电脑散热器的一些说明


3楼猫 发布时间:2024-12-21 06:43:41 作者:禾笠 Language

一、前言(叠甲)

看帖子的时候,感觉可能有部分盒友不是特别了解散热器的原理。作为一个散热行业从业者,我就挑一些我知道的内容说一下,不保证完全正确,欢迎各位盒友理性讨论。

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二、散热器基本原理

散热器的基本原理就是热传导跟热对流。热传导发生在散热器本体,热对流发生在散热器与流质之间。


①热传导

热传导就看材料本身,现在散热行业用的最多的材料是铝跟铜,虽然银才是导热系数最大的单质金属,但是造不起。

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铜的导热系数比铝好很多(纯铜380W/m·K左右,纯铝160左右,合金铝可以到220左右),所以在不考虑重量跟成本的情况下,优选铜材的散热器,相同规格下性能会比铝的好很多。

当然也不是说铝的散热器很拉,因为还有个不讲武德的选手是热管。它自身的导热系数可以达到8000-20000,热管加铝基板基本可以达到纯铜基板的性能,成本还更低(当然纯铜加热管更牛逼)具体性能如何是多方面对比的。

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我是指在座的各位都是…

②热对流

不管是水冷还是风冷,本质上都是流质带走热量的热对流方式。根据牛顿冷却公式Φ=qA(q为热流密度,A为传热面积),热源功率不变的情况下,想要提高换热效率Φ,提高热流密度需要用新材料,所以最好的办法就是加大散热面积A,鳍片就是为了加大对流面积这么来的。这时候可能有机灵鬼灵机一动,我一直加大对流面积,将鳍片加密不就行了,图样too simple,鳍片太密的话也不行,会增加风阻跟噪音,所以一般来说,会根据配套风扇的PQ曲线设置鳍片的PITCH,或者反过来根据鳍片PITCH,调整风扇的PQ曲线。不过这玩意我们也没得选,厂家都配好了,我也就是提一嘴

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二、热管

现在感觉最多的误区就是热管这一块,很多人对于热管都有不一样的理解。

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我只针对电脑端热管,其他超低温超高温热管我也不了解

现在电脑端的热管基本都是Cu1020+去离子水,所以不要再说什么热管里面没有冷却液了

①热管原理

一般来说液体的比热是比潜热小的,意思就是100℃的水变成100℃的水蒸气吸收的热量比99℃的水变成100℃的水吸收的热量要多的多。热管原理就是利用这个特性,将热管内部抽成负压,降低液体沸点;开始加热工作时,冷却液会到达低压沸点,沸腾吸收热量,变成气体填充内部空间,跑到低于沸点的冷却端时冷凝回液体并释放潜热。此时依靠内部的毛细结构利用毛细力将冷凝水运回加热端,完成循环。

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灵魂画手

②毛细结构

毛细结构一般用很细的铜粉(80-200目或者其他数)在高温高压下烧结形成。至于为什么毛细结构可以把水运回去,原理是液体的表面张力,你可以试试把水滴在桌子上,用纸巾碰到一点就可以把全部水吸到纸巾上,这也是一种毛细效应。

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灵魂画手2.0

③热管的一些误解

最常听到的误解就是热管在低温环境下也可以正常工作。现在我们知道热管的工作原理了,一般热管内部负压让热管内部纯水在30+℃才开始沸腾,所以低于30℃时,热管还没达到启动温度,它这时候就是一个带水的空心铜管。

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第二个常见的误解就是热管里面没水,没水的热管就是一个空心铜管,拆开之所以没有看到水,大概率是水在毛细里面看不到,或者漏气蒸发掉了

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硬核科普(嘴硬)

三、均温板

均温板(VC)是散热行业的一员大将,现在高功率500W以上的芯片基本都需要用到均温板,他的原理跟热管也很类似,一样的利用汽化潜热,一样的内部负压,一样的毛细回流。不同的是,热管是一条线上的传热,均温板是一个面上的传热,不是一个维度的。

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降维打击

遇到更高功率的产品,一般需要用到均温板加热管的组合拳,均温板降低芯片的热流密度,热管将热传递到整个散热模组。现在电脑行业均温板用的比较少,CPU散热用水冷去了,GPU散热模组也只有一些旗舰款才有。这里就不过多赘述。

四、导热介质(界面材料)

①界面材料的原理

我们常说的硅脂,导热垫,液金都属于导热介质。其主要作用就是填充芯片与散热模组之间的微小间隙,增强两者的接触效果。因为芯片的模组都不是绝对光滑的,表面存在很多微小凹坑。如果不使用界面材料的话,芯片与模组刚性接触,两者之间大部分都是导热系数很低的空气(空气导热系数为0.023W/m·K);而导热材料的导热系数可以达到0.5-50W/m·K,差的不是一星半点,所以需要用界面材料填充这部分间隙。

②界面材料的分类

一般分三种:硅脂,导热垫,导热凝胶

凝胶我不熟,跳过

硅脂的话流动性比较好,填充能力强,但不能重复使用(一般拆开了都要清理掉重新刮硅脂),性能也比较好。导热系数越高,硅脂越贵,一般来说流动性也会变差。我用的比较多是信越的7783D,导热系数好像是6左右,稳定而且性能也好,1kg的采购参考价应该是3000左右,散装的克价应该更高一点。

导热垫家族太乱了,太多种类了,传统的,双面胶粘的相变的,碳纤维的,石墨烯的,导热系数跨度也比较大(0.5-50W都有)传统导热垫因为填充性比较差,实际性能就不能单看导热系数了,可能10W的导热垫性能还比不过6W的硅脂。

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碳纤维的网上也有很多虚报的,看着导热系数很高,其实很垃圾,盒友自行甄别

石墨烯不熟,跳过

相变的就是到了一定温度可以从固态变成液态,流动性很好。这个类别我用的比较多的是霍尼韦尔的PTM7900系列,相变材料,性能比7783好一点

③界面材料的误区

因为导热介质的导热系数远低于模组本体(铜/铝/热管)的导热系数,所以最完美的接触就是没有导热介质。所以:

硅脂不是越多越好,在填充完间隙的前提下,硅脂反而是越少越好。所以我个人推荐的涂硅脂的方式是用刮刀全覆盖,然后弄薄一点。

导热垫的话就看模组的扣合力,扣合力越大,导热垫被压的越薄,间隙填充的越好,性能就越好。但是不要力大砖飞,把板子给搞断了

五、结语

目前能想说的就这些,欢迎盒友问点别的问题,如有错误欢迎大佬指正(请轻喷)。

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