关于cpu散热器一直以来大家都在争论“到底是风冷好还是水冷好?”，而今天我们要来聊一聊关于cpu半导体散热的相关知识。

其实我们现在使用的水冷散热器，其部分原理仍旧属于“风冷”的范畴，不过是散热器的导热介质由热管的“蒸发-凝结”自动循环原理，替换为依靠由水泵电机主动循环带动的液体传导，最终所有的热量还是通过风扇的转动，形成强制对流，将鳍片(风冷)或冷排(水冷)的热量传递到环境中帮助芯片降温。因此，风冷与水冷散热器都属于“被动”的散热的形式，因为芯片的高温与环境的低温所产生的温差范围，决定了传统散热器作为"热量的搬运工"，最多只能将芯片的温度降低至接近环境温度。

而半导体散热器却是实打实的主动散热，那么为什么到目前为止cpu半导体散热还没有被普及呢?是散热效果不好还是有别的原因?下面就让我们一起来深入了解一下半导体散热的相关知识吧。

一、在此之前我们要先了解两个概念：半导体制冷和半导体制冷片

1、什么是半导体制冷?

要了解半导体制冷这一具体到终端的技术应用，我们需要先了解的一个有关电与热的基础原理：热电效应( Thermoelectric effect)。

热电效应是一个由温差产生电压的直接转换，且反之亦然。简单的放置一个热电装置，当他们的两端有温差时会产生一个电压，而当一个电压施加于其上，他也会产生一个温差。这个效应可以用来产生电能、测量温度，冷却或加热物体。因为这个加热或制冷的方向决定于施加的电压，热电装置让温度控制变得非常的容易。

热电效应并非是一个独立存在的术语，这个理论包含了三个分别经定义过的效应，分别是：塞贝克效应(Seebeck effect，1821年)，帕尔贴效应(Peltier effect，1834年)与汤姆森效应(Thomson effect，1854年)

塞贝克效应(Seebeck effect)

1821年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：

ES=S.△T

式中：ES为温差电动势，S为温差电动势率(塞贝克系数)，△T为接点之间的温差

帕尔贴效应(Peltier effect)

1834年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的相反效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。

Qл=л.Iл=aTc

式中：Qπ为放热或吸热功率 π为比例系数，称为珀尔帖系数，I为工作电流，a为温差电动势率，Tc为冷接点温度

汤姆森效应(Thomson effect)

英国物理学家威廉·汤姆森于1854年发现，当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：

Qτ=τ.I.△T

式中：Qτ为放热或吸热功率，τ为汤姆逊系数，I为工作电流，△T为温度梯度

什么是半导体制冷?通俗的讲就是，第一，热量能够产生电;第二，电也能让导体产生温差;第三，电流在温差不均匀导体中流过时，还会吸收并释放一定的热量，形成高温放热与低温吸热的状态。那么我们通过对导体成分的变化以及对电流的控制，便能够形成各种可控的具体应用，比如热能(温差)发电：可运用于军事，航天，民用能源等各种领域;热电(温差电)制冷：与温差发电相反，将电能转化为热能，制造出温差电制冷机，由于这种类型的只能装置无需压缩机，也无需氟利昂等制冷剂，而且具有结构简单、体积小、重量轻、作用速度快、可靠性高、寿命长、无噪声等优点。此外，热电冷却不需要像机械制冷那样不断填充化学消耗品，没有活动部件，也就没有磨损，维护成本很低，同样适用于军事，航天，工业及民用制冷需求。我们今天重点要聊的“半导体制冷片”，便是热电效应在制冷应用中的一种具体装置形式。

2、什么是半导体制冷片?

刚才讲到的帕尔帖效应(Peltier effect)自发现100多年来并未获得实际应用，因为金属半导体的珀尔帖效应很弱，无法应用于实际。直到上世纪90年代，原苏联科学家约飞的研究表明，以碲化铋为基的化合物是最好的热电半导体材料，从而出现了实用的半导体电子致冷元件：热电致冷器(ThermoElectric Cooling，简称TEC)。

与传统的风冷和水冷相比，半导体制冷片具有以下优势：1. 可以把温度降至室温以下;2. 精确温控(使用闭环温控电路，精度可达±0.1℃);3. 高可靠性(制冷组件为固体器件，无运动部件，寿命超过20万小时，失效率低);4. 没有工作噪音。

在TEC制冷片中，半导体通过金属导流片连接构成回路，当电流由N通过P时，电场使N中的电子和P中的空穴反向流动，他们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片上吸热，而在另一端放热，产生温差。帕尔帖模块也称作热泵(heatpumps)，它既可以用于致热，也可以致冷。半导体致冷片就是一个热传递工具，只要热端(被冷却物体)的温度高于某温度，半导体制冷器便开始发挥作用，使得冷热两端的温度逐渐均衡，从而起到致冷作用。能够运用与PC散热器的半导体制冷片(TEC)，便是这样的原理。TEC散热片的吸热(冷)端贴近发热的CPU，给CPU降温，TEC另外一面进行放热，其具备无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，制冷速度极快，易于进行温差冷量可控调节。

到目前为止，这项技术已经实际应用于工业，航天，军事领域已经几十年了。听起来很适合PC芯片这种功耗波动较大的发热体，而且并不是新的技术，为什么以前厂商并没有深入尝试将TEC制冷应用于PC散热领域呢?