電腦散熱器的一些說明


3樓貓 發佈時間:2024-12-21 06:43:41 作者:禾笠 Language

一、前言(疊甲)

看帖子的時候,感覺可能有部分盒友不是特別瞭解散熱器的原理。作為一個散熱行業從業者,我就挑一些我知道的內容說一下,不保證完全正確,歡迎各位盒友理性討論。

電腦散熱器的一些說明-第0張

二、散熱器基本原理

散熱器的基本原理就是熱傳導跟熱對流。熱傳導發生在散熱器本體,熱對流發生在散熱器與流質之間。


①熱傳導

熱傳導就看材料本身,現在散熱行業用的最多的材料是鋁跟銅,雖然銀才是導熱係數最大的單質金屬,但是造不起。

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銅的導熱係數比鋁好很多(純銅380W/m·K左右,純鋁160左右,合金鋁可以到220左右),所以在不考慮重量跟成本的情況下,優選銅材的散熱器,相同規格下性能會比鋁的好很多。

當然也不是說鋁的散熱器很拉,因為還有個不講武德的選手是熱管。它自身的導熱係數可以達到8000-20000,熱管加鋁基板基本可以達到純銅基板的性能,成本還更低(當然純銅加熱管更牛逼)具體性能如何是多方面對比的。

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我是指在座的各位都是…

②熱對流

不管是水冷還是風冷,本質上都是流質帶走熱量的熱對流方式。根據牛頓冷卻公式Φ=qA(q為熱流密度,A為傳熱面積),熱源功率不變的情況下,想要提高換熱效率Φ,提高熱流密度需要用新材料,所以最好的辦法就是加大散熱面積A,鰭片就是為了加大對流面積這麼來的。這時候可能有機靈鬼靈機一動,我一直加大對流面積,將鰭片加密不就行了,圖樣too simple,鰭片太密的話也不行,會增加風阻跟噪音,所以一般來說,會根據配套風扇的PQ曲線設置鰭片的PITCH,或者反過來根據鰭片PITCH,調整風扇的PQ曲線。不過這玩意我們也沒得選,廠家都配好了,我也就是提一嘴

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二、熱管

現在感覺最多的誤區就是熱管這一塊,很多人對於熱管都有不一樣的理解。

電腦散熱器的一些說明-第3張

我只針對電腦端熱管,其他超低溫超高溫熱管我也不瞭解

現在電腦端的熱管基本都是Cu1020+去離子水,所以不要再說什麼熱管裡面沒有冷卻液了

①熱管原理

一般來說液體的比熱是比潛熱小的,意思就是100℃的水變成100℃的水蒸氣吸收的熱量比99℃的水變成100℃的水吸收的熱量要多的多。熱管原理就是利用這個特性,將熱管內部抽成負壓,降低液體沸點;開始加熱工作時,冷卻液會到達低壓沸點,沸騰吸收熱量,變成氣體填充內部空間,跑到低於沸點的冷卻端時冷凝回液體並釋放潛熱。此時依靠內部的毛細結構利用毛細力將冷凝水運回加熱端,完成循環。

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靈魂畫手

②毛細結構

毛細結構一般用很細的銅粉(80-200目或者其他數)在高溫高壓下燒結形成。至於為什麼毛細結構可以把水運回去,原理是液體的表面張力,你可以試試把水滴在桌子上,用紙巾碰到一點就可以把全部水吸到紙巾上,這也是一種毛細效應。

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靈魂畫手2.0

③熱管的一些誤解

最常聽到的誤解就是熱管在低溫環境下也可以正常工作。現在我們知道熱管的工作原理了,一般熱管內部負壓讓熱管內部純水在30+℃才開始沸騰,所以低於30℃時,熱管還沒達到啟動溫度,它這時候就是一個帶水的空心銅管。

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第二個常見的誤解就是熱管裡面沒水,沒水的熱管就是一個空心銅管,拆開之所以沒有看到水,大概率是水在毛細裡面看不到,或者漏氣蒸發掉了

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硬核科普(嘴硬)

三、均溫板

均溫板(VC)是散熱行業的一員大將,現在高功率500W以上的芯片基本都需要用到均溫板,他的原理跟熱管也很類似,一樣的利用汽化潛熱,一樣的內部負壓,一樣的毛細迴流。不同的是,熱管是一條線上的傳熱,均溫板是一個面上的傳熱,不是一個維度的。

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降維打擊

遇到更高功率的產品,一般需要用到均溫板加熱管的組合拳,均溫板降低芯片的熱流密度,熱管將熱傳遞到整個散熱模組。現在電腦行業均溫板用的比較少,CPU散熱用水冷去了,GPU散熱模組也只有一些旗艦款才有。這裡就不過多贅述。

四、導熱介質(界面材料)

①界面材料的原理

我們常說的硅脂,導熱墊,液金都屬於導熱介質。其主要作用就是填充芯片與散熱模組之間的微小間隙,增強兩者的接觸效果。因為芯片的模組都不是絕對光滑的,表面存在很多微小凹坑。如果不使用界面材料的話,芯片與模組剛性接觸,兩者之間大部分都是導熱係數很低的空氣(空氣導熱係數為0.023W/m·K);而導熱材料的導熱係數可以達到0.5-50W/m·K,差的不是一星半點,所以需要用界面材料填充這部分間隙。

②界面材料的分類

一般分三種:硅脂,導熱墊,導熱凝膠

凝膠我不熟,跳過

硅脂的話流動性比較好,填充能力強,但不能重複使用(一般拆開了都要清理掉重新刮硅脂),性能也比較好。導熱係數越高,硅脂越貴,一般來說流動性也會變差。我用的比較多是信越的7783D,導熱係數好像是6左右,穩定而且性能也好,1kg的採購參考價應該是3000左右,散裝的克價應該更高一點。

導熱墊家族太亂了,太多種類了,傳統的,雙面膠粘的相變的,碳纖維的,石墨烯的,導熱係數跨度也比較大(0.5-50W都有)傳統導熱墊因為填充性比較差,實際性能就不能單看導熱係數了,可能10W的導熱墊性能還比不過6W的硅脂。

電腦散熱器的一些說明-第3張

碳纖維的網上也有很多虛報的,看著導熱係數很高,其實很垃圾,盒友自行甄別

石墨烯不熟,跳過

相變的就是到了一定溫度可以從固態變成液態,流動性很好。這個類別我用的比較多的是霍尼韋爾的PTM7900系列,相變材料,性能比7783好一點

③界面材料的誤區

因為導熱介質的導熱係數遠低於模組本體(銅/鋁/熱管)的導熱係數,所以最完美的接觸就是沒有導熱介質。所以:

硅脂不是越多越好,在填充完間隙的前提下,硅脂反而是越少越好。所以我個人推薦的塗硅脂的方式是用刮刀全覆蓋,然後弄薄一點。

導熱墊的話就看模組的扣合力,扣合力越大,導熱墊被壓的越薄,間隙填充的越好,性能就越好。但是不要力大磚飛,把板子給搞斷了

五、結語

目前能想說的就這些,歡迎盒友問點別的問題,如有錯誤歡迎大佬指正(請輕噴)。

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