台式计算机cpu散热器技术

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1、幻灯片1台式计算机CPU散热器技术王淼清华大学航天航空学院,北京幻灯片21、背景介绍l电子原件的发热已经成为了制约微电子技术的瓶颈。随着技术的发展，个人计算机CPU的功率越来越高，有的已经超过了100W。考虑到CPU的几何尺寸，CPU单位面积上的发热量十分惊人。因此，CPU的散热也越来越被人们重视。热幻灯片3这里主要介绍了：l风冷式：原理、应用、传热强化方法l（对于风冷式散热强化采用的屋檐设计进行了数值模拟，说明了其强化原理。）l水冷式：原理、应用、传热强化方法l热管式：原理、应用、传热强化方法l各种散热方式的优缺点进行了总结。幻灯片42、风冷式散热技术幻灯片52.1风冷式散热技

2、术的原理l风冷式散热技术是台式计算机中运用最广，也是最为成熟的散热技术。目前绝大多数台式计算机采用肋片散热片与风扇的组合方式实现对CPU的冷却。热源——CPU气体流向幻灯片62.2风冷式散热器的传热强化l这种散热形式的总热阻由接触热阻、导热热阻、对流热阻三部分组成：l因而，要想增强CPU散热效果，就要试图减小这三种热阻。幻灯片72.2风冷式散热器的传热强化l对于接触热阻：l将散热器与CPU压紧。l将CPU与散热片的表面加工得平整光滑，这样使得二者紧密接触，减少接触热阻。l另外一点就是在接触面上涂抹塑性导热材料，用导热系数相对较高的材料填充散热片与CPU之间的间隙，减少接触热阻。幻

3、灯片82.2风冷式散热器的传热强化l对于导热热阻：l第一种途径是采用导热系数更高的材料。l我们知道在常见金属中，银的导热系数最高，但是价格也十分昂贵。在大多数情况下，出于成本考虑散热器的材料主要是铝合金；而在散热量比较大（比如大功率CPU或者超频工作），或是要求稳定运行时（比如服务器），则需采用导热系数更高，价格更高且更难以加工制造的铜制散热器。l第二种途径是采用合理的散热片形状结构。l对于这种情况，通常需要考虑导热和对流的耦合，将导热热阻和对流热阻看作整体考虑。所以对于散热片结构的优化将在下面与减小对流热阻一并讨论。幻灯片92.2风冷式散热器的传热强化l对于对流热阻：l通过对流

4、换热知识，我们知道，流体的流速越高，对流换热能力越强。l因此增加风扇的转速一定能起到减小对流热阻，加强对流换热的作用。l然而在台式计算机CPU散热的应用中，并不是风扇转速越高越好。l首先，过高的转速会带来更大的噪音；l其次，风扇转速过高会显著缩短其寿命，减小系统可靠性；此外风扇转速过高将会消耗更多的功率，这也给供电系统提出了更高的要求。l因此风扇的转速是有限制的，通常情况下转速从1000到8000转每分钟不等。幻灯片102.2风冷式散热器的传热强化l屋檐型吸热底层的设计：l对于传统的风冷式散热片不论是吹风也好，吸风也好，在散热片的中心区域都会形成一个空气流动较少的高压区（吹风）或

5、低压区（吸风），如果再加上轴流风扇轴心风力盲区的影响，此区域的范围有时可以达到散热片底面积的20％以上，倘若又遇到风扇性能不济，甚至可能整个肋片底部区域的空气流动都非常微弱。此处的空气受两侧气流的影响，运动非常混乱，虽然所形成的紊流可以与肋片进行更多的热交换，但由于流动不畅，热量无法排出散热片外；而且，此处往往是发热设备（例如CPU核心）所处位置，是散热片热量最为集中的部分，如不加以处理，会对性能造成相当不利的影响。幻灯片112.2风冷式散热器的传热强化l屋檐型吸热底层的设计：散热片散热片CPUCPU幻灯片122.2风冷式散热器的传热强化l屋檐型吸热底层的设计：数值模拟结果低速区

6、域较小低速区域较大散热器周围空气速度场（a）未采用屋檐形式设计（b）采用屋檐形式设计幻灯片132.2风冷式散热器的传热强化l屋檐型吸热底层的设计：数值模拟结果等温线较密集等温线较稀疏散热器周围空气温度场（a）未采用屋檐形式设计（b）采用屋檐形式设计幻灯片142.2风冷式散热器的传热强化l屋檐型吸热底层的设计：数值模拟结果l在数值模拟中，未采用屋檐形式设计的CPU表面温度为361K，而采用屋檐形式设计的CPU表面温度为356K，温度降低5K。这对于CPU散热是十分可观的。幻灯片152.2风冷式散热器的传热强化l侧吹风设计：l传统的散热器形式多为上吹风或上抽风设计。这样就难免在CPU

7、中间区域产生流动死区——CPU中心处气流速度过慢，阻碍CPU散热。虽然采取一定的措施，比如上面提到的屋檐形式设计可以减小这些流动死区，但是这种现象仍然会或多或少的出现。于是一种新型的散热器设计——侧吹风设计开始得到应用。CPU散热片幻灯片162.2风冷式散热器的传热强化l放射状设计：l前面提到的散热器优化形式都是以增强散热效果为目的的，而这里提到的放射式设计的出发点则是为了获得更好的静音效果。幻灯片173、液冷式散热技术幻灯片183.1液冷式散热技术简介l缺点：l存在安全隐患l有