散热器原理分析和总结.docx

2013/7/4散熱器陶成文整理

2013/7/4

散熱器

陶成文整理

第

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散热器原理

第1章：[散热原理——功耗与热阻]

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第2章：[散热原理——散热方式]

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第3章：[散热原理——散热器材质]

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第4章：[散热原理——铜铝结合技术]

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第5章：[散热原理——热管技术]

第15页

第6章：[散热原理——加工成型技术]

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第7章：[散热原理——底面处理工艺]

第26页

第8章：[散热原理——风扇基本原理]

第29页

第9章：[散热原理——轴承和叶片]

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第10章：[散热原理——接口与扣具]

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[散热原理——功耗与热阻]

随着处理器发热量的不断提高，很多有助于散热的新兴技术也飞速发展。如果要深入了解一款散热器的性能必须了解其原理。

功耗

功耗是CPU最为重要的参数之一。其主要包括TDP和处理器功耗

TDP是反应一颗处理器热量释放的指标。TDP的英文全称是“ThermalDesignPower”，中文直译是“热量设计功耗”。TDP功耗是处理器的基本物理指标。它的含义是当处理器达到负荷最大的时候，释放出的热量，单位未W。单颗处理器的TDP值是固定的，而散热器必须保证在处理器TDP最大的时候，处理器的温度仍然在设计范围之内。

处理器的功耗：是处理器最基本的电气性能指标。根据电路的基本原理，功率（P）

＝电流（A）×电压（V）。所以，处理器的功耗（功率）等于流经处理器核心的电流值与该处理器上的核心电压值的乘积。

处理器的峰值功耗：处理器的核心电压与核心电流时刻都处于变化之中，这样处理器的功耗也在变化之中。在散热措施正常的情况下（即处理器的温度始终处于设计范围之内），处理器负荷最高的时刻，其核心电压与核心电流都达到最高值，此时电压与电流的乘积便是处理器的峰值功耗。

处理器的功耗与TDP两者的关系可以用下面公式概括：

处理器的功耗＝实际消耗功耗＋TDP

实际消耗功耗是处理器各个功能单元正常工作消耗的电能，TDP是电流热效应以及其他形式产生的热能，他们均以热的形式释放。从这个等式我们可以得出这样的结论：TDP并不等于是处理器的功耗，TDP要小于处理器的功耗。虽然都是处理器的基本物理指标，但处理器功耗与TDP对应的硬件完全不同：与处理器功耗直接相关的是主板，主板的处理器供电模块必须具备足够的电流输出能力才能保证处理器稳定工作；而TDP数值很大，单靠处理器自身是无法完全排除的，因此这部分热能需要借助主动散热器进行吸收，散热器若设计无法达到处理器的要求，那么硅晶体就会因温度过高而损毁。因此TDP也是对散热器的一个性能设计要求。

人们也习惯用热阻抗值来对散热器的性能进行标识热阻抗值RCJ

热阻抗值是保证CPU在一定的环境温度下(TJ=A℃)执行规定的程序(如P4Maxpower6.0100%)，CPU温度保持在规定的最高温度以下(TcB℃)。即每一款CPU对以上数据作出的散热要求也就是指明了它所要求的热阻抗值。CPU散热器热阻抗值必须要在处理器热阻抗值以下，CPU制造厂商才能对其产品保修。可以说热阻抗值的大小的不同反映着一颗CPU工作时对散热要求的差异，不同的CPU因发热功率及允许承受的最高工作温度的不同,对散热方面的要求也不一样，而散热器产品必须要对其所支持的CPU型号提供足够的散热能力。

Tc－Tj＝TDP×RJC

等式左边为一定值，对于一款散热器显然是热阻抗值越小，就可以使P值更大，也就是可以承载更大TDP的CPU散热，也就说明性能越好。

对于散热器，我们可以列出如下的等式:

P=H*A*η*△T

P：散热片与周围空气的热交换总量（W）；

H：散热片的总热传导率（W/CM2*℃），由辐射及对流两方面决定；

A：散热片表面积（CM2）；

η：散热片效率，由散热片的材料及形状决定；

△T：散热片的最高温度与周围环境温度之差（℃）

可以确定，加工成型后的散热器本体（即散热器中的金属部分）的热阻是固定的，但是更换风扇或者降低环境温度，还是可以改变一款散热器的热阻。

[散热原理——散热方式]

散热就是热量传递，而热的传递方式有三种：传导、对流和辐射。传导是由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量的方式，CPU和散热片之间的热量传递主要是采用这种方式，这也是最普遍的一种热传递方式。对流是指气体或液体中较热部分和较冷部分通过循环将温度均匀化，目前的散热器在散热片上添加风扇便是一种强制对流法，电脑机箱中的散热风扇带动气体的流动也属于强制热对流散热方式。辐射顾名思义就是将热