浅谈CPU散热器的种类、材质、结构与散热性能；杨玉

浅谈CPU散热器的种类、材质、结构与散热性能；杨玉 浅谈CPU散热器的种类、材质、结构与散热 性能 姓名:杨煜 学号:1007030329 院系:信息安全(网监)系 专业:计算机网络 指导老师:赵磊 二零一一年十二月二三日 1 引言 散热器，始终是众多硬件DIYer们关心的热门话 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，这些既老调且没有 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 的问题，在世界各大硬件网站的BBS上出现频率最高。炎炎的夏季即将来临，各位DIYer们电脑中的散热器到底能不能支撑过这段时间呢,有没有换掉现有散热器的打算,具体需要投资多少钱才能买到适合自己要求的价廉物美的散热器呢,对于市场上的一些散热器的材质结构及散热性能，本人浅谈一下自己的认识，希望以能起到抛砖引玉的作用。 虽然现在的CPU在制造工艺上有了很大的改进，但越来越高的频率使其发热量越来越令人恐怖，每块都需要用到散热器，市面上的CPU散热器从低端的纯铝制、纯铜制、纯银制，到中端的嵌铜式铝制、压铸铜式铝制、热管制，再到高端的水冷、油冷、半导体制冷、压缩机制冷、干冰制冷、液氮制冷、液氦制冷等都能买到;散热方式从被动散热到主动散热，再到主动制冷，品种五花八门，种类极其繁多，下面我们就来介绍一下各种材质、结构散热器的散热性能。 一个完整的散热器应该是由散热片和风扇两部分组成。 一、散热片介绍: 1、 纯铝制散热片 这种散热片是目前使用率最高的散 热片之一，整体采用纯铝制造。铝，作 为地壳中含有量最高的金属，成本低和 热容低是其主要特点，虽然吸热慢，但 放热很快，散热效果跟其结构和做工成 正比，散热片数越多、底部抛光越好， 散热效果越好，但也受其制造工艺上的 制约，一般采用铝挤压式制造工艺的散 热器凹槽的最小间隔只能做到1.1毫 米。散热原理也是最简单的:利用散热 器上的散热片来增大它与空气的接触面 积，再利用风扇来加速空气流动从而带 走散热片上的热量。这种散热片的价格也是最 低的，跟以下几种散热器相比散热效果最差。 2、 纯铜制散热片 这种散热片跟铝制散热片唯一的区别就 2 是材质换成了纯铜，因为铜跟铝相比有个先天的优点:热传导效能为412w/mk，比铝的226w/mk提高了将近1倍，但铜也有个先天的缺点:热容太高了，也就是说这种散热片吸热快但放热慢，需要配合大功率高转速的风扇，才能达到理想的效果。由于铜具有良好的韧性，制造工艺上比铝容易多了，有折页式、插齿式等，散热片的密度可以比铝制的做得更高，散热面积也相应更大，这些都可以弥补其热容高所导致散热慢的不足，但纯铜的单位成本和制造成本比铝高很多，直接导致这种散热片的价格居高不下，虽然价格高，但散热效果比铝制的要好多了。 3、 纯银制散热片 这种散热片的材质采用了吸热快放热也快的 纯银，银的热传导效能为432w/mk，比铜略高，但 其热容很低，热量在银质散热器体上的物理沉淀 少，仅相当于铝的水平，也就是说银制的散热器是 集合了铜和铝各自的优点于一身，拥有铜的快速导 热性及铝的快速放热性，散热效果非常好，唯一的 缺点就是价格高，众所周之，由于银的密度比较高， 一个小小的散热片需要几百上千克的银，ALPHA公 司著名的PAL7088T纯银制散热器，其中散热片采 用1300克纯银，不含风扇的价格就高达15600元，如果配合ALPHA的CTT8450液态轴承马达全自动温控风扇，总价已经超过20000元了，这种离谱的价格实在是非一般人所能接受的。 4、 嵌铜式铝制散热片 这种散热器可以说是用经济实惠的方式解决了铜和 铝的矛盾关系——中间嵌铜块的铝制散热片，用铜块跟 CPU接触，利用铜的快速吸热性来吸取CPU 的热量，再利 用铝的快速放热性来释放铜块上的热量，这样做散热效果 要好于单一的纯铜或纯铝散热片，但还远远不及纯银的效 果，原因很简单:嵌铜散热片的制造过程是利用热胀冷缩 的原理，将铝制散热片加热到一定的温度后，再把事先准 备好的铜块嵌进去，等铝的温度下降后，收缩就把铜块紧 紧地包在了一起，但是铜和铝不能做到100%的接触，所 以在热传导效能方面会受到一定的影响，但优点是价格便 宜，基本上几十元钱就能买到，比起动辄上百元的纯铜散 热片来说，既经济实惠，且效果又好。 5、 压铸铜式铝制散热片 这种散热片乍看外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 颇似嵌铜散热片， 底座上也有一块铜，但不一样的地方是: 这种散热片上的铜块并不像嵌铜散热片 那样是利用热胀冷缩的原理嵌进去的， 而是使用了最先进的压铸技术，可以说 是完全的无缝连接，所以在铜块与铝座 的连接线上，无论怎么看，怎么摸，都 绝对感觉不到任何缝隙，从根本上保证 了铜块与铝座之间的热传导性，因此， 3 具有超强的散热性能。典型的例子就是被媒体称为“地球上最强风冷散热器”的 ALPHA PAL8045T。当然，由于制造复杂做工精细，一般采用这种工艺制造的散热器价 格颇高， ALPHA PAL8045T不带风扇的散热片，其价格就要420元了，价格是比较昂 贵，但散热效果极佳。 6、 热管散热系统 这种散热系统与上述的散热片不同，上述的散热片是利用金属的热传导性能将热量从散热 面积小的CPU表面传递到散热面积大的散热片上，因此，其散热性能取决于制造这个散热片所 采用的材质。热管散热系统并不是利用金属的热传导性能来导热的，而是利用在密闭的铜管内 液态介质的蒸发及冷凝过程传递热量的，由于液态到气态及气态到液态的转化，分别需要吸收 及放出大量的热，所以热管传递热量的效率很高，导热系数比单一金属材质要高出几个数量级。 具体请看下图: 原理是:在密闭的铜管中抽真空并填入沸点较低的液体，当铜管的一头温度升高时，这段铜管里面的液体就会受热而汽化，并依靠铜管内部两端的蒸汽压力差而向另一端移动，由于另一端的温度较低，气体移动到这里时，遇冷液化并反向流回，这个反向的流动依靠热管内壁丝网结构提供的毛细泵力进行的，我们知道，当液体变成气体时是要吸收大量的热，而当气体变成液体时会放出大量的热，热管就是利用这个原理来传导热量的，典型的例子就是图示的TT SP-94纯铜热管散热器。 二、风扇介绍 1、 风扇的分类 风扇是组成一个完整的散热器中必不可少的一部分，一个再强大的散热片，如果缺少了风 扇的配合，那么它的散热效果将大打折扣。现今主流的风扇按照马达中轴承的原理基本上可分 为以下三类: ? 普通轴承风扇:这种风扇是最普通最便宜、应用最多的风扇了，价格低廉但寿命不长。 ? 滚珠轴承风扇:这种风扇最近开始流行，转速比轴承风扇要提高不少，用钢珠的 滚动来代替普通轴承风扇中的机械摩擦，所以寿命要长得多，相比之下转动时的声音也要 小很多，售价比普通轴承风扇稍贵。 ? 液态轴承风扇:这种风扇是用油膜取代滚珠轴承里的钢珠，转动时不会有金属接 触，因此噪音和发热量均大幅下降，理论上无磨损;用油膜代替钢珠还使得轴承能有效吸 收外来震动，保护轴承表面。从而大大增加了轴承所能承受的撞击力，它所产生的噪音是 4 所有风扇中最小的一种，寿命最长，转速最高，但价格相对也是最高的。 2、 风扇的转速 一个强大的散热片配合一个高转速的风扇是很有必要的，普通轴承风扇由于受其先天缺陷的影响，转速一般不超过每分钟3000转，在这么慢的转速下想保持较大的风压只能增加风叶的倾斜角度，但风叶的倾斜角度越大相应所产生的切风声音也就越大，所以这种风扇只能使用在低档的散热器中，或为那些发热量不大的CPU所散热的。 滚珠轴承风扇的转速从每分钟2500转到8000转的都有，转速不同导致的散热效果不同，声音不同、价格也不同，一般5000转以下的是配合嵌铜或压铸铜散热片使用的，5000转以上的是配合纯铜、纯银的散热片使用的。价格从20元到300元之间。 液态轴承风扇的最低转速就达到了每分钟5000转以上，平均都在7000转左右，更有甚者超过了每分钟1万转，ALPHA公司著名的CTT8450液态轴承马达全自动温控风扇，最高转速达到了每分钟1万2千转，但由于采用的是全自动温控方式，它能感应出散热片的温度，并能根据温度的变化自动调节转速及风叶的倾斜角度，如果温度正常的话它就保持在4000转的转速，这时的风叶也是最平的，相对声音最小;如果散热片温度升高的话那么它的转速也自动提高，风叶的倾斜角度自动加大，在这么高的转速下，风叶稍微加一丁点倾斜角度风压就会加很大，散热效果是所有风扇中最好的一种，当然它的售价也自然是最高的，光一只风扇就要卖到了5500元～这个价格能买一台中档电脑了。 3、 风扇的防风罩 市场上有一些散热器的风扇上，装有个叫“防 风罩”的东西，这个防风罩主要起两点作用:第一 点是防止异物落入打伤风叶，第二点也是最重要的 一点就是防止风压反弹。这个防风罩的宽度厚度及 上面空隙之间的间隔距离，都是事先设计好的，使 这个防风罩正好能阻止并弹回反弹上来的风压，但 这种风扇只能配合它原配的散热片，否则如果换用 其他散热片的话由于结构不同导致风压反弹点的 不同，以使防风罩不能起到防止风压反弹的作用。然而，由于这种散热器的价格动辄上百元，不要也罢。 4、 风扇的散热效果: 由于风扇的中心没有风叶，致使吹出来的风其中 心的流速几乎为零，这使散热片的外围降温较快，而 中间较慢，通过红外线热敏仪的测试(见右图)，散 热片的温度分布情况是这样的:其中红色的部分表示 温度较高，蓝色的部分表示温度较低。 好在有问题就有相应的解决办法:CoolerMaster 公司出产的一款散热器，采用了飞机引擎的涡轮状式 风扇，根本上解决了传统风扇的“中心风力盲区”问 题，使其风能可以100,的利用。请看下图: 5 三、散热器结构介绍: 一个散热器的散热效果，不仅仅受其散热片所使用材质不同的影响，还受其散热面积的大小、底面抛光度、散热片的样式等诸多因素的影响，下面我们就来具体分析一下: 1、 散热面积的大小 散热器的最基本散热方式就是利用散热片来增大散热面积，但CPU散热器的大小和重量都 受到一定的局限，那么，怎么样才能使一定量体积的散热器拥有更大的散热面积呢,散热片形 状的设计便起到了决定性的作用，让我们来看下面两张图的对比: 左图是普通的散热器，右图就是著名的ALPHA PAL8045T，不用多说，右图散热器的散热 面积要比左图的大得多，以使其散热性能也要好得多。 2、 散热片底部的抛光度 散热片的底部，也就是与CPU直接接触的平面，这里是吸收CPU热量的第一道关，一般来 说，好的散热器底部抛光度应该相当高，成一个镜面，使其能与CPU紧密接触，尽量减少中间 的缝隙，虽然能够用导热硅脂来填充缝隙，但导热硅脂的热传导系数远远没有金属直接接触到 6 的高，再看看下面两张图的对比: 右图中散热器底部的抛光度明显比左图要高多了，可想而知，同样两个散热器，由于散热器底部与CPU接触面间的紧密程度不同，其吸收CPU热量的速度便不同，以直接导致散热效果的不同。 3、 散热片的样式 散热片的样式有多种多样，最普通的就是凹凸形的，但凹凸形的散热片最大的缺点就是: 当利用风扇加速的风垂直吹下来的时候，基本上没有什么阻力就顺着散热片的凹槽流过了，直 接造成了空气跟散热片接触的风压不够。另外，由于散热片基本上都是方形的，根据热量的分 布及上升曲线，很容易造成散热片中心的温度高于四周的温度，那么怎么办呢,我们还是来看 看下图中两种散热器吧: 左图是现阶段比较流行的嵌铜式铝制涡轮散热器，它是利用带旋转角度的涡轮形散热片，强制改变风扇吹下来风的流经位置，产生一定的“切风”效应以增大每片散热片上的风压，使空气能够更好地接触到散热片并带走上面的热量。右图中扇形的散热片，完全是根据热量的分布及上升曲线而量身定造的，使其每一片叶片上的温度基本保持相同，不至于造成普通方形散热器那样中间温度高四周温度低的局面。 四、关于散热方面的小知识 7 1、 导热硅脂的涂抹 导热硅脂实际上是用来填充散热片与CPU之间那些微小的缝隙用的，普通导热硅脂的热传导性仅是铝的一半而已，有些人在涂抹导热硅脂的时候，涂上很多，以使其成为了一层垫子，其散热效果反而比不涂的更差，正确的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 应该是:在散热器底部和CPU的表面都涂抹上导热硅脂后，再用很平的诸如刀片之类的工具将它们全部刮掉，然后再涂上再刮掉，反复至少5次以上，用以填平其表面的缝隙，然后再将散热器跟CPU紧紧的按在一起不要动了，这样才能达到最好的效果。 在市场上能买到一种含银的导热硅脂，这种硅脂的导热性能比一般的要高出许多，毕竟含有了大量的银粉在里面，价格也比较昂贵～ 还有一种是导热硅胶，它同导热硅脂的区别就是导热硅胶带有很强的粘性，能粘牢很多没有卡口的散热器，除非你是真的没有办法了，否则不推荐使用，因为如果采用硅胶的话，粘上去基本上就无法取下来了，除非用很薄的刀片慢慢切割下来才行，费时费力。 2、 高温对CPU的危害 根据电子学理论，频率的提高(在稳定的前提下)对于半导体电子元件寿命不会有影响，但是频率变高后，却会产生更多的热量，电子元器件像CPU、内存等等，表面积都非常小，多产生的热量都聚集在这小小的地方，如散热不好将会产生极高的温度，从而引发“电子迁移”现象，而且现在CPU的主频越来越高，再加上还有我们这一伙DIY为了以获取更高的性能而加电压超频，如此一来，产生的热量会更多。 高热所导致的“电子迁移”现象会损坏半导体电子元器件。为了防止此现象的发生，我们应该把CPU的表面温度控制在摄氏50?C以下，这样，CPU的内部温度就可以维持在80?C以下，“电子迁移”现象就不会发生。“电子迁移”现象并非立刻就损坏芯片，它对芯片的损坏是一个缓慢的过程，或多或少会降低CPU的寿命，假如你让你的CPU持续在非常高的温度下工作，那你的CPU可就......。 那么“电子迁移”到底是什么,“电子迁移”属于电子科学的领域，在上世纪60年代初期才被广泛了解，是指电子的流动所导致的金属原子的迁移现象。在电流强度很高的导体上，最典型的就是集成电路内部的电路，电子的流动带给上面的金属原子一个动量，使得金属原子脱离金属表面四处流动，结果就导致金属导线表面上形成坑洞或土丘，造成永久的损害，这是一个缓慢的过程，一旦发生，情况会越来越严重，到最后就会造成整个电路的短路，整个集成电路就报销了。 “电子迁移”现象受许多因素影响，其中一个是电流的强度，电流强度越大，“电子迁移”现象就越显著。纵观集成电路的发展史，我们可以发现，为了把集成电路(如CPU)的核心缩小，必须把线路做得更细更薄，那么，线路的电流强度就会变得很大，所以电子的流动所带给金属原子的动量就明显提高，金属原子就容易从表面脱离而四处流窜，形成坑洞或土丘。另外一个因素就是温度，高温有助于“电子迁移”的产生，我们已经知道超频会产生大量的热，使CPU温度升高，从而引发“电子迁移”现象，而为了超频，我们通常会提高电压，如此一来，产生的热会更多。然而我们必须明白的是，并不是热量直接伤害CPU，而是热量所导致的“电子迁移”现象在损坏CPU内部的芯片。很多人说的CPU超到烧掉，其实严格来说，应该是高温所导致的“电子迁移”现象所引发的结果。为了防止“电子迁移”现象的发生，这就是为什么我们要把CPU的表面温度维持在50?C以下的原因所在。 8 结语: 以上就是我对于CPU散热器的种类、材质、结构与散热性能的一些认识，也学还有很多的不足之处，还望谅解～ 不过CPU技术一直在发展，到了以后还会有更多的类型和材质来更好的帮助CPU进行散热。到时候CPU肯定发展到一个更高的高度，相信在不久的将来就会实现的。 9