简要介绍CPU散热器原理.ppt
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1、C P U 散 热 器,2010年10月,CPU散热器发展背景,早期的CPU芯片功率不足10W,不需要用散热器。上世纪90年代中期以后,随着CPU主频和集成度大幅度提高,CPU的功率和发热量明显提高。到2004年Intel公司推出的Pentium4主频为3.6GHz的CPU功率更是达到115W。如此巨大的功率严重威胁到CPU的工作和发展,而CPU必须借助散热器才能工作,虽然Intel在2006年下半年推出酷睿双核将功耗降低近一半,每个核心的功耗只有30W至35W,与上一代因特尔台式机处理器产品相比,因特尔酷睿2台式机处理器在提供1.4倍的CPU计算性能同时,能耗降低了40%,但是对于现在一些四
2、核的CPU来说,功率仍然很高。为适应CPU的不断发展,CPU散热器也有了长足的发展。,CPU散热器的分类,散热器常被分为主动散热和被动散热,前者常见的有风冷式散热器,后者常见的为散热片。进一步细分散热方式,可以分为风冷,热管,液冷,半导体制冷,压缩机制冷等。风冷散热是最常见的,而且非常简单,具有价格相对较低,安装简单等优点,但对环境依赖比较高,例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。它的工作原理是CPU散热片与CPU表面直接接触,CPU表面的热量通过热传导传递给CPU散热片;散热风扇产生气流通过热对流将CPU散热片表面的热量带走;而机箱内空气的流动也是通过热对流将 CPU 散热片周围空气
3、的热量带走,直到机箱外;同时所有温度高的部分会对周围温度低的部分发生热辐射。换热方式包括了导热、对流、热辐射。,散热器的散热方式,图1 散热器的剖面图,鳍片的材质,散热片材质按导热性能从高到低排列,分别是银、铜、铝、钢。由于银的价钱较高,所以常采用铜和铝合金。铜的导热性好,但价钱贵,加工难度较高,重量过大,热容量较小,而且易氧化。纯铝太软,不能直接使用,铝合金有足够的硬度,价格低廉,重量轻,导热性又逊于铜。有些散热器为了改善传热性能,在铝合金散热器底座上嵌入铜板。,导热介质,导热介质主要有导热硅胶(也称散热膏)、石墨胶片、铝箔导热垫片、外加保护膜的相变导热垫片。导热介质主要用来填补散热片与CP
4、U表面间的空隙,使CPU与散热片能够紧密的结合,让热量容易传到散热片上。减少接触热阻。最常用的是导热硅胶。在散热片与CPU表面的接触面上适量涂抹硅脂,填补空隙,使热传导良好。不同公司的硅脂,成分也不同,其中以添加了金属氧化物的产品(多数为深灰色)的效果好。,散热器的散热过程是三种方式共同作用的过程,但主要是两种方式,包括了散热器和CPU部件间的导热和散热器表面的对流换热两个环节。散热器的表面积越大,其散热效率就越高。但是在一定的环境下,表面积的增大有可能降低散热器的结构效率;散热器的鳍的结构对不同环境中的散热器散热性能也有较大影响。借助Icepak热分析软件分析各种因素对换热性能的影响。,散热
5、器材质默认为铝,散热器底面积为100100平方毫米,基底设置为5mm,鳍片厚度为2mm;CPU及散热器下面的所有热源,简化为一个面积大小为2020平方毫米,功率30W的平面热源,采取室温环境,空气自然对流。因为仅为了考虑散热器物理结构对其散热性能的影响。所以,对模型设置进行了简化,并直接将热源放置在散热器底面的中央。对于仿真结果,直观的观察热源的温度变化,这也直接反应了散热器物理参数的变化对其散热性能的影响。,底面尺寸变化的影响,鳍高设置为45mm,散热器底面尺寸的长和宽分别从50mm变化到120mm,间隔10mm,设置鳍片个数为10片,进行仿真分析。图2散热器底面尺寸的变化对散热性能的影响,
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