CPU风冷散热

摘要随着电子计算机制造技术及工艺的不断提高，CPU的发热量也不断变大。

所以研究并制造出可行有效的散热方法显得很是重要。

要让CPU的工作温度处于合理的范围内，除了要降低其工作环境的温度外，就是要对其CPU进行有效的散热处理。

在个人计算机中目前几乎都采用被动式散热的方式。

被动式散热就是通过风扇、液冷、热管等散热设备强迫性的将散热片中热量带走，其主要的特点是散热效率高，而且设备的体积是比较小。

本篇论文首先对CPU散热技术和CPU散热器的国内外研究进展及现状进行了综述，并把几种常用的散热方法进行比较，介绍了风冷散热的工作基本原理，并对其主要传热热阻进行了分析;针对目前市场上用于CPU冷却的风冷式散热器存在的不足，提出了具有散热效率高、结构简单、形式紧凑、接触热阻小、重量轻、成本低等特点的散热片的设计制造，介绍散热片的制造工艺，使用材料，及利用传热学知识进行理论计算，提出实际散热片的处理及优化，并且简单初步的介绍利用ANSYS软件的有限元分析方法。

关键词：CPU风冷热设计散热片实际优化AbstractW ith the development of computer manufacture and the manufacture craftwork.The heat produce of CPU is becoming larger and larger.Therefore, the research and produce practical and effective cooling method seemed very important.To let CPU's operating temperature in reasonable limits, We should reduce the temperature outside the work environment .In the personal computer, we often use passive cooling. Passive cooling is through the fans, liquid cooling, heat pipes and other cooling equipment, carrying the heat passively, its main feature is the high thermal efficiency, and device size is relatively small.First,This paper talks about CPU cooler CPU cooling technology and Progress in Research , And the heat of several commonly used methods were compared, the work introduced the basic principles of air-cooled heat and transfer to its main resistance were analyzed; for the market for CPU cooling air-cooled radiator shortcomings, made with thermal efficiency, simple structure, compact form, contact resistance, light weight and low cost of heat sink design and manufacturing, introduces the heat sink manufacturing process, materials and heat transfer knowledge and use of theoretical calculations, the actual proposed treatment and optimization of heat sink, and a simple description of the initial use of ANSYS finite element analysis software.Keyword：CPU air cooling heat design heatsink practice optimize第一章绪论1.1背景介绍对于散热器的选择设计，无论是CPU的、显卡的还是主板芯片组的，无非都是利用热传递这个简单的物理原理在工作，这也决定了它不可能有像芯片产业那样高深的技术可言。

从电脑的散热需求出现直到今天，使用的散热技术其实都大同小异，那么显然，单单在近年来短短几年的光阴里也不可能在散热器的工作原理上出现重大突破。

但技术原理的缓慢进展不代表散热器的理念也会一层不变。

随着电脑性能的发展，电脑硬件结构的更新，它们也会对散热效果提出新的需求，这就需要散热器的设计者们与时俱进，通过具体细节的调整来满足它们。

于是，基于原有的技术原理，新的散热器理念从来没有停下发展的脚步，它始终努力与它的服务对象契合着。

而在最近几年的探索中，有哪些新理念、新设计走在了前面，成为了具有指导意义先进概念或代表性作品，将其分为以下几个方面的事件进行讲述，从而使大家对此有初步的了解。

在详细论述这些东西之前，了解这些新事物、新技术、新进步能给生活学习带来实际利益。

以及风冷散热的优点。

风冷的优点是价格低廉而且组装过程不复杂缺点是有噪音对于那种喜欢安静的人不太合适而且散热一般，而与之相比较而言水冷的优点是散热能力很强绝对没有噪音对于那种喜欢冷而静的人绝对合适但是优点是组装复杂而且价格比较昂贵水冷还有一个缺点就是如果有水洒到了主板或者CPU那里那机器就很危险了当然了这种情况很难发生。

综上所述，风冷是优于液体冷的一种方法CPU散热器是现在的电脑中必备的配件之一，而且对系统的性能起到十分关键的作用，在市场中琳琅满目的散热器着实让人眼花缭乱，如何才能选到一款合适的CPU散热器呢。

目前可行的CPU散热方式主要分两类，一类是液体散热，一类是风冷散热。

液体散热包括水冷、油冷等，主要是水冷，而风冷散热就是大家常见的一个散热片上面镶嵌一个风扇的那种散热方式，种类最多，为现在市场所常用。

1.2CPU常用散热方式1.2.1水冷散热器水冷散热器顾名思义就是利用液体的流动带走CPU或显卡工作时所产生的热量,它会人想起汽车内燃机的散热方式也是水冷，这种散热方式的散热效率是非常高的，水冷散热是利用水循环系统通过水流动将CPU的热带走。

在水冷却系统中几乎不会出现热尖峰现象,能很好地解决因CPU散热不好导致死机问题。

水冷系统可以将CPU的温度保持在室温状态,这样高效改善了微机内部的工作环境。

但使用水冷散热系统不方便、体积大、安装麻烦且存在水的泄漏和由此造成的短路问题。

这些问题都有待于进一步解决，CPU水冷散热模型具体结构如下图1.1所示。

它的工作过程是:通过循环泵提供动力（其中泵的种类有很多可以供选用，如离心泵，混流式，轴流泵，其流量是依次递增的，其能量头是依次递减的，可根据工况的需要进行选择），循环液流流进热沉带走大量的热量，进而再使用强迫对流的方式将热量尽快的散去。

目前很少有风冷散热器可以与之媲美的，但它有致命的缺陷：安全问题，虽然很多水冷散热器号称绝不漏水，但谁也无法保证肯定不漏，只要一漏水，您的机器那就玩完了。

此外用水冷散热器还比较麻烦，因为需要一个大水箱，还需要耐心细致的安装。

图1.1 CPU水冷散热模型电脑液冷系统主要由四部分组成：（1）电机/泵/水箱构成的微型泵组合体；（2）与CPU等发热元件紧密接触的铜吸热块；（3）布置在电脑外侧的散热器/风扇组合；（4）连接管路与电路。

液冷散热的缺点：1结构比风冷复杂，2存在泄漏问题，3有芯片与热沉之间的接触热阻，4坚固耐用问题。

1.2.2热管式散热器组合首先介绍一下热管的工作原理，如下图1.2所示，热管分为蒸发段，吸热段，和冷凝段三个部分，工作液由蒸发段蒸发，经过中间的吸热段部分，吸收热量，再到冷凝段凝结为液体，通过吸液芯返回到蒸发段，如此往复循环，以实现换热的效果。

图1.2 热管工作原理示意图CPU热管散热器如下图1.3所示，铜管是中空，热管散热器里面没有液体，热管的作用是导热，目前的CPU散热器效果显著的一般是热管+风扇散热器具体工作过程及工作原理如下所述，其具体情况这里限于篇幅就不做过多的描述。

图1.3 CPU热管散热器的基本示意图热管里面填充了特制的液态导热介质，具体的工作原理是这样的：热管两端产生温差的时候，蒸发端的液体就会迅速气化，将热量带向冷凝端，速度非常快。

两端温差越大，蒸发速度越大。

在极端的情况下，蒸发速度可能可以接近音速。

液体在冷凝端凝结液化以后，通过毛细作用，流回蒸发端。

如此循环往复，其实就是利用导热介质气化吸热液化放热实现散热。

1.2.3热电致冷方式热电致冷又称半导体制冷如图1.4所示,是利用物理现象中的帕尔贴效应,靠电子(空穴)在运动中直接传递热量来实现的。

如图1为其工作原理图,由P型和N型半导体材料组成热电对,通电后产生热效应,一面为冷端(吸热) ,一面为热端(放热) ,冷端紧贴CPU表面吸收热量传到热端将热量散走。

半导体制冷的冷端不可以直接接触CPU表面,需要用辅助散热片把热从CPU的核心传到冷端,有利于充分利用半导体制冷器。

这种制冷方式的优点是结构紧凑,静音;制冷工质无机械部件、无振动、寿命长;制冷量和制冷速度可通过改变电流大小来调节。

其缺点是效率较低、成本高、工艺不成熟,易因温度过低出现CPU结露而导致短路现象。

图1.4 热电制冷模型1.2.4 风冷式散热首先，风扇的好坏才是风冷散热器的关键，其实散热片更不可忽视，也起到非常重要的作用。

热量的基本传递方式有三种：传导、对流、辐射。

CPU散热器的散热片必须紧贴CPU，这种传递热量的方式是传导。

散热风扇带来冷空气带走热空气，这是对流；温度高于空气的散热片将附近的空气加热，其中有一部分就是辐射。

从热量传递的过程，不难看出，要想让散热效果突出，就必须保证这三种传递热量的方式迅速有效。

那么好的风冷散热器，就需要满足以下的三点要求：第一，传导好，散热片要采用优质的材料。

金和银的导热性能最好，但价格太高，相信不会有人拿来做散热片的，纯铜散热效果次之，但已经非常优良，不是有很多文章介绍用铜片改造散热片来加速热传递，不过铜片也有缺点，造价高，重量大，不耐腐蚀等。

所以大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材来制作的，这其中，应属铝合金的热传导最好，专业音响的功率放大器的散热片绝大多数都采用的铝合金，好的 CPU风冷散热器也采用铝合金，如富士康散热器，TT涡轮散热器等，一些杂牌的散热器就采用纯铝散热片，纯铝的热传导效果很一般，质地很轻，用手指弹击的时候声音不如铝合金清脆。