2024年3月28日发(作者：诸诗槐)
.
1 绪论
1.1 概述
众所周知电脑的核心元件是CPU，它能否正常工作至关重要，而保护它正常
工作的部件之一有散热器的责任，随着电脑技术的飞速发展随着互联网的普与，
电脑已成为人们重要的学习，生活和工怍的工具之一，是人们忠实的助手近年来
电脑部越来越棘手的散热问题已成为倍受关注的焦点。散热问题的解决，除了必
要的散热环境外，最终要落实到散热器上，散热器的发展对于CPU的发展已起着
举足轻重的作用。
为了提高运算性能，CPU单位面积集成的晶体管数量不断增长，导致总的能
量消耗以与因此而转换的热量直线上升。目前CPU芯片的发热量已猛增到每平厘
米70W-80W，透过散热器基板传导的热流密度已高达10w/m
2
-10
5
w/m
2
量级
[1]
，而
且其体积越来越小，频率和集成度却大幅度提高，高热流密度的产生使芯片冷却
问题越来越突出。目前Intel公司生产的台式机酷睿系列CPU其最大发热量达
130W。2000年美国半导体工业协会预计,到2011年高性能微处理器芯片功耗将
高达177W。
高温会对芯片的性能产生极其有害的影响，芯片温度每升高1℃其运行可靠
性降低3.8%，而芯片温度每下降10%其寿命增加50%。研究表明电子设备失效有
55％是由于过热引起
[2]
。因此作为CPU冷却的主要器件散热器也得到了显著关注
[3-4]
。
与时有效地传出芯片发出的热量，使芯片在规定的温度极限工作，这对计算机的
发展极为重要。
1.2 CPU散热技术简介
目前CPU散热器按冷却技术分主要有3类：空气对流换热(被动、半主动、
主动)，液体冷却换热(水、油和氮气冷却)和相变循环系统(热管)。
1.2.1 空气对流换热散热器
空气对流换热散热方式中风冷散热是最常见的散热方式，相比较而言，也是
较廉价的方式。风冷散热从实质上讲就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具
有价格相对较低，安装方便等优点。但对环境依赖比较高，例如气温升高以与超
频时其散热性能就会大受影响。
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主动式散热是通过散热片将CPU产生的热量自然散发到空气中, 因为是自
然散发热量，效果不是很好，其散热的效果与散热片大小成正比。面积越大散热
效果越好。这种散热方式的优点是方法简单且安全, 不需额外耗电，而且不用担
心有风扇坏掉的危险。但散热效果不理想,对较大功率的CPU散热需要要很大的
散热面积才能达到散热效果,在有效空间的计算机机箱很不现实，因此这种散热
方式主要用于产热量不严重的电子元件的散热。随着电子元器件的功耗加大,出
现了靠机箱风扇带走热量的半主动型散热器。被动式散热是利用风扇等散热设备
将散热片上的热强制性带走,这种散热方式的优点是散热效率高, 而且设备体积
小,是目前给CPU散热的主要方式。在被动式散热方式中,根据其散热介质的不同,
又可分为风冷散热、水冷散热、半导体制冷散热、热导管散热和化学制冷散热等
四种方式。
其中风冷散热方式又分为平掠式和射流式两种。平掠式-气流平行于散热器
表面流过，平行送风温度分布不对称，流场以层流为主，因此散热效果欠佳。射
流式-气流垂直冲击散热器表面，垂直送风时温度分布是左右对称，在流场中造
成很大的扰动，在散热器表面形成广泛的紊流区，散热效果好。风冷散热发展比
较早，能满足一般CPU的散热要求。
图1-1 风冷散热器机构图
1.2.2 液体冷却式热散热器
液冷散热(强制间接液冷)是通过液体在泵的带动下强制循环带走散热器的
热量，与风冷相比，具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。液冷的价格
相对较高，而且安装也相对麻烦一些。同时安装时尽量按照说明书指导的方法安
装才能获得最佳的散热效果。出于成本与易用性的考虑，液冷散热通常采用水做
为导热液体，因此液冷散热器也常常被称为水冷散热器。
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2024年3月28日发(作者：诸诗槐)
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1.1 概述
众所周知电脑的核心元件是CPU，它能否正常工作至关重要，而保护它正常
工作的部件之一有散热器的责任，随着电脑技术的飞速发展随着互联网的普与，
电脑已成为人们重要的学习，生活和工怍的工具之一，是人们忠实的助手近年来
电脑部越来越棘手的散热问题已成为倍受关注的焦点。散热问题的解决，除了必
要的散热环境外，最终要落实到散热器上，散热器的发展对于CPU的发展已起着
举足轻重的作用。
为了提高运算性能，CPU单位面积集成的晶体管数量不断增长，导致总的能
量消耗以与因此而转换的热量直线上升。目前CPU芯片的发热量已猛增到每平厘
米70W-80W，透过散热器基板传导的热流密度已高达10w/m
2
-10
5
w/m
2
量级
[1]
，而
且其体积越来越小，频率和集成度却大幅度提高，高热流密度的产生使芯片冷却
问题越来越突出。目前Intel公司生产的台式机酷睿系列CPU其最大发热量达
130W。2000年美国半导体工业协会预计,到2011年高性能微处理器芯片功耗将
高达177W。
高温会对芯片的性能产生极其有害的影响，芯片温度每升高1℃其运行可靠
性降低3.8%，而芯片温度每下降10%其寿命增加50%。研究表明电子设备失效有
55％是由于过热引起
[2]
。因此作为CPU冷却的主要器件散热器也得到了显著关注
[3-4]
。
与时有效地传出芯片发出的热量，使芯片在规定的温度极限工作，这对计算机的
发展极为重要。
1.2 CPU散热技术简介
目前CPU散热器按冷却技术分主要有3类：空气对流换热(被动、半主动、
主动)，液体冷却换热(水、油和氮气冷却)和相变循环系统(热管)。
1.2.1 空气对流换热散热器
空气对流换热散热方式中风冷散热是最常见的散热方式，相比较而言，也是
较廉价的方式。风冷散热从实质上讲就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具
有价格相对较低，安装方便等优点。但对环境依赖比较高，例如气温升高以与超
频时其散热性能就会大受影响。
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主动式散热是通过散热片将CPU产生的热量自然散发到空气中, 因为是自
然散发热量，效果不是很好，其散热的效果与散热片大小成正比。面积越大散热
效果越好。这种散热方式的优点是方法简单且安全, 不需额外耗电，而且不用担
心有风扇坏掉的危险。但散热效果不理想,对较大功率的CPU散热需要要很大的
散热面积才能达到散热效果,在有效空间的计算机机箱很不现实，因此这种散热
方式主要用于产热量不严重的电子元件的散热。随着电子元器件的功耗加大,出
现了靠机箱风扇带走热量的半主动型散热器。被动式散热是利用风扇等散热设备
将散热片上的热强制性带走,这种散热方式的优点是散热效率高, 而且设备体积
小,是目前给CPU散热的主要方式。在被动式散热方式中,根据其散热介质的不同,
又可分为风冷散热、水冷散热、半导体制冷散热、热导管散热和化学制冷散热等
四种方式。
其中风冷散热方式又分为平掠式和射流式两种。平掠式-气流平行于散热器
表面流过，平行送风温度分布不对称，流场以层流为主，因此散热效果欠佳。射
流式-气流垂直冲击散热器表面，垂直送风时温度分布是左右对称，在流场中造
成很大的扰动，在散热器表面形成广泛的紊流区，散热效果好。风冷散热发展比
较早，能满足一般CPU的散热要求。
图1-1 风冷散热器机构图
1.2.2 液体冷却式热散热器
液冷散热(强制间接液冷)是通过液体在泵的带动下强制循环带走散热器的
热量，与风冷相比，具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。液冷的价格
相对较高，而且安装也相对麻烦一些。同时安装时尽量按照说明书指导的方法安
装才能获得最佳的散热效果。出于成本与易用性的考虑，液冷散热通常采用水做
为导热液体，因此液冷散热器也常常被称为水冷散热器。
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