Пассивные системы охлаждения на основе радиаторов
Традиционная система охлаждения процессора или любой горячей микросхемы называемая кулером, включает в себя радиатор и вентилятор. Радиатор необходим для того, чтобы увеличить интенсивность теплообмена между процессором и окружающим пространством. Радиаторы выполняются из алюминия, меди или из комбинации обоих металлов. Радиаторы должны отвечать определенным требованиям.
Во-первых, быстро забирать тепло от процессора,
во-вторых, хорошо проводить тепло от своей нижней (горячей) поверхности к верхней (холодной) и, в-третьих, эффективно рассеивать это тепло в окружающее пространство.
Передача тепла между процессором и радиатором (процесс теплоотдачи) зависит от разности температур на границе двух сред, от площади контакта и от контактирующих материалов: W = aSAT,
где W— передаваемое в единицу времени количество теплоты (тепловой поток
S — площадь контакта;
А Т — разность температур;
а — коэффициент теплоотдачи зависящий от контактирующих материалов.
Аналогично можно записать тепловой поток между радиатором и окружающей средой. Эффективность процесса передачи тепла внутри самого радиатора (процесс теплопроводности) зависит от разности температур между горячей и холодной поверхностями радиатора, поперечного сечения радиатора и его высоты:
Чтобы повысить эффективность теплопроводности внутри самого радиатора, его изготавливают из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Самым высоким коэффициентом теплопроводности (407 Вт/м-К) обладает серебро, но из-за высокой стоимости оно не используется для изготовления радиаторов. На втором месте по коэффициенту теплопроводности (384 Вт/м-К) стоит медь, поэтом ее часто используют при изготовлении радиаторов.
Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи между поверхностью микросхемы (источником тепла) и радиатором, в качестве промежуточного слоя между ними используют термопасту. Фактически в данном случае речь идет о процессах теплоотдачи между поверхностью микросхемы и термопастой, теплопроводности внутри слоя термопасты и теплоотдачи между термопастой и поверхностью радиатора. Тепловой поток на всех участках теплообмена должен оставаться неизменным.
Для эффективного теплоотвода (высокий коэффициент теплопередачи) термопаста должна иметь высокий коэффициент теплоотдачи между поверхностью микросхемы и термопастой и между термопастой и радиатором, а также иметь большой коэффициент теплопроводности и как можно меньшую толщину слоя.
Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи между поверхностью радиатора и окружающим воздухом, увеличивают площадь радиатора (площадь теплового рассеивания), делая поверхность радиатора ребристой.
Тепловое сопротивление радиатора является его важнейшей технической характеристикой и показывает, насколько изменится температура поверхности микросхемы относительно температуры окружающего пространства при отводе 1 Вт тепловой мощности через данный радиатор. Если, к примеру, известно, что тепловое сопротивление радиатора составляет 1 °С/Вт, типичная температура окружающего пространства 40 °С, а тепловая мощность микросхемы 10 Вт, то температура поверхности микросхемы при отводе тепла через данный радиатор будет на 10 "С выше, чем температура окружающего пространства, то есть составит 50 "С.
Мощность тепловыделения процессора Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3,8 ГГц составляет 130 Вт. При этом температура поверхности процессора не должна превышать 80 "С. Если учесть, что типичная температура воздуха внутри ПК составляет порядка 50 °С, то несложно подсчитать, что тепловое сопротивление радиатора для такого процессора должно быть не более 0,23 °С/Вт. Столь малым тепловым сопротивлением не обладает ни один пассивный радиатор. Кардинально уменьшить его тепловое сопротивление можно при использовании дополнительного вентилятора. Вентилятор создает принудительную конвекцию воздуха, что способствует возрастанию эффективности теплообмена между радиатором и окружающим пространством. Поэтому для уменьшения теплового сопротивления в купе с радиатором используется вентилятор, а их совокупность называют кулером. Отметим, что тепловое сопротивление современных процессорных кулеров равно 0,2 °С/Вт и более.
|
Главная 
