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1.風冷式
風冷CPU散熱器有四個部件：底板、熱管、散熱器和電風扇。從CPU吸收熱量并將其散發到空氣中的熱路徑順序如下：CPU→底板→熱管→散熱器→空氣。有些型號省略了熱管和電風扇。
CPU散熱器的材料和結構旨在有效散熱。考慮到導熱性和對空氣的傳熱率，部件的材料是銅和鋁的合金。此外，接觸面涂有導熱硅脂，可有效地將熱量從CPU傳遞至基板。
為了將熱量從散熱器散發到空氣中，許多CPU冷卻器使用電風扇產生強制氣流。電風扇產生的氣流有時不僅用于冷卻散熱器，還用于冷卻主板（基板）上的內存等其他元件。吸收散熱器熱量而溫度升高的空氣必須順利排出到計算機機箱外部，因此設計時還要考慮機箱內部的氣流。
散熱器的尺寸對于增加風冷系統的散熱能力非常重要。需要大型散熱器來冷卻CPU，這會消耗大量電力，但其尺寸受到機箱內安裝空間的限制。
2.水冷
水冷CPU散熱器的組成部分是作為風冷導熱體的熱管和冷卻水軟管，以及代替散熱片散熱的散熱器。散熱器可安裝在機箱外，易于增大尺寸并提高冷卻能力。
但存在因冷卻水泄漏而導致故障的風險。
