臺式計算機CPU散熱器技術

1、僅供個人參考幻燈片1臺式計算機CPUt熱器技術王淼清華大學航天航空學院，北京幻燈片2Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse1、背景介紹電子原件的發(fā)熱已經(jīng)成為了制約微電子技術的瓶頸。隨著技術的發(fā)展，個人計算機CPU的功率越來越高，有的已經(jīng)超過了100W考慮到CPU的幾何尺寸，CPU單位面積上的發(fā)熱量十分驚人。因此，CPU的散熱也越來越被人們重視。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse執(zhí)八、Forpersonaluseonlyinstudyandres

2、earch;notforcommercialuse幻燈片3這里主要介紹了：風冷式：原理、應用、傳熱強化方法（對于風冷式散熱強化采用的屋檐設計進行了數(shù)值模擬，說明了其強化原理。）水冷式：原理、應用、傳熱強化方法熱管式：原理、應用、傳熱強化方法各種散熱方式的優(yōu)缺點進行了總結?；脽羝?2、風冷式散熱技術幻燈片52.1 風冷式散熱技術的原理風冷式散熱技術是臺式計算機中運用最廣，也是最為成熟的散熱技術。目前絕大多數(shù)臺式計算機采用肋片散熱片與風扇的組合方式實現(xiàn)對CPU的冷卻。氣體流向幻燈片62.2風冷式散熱器的傳熱強化這種散熱形式的總熱阻由接觸熱阻、導熱熱阻、對流熱阻三部分組成:因而，要想增強CPUt熱效

3、果，就要試圖減小這三種熱阻。alRcontactRconductRconvect幻燈片72.2風冷式散熱器的傳熱強化對于接觸熱阻：將散熱器與CPU壓緊。將CPU與散熱片的表面加工得平整光滑，這樣使得二者緊密接觸，減少接觸熱阻。另外一點就是在接觸面上涂抹塑性導熱材料，用導熱系數(shù)相對較高的材料填充散熱片與CPU之間的間隙，減少接觸熱阻。幻燈片82.2 風冷式散熱器的傳熱強化對于導熱熱阻：第一種途徑是采用導熱系數(shù)更高的材料。我們知道在常見金屬中，銀的導熱系數(shù)最高，但是價格也十分昂貴。在大多數(shù)情況下，出于成本考慮散熱器的材料主要是鋁合金；而在散熱量比較大（比如大功率CPU者超頻工作），或是要求穩(wěn)定運行

4、時（比如服務器），則需采用導熱系數(shù)更高，價格更高且更難以加工制造的銅制散熱器。第二種途徑是采用合理的散熱片形狀結構。對于這種情況，通常需要考慮導熱和對流的耦合，將導熱熱阻和對流熱阻看作整體考慮。所以對于散熱片結構的優(yōu)化將在下面與減小對流熱阻一并討論。幻燈片92.2風冷式散熱器的傳熱強化對于對流熱阻：通過對流換熱知識，我們知道，流體的流速越高，對流換熱能力越強。因此增加風扇的轉(zhuǎn)速一定能起到減小對流熱阻，加強對流換熱的作用。然而在臺式計算機CPUt熱的應用中，并不是風扇轉(zhuǎn)速越高越好。首先，過高的轉(zhuǎn)速會帶來更大的噪音；其次，風扇轉(zhuǎn)速過高會顯著縮短其壽命，減小系統(tǒng)可靠性；此外風扇轉(zhuǎn)速過高將會消耗更多的

5、功率，這也給供電系統(tǒng)提出了更高的要求。因此風扇的轉(zhuǎn)速是有限制的，通常情況下轉(zhuǎn)速從1000到8000轉(zhuǎn)每分鐘不等。幻燈片102.2風冷式散熱器的傳熱強化屋檐型吸熱底層的設計：對于傳統(tǒng)的風冷式散熱片不論是吹風也好，吸風也好，在散熱片的中心區(qū)域都會形成一個空氣流動較少的高壓區(qū)（吹風）或低壓區(qū)（吸風），如果再加上軸流風扇軸心風力盲區(qū)的影響，此區(qū)域的范圍有時可以達到散熱片底面積的20%以上，倘若又遇到風扇性能不濟，甚至可能整個肋片底部區(qū)域的空氣流動都非常微弱。此處的空氣受兩側氣流的影響，運動非常混亂，雖然所形成的紊流可以與肋片進行更多的熱交換，但由于流動不暢，熱量無法排出散熱片外；而且，此處往往是發(fā)熱設

6、備（例如CPU核心）所處位置，是散熱片熱量最為集中的部分，如不加以處理，會對性能造成相當不利的影響?；脽羝?12.2風冷式散熱器的傳熱強化屋檐型吸熱底層的設計：不得用于商業(yè)用途散熱片CPU幻燈片122.2風冷式散熱器的傳熱強化屋檐型吸熱底層的設計：數(shù)值模擬結果(a)未采用屋檐形式設計(b)采用屋檐形式設計散熱器周圍空氣速度場幻燈片132.2風冷式散熱器的傳熱強化屋檐型吸熱底層的設計：數(shù)值模擬結果(a)未采用屋檐形式設計(b)采用屋檐形式設計散熱器周圍空氣溫度場幻燈片142.2風冷式散熱器的傳熱強化屋檐型吸熱底層的設計：數(shù)值模擬結果在數(shù)值模擬中，未采用屋檐形式設計的CPUtl面溫度為361K,而

7、采用屋檐形式設計的CPU面溫度為356K,溫度降低5K。這又行1CPUO：熱是十分可觀的?；脽羝?52.2風冷式散熱器的傳熱強化側吹風設計：傳統(tǒng)的散熱器形式多為上吹風或上抽風設計。這樣就難免在CPU中間區(qū)域產(chǎn)生流動死區(qū)一一CPU中心處氣流速度過慢，阻礙CPUO：熱。雖然采取一定的措施，比如上面提到的屋檐形式設計可以減小這些流動死區(qū)，但是這種現(xiàn)象仍然會或多或少的出現(xiàn)。于是一種新型的散熱器設計一一側吹風設計開始得到應用?；脽羝?62.2風冷式散熱器的傳熱強化放射狀設計：前面提到的散熱器優(yōu)化形式都是以增強散熱效果為目的的，而這里提到的放射式設計的出發(fā)點則是為了獲得更好的靜音效果?；脽羝?73、液冷式

8、散熱技術幻燈片183.1液冷式散熱技術簡介缺點：存在安全隱患有些液冷散熱器需要維護優(yōu)點：換熱能力強靜音工業(yè)應用成熟幻燈片193.2液冷式散熱技術原理與應用實例幻燈片204、熱管式散熱技術幻燈片214.1 熱管式散熱技術簡介目前，熱管在PC散熱器中的應用越來越多，目前各大散熱器制造廠出貨的cput熱器中，已經(jīng)有15%以上的產(chǎn)品采用熱管，尤其是在高端產(chǎn)品上幾乎無一例外。熱管散熱器散熱能力強，不用采用大量銅，價格相對低廉，形式構造多樣，不必擔心與機箱內(nèi)部設備發(fā)生干涉，適合機箱內(nèi)部布置，是一種十分有前途的CPUt熱形式?；脽羝?24.2 熱管式散熱器的原理與應用實例/口口口CPU熱管是利用液體相變吸熱

9、的原理來進行熱傳遞的散熱原件。熱管結果分為蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段。液體在蒸發(fā)段吸收熱量蒸發(fā)形成蒸汽，通過絕熱段來到冷凝段放出熱量液化，再流會蒸發(fā)段循環(huán)工作?；脽羝?34.3 熱管式散熱器的原理與應用實例對比風冷散熱器和熱管散熱器，熱管散熱器只是在肋片末端埋有熱管。與風冷散熱器相比，熱管散熱器肋片末端溫度更高。由傳熱學知識，肋片溫度越高，肋效率越高。熱管式散熱器正是利用了這一原理，強化了換熱。如果在需要換熱量較小時，可以適當減小風扇功率，以減小換熱器產(chǎn)生的噪音。熱管散熱器是如何強化散熱的呢？幻燈片245、各種散熱技術的比較與小結散熱性能靜音程度投入成本維護成本安全性風冷散熱差低低高水冷散熱好較好高高低執(zhí)管散執(zhí)八、1=1口八八、好好高低高幻燈片25謝謝僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfurdenpers?nlichenfurStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl