什麼是電子遷移現(xiàn)象.doc

什麼是電子遷移現(xiàn)象?電子遷移現(xiàn)象(electromigration) 指電子的流動所導(dǎo)致的金屬原子移動的現(xiàn)象。在電流密度很高的導(dǎo)體上，最典型的就是IC(積體電路) 內(nèi)部的金屬導(dǎo)線(metal line)，電子的流動會帶給上面的金屬原子一個動量(momentum)，而使得金屬原子脫離金屬表面四處流竄，結(jié)果就導(dǎo)致金屬導(dǎo)線表面上形成坑洞(void)或土丘(hillock)，造成永久的損害。(請參考http:/www.msm.cam.ac.uk/mkg/e_mig.html) 散熱對於電腦的重要性一部完整的桌上型個人電腦，大致上可以分為三大部份，分別是主機(jī)、顯示器以及操作電腦時所用的操控 / 輸入裝置例如鍵盤以及滑鼠等三大部份。在主機(jī)的部份是由許多的零組件所組成的，當(dāng)中包括了主機(jī)版、微處理器、記憶體、顯示卡.等許多的零組件，而再加上鍵盤、滑鼠以及顯示器，就是一部我們大家現(xiàn)在所使用的個人電腦。 在主機(jī)中是由許多不同用途的零組件所組成的，而每一樣零組件也都是由眾多不同用途的電子零件、IC零件以及晶片所組成的。由於IC零件以及晶片在運(yùn)作的時候，因?yàn)槠溲u程以及工作時脈的不同，所以會有不同的溫度產(chǎn)生，也因?yàn)槿绱?，隨著電腦運(yùn)作的速度越來越快，一部電腦在運(yùn)作時所散發(fā)出來的熱量也就逐漸成為一股不容忽視的熱源。 主要產(chǎn)生熱源的零件 清楚了一部電腦的組成，就明白了為何一部電腦為何在運(yùn)作時，會有熱量的產(chǎn)生後，接下來就要探討在各個零件中，究竟是那一些元件在運(yùn)作時，會發(fā)出較高的溫度。 在主機(jī)中所有的零組件除了前述的主機(jī)板、微處理器、記憶體、顯示卡以外，另外還有軟碟機(jī)、硬碟機(jī)、光碟機(jī)、電源供應(yīng)器以及音效卡，或是其他功能的介面卡。在這些眾多的零組件中，最主要的熱源產(chǎn)生，當(dāng)然也就是目前運(yùn)作時脈越來越快的微處理器了，而目前面臨轉(zhuǎn)速越來越快的硬碟機(jī)，也因?yàn)檗D(zhuǎn)速越來越高，從IDE介面的5400轉(zhuǎn)邁向7200轉(zhuǎn)，或是SCSI介面的7200轉(zhuǎn)到現(xiàn)在的10000轉(zhuǎn)，甚至於已經(jīng)有1萬5千轉(zhuǎn)的硬碟在市場上開始坢販賣了，所以從硬碟機(jī)所發(fā)出的熱，也是一個不容忽視的地方。 目前在主機(jī)板上的晶片組，是採以南橋、北橋晶片分離的設(shè)計，主要是藉由不同的晶片，來負(fù)責(zé)主機(jī)板上高速與低速裝置之間的運(yùn)作，也因?yàn)槿绱耍沟弥饕?fù)責(zé)與微處理器、主記憶體、快取記憶體、以及AGP匯流排等高速傳輸?shù)谋睒蚓?，在運(yùn)作時的溫度往往會比負(fù)責(zé)PCI、IDE以及USB等傳輸匯流排的南橋晶片要高上許多。而近來進(jìn)步相當(dāng)快速的顯示晶片，也因?yàn)檫\(yùn)作的時脈越來越快，使得顯示晶片所發(fā)出的溫度也相當(dāng)?shù)母摺?機(jī)殼中的溫室效應(yīng) 由於最主要會產(chǎn)生熱源的零組件大抵上就是微處理器、硬碟機(jī)、主機(jī)板上的北橋晶片以及顯示介面卡上的顯示晶片這四樣元件，然而這一些零組件又通通都是安裝在電腦機(jī)殼之中。雖然在溫度較高的裝置上，廠商往往都會在其熱源發(fā)散處加上散熱片來幫助其散熱，甚至於除了散熱片之外，也都還會在散熱片的上面，再加上一個與散熱片一樣大的小的風(fēng)扇，利用風(fēng)扇所引起的氣流，迅速的將留在散熱片上的熱量帶離散熱片，藉以達(dá)到降低晶片溫度的效果。不過，這樣的做法僅能夠?qū)崃繋щx熱源的發(fā)散處，讓會發(fā)出熱量的晶片不至於在太高的溫度下工作罷了，不過這些零組件所發(fā)出的熱量卻還是都會留在機(jī)殼之中，並沒有真正的排出機(jī)殼之外。 雖然在機(jī)殼內(nèi)的電源供應(yīng)器裡，有一個8x8公分的風(fēng)扇，可以將機(jī)殼中各個零組件所發(fā)出的熱量排出機(jī)殼之中，再加上機(jī)殼本身在設(shè)計時的散熱孔也可以幫助散熱，不過效果通常都是不會太好，畢竟只靠一個電源供應(yīng)器上的風(fēng)扇，再加上機(jī)殼本身的散熱孔，並沒有辦法達(dá)到空氣對流的效果，自然機(jī)殼中的溫度也就會隨著該部電腦使用的時間而漸漸的上升。各位不妨可以在使用電腦二、三十分鐘之後，伸手摸摸電腦機(jī)殼的溫度，或者伸手感受一下機(jī)殼後方電源供應(yīng)器上的風(fēng)扇處，所排出電腦機(jī)殼外的氣流溫度，想必大多數(shù)的電腦應(yīng)該都是溫溫的或者是熱熱的。 然而這樣的溫度只不過是熱藉由空氣這一個導(dǎo)體，經(jīng)由電源供應(yīng)器上的風(fēng)扇排出機(jī)殼中的溫度而已，實(shí)際上發(fā)出熱量的元件溫度肯定會更高。尤其是微處理器所發(fā)出的熱量，在不加上散熱片以及風(fēng)扇的溫度，達(dá)到60、70度以上甚至於80度以上都是很正常的事情。 銳不可當(dāng)?shù)某l風(fēng)氣 由於近年來各種積體電路技術(shù)的進(jìn)步，且為了要不斷的提高各種不同功能的晶片效能，不僅僅在晶片的製程上加以改良，從早些年的0.6微米製程進(jìn)步到0.35微米製程、0.25微米製程、0.22微米製程，甚至目前新一代微處理器所使用的0.18微米製程。而製程的改良，除了可以將運(yùn)作的時脈再提高以外，也因?yàn)閮H需要較低的電壓就能夠使該晶片來進(jìn)行正常的工作，所以自然地所消耗的功率也就比較小，而消耗的功率變小了，自然地也就將高熱的問題解決了。 不過，也因?yàn)檠u程的改進(jìn)，相對的又帶來另一波的問題。由於製程的精進(jìn)，所以生產(chǎn)出來的晶片，往往能夠在超出正常運(yùn)作時脈相當(dāng)多的時脈下工作。所以，令大多數(shù)的電腦玩家，盡其所能的不斷在壓榨相同硬體下的效能極限，換句大家耳熟能詳?shù)脑捯簿褪浅l。而其真正吸引眾玩家的地方，不僅僅是因?yàn)閴赫コ鲇搀w效能極限的成就感而已，重要的還是在於以較為低廉的硬體購買價格，能夠藉由不正常的超頻動作，使得該部電腦能夠有相當(dāng)大的效能增進(jìn)。而在這當(dāng)中，往往已經(jīng)為購買的使用者省下大把白花花的銀子了。 然而，原本在正常時脈下工作的晶片，就已經(jīng)發(fā)出了不小的熱量，而在超頻的運(yùn)作下，所發(fā)出的熱量更是會讓人受不了，甚至於直接用手去觸碰，還有可能會被其所發(fā)出的高熱給燙傷。也因?yàn)槿绱耍S多特別針對超頻時，能夠快速降低晶片表面散熱的散熱片、風(fēng)扇，甚至於致冷器、水冷器等等產(chǎn)品，也都相當(dāng)容易在市面上看到。 不過，超頻絕對不是一件簡單的事情，因?yàn)椴粌H僅是各個零組件散熱的問題，或是機(jī)殼中溫度過高的問題，往往還會牽涉到每一個零組件在不正常超頻下運(yùn)作的匹配問題，甚至於不幸燒毀之後廠商的保固問題，所以我們並不建議一般的使用者，在對於整個電腦零組件運(yùn)作不是相當(dāng)了解的情況下，就冒然的對電腦進(jìn)行如此危險的動作。畢竟，小則因?yàn)闇囟冗^高而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定（或當(dāng)機(jī)），大則有燒毀電腦零件的可能。 溫度升高所帶來的影響 由於前述的幾項(xiàng)零組件，在正常室溫下工作時，就已經(jīng)會發(fā)出較高的溫度，再加上在機(jī)殼中所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，往往會讓該部電腦在高於室溫許多的環(huán)境下工作。而當(dāng)溫度增加到一定時，也會因?yàn)闇囟冗^高的關(guān)係，導(dǎo)致所謂的電子遷移現(xiàn)象，使得該部電腦運(yùn)作的不正常，甚至於產(chǎn)生當(dāng)機(jī)連連的情況發(fā)生。而這一些異常的狀況，往往會引起使用該部電腦的使用者，產(chǎn)生排斥、厭惡的感覺。畢竟沒有人願意自己所使用的電腦，會有以下的情況：運(yùn)作上的不穩(wěn)定而時常當(dāng)機(jī)、溫度過高而導(dǎo)致資料存取的錯誤、因?yàn)殚L時間的使硬體在較高的溫度下工作而導(dǎo)致硬體壽命的降低或電子零件的燒毀。 其實(shí)，根據(jù)電子學(xué)上的理論來說，雖然將電子元件的工作頻率提高，在一個穩(wěn)定的狀況下，對於元件本身的壽命並不會有所影響，不過由於頻率便高之後，所產(chǎn)生較正常工作頻率時還要高的熱量，而半導(dǎo)體（電子元件）對於溫度卻又是一個正回授的感應(yīng)，雖然目前的晶片都是使用相當(dāng)穩(wěn)定的矽來作為封裝的材料，但是晶片在高溫的環(huán)境下工作，還是免不了會有電子遷移的現(xiàn)象發(fā)生。 穩(wěn)定遠(yuǎn)比快速來的重要 雖然研發(fā)的廠商不斷的有效能更高、功能更齊全的產(chǎn)品推出，而整個資訊業(yè)界也都是朝著這一個方向在努力。但是，在