散热片的工作原理

但散热片到底是什么？它如何工作？简单来说，散热片是一种将多余热量从另一个物体散发出去的装置。它们最常用于计算机中，但也存在于其他产生大量热量的物体中，如手机、DVD播放器，甚至冰箱。在计算机中，散热片是芯片的附件，用于防止过热损坏芯片。在现代计算机中，它与其他任何组件一样重要。

如果您不太懂技术，可以将散热片想象成汽车散热器。散热器将热量从汽车发动机带走，同样，散热片也将热量从计算机的中央处理器（CPU）带走。散热片含有一个导热体，将热量从CPU带到散热翅片上，这些翅片提供巨大的表面积，将热量散布到计算机的其他部分，从而同时冷却散热片和处理器。散热片和散热器都需要周围的空气流动，因此两者都内置了风扇。

在20世纪90年代之前，散热片通常只在处理器热量问题较大的大型计算机中才需要。但随着更快的处理器问世，散热片在几乎所有计算机中都变得必不可少，因为它们在没有冷却机制的帮助下容易过热。

热量可以通过三种不同的方式传递：对流、辐射和传导。传导是热量在固体中传递的方式，因此也是热量在散热片中传递的方式。当两个温度不同的物体相互接触时，就会发生传导。在两个物体接触点，较热物体中运动较快的分子与较冷物体中运动较慢的分子相撞。当这种情况发生时，较热物体中运动较快的分子会将能量传递给运动较慢的分子，从而使较冷的物体受热。这个过程被称为导热性，这也是散热片将热量从计算机处理器中带走的方式。

散热片通常由金属制成，金属作为导热体将热量从CPU带走。然而，使用每种金属都有其优缺点。首先，每种金属的导热性水平不同。导热性越高，传热效率越高。

散热片中最常用的金属之一是铝。铝的导热系数为235瓦特每开尔文米（W/mK）。（导热系数值，在此为235，指的是金属导热的能力。简单来说，金属的导热系数值越高，该金属能传导的热量就越多。）铝的生产成本低，并且重量轻。当散热片安装好后，其重量会对主板施加一定程度的应力，而主板的设计就是为了承受这种应力。然而，铝的轻质特性是有益的，因为它为主板增加的重量和应力很小。

制造散热片最好和最常用的材料之一是铜。铜的导热系数非常高，为400 W/mK。然而，它比铝重且价格更贵。但对于需要大量热量传递的操作系统，铜被频繁使用。

那么，一旦热量通过散热片从处理器传导出去，它会去哪里呢？计算机内部的风扇将空气吹过散热片并排出计算机。大多数计算机还在散热片正上方安装了额外的风扇，以帮助适当冷却处理器。带有这些额外风扇的散热片被称为主动式散热片，而只有一个风扇的则被称为被动式散热片。最常见的风扇是机箱风扇，它从计算机外部吸入冷空气，并将其吹入计算机，将热空气从后部排出。

散热片与计算机领域中不断进步的其他产品一样。公司不断努力寻找更轻、导电性更强的材料来制造高效散热片。它们不一定只由一种材料制成。例如，一些散热片生产商正在将铜和铝结合在一起。这种设计主要由铝（因其轻量特性）组成，周围环绕着铜板（因其高导热率）。这些理论上很棒——但如果铜与铝不能紧密结合，这在廉价散热片中经常发生，那么铜板弊大于利。

Applied Nanotech 公司宣布，散热片的未来是一种名为 CarbAl 的各向同性材料。CarbAl 由20%的铝和80%的两种不同碳基材料组成，具有出色的导热性。Applied Nanotech 对这种材料感到兴奋，因为它具有425 W/mK的导热性（高于铝和铜），并且密度与铝相似。基本上，CarbAl 比铜更具导电性，重量与铝相同，使其兼具两者的优点。

另一种在散热片生产商中越来越受欢迎的材料是天然石墨复合材料。它的导电性不如铜，但接近，导热系数为370 W/mK。但石墨真正的优势在于它的重量——它仅为铝重量的70%。

无论材料如何，散热片都有一条经验法则：便宜的长期来看会更贵。市场上许多便宜的散热片都包含使用滑动轴承的风扇。滑动轴承由于润滑问题，在很短的时间内就会出现故障。虽然使用滚珠轴承风扇的散热片更贵，但它们比滑动轴承寿命长得多，长期来看更划算。

当您购买计算机时，无论是戴尔、索尼还是惠普，散热片都已安装好。但是，如果您要自行组装计算机，则在选择合适的散热片时必须考虑某些因素。由于您在选择处理器时有多种选择，请务必确保您购买的处理器散热输出与您购买的散热片散热处理能力相匹配。要确定您购买的处理器所需的散热片性能，您需要了解三件事：

这些数据应在用户手册中找到。一旦您掌握了这些数据，就可以将其代入数学公式，以确定您的处理器所需的散热片。散热片将热量从处理器传递到空气中的速率被称为热阻。要找到处理器所需的热阻，您需要用最大机箱温度减去最大入口温度，然后将该数字除以处理器的最大功耗。热阻以摄氏度每瓦（C/W）为单位测量。

例如，假设您购买的处理器最大允许机箱温度为70摄氏度（158华氏度）。其最大允许入口温度为36摄氏度（96.8华氏度），最大功率输出为110。公式如下：

R = (70-36) / 110

R = 0.31 摄氏度/瓦

因此，在为该处理器购买散热片时，您应确保其热阻不高于0.31。使用热阻低于0.31的散热片配合处理器是没问题的。这只会提高散热效果。然而，与任何散热片一样，您绝不应购买热阻高于您的处理器所需的散热片。

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