瑞星卡卡安全论坛

首页 » 技术交流区 » 硬件交流 » 【转贴】小元件大学问 主板散热有讲究
李哲辉 - 2007-11-15 20:01:00
一、散热的原理来源于热传递


  热传递亦称“传热”。物质系统间的能量转移过程。即内能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到同一物体邻近部分的过程,叫做“热传递”。内能永远自发地从温度高的物体向温度低的物体传递。在其它条件都相同的情况下,两个物体温度相差越大,内能的传递速度也越快,当冷热程度不同的物体互相接触时,热传递要进行到它们的温度相等时才会停止,即达到热平衡。一个物体不同部分的温度有差别,热传递在物体内部也要进行,直到温度相同为止。热传递的方式有三种:即对流、传导和辐射。这三种热传递的方式往往是伴随着进行的。
李哲辉 - 2007-11-15 20:02:00
二、电脑产品散热面面观


  在电脑各种配件之中最为常见的元件非散热器莫属。现金的电脑性能越来越强,电脑芯片的发热量也越来越大,为了保障电脑能稳定运行在一个正常(安全)的温度之下,就必须配备适当的散热器,因此,散热器也成为电脑配件之中最重要组成部分。在产品规格和性能参数大量同质化的今天,各个品牌为了突出自己的产品,都纷纷在散热器上面大做文章,顿时,散热器除了原来的散热功能之外,更走上了区分产品外观、价格甚至定位的畸形道路。没错,更大块头更帅气的散热器的确能让产品更加靓丽,满足用户爱美的心态,但是回归到实际使用过程中,散热器更应该走到够用,实用和提升散热技术为宗旨。不少用户应该试过这样的经历,主板累赘的散热器模块让安装CPU风扇成为煎熬(裸机用户可能没关系);硕大的显卡散热器费了多条PCI插槽,并且小一点的机箱都塞不进去;夸张的CPU散热器可能真的有不错的散热效果,但是很多时候都会把主板PCB压(扯)到变形。



大部分电子产品都有散热器的存在:

附件: 92074520071115195119.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:03:00
.

附件: 92074520071115195203.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:03:00
各种各样的散热片:

附件: 92074520071115195318.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:04:00
主板上最为常见的两种散热模式,第一,纯散热片式,通常用于发热量不大的芯片组,设计良好的纯散热片已经足够应付日常使用所带来的减低芯片温度的任务,什么是更好的散热器呢?文章后面会提到。


被动式散热器

附件: 92074520071115195344.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:06:00
第二,覆盖着风扇的散热模式,散热器外加一个风扇,成本相对较高,但是散热效果会比纯散热器的好一些,这可以说是被动式散热和主动式散热的比较,没有风扇的散热片被动式的跟周边空气作热传递,但是加入风扇之后,风扇会主动给散热器吹送更远,温度更低(相对于周边空气)的空气。

主动式散热器(风冷)

附件: 92074520071115195535.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:07:00
三、热管技术走进人们的视野 同时走进我们的生活

  谈到散热技术,不得不提热管技术。热管是除了风冷之外,目前高端电子产品,高端电脑主板采用的最多的就是技术。

附件: 92074520071115195618.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:07:00
早在1963年热管技术就在美国的LosAlamos国家实验室中诞生了,其发明人是G.M.Grover。热管的工作原理是蒸发和冷凝。是一种导热性能极高的被动传热元件。它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量,具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点,并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。

第一根热管的设计笔记

附件: 92074520071115195637.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:08:00
由于热管中需要通道流动液体与气体,因此在使用中非常忌讳弯曲。有技术文档显示,热管每做一个180度的弯曲,就会降低大约37%的热传递效能。而在实际应用中,热管不可能不弯曲,为了保证不降低热传递性能,只能以增加热管数量来弥补。因此当前采用热管的CPU散热器,都配备至少两根热管,最多甚至有12根热管。


热管技术的示意图1:

附件: 92074520071115195658.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:08:00
热管技术的示意图2:

附件: 92074520071115195707.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:09:00
显卡散热器用上热管

附件: 92074520071115195831.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:10:00
梅捷超烧族主板上面的热管系统

附件: 92074520071115195853.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:10:00
硬盘散热器也有热管

附件: 92074520071115195919.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:13:00
成熟的热管技术被应用在电脑的各种配件之中,CPU、主板、显卡、甚至硬盘也有其相应的热管散热配件。下面我们总结一下热管有哪些具体的优势和不足之处(来源于互联网)。

  热管技术的优势:
  1.热阻小——热管在设计功率以内,其热阻是同体积铜柱的几分之一、十几分之一,甚至几十分之一。通常全功率工作时,吸热段与放热段间的温差也只有2、3℃,因此才敢号称热的“超导体”。
  2.重量轻——目前计算机散热所采用的热管通常为铜-水热管,吸液芯结构不外单层或多层网芯、金属粉末烧结与轴向槽道式三种,而小尺寸热管主要采用后两种。不论是何种内部结构,类真空的内部加上不足管径1/5厚度的铜质管壳,热管相比同体积的金属可大幅减小重量。
  3.适应性好——小尺寸热管都具有不错的机械性能,只要不超过弯折半径的规定范围(根据吸液芯结构存在一定差别,通常要求弯折半径不小于三倍管径),可以进行各种角度的弯折,实现吸热底与鳍片间的灵活组合,可适应各种摆放方式。
  4.接触面积大——热管的吸热段可以内嵌到吸热底内,管壳一周均与周围金属接触,实际连接面积可大于其底面积;与鳍片连接的放热段长度可以达到热管总长度的50%以上,连接面积更可达到传统连接方式的数倍以上,且可多点结合,能够直接将热量扩散到鳍片更广的范围上。

  热管技术的不足之处:
  1.成本较高——相对传统的铜、铝合金等金属,材料成本提高了数倍以上。
  2.加工复杂——由于增加了热管这种相对独立且细长的元件,散热片的成形过程复杂了很多,需要更多的人为干预,提高了加工成本,限制了产量。
  3.存在介面阻抗——采用热管进行吸热底到鳍片的热传导,不可避免的需要将三者连接起来,则必然会产生介面阻抗,且由于热管对加工条件的一些特殊要求(例如温度——当热管温度超过一定水平时,会由于内部压力过大而爆炸),无法采用一些可获得低介面阻抗的结合工艺,难免损失一些性能。
  4.易损坏——热管的正常工作要求完全的密封及吸液芯结构的完好,因此外部的物理损伤非常容易导致性能的大幅甚至全部丧失。与之相比,传统的散热片就要“坚强”得多。
  5.工作温度不合适——虽然目前市场上散热器所采用的热管均为0~250℃的常温热管,但实际上目前半导体芯片正常工作的温度(不超过100℃),不足以令热管发挥出完全的效果,即无法达到最大热传导功率。因此,除非对热管工质进行大幅改进,或提高半导体制造工艺,令其可于高温下稳定工作,否则热管散热器就无法发挥出全部效能。

附件: 92074520071115200231.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:17:00
四、实测主板被动式散热的温度


  严格来说,即使主板配备了热管系统,但是没有主动散热设备(例如风扇)都算是被动式散热系统。然而,市面上大部分的热管主板都没有配备风扇,为什么呢?因为从效能和噪音等多方面考虑,拥有热管系统的主板根本不需要再配备主动式散热设备,即使增加了也只能算是画蛇添足。


梅捷超烧族P35上面的热管

附件: 92074520071115200558.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:18:00
南桥的温度37℃

附件: 92074520071115200653.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:19:00
北桥温度28℃

附件: 92074520071115200759.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:19:00
另一侧的温度29℃

附件: 92074520071115200848.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:20:00
内存芯片的温度37℃

附件: 92074520071115200906.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:21:00
固态电容的温度37℃

附件: 92074520071115201020.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:21:00
大家应该知道,北桥发热量比南桥高得多,但得益于热管散热系统的帮助,有效把南桥和CPU供电MOS管之间的散热片连接起来,增大了散热面积,热量能更快地传播开去,加上CPU风扇侧风的帮助,让温度有效的降低下来。其实在这里,CPU风扇所起到的作用也功不可没。下面把平台换成非热管的,我们来做一个简单的测试,结果绝对让你意想不到。


当CPU散热器的安装方式如图示,芯片温度高达44℃

附件: 92074520071115201049.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:22:00
为什么只是改变了一下方向,温度差别竟然有11℃之高。细心的人可能已经发现了其中的巧妙,原因就是CPU散热器安装位置,大部分主板厂商都会尽量把散热资源利用上,看到CPU扣具的位置,恰恰就是让侧风能吹到覆盖着芯片组的散热片。



当CPU散热器的安装方式如图示,芯片温度却只有33℃

附件: 92074520071115201136.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:23:00
五、如何简单地查看散热器的好坏


  挑选机箱,有一个很通俗、很简单的挑选办法,把机箱拿上手看重量如何就知道,越重就代表越好,用料越足。这个方面好使又简单,并且在坊间“源远流长”了。那么看散热器呢?看材质、焊接技术还有外观、是否名牌…………,是否也有一个简单的查看方式呢?我认为,最简单的就是看散热器的散热面积,散热面积越大散热的效果越好。


普通散热器散热面积很小

附件: 92074520071115201243.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:24:00
片状再切割成条状 面积相对有增大了

附件: 92074520071115201315.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:24:00
最简单的挑选办法就是看散热器的鳍片多还是少,相对而言多会比少的好。以后看散热器就好好对比一下。当然,你是专业级的人就可以无视这个菜鸟级的挑选办法。



鳍片越多的散热器能提供更广的散热面积

附件: 92074520071115201342.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:25:00
六、热管PK液冷!热管稍稍领先!


  液冷应该能提供更高的散热效能,但是为什么说热管稍稍领先呢?就主板散热来说,我认为热管之所以优胜有以下几点,第一,即使造价不菲,但是相比起液冷来说还是存在一定的价格优势;第二,使用方便,液冷还需要散热排,水泵等配件才能工作,虽然温度会比热管降得更低,但是更低的温度对于一般使用者来说没有任何质的飞跃,也就是说同样在正常温度下工作,用户对区区几摄氏度的差别并不敏感,因此用户更愿意选择热管;第三,极限用户用更偏向于干冰和液氮,热管在此又起不到太大的作用。因此,在易用性和实用性等多方面考虑之下,我认为热管稍稍领先。


液冷VS热管技术

附件: 92074520071115201419.jpg
李哲辉 - 2007-11-15 20:30:00
----The End。



1
查看完整版本: 【转贴】小元件大学问 主板散热有讲究