连接。

早期的CPU（i386-i486）主要通过PCB路径进行冷却，在90年代初期，PC CPU的顶部没有散热器。许多采用传统引线键合安装的芯片（硅芯片在底部，与从顶部焊盘到引线框架的导线连接的焊盘）在底部可能带有散热片，因为这是最小的热阻路径。

然后发明了倒装芯片封装技术，因此管芯倒置在封装的顶部，而所有电连接均通过底部的导电凸点完成。因此，阻力最小的路径现在正在通过处理器的顶部。那是所有多余技巧的使用，将热量从相对较小的模具（1平方米）散布到更大的散热器等。

幸运的是，CPU设计团队包括相当多的工程部门，他们对CPU芯片和整个封装进行热建模。最初的数据来自数字设计，然后昂贵的3-D求解器给出了热量分布和通量的整体图。该建模显然包括CPU插槽/引脚和主板的热模型。我建议使用他们提供的解决方案来信任他们，他们知道他们的业务。显然，从PCB底部进行一些额外的冷却是不值得的。

补充：这是 FBGA芯片的总模型，例如LGA2011 Intel热模型。

尽管具有热导通孔和25％铜含量的多层PCB可能具有良好的热性能，但现代/实用的LGA2011系统具有一个重要的要素，即插座。该插座在每个垫片下方都有一个针型弹簧触点。很明显，整个插座上的金属触点总体积比CPU顶部的铜芯总体积小得多。我会说它不超过弹头面积的1/100，可能要少得多。因此，必须显而易见的是，LGA2011插座的热阻至少是顶部方向的100倍，否则热量散失的比例不得超过1％。我猜正是因为这个原因，英特尔散热指南完全忽略了底部的散热路径，没有提及。

在航空电子设备中，对所有部件进行冷却评估可能的路径（包括通过PCB）的。

笔记本电脑/台式机中的主流微处理器通常使用传导（散热片）和对流（通常为强制空气）冷却的混合物。由于这两者的混合物将大部分热量带走，因此有时会忽略通过PCB的冷却机制，但仍然存在。

如果设备位于未加压的航空电子设备舱中，则对流冷却会失去意义（空气密度非常低，这意味着在高海拔地区分子不足以散发热量）。因此，传导冷却被广泛使用，因为在这种情况下是唯一真正有效的冷却方法。

为了使其有效，PCB内使用了许多平面作为散热器。

在使用散热器的情况下（不是优选的解决方案，但有时是不可避免的），该路径仍通过热梯传导冷却至冷壁（这是一个相对术语-冷壁可能处于70°C或更高）。

有时会使用强制空气，但要在与冷板相连的加压室内进行。

因此，在这种情况下，将利用所有路径的冷却。FR-4的导热性可能不是很高，但铜层却可以。

为了回答这个问题，我进行了较为详细的热讨论。

实际答案是基础工程。如果您可以将系统分为可以独立优化的子系统，则优化系统要容易得多。

通过优化一侧的连通性和另一侧的散热能力。您已简化了问题，同时对这两个问题最多施加了2：1的罚款。显然，如果热量多于连接，或者连接多于热量，则应重新考虑该选择，但事实并非如此。

这并不意味着不可能从下面散热，也不能在顶部放置连接，但是要花多少钱？然后还必须做出其他什么妥协？

液冷式cpu模块在卷土重来之时，却在30年前相当普遍。当大型机的cpu“信封”完全浸入液体中，从而从封闭的IC的所有侧面消除热量。显然，这给连接设计，调试，返工以及可以使用的液体类型带来了不利影响。这些是这两个子系统的许多附加约束。做出这种选择的事实表明，排热是主要的限制。

现代的液冷超级计算机在晶片顶部具有高度优化的水微管道。所有的连接都在下面。每个子系统彼此独立，极大地优化了整个设计。

在与连接相反的一侧被占用的应用中，例如LED，激光器，光链路，RF端口等，下面是主要的散热路径。并且通常使用具有高导热率的专用基板。