晨怡热管 2007-11-29 22:46:39
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辐射能量越快，反之就越慢。
2、表面的颜。一般来说，顏光亮的（如白或銀）物体表面吸收和释放辐射能量的
速率较慢。深颜（黑）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。值得注意的是，铜的比热容低于铝，这就是为什么纯铜散热器的散热效能并没有大幅超出铝质散热器的原因。
