CPU散热器的发展现状与发展趋势
2023年CPU散热器行业市场分析现状
2023年CPU散热器行业市场分析现状CPU散热器是计算机硬件中必不可少的组件之一，主要用于散热处理器中产生的热量，保证处理器的正常工作。
随着计算机的普及和性能的不断提升，CPU散热器行业市场也在不断发展壮大。
本文将从市场规模、竞争格局、技术发展等多个方面对CPU散热器行业的市场分析进行阐述。
一、市场规模近年来，随着人们对计算机性能要求的提高，CPU的热量也越来越大，对散热器的需求也越来越高。
根据市场研究数据显示，目前全球CPU散热器市场规模约为50亿美元，年复合增长率约为5%。
特别是在游戏电竞领域的快速发展，对高性能散热器的需求更是直线上升。
二、竞争格局CPU散热器行业市场竞争激烈，主要存在着技术竞争、品牌竞争和价格竞争三个方面。
目前市场上主要的竞争企业有国际知名品牌刀锋科技、银欣科技、博世科技等，国内知名品牌宇攀、九州风神、乔思伯等。
在技术方面，随着计算机性能的不断提高，散热要求也越来越高，所以技术创新成为企业竞争的重点。
目前市场上出现了许多创新的散热技术，比如热导管技术、水冷技术、风扇技术等。
各个企业都在不断研发新的散热技术，提高散热器的性能和效率。
在品牌方面，知名品牌企业凭借其高品质、可靠性以及良好的售后服务在市场上占据着较大的份额。
而一些新兴品牌则通过价格竞争、宣传推广等手段不断争夺市场份额。
三、技术发展随着计算机的不断发展，CPU散热器的技术也在不断完善。
目前市场上主要存在以下几种散热技术：1.气冷散热技术：这是目前市场上最为普遍使用的散热技术，主要通过风扇将热量散发到空气中。
2.水冷散热技术：水冷散热技术相对于气冷散热技术来说，具有更好的散热性能。
通过将水或其他液体引入散热器，通过水泵将热量传导至散热片，再通过风扇将热量散发到空气中。
3.热管散热技术：热管散热技术是一种通过热导管将处理器产生的热量传导到散热片并通过风扇散发的技术。
这种散热技术具有散热性能高、体积小的特点。
4.液氮冷却技术：液氮冷却技术是一种采用液氮进行冷却的高性能散热技术。
2024年CPU水冷散热器市场前景分析
2024年CPU水冷散热器市场前景分析概述随着电子设备技术的迅猛发展，计算机的处理能力不断提升，而高性能处理器产生的大量热量也日益成为一个面临的挑战。
为了保持处理器的运行稳定性，CPU水冷散热器应运而生。
本文将对CPU水冷散热器市场前景进行分析，并探讨其发展趋势。
市场规模分析随着个人电脑和游戏主机的普及，对高性能CPU的需求也越来越大。
CPU水冷散热器作为一种有效的散热解决方案，其市场需求也在不断增长。
根据市场研究数据显示，近几年CPU水冷散热器市场实现了稳定增长，并预计在未来几年内将继续保持较高的增长速度。
市场驱动因素分析1.高性能处理器需求增加 - 高性能处理器的普及使得CPU水冷散热器市场得以发展。
这些处理器产生的较高热量要求更有效的散热解决方案。
2.游戏市场增长 - 游戏行业的快速增长对高性能硬件的需求增加。
游戏玩家对于流畅的游戏体验和高性能计算机的要求推动了CPU水冷散热器市场的发展。
3.节能环保意识增强 - CPU水冷散热器与传统风冷散热器相比，具有更低的能耗和更环保的特点。
随着节能环保意识的增强，消费者对CPU水冷散热器的需求也会相应增加。
市场竞争格局分析目前，CPU水冷散热器市场存在着较为充分的竞争。
主要竞争厂商包括国内外知名品牌，如ARCTIC、Cryorig、Corsair等。
这些厂商通过不断推出新产品、提供技术支持和售后服务等手段来争夺市场份额。
然而，随着市场对高性能CPU需求的增加，新的竞争者也可能进入市场。
例如，一些电脑硬件制造商可能决定进入CPU水冷散热器市场以满足消费者需求。
这将进一步加剧市场竞争。
发展趋势分析1.技术创新 - 在CPU水冷散热器市场，技术创新是提高竞争力的关键。
未来，随着技术的不断进步，我们可以预见到更高效、更简化的散热器产品的出现。
2.产品多样化 - 随着CPU水冷散热器市场的竞争加剧，厂商将不断推出新的产品来满足不同消费者的需求。
例如，一些厂商已经开始提供定制化的水冷散热器，以满足高端用户的需求。
2024年CPU水冷散热器市场需求分析
2024年CPU水冷散热器市场需求分析引言随着技术的不断发展和计算机性能的提高，CPU的散热问题变得越来越突出。
传统的风冷散热器已经无法满足高性能CPU对散热的需求，而水冷散热器作为一种新兴的散热技术，具有更好的散热效果和散热性能。
本文旨在对CPU水冷散热器市场的需求进行分析，并探讨其未来发展趋势。
1. CPU散热问题的背景随着CPU的性能不断提升，其功耗也在持续增加。
高功耗带来了严重的散热问题，如果散热不好，CPU很容易因为过热而产生故障或降频。
因此，CPU的散热问题一直是科技公司和消费者关注的焦点。
2. CPU水冷散热器的优势相对于传统的风冷散热器，CPU水冷散热器具有以下几个优势：- 散热性能更好：水冷散热器采用水冷却原理，通过水的高热传导性能，能够更快速地将热量从CPU转移到散热器中，从而更高效地降低CPU温度。
- 噪音更小：传统的风冷散热器在散热时会产生噪音，而水冷散热器由于不需要风扇或风机，因此产生的噪音更小。
- 空间占用更小：水冷散热器的散热器相对比风冷散热器更小，占用的空间更小。
- 美观度更高：水冷散热器通常具有炫酷的外观和RGB灯效，使整个计算机系统更加美观。
3. 2024年CPU水冷散热器市场需求分析3.1 日益增长的高性能计算需求随着人工智能、大数据和云计算等技术的不断发展，对高性能计算的需求在不断增加。
高性能计算对CPU的性能要求更高，同时也对散热性能提出了更大的挑战。
因此，高性能计算市场对CPU水冷散热器的需求将会持续增长。
3.2 游戏市场的发展推动需求增长游戏市场是CPU水冷散热器的主要应用领域之一。
随着游戏行业的蓬勃发展和游戏画面的不断提升，对CPU性能和散热要求越来越高。
游戏玩家们追求更好的游戏体验，对于性能强大且散热表现出色的CPU水冷散热器需求将持续增长。
3.3 DIY市场的火爆推动需求增长随着DIY电脑市场的兴起，越来越多的消费者开始自己组装电脑。
在DIY市场，消费者更加注重计算机的性能和外观。
2024年电脑散热风扇市场分析现状
2024年电脑散热风扇市场分析现状引言电脑作为现代人的常用工具，其发热问题一直是用户所关注的焦点。
为了解决电脑散热问题，散热风扇作为常见的散热解决方案广受用户欢迎。
本文将对电脑散热风扇市场的现状进行分析。
市场规模电脑散热风扇市场在近几年持续增长，并呈现出良好的发展态势。
根据行业数据，2019年电脑散热风扇市场规模达到XX亿美元，预计在未来几年内将保持稳定增长。
市场细分电脑散热风扇市场根据产品种类和渠道进行了细分。
根据产品种类，市场主要分为CPU散热风扇、显卡散热风扇、机箱散热风扇等。
根据渠道，市场主要分为线上渠道和线下渠道。
CPU散热风扇CPU散热风扇是电脑散热风扇市场的主要品类之一。
随着个人电脑性能的不断提升，对CPU散热风扇的需求也越来越高。
市场上有许多知名品牌推出了各种类型的CPU散热风扇，以满足不同用户的需求。
显卡散热风扇随着电脑游戏的普及，显卡性能的提升成为电脑用户关注的重点。
显卡散热风扇的市场也随之得到了迅猛发展。
显卡散热风扇具有良好的散热性能和静音优势，深受游戏爱好者的喜爱。
机箱散热风扇机箱散热风扇是保证整个电脑内部空气流通的关键组件。
随着电脑用户对散热效果的要求不断提高，机箱散热风扇市场也得到了较好的发展。
一些厂家针对游戏用户的需求，推出了高性能的机箱散热风扇产品。
线上渠道和线下渠道电脑散热风扇市场的销售渠道主要分为线上渠道和线下渠道。
线上渠道包括电商平台、企业官网等；线下渠道主要指实体店铺。
随着电商的快速发展，线上渠道逐渐成为电脑散热风扇市场的主要销售渠道之一。
竞争格局电脑散热风扇市场竞争激烈，有多家知名品牌在市场上竞争。
这些品牌凭借其高品质、良好的散热性能和创新设计赢得了用户的青睐。
同时，一些新兴品牌也正在不断崛起，给市场竞争带来了一定的压力。
市场趋势随着电脑性能的不断提升和用户对散热效果的追求，电脑散热风扇市场将呈现出以下几个趋势：1.高性能和低噪音：用户对电脑散热风扇的需求越来越高，他们希望能够获得更好的散热效果同时又能保持低噪音。
2024年散热市场分析现状
2024年散热市场分析现状引言散热市场是电子设备行业中一个重要的细分市场，其主要功能是通过散热器等设备降低电子设备的温度，保证设备正常运行。
随着电子设备的不断发展和升级，散热市场也在不断演进和创新。
本文将对散热市场的现状进行分析和总结，并展望未来的发展趋势。
散热市场概况散热市场的主要产品包括散热器、散热风扇、散热导管等。
这些产品广泛应用于计算机、手机、工业控制设备、汽车电子等领域。
随着电子设备的不断普及，散热市场的需求也在不断增长。
在市场竞争方面，散热市场存在一定的竞争压力。
许多企业进入散热市场，产品种类繁多，价格也相对较低。
由于散热器等产品的替代性较大，市场上存在一定的价格战。
因此，企业需要通过技术创新和成本控制来提升市场竞争力。
散热市场的发展趋势1. 小型化和高效化随着电子设备的不断发展，设备的尺寸越来越小，对散热器等产品提出了更高的要求。
未来的散热市场将趋向于小型化和高效化的方向发展。
散热器、散热风扇等产品将变得更加紧凑和高效，以适应电子设备的空间限制和散热需求。
2. 多功能化随着电子设备功能的不断增加，散热器等产品也需要具备更多的功能。
未来的散热市场将发展出一些具有多功能的散热产品，例如集成了空气净化功能、噪音降低功能等。
这样的产品可以满足用户对于电子设备的多方面需求，提升用户体验。
3. 创新材料的应用在散热市场中，材料的选择对产品性能有很大影响。
未来的散热市场将推动创新材料的应用，例如石墨烯、碳纳米管等高导热材料的引入。
这些材料具有优异的导热性能，可以提高散热产品的热传导效率，从而提升整个散热系统的性能。
散热市场的挑战除了发展机遇，散热市场也面临一些挑战。
首先，产品创新和研发投入是一个重要的挑战。
由于散热器等产品的特殊性，其研发和生产技术要求较高。
企业需要不断加大研发投入，提升产品的技术含量和竞争力。
其次，市场竞争激烈，厂家间的价格战不断加剧。
企业需要通过提高生产效率、降低成本等方式来应对价格竞争的压力。
中国散热器行业发展现状分析及市场规模分析
中国散热器行业发展现状分析及市场规模分析中国散热器行业是建筑节能领域的重要组成部分，随着建筑业的快速发展和人们对舒适室内环境的需求不断增加，散热器作为一种重要的采暖设备，在市场需求和发展空间方面具备巨大潜力。
本文将对中国散热器行业的发展现状进行分析，并对市场规模进行评估。
一、发展现状分析:1.市场需求稳步增长：随着人们对室内舒适度要求的提升，对散热器的需求也在不断增加。
尤其是北方地区，冬季供暖需求旺盛，推动了散热器市场的快速发展。
2.技术创新提升竞争力：国内散热器生产企业积极引进国外先进技术，并进行自主研发。
产品技术逐渐提升，不仅具备了传统的采暖功能，还融入了舒适、环保等新功能，提升了竞争力。
3.行业结构逐渐优化：中国散热器行业经过几年的高速发展，竞争格局逐渐形成。
一些规模较小、技术水平相对较低的企业被市场淘汰，市场份额逐渐被知名品牌瓜分。
二、市场规模分析:1.市场规模快速增长：中国散热器市场规模近年来保持稳定增长，预计未来几年仍将保持较高的增长率。
据统计，2024年中国散热器市场规模达到300亿元，同比增长15%。
2.市场潜力巨大：由于中国广阔的国土面积和人口基数，散热器市场潜力巨大。
尤其是二三线城市和农村地区，供暖设备更新换代需求较大，市场发展空间广阔。
3.产业向大型企业集中：随着市场竞争的加剧，一些龙头企业通过整合资源，扩大生产规模，进一步占据市场份额。
预计未来几年，中国散热器行业将趋向集中化，市场份额将进一步被少数知名品牌占据。
三、行业面临挑战与对策:1.产品同质化竞争：目前市场上的散热器产品同质化程度较高，价格竞争激烈。
企业应加大产品研发力度，提升产品差异化竞争能力。
2.环境保护要求提高：随着社会对环境保护意识的增强，散热器企业需要加大对产品环保性能的研究和开发，推出更加环保、节能的产品。
3.营销渠道拓展：散热器产品主要通过工程项目渠道销售，企业应积极开拓线上渠道和终端渠道，提升产品的市场渗透率。
2024年电脑散热器市场规模分析
2024年电脑散热器市场规模分析引言随着电脑性能的不断提升和使用场景的多样化，电脑散热器作为重要的组件之一，扮演着散热和保护电脑硬件的重要角色。
稳定的温度控制和散热性能对于电脑的性能和寿命至关重要。
本文将对电脑散热器市场规模进行分析，从不同维度探讨市场发展趋势和未来展望。
市场规模分析根据市场调研数据和预测分析，电脑散热器市场规模呈现出增长势头。
1. 市场规模历史数据分析过去几年，电脑散热器市场规模已经实现了持续增长。
这主要得益于消费者对高性能电脑的需求增加以及日益提高的散热要求。
根据数据显示，2018年，全球电脑散热器市场规模达到X亿美元。
随着电子设备市场的快速发展，预计市场规模将继续保持增长。
2. 市场规模预测分析根据市场分析师的预测，未来几年电脑散热器市场有望保持稳定增长。
这主要受到以下几个因素的影响：• 2.1 技术发展驱动随着电脑硬件技术的不断演进，电脑散热器的需求也不断提高。
高性能处理器、显卡等硬件设备对于散热要求越来越高，推动了电脑散热器市场的增长。
• 2.2 游戏市场的快速发展电脑游戏市场的高速发展使得越来越多的消费者对于电脑散热器的需求增加。
高品质游戏画面的渲染和高强度的游戏运行对于电脑散热的要求很高，这催生了电脑散热器市场的增长。
3. 市场规模增长驱动因素分析电脑散热器市场规模的增长主要受以下因素的驱动：• 3.1 技术进步和创新制冷技术、散热材料以及散热器设计方面的技术进步和创新推动了电脑散热器市场的增长。
新材料的应用以及更高效的散热器设计使得散热性能更加出色，满足了消费者对于高性能电脑散热的需求。
• 3.2 电子设备市场的快速增长随着消费者对电子设备的依赖度和需求增加，电脑散热器作为关键组件之一，其市场需求也随之增加。
市场竞争态势分析电脑散热器市场竞争激烈，主要竞争者包括知名硬件厂商和专业散热器制造商。
市场竞争主要体现在以下几个方面：1.产品技术和性能的竞争：各家厂商不断投入研发资源，提升散热器的制冷效果和散热性能，以满足消费者对高性能电脑散热的需求。
CPU散热技术发展趋势『论文非原创,看点制冷芯片』
电子散热关系到电子设备的可靠性和寿命,是影响当今电子工业发展的一个瓶颈.伴随着电子产业高性能、微型化、集成化的三大发展趋势,散热问题越来越突出. 尤其是对于热负荷敏感度较高的CPU 而言,热量在芯片处的累积将严重影响其稳定性和使用寿命.有研究表明,单个电子元件的工作温度如果升高10 ℃,其可靠性则会减少50 %;而CPU失效问题的55 %都是由于过热引起的。
目前，高频的Pentium4 3.2 E已突破100 W功耗大关,Smith2field核心Pentium D双核处理器的功耗更是攀至130 W.根据Intel的首席技术官Patrick Gelsinger的预测,如果芯片中的晶体管数量以现在的速率一直增长下去,到2015 年就要和太阳表面一样热,这当然是不可想象的.因此,为了使CPU 发挥最佳性能并保证其可靠性,研究实用高效的芯片冷却方法也就成为了日益重要和紧迫的问题. 本文将对CPU 散热技术的最新研究进展进行综述。
1CPU散热方式及存在问题根据电子学理论,过热所导致的“电子迁移”现象是损坏CPU 内部的芯片主要原因.“电子迁移”是指电子流动所导致的金属原子迁移的现象.在芯片内部电流强度很高的金属导线上,电子的流动给金属原子一个动量,一旦与金属原子碰撞,使得金属原子脱离金属表面四处流动,结果就导致金属表面上形成坑洞或土丘. 这是一个不可逆转的永久性伤害,如果一直持续这个慢性过程,到最后就会造成核心内部电路的短路或断路,彻底损坏CPU.“电子迁移”现象受许多因素影响,其中温度因素起了决定性的作用.温度的升高会使自由电子的动能大大增加,对金属原子的碰撞也更强烈. 同时,随着温度的增加,金属原子本身的热运动也增强,电子迁移现象就越容易发生. 这就是为什么要把CPU 的温度维持在50 ℃以下的原因.（1）风冷法.在CPU 上安装散热片以扩大散热面积,并在散热片上安装一个小风扇,让空气强迫对流带走热量.这种散热方式的优点是简单实用,且价格低廉.但其缺点在于: ①冷却效率低,最多只能排出CPU 废热的60 %,因此仅依靠传导和对流的风冷法散热器已经接近了其导热极限; ②随着风扇的功率和转速的增大,产生的噪声也随之增大; ③由于风扇是运动部件,比较容易损坏.（2）水冷法.它是用密封性良好的水槽一般用铝或铝合金制成贴在CPU 表面,然后通以水循环系统,将CPU 发出的热量带走. 这种方法的散热效率比风冷散热高,但它需要较复杂的水冷却系统,并且使用不便,安装麻烦,而且还有漏水和结露的隐患.（3）半导体致冷片法.它是基于帕尔贴效应而实现的,通常采用陶瓷封装的半导体串联方式.其工作原理实际上是热量转移,当接通直流电时,半导体的冷面温度迅速降低,甚至可降至- 10 ℃,而另一面的温度则迅速上升,从而达到降低表面温度的作用.半导体致冷的优点是无需任何制冷剂,寿命长,安装简单,可通过控制电流实现高精度的温度控制.它同样也存在缺点: ①制冷效率低; ②工艺不成熟、价格高; ③容易因冷面温度过低而出现的CPU 结露,从而导致短路的现象.因此,随着芯片尺寸的不断减小、CPU 频率的升高和散热量的迅速增加,需要新型的CPU 散热器来替代原有的散热技术. 以下主要介绍 3 种新型CPU 散热技术:热管散热技术、微通道散热技术和制冷芯片技术.2 新型CPU散热技术2.1 热管散热技术热管是以相变来强化换热的技术,它利用封闭在真空管内的工作物质,反复进行沸腾或凝结来传送热量.典型的热管依次可划分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分见图 1 . 管内装入的液体称为工作液,是热量传递的介质.首先,蒸发段的工作液从外部吸收热量后沸腾成为气相,在气压差的驱使力作用下进入冷凝段,遇到较冷的管壁便凝结为液体并释放热量;接着,通过热管中心处设置的吸液芯,利用它与工作液的表面张力所产生的毛吸力再将工作液送回到蒸发段.反复进行上述过程,从而不断将蒸发段的热量传送到冷凝段,再通过散热片传递出去.由于热管是通过相变潜热来传递热量,其导热性能很高,甚至是相同尺寸铜管的几十倍以上,因此适合在狭小空间中高热量的排放,在笔记本电脑中已经得到应用.Cotter 首先提出微型热管见图2 的概念.该文提出在芯片上埋入微细热管,平均管路直径为10～500 μm ,长为数毫米至数厘米之间. 此热管不需要毛细结构,断面成多角形状,通过内腔尖角区作为液态工质回流的通道,以及通过尖角区产生的轴向毛细压差将液态工质从冷凝段压回蒸发段,从而完成工质的循环.由于微热管还兼具微槽道冷却的优点,因而在小空间下的强化换热中很有前景.有报道称,利用IC工艺制成的多根微型热管阵列,其冷却功率可达200 W/cm 2.由Maidanik 所发明回路热管是另一种形式的热管.由于它能在小温差、长距离的情况下传递大量热量,故在航天航空方面应用比较广泛,在电脑和电子器件应用中也有着非常广阔的前景.自2001 年的首次实验以来,涌现了许多50 g 左右的LHP 散热器,这些散热器的热通量大致在25～30 W.人们也在测试一种新型的6 mm直径LHP散热器,其最大散热通量为70 W 左右.但由于LHP 主要是近20 年内发展起来的新技术,在理论和应用方面还需要进一步的深入研究.综上所述,热管的优势在于其优良的导热性和等温性,热响应速度快,质量轻且结构简单.此外由于热管没有运动部件,运行可靠、耐用,并且能在失重状态下工作,传热距离长且没有方向的限制. 当然,传统热管在设计上同样也存在毛细管、飞散、沸腾、音速和黏性上的限制,当尺寸变小时,表面张力与相变化对小尺寸效应的综合考虑,以及用多边形通道结构的设计来取代目前普遍采用的三角形流道,都是热管设计分析的重要课题.2.2 微通道散热技术微通道热沉的概念最早由Tuckerman 和Peace于1981 年提出的,它是由具有高导热系数的材料构成.根据Riddle 等的研究:流量一定时,矩形通道中流体总的热传导系数与通道水力直径成反比.随着通道直径的减小,换热系数相应增加,同时系统的散热面积与体积比也显著增加. 因此尽管体积不断减小,散热能力反而得到极大的提高.从图3 中可看出,两种具有相同长度和高度的微通道集热器,当微管道宽度为10 μm 时,CPU 温度为65℃,而当宽度为100μm时,CPU 温度则高达85 ℃,显然宽度越小对散热越有利,因此,尺寸因素对微通道散热器的影响是至关重要的,而这又直接影响了CPU 的运行性能.在微通道散热器领域,比较成熟的应属美国Cooligy 公司推出的产品.其生产的水冷式芯片,采用了主动微通道冷却技术Active Micro－ChannelCooling , AMCC .这项新技术中包含3 个主要部分:微管道集热器,用于传送具备吸热功能的液体;散热器,用于将热量传导散发至空气中;一台电力动能泵,用于推动液体流过微管道集热器.相对于传统的水冷,AMCC 的技术核心在于两点:一是微通道集热器,一是无噪声电动力泵.微通道集热器相当于水冷头,通过高导热介质贴覆在核芯表面,甚至直接与CPU 一体化制造.其与核芯接触部分的内表面通过DRIE或LIGA 工艺刻出无数平行宽度约为20～100μm 的微沟槽,再经键合封装形成封闭的循环通路,而液态工作介质则沿着这条通路往复流动.因为集热器的散热面积比传统水冷头增加了数百倍和热传导系数都很大,使得核心温度与液体介质的温度几乎持平. 电动力泵见图 4 是一种利用静电引力原理设计的液体泵.该散热器采用的液体输热介质是混有少量特殊物质的水,该介质在通过电动力泵内设置的多孔材料时会因在接触面产生电双层现象而附上静电,在泵两端产生的静电力场的作用下,液体可以获得维持循环流动的充足动力.这种电动力泵完全摆脱了机械结构,无活动部件,因此,工作时几乎完全没有噪声,可靠性极高,寿命也远远高于传统水泵.因为Cooligy的产品采用了电力动能泵和微通道散热器,因而拥有许多杰出的性能,诸如散热性能优越据其官方网页的数据,散热通量甚至可达1000 W/cm2 ,体积小重量轻,无噪声,性能稳定,可靠性高,寿命长,与芯片的集成性好,成本低等. 然而,减小微通道的宽度不仅可以增加散热能力,同时也会引起压力降升高,增加微通道的压力负载及泵的功率.此外,微通道的堵塞问题、低雷诺数下微流体的流动问题都是极需深入探讨的.随着微通道散热器本身的技术进一步完善,这种产品将有更大的发展潜力和市场需求.2.3 制冷芯片制冷芯片是由Borealis 公司开发出的产品,它是基于热离子换能效应而实现的.热离子换能效应早在1900 年即被发现,即当两种不同的导体接触时,一种导体作为冷端释放电子,另一种导体作为热端接受电子.这样,通过高低能电子的交换从而实现热能的传递.然而该项技术并未在20 世纪70 年代立刻得到实现,其原因有如下:①器件只有在两个板间的距离极小时1～10 mμ才可能发生热离子换能效应见图5 左,而当时的半导体微加工工艺尚无法满足这一要求;②即便材料能发生电子发射,所要求的势垒也很高,只有当热端达到 2 000 ℃时才可能发生,而许多金属在达到这一温度之前早已溶化,并且极高的工作温度对系统的耗能量要求巨大,不可能有实用的价值.而制冷芯片在传统热电离子发射的基础上,采用了量子力学隧穿效应的理论,即将两块电极板的间距控制在纳米量级1～10nm ,从而有效降低需要克服的势垒,在常温下实现两个大表面之间的电子隧穿见图5 右,加之近年来微加工工艺的极大进步,人们就能很好地解决上述的两个难题.尽管热隧穿具有很多优势,但在实际运用中却有着相当多的困难. Huffman 在1965 年曾经用铝作为两块电极板,中间用2 nm 厚的Al O 作为绝热材料.但这个设想存在一个很致命的问题:当温差增大时,这层纳米级厚度而面积很大的Al O 薄膜的热导率同样也在增大,因此,在通过热隧穿传递热量的同时,热量又通过Al O 薄膜回到冷端. 要想保持冷热端的巨大温差ΔT ,大约需要100 万层这样的Al O 薄膜,显然这是不可行的.而Borealis 公司采用的绝热材料则是“真空”,因为实际上,最好的绝热材料就是真空本身,其绝热性能要比任何固体都强得多,又不阻碍隧穿电子穿越势垒.于是制冷芯片就采取了真空二极管的形式,由于真空卓越的绝热性,使得热量传递到热端后很难能再回到冷端,从而很好地解决了热量回流的问题,因此,从理论上来讲热离子换能的效率较高,其期望的卡诺效率为55 %,大大超过热电的 5 %～8 %,也高于压缩制冷的卡诺效率45 % .另外一个严峻的问题就是,要想在两块电极板之间形成1～10 nm 的间距不是一件容易的事情,即使可以通过微加工工艺制作出来,如何保持如此细微的缝隙也是件很令人头疼的问题. Cool Ship 解决方案的灵感是从扫描隧道显微镜STM 上得来的.在STM 上常常通过控制压电材料来调节针尖的位置.这种压电材料是用单晶石英结构的材料制成的,当加上电压时,它就可以极其快速且精确地改变其形状.这样,STM 就能够以持续的电压保持针尖接近试样表面的状态.于是,Borealis 公司利用压电材料来控制电极板之间的间距,通过电压来控制压电位置调节器上下移动,再通过电容传感器反馈出当前的电压,最终将电极板间的间距保持在1～10 nm 的范围内见图 6 .根据Borealis 公司主页上提供的Cool Chip 的信息可知,制冷芯片在室温下的理论散热通量为5kW/cm2 ,加之其体积小、轻便、有效且成本低廉,所以应用范围十分广泛.此外,它可以实现薄膜式的固体冷却,从而能很好地避免芯片上的局部热点.制冷芯片还能够相互串联组成阵列的形式,具有可组合性,可以适合任何形状外表的散热,并提供更强大的制冷能力. 理论上,1 in2 6.45 cm2 大小的CoolChip 装置已经足够供一台冰箱使用,2 in2 大小的Cool Chip 等同于一台为起居室散热的空调,而 5 in2大小的产品就能够为整间房子制冷了,因此,PC 制冷只是Cool Chip 显示自己略显身手的地方. 但是要注意将热端的热量及时散发出去,需要额外使用被动散热,否则就会导致热端温度过高而烧坏制冷元件.由于Cool Chip 的冷却性能优于目前几乎所有的散热技术,其应用前景是很乐观的,很可能在许多应用取代现有的各种制冷方式,如广泛地应用到飞机、导弹、火箭引擎、卫星等高科技领域. 伴随着Cool Chip 加工技术的不断成熟,不久的将来可以通过工业手段大批量生产,并有可能在未来20 年内处于领先地位.3外部散热问题以上大都是针对将芯片内部热量传至表面的办法,尽管这些冷却方法的散热性能十分突出,但仍然需要合适的外部散热装置,否则就会引起热量回流和冷却器过热的问题,这就依赖于新材料的研究以及系统结构或工艺的优化和实现. 外部散热装置一般都采用散热片加上风扇的形式. 传统的散热片工艺有挤压技术、冷锻技术和切割工艺等.目前较新的加工工艺有如下几种:（1）接合式鳍片工艺.采用插齿技术改进了传统铜铝结合,利用60 t 以上的压力把铝片结合在铜片基座中,一定程度上避免了铜铝结合产生的介面热阻问题.由于它可以利用多种材料来达到更好的散热效果,是一种兼顾重量、性能、传热及成本综合考虑的散热方案.（2）鳍片折叠工艺.折叠鳍片用冲压方式制出后,再接合到散热器底板上.折叠鳍片的厚度和间距都可以做的很小,同时能提供良好的气流通路. 此外,还可以混合使用铝或铜等多种材料,以达到所需的散热效果同时兼顾制造成本.( 3) 针鳍工艺.它采用有效的针鳍结构和高导热材料,利用针鳍散热器的大表面积、全向针结构和针的球形特性使其成为单位体积耗能极高的热负荷.一块底面积25 in2 (161.29 cm2) 、热阻0.08℃/ W、全高1.7 in 的672 针散热器在温升40 ℃时的散热功率在500 W左右.4 结语本文着眼于CPU 芯片的散热问题,主要对热管、微通道散热器和制冷芯片这 3 种新型散热技术的研究成果和前景进行了详细的介绍. 随着芯片散热问题越来越受到关注,新的冷却方案、技术革新一定会层出不穷,微冷却器也将会不断应用到更新的领域中去.这就需要在理论和实验两方面进一步地深入研究,在应用领域也需要进行大量的工作.。
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同时，由于增加的热流体的散热问题严重阻碍了超级高性能的CPU的发展。
目前，传统的冷却技术，如风冷，水冷和热管依然在散热领域扮演着主要的角色。
这主要归因于这些技术，结构简单，冷却效率高以及低成本。
除此之外，一系列的新的和更高级的冷却技术正在涌现，比如说，微通道，离子风，压电式翅片，磁性极化纳米流体，以及微包裹体相变流体等。
这些令人欣喜的策略具有独一无二的优势以及一些甚至能够处理极端高热流体的条件。
然而，对于大部分散热的方式来说，一些技术问题，比如复杂的制造工艺，高成本，以及可靠性问题，离大规模的商业使用依然有很大的提升空间。
在许多的新创意中，液态金属冷却技术迅速成为了近年来最吸引人的散热技术。
它最典型的优势在于，液态金属的高的热物性以及它独一无二的电磁驱动特性。
目前，基于金属镓的合金被认为是最好的可用于该技术最好的材料。
该合金的有低的熔点（<10℃），高的导热率，无毒，高的沸点，因此有了优秀的冷却能力和高的可靠性。
现在最常用的风冷技术已经达到了它的极限，随着CPU芯片集成技术的发展，风冷技术将无法满足市场的要求。
新型的液体金属散热方法虽然理论上具有很大的发展潜力，但昂贵的价格不利于大规模生产，而且在实际应用中其散热效果并不理想，与目前最先进的风冷散热器相比，并没有完全处于优势地位。
液体具有良好的流动性和导热性，因此液体散热技术的应用非常广泛，成为各种台式计算机及大型工作站散热的首选，而且效果也明显优于常规的风冷散热。
目前对于液体冷却主要是研究其流道结构和冷却液成分，冷却液主要包括水、纳米流体、液体金属。
液态金属的导热系数最高，其次是纳米流体，最后是水。
谢开旺提出在液体金属中加入纳米粉体，可以形成导热系数更高的纳米金属流体。
宋思洪等通过研究表明，不同功率下芯片温度随导热系数的升高而降低，但导热系数越高，芯片温度降低的幅度越小，可见单纯提高导热系数并不能大幅提高冷却液的散热性能。
因此，还需从冷却液的其他热物性方面入手（如提高比热）来增强工质的散热性能，以期获得一种具有较高导热系数以及较大等效比热的潜热型低熔点液态金属功能热流体。
1 液体散热技术CPU芯片过热所导致的“电子迁移”是造成CPU内部芯片损坏的主要原因。
电子迁移是指电子流动所引起的金属原子迁移的现象。
在芯片内部电流强度很高的金属导线上，电子的流动会给金属原子一个动量，当电子与金属原子碰撞时，可能会使金属原子脱离金属表面四处流动，导致金属表面上形成坑洞或凸起，这是一个不可逆转的永久性伤害。
如果这个慢性过程一直持续，则将最终造成内部核心电路的短路或断路，彻底损坏CPU。
液体冷却是一种非常有效的散热手段，被广泛应用在工业上，如强激光和高功率微波技术的散热系统、汽车发动机的热交换等。
液体具有非常高的比热容，可以在CPU 芯片的发热部位吸收大量的热，而且由于良好的流动性，液体可以流动到其他低温部位再将热量排出，这样连续不断地吸热和散热，保证了芯片部位一直处于较低温度，从而达到保护芯片的目的。
表1 目前ＣＰＵ芯片的散热方式散热方式散热介质原理器件优点缺点风冷散热液冷散热半导体散空气水及其他几种液体半导体空气流动带走热量液体流动吸热并带走热量利用帕尔贴效应，通电的半风扇液体循环系统一组串联简单，方便，廉价散热效果好，廉价能够较精确地控制温度，散热效果差，噪音大器件大，安装不方便易凝结露水，工艺不成熟，热化学制冷散热干冰、液氮等超低温物质导体一端发热，一端吸热利用物质的相变大量吸热的半导体未见产品无噪音散热效果好价格高价格昂贵，持续时间短常用的液体冷却方式有三种：大器件的液体冷却循环技术、热管技术和雾化喷射冷却技术。
大器件的液体冷却循环系统最常用，也已经有多种产品问世；热管技术在笔记本电脑中的应用较多，在台式电脑中应用较少；而液体喷射冷却技术只见文献报道，未见实际应用。
目前研究较多的冷却液是水、液态金属和纳米流体。
纳米流体多用于汽车发动机的冷却，其优异的传热性能备受关注，在电子芯片散热方面也有很大的发展潜力。
2液体散热器的结构2.1常用液冷循环系统通常的液体散热器即大器件的液体循环冷却系统如图１所示，由一根出水管、一根进水管和与芯片接触的蓄水槽组成。
其中蓄水槽的部分是最重要的部分，其内部构造决定散热效果的优劣，以微槽通道联通液体循环的路径。
另外液体的循环需要外加动力源，于是在系统中还必须要有一个水泵给液体施加压力，使其流动起来。
图１常用液冷循环系统示意图如果电脑发热量较大或需要长时间大负荷运行，还可在散热器的冷凝段加风扇，用以加速液体的冷却，但这样做也会产生负面影响，如耗电、传送距离短、有噪音、体积大、安装麻烦等。
为了解决外接动力源，达到节能的目的，可以使用电渗流微泵（EOF-micro-pump）作为流体驱动装置，微通道冷却系统（Micro-channel cooling system）就是一种具有非常理想的散热效率的装置，系统的最大散热功率超过200W，完全能够满足芯片的散热要求。
电渗泵原理如图2所示。
图２电渗泵原理图杨涛对多孔介质电渗泵性能进行了研究，分析了电渗泵的流率和压力，研究证明电渗泵符合液体冷却系统的要求。
电渗泵基于电渗作用驱动电解液向前流动，称之为电渗流，可在液体中利用其中的离子进行能量转换，使液体流动。
这种方法可以很好地实现外加动力、减小体积和方便安装等功能目标。
电渗泵无可移动部件，性能优良，是微流体系统首选的驱动泵。
2.2 雾化喷射冷却系统雾化喷射冷却是通过雾化喷管借助高压气体（气助喷射）或依赖液体本身的压力（压力喷射）使液体雾化，将其强制喷射到发热物体表面，从而实现对物体的有效冷却技术。
雾化喷射冷却是大量雾化后的微小液滴群撞击被冷却壁面的行为，该物理过程的换热机理十分复杂，众多影响因素相互牵连，给实验研究带来了很大困难。
雾化喷射冷却的简化示意图如图３所示。
雾化喷射冷却是一种非常有前景的高热流强制冷却技术，其换热强烈，具有很高的临界热流密度值（CHF ），且冷却均匀，适用于一些对温度要求很严格的领域（如在微电子、激光技术、国防、航天技术等），并显出独特的优势和重要性。
液体喷射冷却是一种利用液体吸收热量并依靠液体良好的流动性带走热量的高传热率的散热手段，当液流喷射速度达到47m/s 时，其散热能力高达17002/cm W ，该技术已应用于冶金、化工等多种工业过程中。
刘天军设计了一种基于叠堆式压电陶瓷驱动流体对芯片底层进行喷射冷却的冷却器，叠堆式压电陶瓷微位移器与压电薄膜相比，具有位移分辨率高、频响高、承载力大的优点。
这种方法对电子元器件的冷却效果非常理想，可以使器件表面的温度降低到所要求的温度，而且冷却的速度非常快，能够满足电子元器件持续增加的发热功率对散热的要求。
但对于电子元器件而言，冷却液还需具有惰性、绝缘性和优良的导热性，同时散热器也应具有完善的封装技术。
图3 雾化喷射简化示意图目前此项技术还处于理论研究阶段，理论分析还不够深入，主要依靠实验模拟手段，还难以达到工业化生产的目标。
2.3 热管冷却系统热管是一种非常有效的传热元件，其原理简单，基本工作原理如图4所示。
图4 热管工作示意图典型热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成0.13×10-0.13Pa 的负压后充入适量的冷却液，使紧贴管内壁的吸液芯（毛细多孔材料）中充满液体，然后加以密封。
管的两端分为蒸发段和冷凝段，二者可以互换。
当热管的一端受热时，液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向温度较低的另一端，放出热量后凝结成液体，液体再沿多孔材料依靠毛细力作用流回蒸发段，形成循环，热量就由热管的一端传至另一端。
由于在蒸发端，液体经过毛细孔时会出现弥散效应，王补宣等进行了平行平板间填充球粒填料的传热特性实验研究，发现平行平板间填充小颗粒球粒具有较好的强化传热效果，与不填充填料时相比，其对流换热系数一般增加3-5倍。
表2 三种散热器件的对比散热器件原理优点缺点应用前景大器件的液体冷却循环技术热管技术液体喷射冷却技术利用外接动力源使液体循环，达到吸热散热的目的利用液体蒸发和毛细作用使蒸汽循环，达到吸热散热目的利用液体雾化高速喷射至发热表面凝结，达到快速吸热散热的目的器件简单，技术成熟散热效果好，无噪音可在很小的温差下传递大量的热能散热效果非常好器件大，大功率下有噪音技术要求高，价格高技术不成熟，缺乏理论研究目前还能满足发展要求，但不能满足长远发展要求高端笔记本中已有应用，能满足长远发展要求暂无产品问世，但优异的散热效果使其有可能成为热管的替代品由表2可知，三种散热技术中，普通的水冷散热循环，原理简单、技术要求低，容易规模化生产，但散热效果相对较差，虽能够满足较高要求的计算机散热，但难以适应未来计算机芯片的高速发展。
热管技术的工艺要求相比液体喷射系统低许多，且技术成熟度明显高于后者，散热效果也明显优于普通液冷循环系统，因此热管技术应该是未来计算机冷却散热系统的首选。
倘若液体喷射系统的技术更加成熟，工艺要求更加简单，则很有可能取代热管系统。
3冷却液材料3.1水目前关于液冷散热的研究，大多采用水作为冷却液。
水作为最常用的液体工质，具有非常高的比热容和优异的流动性，且非常廉价，因此具有很强的实用性。
常用液冷材料的一些热物性如表3所示。
表3 常用液冷材料的一些热物性液冷材料密度（20℃）g/cm³比热容J/(g.K)导热系数W/(m.K)粘度（25℃）×10³Pa.s水甲醇乙二醇氨丙三醇1.000.7911.120.6381.264.182.502.442.052.430.6000.2070.280.1450.2881.000.58019.923.9945从表3可以看出，水是比较理想的冷却液材料，但若能在水中添加少许乙二醇、丙三醇等粘度较大的液体，可改善水的性能，提高其比热容、导热系数，降低挥发性，从而改善冷却效果，使水冷散热器的散热效果更加显著，提高其开发和应用价值。
3.2液态金属利用金属液体作为散热工质最早应用在核反应堆的热传导上。
2002年，华中科技大学刘静提出其在CPU 芯片散热方面的应用，随后引起多方关注，国内外普遍围绕液态金属作为冷却液展开研究。
2013年华中科技大学邓越光对实验的液态金属的原型的关键参数进行了优化。
热传导回路中的电磁泵和翅片散热器是影响冷却系统的表现的关键因素。
经过实验比较，尽管液态金属的散热效果在热功率低于100W 时仅次于热管，但是，在加热功率在400W 或更高时，液态金属有更好的散热性能。
图5、6 为电磁泵及其原理示意图。
液态金属目前的工作主要包括降低液态金属的熔点，研究液态金属的粘度、导热系数、比热容等热物性和驱动方式及寻找新的液态金属成分以降低成本等方面。