简要介绍CPU散热器原理.pptVIP

C P U 散 热 器 2010年10月 CPU散热器发展背景 早期的CPU芯片功率不足10W，不需要用散热器。上世纪90年代中期以后，随着CPU主频和集成度大幅度提高，CPU的功率和发热量明显提高。到2004年Intel公司推出的Pentium4主频为3.6GHz的CPU功率更是达到115W。如此巨大的功率严重威胁到CPU的工作和发展，而CPU必须借助散热器才能工作，虽然Intel在2006年下半年推出酷睿双核将功耗降低近一半，每个核心的功耗只有30W至35W，与上一代因特尔台式机处理器产品相比，因特尔酷睿2台式机处理器在提供1.4倍的CPU计算性能同时，能耗降低了40%，但是对于现在一些四核的CPU来说，功率仍然很高。为适应CPU的不断发展，CPU散热器也有了长足的发展。 CPU散热器的分类 散热器常被分为主动散热和被动散热，前者常见的有风冷式散热器，后者常见的为散热片。进一步细分散热方式，可以分为风冷，热管，液冷，半导体制冷，压缩机制冷等。 风冷散热是最常见的，而且非常简单，具有价格相对较低，安装简单等优点，但对环境依赖比较高，例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。 它的工作原理是CPU散热片与CPU表面直接接触，CPU表面的热量通过热传导传递给CPU散热片；散热风扇产生气流通过热对流将CPU散热片表面的热量带走；而机箱内空气的流动也是通过热对流将 CPU 散热片周围空气的热量带走，直到机箱外；同时所有温度高的部分会对周围温度低的部分发生热辐射。换热方式包括了导热、对流、热辐射。 散热器的散热方式 鳍片的材质 散热片材质按导热性能从高到低排列，分别是银、铜、铝、钢。由于银的价钱较高，所以常采用铜和铝合金。铜的导热性好，但价钱贵，加工难度较高，重量过大，热容量较小，而且易氧化。纯铝太软，不能直接使用，铝合金有足够的硬度，价格低廉，重量轻，导热性又逊于铜。有些散热器为了改善传热性能，在铝合金散热器底座上嵌入铜板。 导热介质 导热介质主要有导热硅胶（也称散热膏）、石墨胶片、铝箔导热垫片、外加保护膜的相变导热垫片。导热介质主要用来填补散热片与CPU表面间的空隙，使CPU与散热片能够紧密的结合，让热量容易传到散热片上。减少接触热阻。 最常用的是导热硅胶。在散热片与CPU表面的接触面上适量涂抹硅脂，填补空隙，使热传导良好。不同公司的硅脂，成分也不同，其中以添加了金属氧化物的产品（多数为深灰色）的效果好。 散热器的散热过程是三种方式共同作用的过程，但主要是两种方式，包括了散热器和CPU部件间的导热和散热器表面的对流换热两个环节。 散热器的表面积越大，其散热效率就越高。但是在一定的环境下，表面积的增大有可能降低散热器的结构效率；散热器的鳍的结构对不同环境中的散热器散热性能也有较大影响。 借助Icepak热分析软件分析各种因素对换热性能的影响。 散热器材质默认为铝，散热器底面积为100×100平方毫米，基底设置为5mm，鳍片厚度为2mm；CPU及散热器下面的所有热源，简化为一个面积大小为20×20平方毫米，功率30W的平面热源，采取室温环境，空气自然对流。因为仅为了考虑散热器物理结构对其散热性能的影响。所以，对模型设置进行了简化，并直接将热源放置在散热器底面的中央。对于仿真结果，直观的观察热源的温度变化，这也直接反应了散热器物理参数的变化对其散热性能的影响。 底面尺寸变化的影响 鳍高设置为45mm，散热器底面尺寸的长和宽分别从50mm变化到120mm，间隔10mm，设置鳍片个数为10片，进行仿真分析。图2散热器底面尺寸的变化对散热性能的影响 底面尺寸变化的影响 不管是随着底面长边的变化还是短边的变化，都表现为底面积的增大，随着面积的增大，热源温度也不断的下降。说明随底面积的增加，散热器的散热性能越来越好。但随着不同底边的变化，散热性能有一定差别。随底面长边的增加，在增加底面面积的同时，鳍片的面积也在增加；而随着底面宽边的增加，仅增加了底面面积。所以，在图中看到刚开始时随长边变化曲线斜率较大，当底面面积大过一定值后，鳍面积增加带来的影响相比底面积增加带来的影响可忽略，所以之后两条线趋于一致，而且当底面积大过一定值后，在增大底面积对散热性能影响不大。 鳍片高度变化的影响 设置鳍高度从0mm变化到60mm，间隔5mm，进行仿真分析。 鳍片高度变化的影响 随着鳍高的增加，散热器温度曲线斜率越来越小，即温度减小的速度越来越慢。可以预期，当鳍高高过一定高度时，鳍高的变化对散热器的散热性能的影响将会很微弱。 鳍片个数变化的影响 设置鳍个数从5个变化