散热器基础知识手册

散热器基础知识手册目录一、风扇结构二、风扇技术术语三、散热片材质介绍四、热管介绍五、测试篇章六、超频篇章七、CPU技术简介八、CPU ROADMAP九、导热膏第一章、风扇结构（工作原理）CPU散热器又称为CPU冷却器，英文名称CPU COOLER，它是针对CPU而设计的散热器装臵，其目的是通过CPU散热器的运作，将CPU之热能散发掉，以达到降低温度的效果。

它通过散热片迅速将CPU之热能传导出去，再借由风扇将其热量强制吹走。

1.1风扇的分类散热风扇是利用旋转叶片与气体的相互作用来压缩与输送气体的，其本体主要由转子和定子组成。

散热风扇一般分以下三类：1.1.1轴流式风扇：气流出口方向与叶片转动方向相同，在轴向剖面上，气流在旋转叶片的流道中沿着轴线方向流动。

1.1.2 离心式风扇：利用离心力作用实现气体输送，扇叶在电机的驱动下高速旋转，使充满叶片间的气体沿着叶片向外甩出，在蜗壳内将动能转换成压力能后从出风口排出。

在轴向剖面上，气流沿着半径方向流动。

1.1.3 混流式风扇：气流沿轴向进入叶轮后，近似地沿着锥面流动，气流方向界于离心式与轴流式之间。

1.2风扇的基本结构一般的风冷散热器使用的主要是轴流式风扇，我们以它为例加以说明。

轴流式风扇可分为两部分1.2.1转子：包括扇叶（含磁框）、轴芯、油圈及卡簧等1.2.2 定子：包括电机、轴承、扇框等。

1.3风扇运转的基本原理根据安培右手法则，导体通过电流，周围会产生磁场，若将此导体臵于另一固定磁场中，则会产生吸力或斥力，造成物体移动。

依据此原理，在直流风扇的扇叶底部，事先安装一个充有磁性的橡皮胶磁铁。

环绕着矽钢片，轴心部分缠绕两组线圈，并使用霍尔感应元件作为同步侦测装臵，控制一组电路，该电路使缠绕轴心的两组线圈轮流工作。

矽钢片产生不同磁极，此磁极与橡胶磁铁产生吸斥力。

当吸斥力大于风扇的静摩擦力时，扇叶自然转动，由于霍尔感应元件提供同步信号，扇叶因此得以持续运转，至于其运转方向，可依右手法则而定。

1. 4散热风扇的电气原理散热风扇电路由以下三部分组成：1.4.1控制部分：由霍尔磁效应开关，电晶体，电阻等元件构成。

其功能为控制定子线圈线阻电流方向的变化。

1.4.2 电机绕组部分：由矽钢片、漆包线、上下绝缘架组成。

其中矽钢片的功能是负责磁极导出方向，以确定N 、S 的强弱，而绕组决定磁力线的方向，控制信号，不断改变线组极性，推动磁框运转，达到做功的目的。

1.4.3 固定磁场部分：由胶磁提供固定磁场，与线圈的交变磁场相互作用，产生力矩。

第二章、 风扇技术术语1、主要性能参数的确定风扇的主要性能参数包括流量、压力、转速、电性特征、气体介质等。

参数的具体项目见下表：散热风扇性能参数的确定项目2、散热风扇应用环境的确定在设计制造风扇时，应明确标明风扇应用环境的大气压力、环境温度及气体成分。

3、流量、转速与风速3.1流量所谓的流量是将风扇出气量按照其进气状态换算而得的结果，通风机单位时间吸入的空气流量称为空气量，通常以Q（M3/min）为单位表示，流量也称气体量，在散热风扇应用中，又称为风量。

因气体依其压力、温度而改变体积，所以提到出气量时，必须标记该状态下空气的压力和温度。

风量一般指空气吸入量，在散热风扇中，常以M3/min、CFM（立方英尺）来表示风量，有时也以质量m按KG/S来表示。

标准状态空气是指：温度20℃、大气压760mmHg，湿度65%的空气。

基准状态空气是指：温度0℃、大气压760mmHg,温度0%的空气。

3.2转速转速是指风扇在1min内转动的圈数。

转速与电机饶线匝数、线径、扇叶叶轮与底径、叶片形状及所用轴承等因素有关，转速增大，风量相应增大。

因此，即使风扇外形规格相同，但若以上转速影响因素中的其他任一因素不同，都可能导致风扇风量不同的情形发生，因而扇叶的整体设计异常重要。

转速值的大小，在一定程度上代表了风量的大小，在条件一定时，转速越大，则噪音及振动会相应加大，因此，在风量满足降温需求的情况下，应尽量使用低转速风扇，即以最低需求量为设计原则。

一般转速大小为：5010风扇5000RPM；5015为4500RPM；6015风扇为4000RPM。

风扇转速可通过起动电脑时BIOS测试，或通过其他主板自带的监控软件测试，也可通过转速测试仪测试，。

前两种方式要求风扇必须支持主板测速功能。

3.3风速风速一般指气流流经某一平面的速度。

平面速度是气流通过整个平面的气体运动速度。

平面速度一定时，扇叶叶轮外径越大，通风面积越大，风量则越大。

平面速度由转子的转速和风压决定。

通风面积一定时，平面速度越大，风量越大。

4、风压为进行正常通风，需要克服送风行程阻力，风扇必须产生出压力克服阻力使气流流动，这就是风压。

风扇的压力分为静压、动压、全压三种形式。

其中，克服前述送风阻力的压力为静压；把气体流动中的所需动能转换成压力的形式为动压，实际中，为实现送风的目的，就需要有静压和动压。

5、启动电压，工作电流与耗电量启动电压意即风扇最低运转工作电压，是指当突然通电后，能够使风扇启动的最小电压，启动电压是比较风扇优劣的一项特性。

CPU风扇额定电压为12V，启动电压一般为7V以下。

因主板提供的电压可能会不稳定，若启动电压越低，与额定电压12V的间距就越大，代表CPU风扇可操作的范围就越广，这样就可以确保在电压不稳时，能够在低压激活并启动风扇。

启动电压值的大小可借助万用表等检测工具测出。

通常静摩擦系数较低的风扇，配合较低工作电压的霍尔IC才能使风扇在低电压启动。

工作电流是风扇正常运转时输出电流。

风扇工作电流越低，不仅减小耗电，而且是风扇马达发热量减小，可增加风扇的使用寿命，对于含油风扇而言，还可减慢润滑油的挥发，因此电流越低，风扇可靠度越高，当输送的风量与风压不变的条件下，采用的风扇电流越低，轴功率则越小，而实际传递给气体的功率不变，风扇效率就越高，风扇的工作电流可用电流表来检测出来。

第三章、散热片材质介绍在风扇的实际工作中，散热片和风冷往往要并肩作战，散热片负责传导热量，把集中的热量扩散到自己身上，风扇转动利用气流再把热量带走。

散热片的散热能力主要由材质的导热性，散热片接触空气的面积决定。

3.1 散热片的常用材质散热片材质是指散热片所使用的具体材料。

每种材料其导热性能是不同的，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，钢。

不过如果用银来作散热片会太昂贵，故最好的方案为采用铜质。

虽然铝便宜得多，但显然导热性就不如铜好（大约只有铜的百分之五十多点）。

选择何种材质金属，主要考虑成本和导热率两个方面，成本过高使金银等贵金属被排除；就导热率而言，铜是0.9 铝是0.503，热传导率是铜386W/MK 铝198W/MK；非常明显的，铜效果要好过铝很多。

然而铜价格本身就相对较高，又比较软不能用浇铸成型工艺，而只能用“拉拔”或机加工方式制造，由于制造困难，市场上的铜制散热片大多不是纯铜，而是底部覆铜或是镀铜，但是两种金属混接会降低导热效率，造成导热不均。

纯铜的散热片也有缺陷，容易氧化变黑，表面不光洁。

前者难免会让追求完美的玩家皱眉，而后者，则需要研磨，均匀涂抹散热胶方能解决。

3.2 散热片的铸造工艺如今主流的散热片制造工艺是压铸型+折叠鳍/冲压薄鳍，前者就是将金属融化成液态，加工成金属棒再切割；后者就是把金属切成薄片再折叠(冲压成鳍)，然后做在散热片上，从而扩大接触空气面积。

此外的几种工艺有—轧齿边：这种方法可以充分发挥制作者的创意，此种方法创造的散热片不止是效果好，外观几乎也是艺术品，当然成本也是极高，非常遗憾的，笔者在国内还未见过，不过可以去国外的专业网站一饱眼福。

铸造法：可以实现冲压不能实现的形状。

冷锻：国内比较罕见，这是主要用于针状鳍的散热片工艺。

第四章、热管介绍4.1 热管的组成：热管主要由热管壳体、工质、毛细吸液芯三个部分组成。

4.1.1热管壳体热管壳体是由金属制成的完全密封的容器，管内抽成真空，压力在102~10-2Pa4.1.2工作介质（工质）工作介质是热管内部热量的载体，通常情况下气液两相共存，处于饱和状态，其相变过程完成热管的工作循环。

4.1.3 吸液芯吸液芯一般是由金属网、泡沫材料、毛毡、纤维或烧结金属等多孔物质组成。

是在蒸发端沿径向分配液态工质，使液态工质在吸液芯中均匀地保持一层薄薄的液膜。

吸液芯一般紧贴于热管壳体内壁，产生毛细抽吸力并提供通道使凝结液沿轴向回流。

4.2热管的工作原理：蒸发端受热，工质液体吸热汽化蒸发，蒸汽在气压差的作用下迅速流向冷凝端；蒸汽在冷凝端向冷源放出热量凝结成液体，凝结液毛细吸液芯抽吸力（毛细原理）的作用下，从冷凝端返回蒸发端。

这样完成一个工作循环。

4.3热管的导热特性良好的导热性：被称为超导热性在相同的几何条件及相同的温差条件下，热管的导热性能是实心铜棒的440倍，高速导热，传输量大。

理想的等温元件：热管是理想的等温元件热流密度的可调性传热方向的可逆性对有吸液芯的热管水平放臵或处于重力场下，任何一端受热成为蒸发段，另一段则为凝线段，热管内传热方向可以逆转。

4.4热管的工艺特性重量轻且结构简单无主动元件，无功耗易加工耐用、寿命长、可靠性高第五章测试篇章散热器的测试包括散热器的外观，重量，包装，运行检查（包括碰撞，卡件，卡死，异音，死角，转速，不平衡量，噪音值）、电性检查（电源适应性，工作电流，启动电压，锁定电流）、散热效果评测，环境条件，安全实验，可靠性实验等，这里主要了解对风扇性能的散热效果评测。

5.1评测CPU散热效果的目的一般用户，对于电脑显示的温度只认为越低越好，但不知高到何种程度将有危险，或应低到何处最佳，也就是说不知道CPU 的温度值在哪一个范围内是正常的，对于不同的CPU散热器，不知如何纵向及横向比较它们的散热能力谁强谁弱，即使有比较，也仅是单一的从具体的温度值去比较，这是不完整的。

因为环境温度时刻在变，且运行的软件不同，CPU的发热量也有差异，使用不同的机箱、电源、主板都有可能导致最终结果的差异，可见对CPU散热器的评测并不是一件简单的事情。

我们评测CPU的散热效果主要要达到以下目的：（1）验证使用散热器后，它能否支持它所标称的CPU的最高主频。

（2）比较不同的散热器，在相同的条件下的散热能力，以便选择散热能力最强的散热器。

5.2 验证的方法5.2.1 CPU满负荷工作法国内对散热器的测试，所采用的软件多是SUPER 、3DMARK2000、QUAKE3等，实际上这些软件对CPU的使用率不是很高，在测试中CPU产生的热量不是足够大，引起的温度变化也有限，可能会掩盖一些超强散热效果风扇的能力，不能得到真正客观公平的数据。

所以一个CPU占用率高、适用于测试的软件是我们需要的，我们选择SISISOFT STANDRA系列最新版它本身就是一个测试软件，从测试的项目来说，SISOFT SANDRA2002 STANDARD与前一代相比改动不大，就是增加了一项循环测试，这对整机的稳定性将是一个严峻的考验，如果它能够撑得住几次BURN-IN的话，那么相信你的整机的稳定性就绝对没问题了。