cpu散热器构造-cpu散热器组成

2024-11-22 10:07:39

cpu散热器构造-cpu散热器组成

电脑散热器其实就是一个小功率的风扇，帮助cpu散热，功率加大，那么它就是一个风扇。不过散热器是吸收热量排到外边，风扇是通过风吹给人体降温。台式机的散热器常见的有风扇、散热鳍片、水冷式散热器、和风冷式散热器。风扇应该算作是散热器的一种，主要是起到主动散热功能，通常会用在机箱上下左右来组成风道。散热鳍片是被动散热器，常用在发热量较小的芯片或者cpu上，例如：常见的南桥芯片，或者功率较小的集成cpu上。

水冷式散热器，主要是为发热量较高的芯片设计，例如cpu和显卡，大概分为两种，分体式水冷和一体式水冷。基本由三个部分组成，水冷头、冷排和风扇。

这个散热一般情况下不是家用机器用的，我记得当年在地产公司上班的时候，我们售楼部的工程师就喜欢呆在机房里面，原来里面的空调是二十四小时不关闭的，服务器的cpu功耗一直很大，而且基本上一开机就不会再关机了，由此带来的热量就只能用空调来压了。这个一般情况下普通人基本上接触不到的，这个只有在超频的情况下，才会用到液氮散热。所谓的超频就是某些玩家希望在自己的cpu上面发挥更大的作用，就会进行超频。

目前CPU散热方式主要分三大类，一类是风冷散热，一类是热管散热，还有一种就是水冷散热。风冷散热就是大家常见的一个散热片上面镶嵌一个风扇的那种散热方式，种类最多，为大家所常用。肋片散热片以及与风扇的组合方式，实现对CPU的散热和冷却。只要铜管的散热走向设计科学合理，用料十足，在配备上双散热风扇，可以说就是应付大部分超频也是可以的。有的时候好的风冷散热要比差的水冷散热好很多。

台式机CPU的散热器与风扇是一个东西吗

CPU散热原理与方式

在普通电脑爱好者的眼里，CPU风扇是个不起眼的小东西。而对真正的“发烧友”来说，它的作用就非同一般了，无论是为保持系统稳定，还是要挖掘系统潜能，都要让CPU“清爽”起来。做到人发烧而机器不烧，才是最高境界。

随着天气渐暖，CPU散热问题也越来越突出。我们知道，CPU的工作温度关系到计算机的稳定性和使用寿命。要让CPU的工作温度保持在合理的范围内，除了降低计算机的工作环境温度外，就是给CPU进行散热处理了。

散热工作按照散热方式可以分成主动式散热和被动式散热两种。主动式散热很简单，就是通过散热片将CPU的热量自然散发到空气中。因为是自然散发热量，效果不是很好，其散热的效果与散热片大小成正比。但是它最大的好处就是不需额外耗电，而且不用担心有风扇坏掉的危险。这种散热方式常常用在那些对空间没有特别要求的军用或者专业设备中。不过对于个人使用的PC机来说，目前几乎都采用被动式散热方式，被动式散热就是通过风扇等散热设备强迫性地将散热片发出的热量带走，其特点是散热效率高，而且设备体积小。

散热方式

下面我们就来介绍一下被动式散热的一些知识。对于被动式散热来说，按照散热介质来分，可以分成风冷、水冷、半导体制冷、化学制冷等四种散热方式。风冷顾名思义就是通过散热风扇将CPU发出的热量带走，它的散热介质是空气。而水冷就是通过水将CPU发出的热量带走，它的散热介质是水一类的液体，其效率比风冷高，但是它有一个致命的弱点，就是制冷设备复杂，而且还有漏水的隐患，所以目前尚不能进入大面积实用阶段。半导体制冷就是利用一种特制的半导体制冷片在通电时产生温差来制冷，它的制冷温度低，冷面温度可以达到零下10℃以下，但是成本太高，而且可能会因温度过低导致CPU结露以致造成短路，而且现在半导体制冷片的工艺也不成熟，不够实用。第四种就更少见啦，使用一些超低温化学物质，利用它们在融化的时候吸收大量的热量来降低温度，比如使用干冰可以将温度降低到零下20℃以下，还有一些更“变态”的玩家利用液氮将CPU温度降到零下100℃以下（理论上），当然由于价格昂贵和持续时间太短，这个方法是在实验室中才能用的。总的来说，后三种方法只适合于极少数狂热的超频爱好者，笔者曾经在日本网站看到过用液氮将赛扬300A超至近700MHz的纪录，但对于绝大多数的用户来说，最关心的还是风冷设备。下面我们来看看风冷散热器的一些基础知识。

风冷散热原理

风冷散热器一般分成两个部分，和CPU直接接触的部分为散热片，它负责将CPU发出的热量引出；风扇用来给散热片强制降温。通过散热片与风扇的有机配合，可以将风冷散热器的效率做得非常高，而体积非常小，成本也比较低。知道了风冷散热器的基本散热原理后，我们就很清楚影响散热的一些基本要素了。

CPU散热原理与方式

散热方式

风冷散热原理

散热原理

从CPU开始发热，到CPU的热量通过和其紧贴在一起的散热片将热量散出，首先遇到的一个问题就是CPU和散热片结合的紧密程度，它主要和结合面积大小以及结合距离相关。结合面积很好理解，这个面积越大，就能使热量越快地散发出去，但是由于CPU在制造好后它的结合面积就确定了，所以结合距离这个因素就更显重要。从理论上讲，散热片是能和CPU紧密接触的，可惜我们生活在现实世界，我们必须承认无论两个接触面有多么平滑，它们之间还是有空隙的，至少它们之间有空气，因为空气的导热性能很差，这就需要用一些导热性能更好而且能变形的东西代替空气来填补这些空隙，这就是现在大家常用的硅脂或者散热胶带。当然通过设计优异、抓紧力强大的扣具来将散热片紧密地扣在CPU上也是必须的，理想的情况就是扣具将散热片紧紧固定在CPU上，散热片和CPU的接触完全平行以保持接触面积最大，它们之间一些微小的空隙完全由硅脂填充以保持接触热阻最小。

大家应该记得，在中学物理中我们学过的传热方式主要分为传导、对流和辐射，当热量被传递到散热片之后，散热片的工作就是将热量从散热片的底部传递到散热片表面来和周围的空气进行热交换，这时影响因素主要有以下几个方面，首先就是散热片的导热率，导热率越大，热量被散发的速度就越快。

各种金属材料以及常用合金热传导系数

银 429W/mk

铜 401W/mk

金 317W/mk

铝 237W/mk

1070型铝合金 226W/mk

1050型铝合金 209W/mk

6061型铝合金 155W/mk

6063型铝合金 201W/mk

上表是空气和一些金属的导热率对比（卡/cm×s×摄氏度）。注意，卡是衡量热量的单位。

从这个表格可以看出银和铜是最好的导热材料，其次是金和铝。但是金、银太过昂贵，所以，目前散热片主要由铝和铜制成。其中又由于铜密度大，工艺复杂，价格较贵，所以现在通常的风扇多采用较轻的铝制成。

当散热片的材质被选定后，散热片的热传导能力也就决定了。导热系数表示在1秒内，温差为1℃时能通过截面积为1平方厘米、厚度为1厘米的该导体的热量；反过来看，这就意味着导体的厚度越厚、传热截面越大，单位时间内传递的热量就越多，换句话说，要使热量很快从CPU传到散热片上，就要求散热片一方面要有一定的厚度（要求散热片比较厚重）、另一方面要求有较大的传热截面积（自身传热面积要大）。

这个时候，一些有经验的发烧友可能会说，散热片也不能太厚，太厚效果可能也不会很好。是的，根据傅立叶传热定律，如图所示横截面积为A，厚度为d的导热体，其传热速率为：

Q/t=q=λA(T2-T1)/d台 ....................（1）

由公式（1）可知，厚度d减小可提高传热速率，而储热又需要一定的厚度，因此，合理选择散热片的厚度就显得很重要了——既不能太厚，也不能太薄，存在一个临界点。当然对于一般的使用者来说，不必关心这些公式，只要了解在一般情况下体积较大、底部较厚的散热片比较好就可以了。

当热量传到散热片的顶部后，散热片就要和周围的空气进行热交换，这时候需要通过传导来将热量传递给空气，计算公式需要换成如下两种不同介质间的传导方程：

q=αA(T3-T2) .................... （2）

α为冷流体的导热系数，在散热片材质和空气成分确定后，它就是一个固定值，A是散热片和空气的接触面积，所以增大散热片翅片表面积，即公式（2）中的A是有利于提高散热效率的。在保持散热片的体积不变的情况下，增大表面积的办法就只有改变散热器的形状了，一般是用翅片、表面粗糙化或螺纹等办法来增大表面积。

当热量传递给空气后，和散热片接触的空气会被加热，热空气应该尽可能和周围的冷空气通过对流式热交换来将热量带走，这时候最主要的因素就是空气流动的速度，这点主要和风扇的设计和风速有关。散热器风扇的效能（例如流量、风压）主要取决于风扇扇叶直径、轴向长度、风扇转速和扇叶形状。风扇的流量大都采用CFM为单位（英制，立方英尺/分钟），一个CFM大约为0.028mm3/分钟的流量。一般体积为50×50×10mm3 的CPU风扇会达到10 CFM，60×60×25mm3 的风扇通常能达到20 CFM ~30 CFM。

一个好的风扇除了通风量大、风压高以外，可*性也是非常重要的，而影响风扇寿命最主要的因素就是风扇的轴承，于是轴承形式显得非常重要。目前高速风扇多使用滚珠轴承（Ball Bearing），而低速风扇则使用成本低廉的自润轴承（Sleeve Bearing）。每个风扇都需要两个轴承，一些风扇上标着“BS”的字样，是单滚珠式轴承，BS的意思是“1 Ball + 1 Sleeve”，依然带有自润轴承的成分。比BS更高级的是双滚珠式轴承，即Two Balls。当然散热片的翅片方向也对空气流向有影响，比如不能存在空气不流动的角，简单地讲，就是散热片风道设计要合理。总的来说，这个地方可能是散热器设计最复杂的地方，但是我们只要知道直径大、转速快的风扇和表面积大的散热片都是散热的好帮手就可以了。

两难的问题——风量和噪音

前面说过增加散热器散热效果最有效的方式是增加散热面积，但是增加散热面积最大的问题就是有主板限制，不能无穷增加，最后只有通过增加风扇的排风量和风速来提高散热器效率。记得前几年许多超频爱好者通过超频风扇来增加风扇转速，当然现在这种方法已经过时了，现在比较好的散热器配套的风扇都是威猛无比的造型，风量一般都不成问题。我这里想要说的倒是风量太大带来的副作用——噪音，有的风扇的噪音已经超过了硬盘和光驱甚至还超过了计算机内部嗓门最大的器件——机箱电源风扇，这个时候，您就需要考虑一下，是您还是您的CPU更需要舒适呢？