散热原理—散热器材质.doc

散热原理——散热器材质]
风冷散热器一般由散热片和风扇构成,这种散热方式的原理很简单:CPU产生的热量通过热传导传递到散热片,风扇高速转动将绝大部分热量通过对流(强制对流和自然对流)的方式带走,只有极少部分的热量通过辐射方式直接散发。风冷散热器的制造成本低,可操作性强,使用起来也方便安全,所以成为了我们最常用的散热方式。我们这次评测也将围绕风冷散热器来进行。
CPU的Die通常不到2平方厘米,但功耗却达到几十、上百瓦,如果不能及时将热量传导出去,热量一旦在Die中积聚,将会导致严重的后果。散热片所要做的的就是要将聚集CPU Die中的热量传导到更大的热导体并通过巨大的散热面积与空气进行热交换。在这个过程中,散热片的底座是与CPU接触并聚集热量的地方,而鳍片则是热量传导的终点,最终将热量散失到空气中。所以,散热器的底座和鳍片是最值得重视的两个部分。
首先是散热器底座在短时间内能尽可能多的吸收CPU释放的热量,即瞬间吸热能力,只有具备高热传导系数的金属才能胜任。其次是散热器本体应当具备足够的储热能力,即较大的热容量,通常承担这个任务的是鳍片。散热器材质是指散热器本体所使用的具体材料。对于金属导热材料而言,比热和热传导系数是两个重要的参数。
比热的定义为: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),数值越大代表物体的容热能力越大。以下是几种常见物质的比热表:
热传导系数的定义为:每单位长度、每K,可以传送多少W的能量,单位为W/mK。其中“W”指热功率单位,“m”代表长度单位米,而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表:
我们看到,水的比热远高于金属,有更强的容热能力,这也正是水冷有出色散热效果的原因。而普通风冷散热器自然要选择金属作为散热器的材料。我们希望所选用的材料同时具有高比热和高热传导系数,铝的这两个参数都居于前列,是一个相当不错的选择。由于铝具有密度小,延展性好,易于加工等特点,所以目前绝大多数散热器都采用铝作为主要材料。但纯铝硬度不足,切削性能差,所以在实际生产中,厂商门为了保证产品有适当的硬度,都采用铝合金来制造实际产品(铝约占总成分的98%)。当然掺杂了其他金属会导致散热性能有所降低,上面列举了几款散热器常用铝合金的导热性能,铝优良的导热能力在铝合金身上基本上得到保留。而铜的传导系数颇高,热传导能力非常强。
而铜和铝合金二者同时各有其优缺点。铜的导热性好,但价格较贵,加工难度较高,重量过大,且铜制散热器热容量较小,而且容易氧化。另一方面纯铝太软,不能直接使用,都是使用的铝合金才能提供足够的硬度,铝合金的优点是价格低廉,重量轻,但导热性比铜就要差很多。
纯铝散热器
纯铝散热器是最为常见的散热器。纯