影响散热性能的各种因素

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1、影响散热性能的各种因素晨怡热管2007-11-2922:46:39三、影响散热性能的各种因素　　在当前的所有芯片中，以CPU的功耗、发热量最高，因此CPU散热器的发展最为强劲与引人注目，诞生了极其多样化的产品，代表了计算机散热技术的最高发展水平。只要对CPU散热技术有了全面了解，其它产品的散热原理也就无师自通了。因此，本专题重点就讨论CPU散热技术。在介绍各种散热技术之前，我们还要先确认几个散热的基本概念。热力学基本知识　　我们先从物理的角度来探讨一下散热的原理，因为知道了原理才能从根本上找出解决问题的方法。虽然这部分有些枯燥难懂，但只要您能耐心看完，相信很多问题就可迎刃而解，对今后彻

2、底了解散热器有很大的用处。　　物理学认为，热主要通过三种途径来传递，它们分别是热传导、热对流、热辐射。为了保证良好的散热器性能，就要已符合上述三种途径的要求来设计产品，于是在材料的热传导率、比热值；散热器整体的热阻、风阻；风扇的风量、风压等等方面都提出了要求。以下针对这些概念进行集中讲解。热传导　　定义：通过物体的直接接触，热从温度高的部位传到温度低的部位。热能的传递速度和能力取决于：　　1.物质的性质。有的物质导热性能差，如棉絮，有的物质导热性能强，如钢铁。这样就有了采用不同材质的散热器，铝、铜、银。它们的散热性能依次递增，价钱当然也就成正比啦。　　2.物体之间的温度差。热是从温度高

3、的部位传向温度低的部位，温差越大热的传导越快。　　热传导是散热的最主要方式，也是散热技术需要解决的核心问题之一。所以我们通常都能看到，几乎所有散热在与CPU相接触的部分都采用热传导性能良好的材料。比如Intel原包CPU中附带的散热器，采用铜芯与CPU接触，就是为了将热量尽快传导出来。热对流　　热通过流动介质（气体或液体）将热量由空间中的一处传到另一处，即由受热物质微粒的流动来传播热能的现象。根据流动介质的不同，可分为气体对流和液体对流。影响热对流的因素主要有：　　　1.通风孔洞面积和高度2.温度差：原因还是因为热是由高到低方向传导。3.通风孔洞所处位置的高度：越高对流越快。4.液体对

4、流：导热效果比较好，因为液体比热要大些，所以温差大，导热快。　　之所以在CPU散热器安装的风扇，也就是为了产生强制热对流而加强散热性能。理论上说，只要散热器表面积足够大，是无需强制热对流的，但实际应用中，散热器不可能做的无限大，所以采用风扇的主动散热器是最常见的，并且可以根据散热的需求而采用不同转速和大小规格的风扇。少数散热器也能采用被动散热的方式，比如下图中的产品，但请注意散热器已经覆盖了大半个主板。热辐射　　是一种可以在没有任何介质(空气)的情况下，不依靠分子之间的碰撞，又不依靠气体或者液体的流动就能够达成热交换的传递方式。影响热辐射的因素主要有：1、热源的材料。材料的比热越小相外

5、辐射能量越快，反之就越慢。2、表面的颜色。一般来说，顏色光亮的（如白色或銀色）物体表面吸收和释放辐射能量的速率较慢。深颜色（黑色）的物体表面吸收和释放辐射能量的速率较快，有趣的是物体释放电磁波的能量越高，其吸收能力也高，反之亦然。　　当然，在普通应用环境中，比起热传导与热对流，热辐射起到的散热作用微乎其微，因此用户在此方面不必太在意。　　理论是空洞无味的，下面用一个简单的图示来为大家做下讲解：　　上图显示了三种热传递方式在散热器中的应用形式。属于热传导的是：由热源CPU传至散热片以及在散热片内部传递。属于对流的是：热由散热片传递到周围的空间，再由风扇和散热片组合形成的对流对其散热。热传

6、导与热对流是主要散热方式，CPU产生的大部分热量在传递到散热片上后，都被风扇形成的对流所带走，热辐射产生的作用可以忽略不计。　　以上三个概念是热力学的基础知识。具体到材料上的特点，就需要引入热传到系数与比热值两个概念。材料的导热性能热传导系数　　由于热传导是散热器有效运作的两大方式之一，因此，散热片材料的热传递速度就是其中最关键的技术指标，理论上称作热传导系数。　　定义：每单位长度、每度K，可以传送多少瓦数的能量，单位为W/mK。即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文（1K＝1℃）时的热传导功率。数值越大，表明该材料的热传递速度越快。　　由上表中可以得知，银、铜的热传导

7、系数最好。但是很显然，这两种材料的成本较高，不利于大规模量产。因此在目前的市场中，我们见到的最常用散热器材料就是铝合金，而今后也肯定以该种金属为主。比热容　　热传递的速度很重要，但是吸收热量能力低也不利于散热，这里又引入了比热容的概念。　　定义：单位质量下需要输入多少能量才能使温度上升一摄氏度，单位为卡/（千克×°C），数值越大代表物体容纳热量的能力越大。　　根据上表得知，水比热容最高，比金属有更强的热容能力，这也是水冷散热器赖以生存的根本。值