散熱的原理與技術(shù)解析

1、散熱的原理與技術(shù)解析(一) 隨著PC計(jì)算能力的增強(qiáng)，功耗與散熱問題日益成為不容回避的問題一般說來，PC內(nèi)的熱源大戶包括CPU主板(南橋北橋及VRM部分)顯卡以及其他部件如硬件光驅(qū)等，它們工作時(shí)消耗的電能會(huì)有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化為熱量 我們都知道，電子器件的工作溫度直接決定其使用壽命和穩(wěn)定性要讓PC各部件的工作溫度保持在合理的范圍內(nèi)，除了保證PC工作環(huán)境的溫度在合理范圍內(nèi)之外，還必須要對其進(jìn)行散熱處理尤其對CPU而言，如果用戶進(jìn)行了超頻，要保證其穩(wěn)定地工作更必須有效地散熱熱傳遞的原理與基本方式雖然我們常將熱稱為熱能，但熱從嚴(yán)格意義上來說并不能算是一種能量，而只是一種傳遞能量的方式從微觀來看，區(qū)域內(nèi)分子

2、受到外界能量沖擊后，由能量高的區(qū)域分子傳遞至能量低的區(qū)域分子，因此在物理界普遍認(rèn)為能量的傳遞就是熱當(dāng)然熱最重要的過程或者形式就是熱的傳遞了學(xué)過中學(xué)物理的朋友都知道，熱傳遞主要有三種方式：傳導(dǎo) : 物質(zhì)本身或當(dāng)物質(zhì)與物質(zhì)接觸時(shí)，能量的傳遞就被稱為熱傳導(dǎo)，這是最普遍的一種熱傳遞方式，由能量較低的粒子和能量較高的粒子直接接觸碰撞來傳遞能量相對而言，熱傳導(dǎo)方式局限于固體和液體，因?yàn)闅怏w的分子構(gòu)成并不是很緊密，它們之間能量的傳遞被稱為熱擴(kuò)散熱傳導(dǎo)的基本公式為Q=KAT/L其中Q代表為熱量，也就是熱傳導(dǎo)所產(chǎn)生或傳導(dǎo)的熱量；K為材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)類似比熱，但是又與比熱有一些差別，熱傳導(dǎo)系數(shù)與比熱成

3、反比，熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，其比熱的數(shù)值也就越低舉例說明，純銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)為396.4，而其比熱則為0.39；公式中A代表傳熱的面積(或是兩物體的接觸面積)T代表兩端的溫度差；L則是兩端的距離因此，從公式我們就可以發(fā)現(xiàn)，熱量傳遞的大小同熱傳導(dǎo)系數(shù)熱傳熱面積成正比，同距離成反比熱傳遞系數(shù)越高熱傳遞面積越大，傳輸?shù)木嚯x越短，那么熱傳導(dǎo)的能量就越高，也就越容易帶走熱量對流 : 對流指的是流體(氣體或液體)與固體表面接觸，造成流體從固體表面將熱帶走的熱傳遞方式具體應(yīng)用到實(shí)際來看，熱對流又有兩種不同的情況，即：自然對流和強(qiáng)制對流自然對流指的是流體運(yùn)動(dòng)，成因是溫度差，溫度高的流體密度較低，因此質(zhì)量輕，相對就會(huì)向

4、上運(yùn)動(dòng)相反地，溫度低的流體，密度高，因此向下運(yùn)動(dòng)，這種熱傳遞是因?yàn)榱黧w受熱之后，或者說存在溫度差之后，產(chǎn)生了熱傳遞的動(dòng)力；強(qiáng)制對流則是流體受外在的強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)（如風(fēng)扇帶動(dòng)的空氣流動(dòng)）,驅(qū)動(dòng)力向什么地方，流體就向什么地方運(yùn)動(dòng)，因此這種熱對流更有效率和可指向性熱對流的公式為Q=HAT公式中Q依舊代表熱量，也就是熱對流所帶走的熱量；H為熱對流系數(shù)值，A則代表熱對流的有效接觸面積；T代表固體表面與區(qū)域流體之間的溫度差因此熱對流傳遞中，熱量傳遞的數(shù)量同熱對流系數(shù)有效接觸面積和溫度差成正比關(guān)系；熱對流系數(shù)越高有效接觸面積越大溫度差越高，所能帶走的熱量也就越多輻射 : 熱輻射是一種可以在沒有任何介質(zhì)的情況下，不

5、需要接觸，就能夠發(fā)生熱交換的傳遞方式，也就是說，熱輻射其實(shí)就是以波的形式達(dá)到熱交換的目的既然熱輻射是通過波來進(jìn)行傳遞的，那么勢必就會(huì)有波長有頻率不通過介質(zhì)傳遞就需要的物體的熱吸收率來決定傳遞的效率了，這里就存在一個(gè)熱輻射系數(shù)，其值介于01之間，是屬于物體的表面特性，而剛體的熱傳導(dǎo)系數(shù)則是物體的材料特性一般的熱輻射的熱傳導(dǎo)公式為Q =ESF(TaTb)公式中Q代表熱輻射所交換的能力，E是物體表面的熱輻射系數(shù)在實(shí)際中，當(dāng)物質(zhì)為金屬且表面光潔的情況下，熱輻射系數(shù)比較小，而把金屬表面進(jìn)行處理后（比如著色）其表面熱輻射系數(shù)值就會(huì)提升塑料或非金屬類的熱輻射系數(shù)值大部分都比較高S是物體的表面積，F(xiàn)則是輻射熱

6、交換的角度和表面的函數(shù)關(guān)系，但這里這個(gè)函數(shù)比較難以解釋(TaTb)則是表面a的溫度同表面b之間的溫度差因此熱輻射系數(shù)物體表面積的大小以及溫度差之間都存在正比關(guān)系任何散熱器也都會(huì)同時(shí)使用以上三種熱傳遞方式，只是側(cè)重有所不同以CPU散熱為例，熱由CPU工作不斷地散發(fā)出來，通過與其核心緊密接觸的散熱片底座以傳導(dǎo)的方式傳遞到散熱片，然后，到達(dá)散熱片的熱量，再通過其他方式如風(fēng)扇吹動(dòng)將熱量送走整個(gè)散熱過程包括4個(gè)環(huán)節(jié)：第一是CPU，是熱源產(chǎn)生者；第二是散熱片，是熱的傳導(dǎo)體；第三是風(fēng)扇，是增加熱傳導(dǎo)和指向熱傳導(dǎo)的媒介；第四就是空氣，這是熱交換的最終流向一般說來，依照從散熱器帶走熱量的方式，可以將散熱器分為主

7、動(dòng)式散熱和被動(dòng)式散熱所謂的被動(dòng)式散熱，是指通過散熱片將熱源如CPU產(chǎn)生的熱量自然散發(fā)到空氣中，其散熱的效果與散熱片大小成正比，但因?yàn)槭亲匀簧l(fā)熱量，效果當(dāng)然大打折扣，常常用在那些對空間沒有要求的設(shè)備中，或者用于為發(fā)熱量不大的部件散熱，如部分普及型主板在北橋上也采取被動(dòng)式散熱對于個(gè)人使用的PC機(jī)來說，絕大多數(shù)采取主動(dòng)式散熱方式，主動(dòng)式散熱就是通過風(fēng)扇等散熱設(shè)備強(qiáng)迫性地將散熱片發(fā)出的熱量帶走，其特點(diǎn)是散熱效率高，而且設(shè)備體積小散熱方式對主動(dòng)式散熱，從散熱方式上細(xì)分，可以分為風(fēng)冷散熱液冷散熱熱管散熱半導(dǎo)體制冷化學(xué)制冷等等風(fēng)冷散熱是最常見的散熱方式，相比較而言，也是較廉價(jià)的方式風(fēng)冷散熱從實(shí)質(zhì)上講就是使

8、用風(fēng)扇帶走散熱器所吸收的熱量具有價(jià)格相對較低，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)但對環(huán)境依賴比較高，例如氣溫升高以及超頻時(shí)其散熱性能就會(huì)大受影響液冷散熱是通過液體在泵的帶動(dòng)下強(qiáng)制循環(huán)帶走散熱器的熱量，與風(fēng)冷相比，具有安靜降溫穩(wěn)定對環(huán)境依賴小等等優(yōu)點(diǎn)液冷的價(jià)格相對較高，而且安裝也相對麻煩一些同時(shí)安裝時(shí)盡量按照說明書指導(dǎo)的方法安裝才能獲得最佳的散熱效果出于成本及易用性的考慮，液冷散熱通常采用水做為導(dǎo)熱液體，因此液冷散熱器也常常被稱為水冷散熱器熱管屬于一種傳熱元件，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性良好的等溫性冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變

9、可遠(yuǎn)距離傳熱可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)，并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高結(jié)構(gòu)緊湊流體阻損小等優(yōu)點(diǎn)其導(dǎo)熱能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力半導(dǎo)體制冷就是利用一種特制的半導(dǎo)體制冷片在通電時(shí)產(chǎn)生溫差來制冷，只要高溫端的熱量能有效的散發(fā)掉，則低溫端就不斷的被冷卻在每個(gè)半導(dǎo)體顆粒上都產(chǎn)生溫差，一個(gè)制冷片由幾十個(gè)這樣的顆粒串聯(lián)而成，從而在制冷片的兩個(gè)表面形成一個(gè)溫差利用這種溫差現(xiàn)象，配合風(fēng)冷/水冷對高溫端進(jìn)行降溫，能得到優(yōu)秀的散熱效果半導(dǎo)體制冷具有制冷溫度低可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，冷面溫度可以達(dá)到零下10以下，但是成本太高，而且可能會(huì)因溫度過低導(dǎo)致CPU結(jié)露造成短路，而且現(xiàn)在半導(dǎo)體制冷片的工藝也不成熟，不夠?qū)嵱?/p>

10、所謂化學(xué)制冷，就是使用一些超低溫化學(xué)物質(zhì)，利用它們在融化的時(shí)候吸收大量的熱量來降低溫度這方面以使用干冰和液氮較為常見比如使用干冰可以將溫度降低到零下20以下，還有一些更變態(tài)的玩家利用液氮將CPU溫度降到零下100以下（理論上），當(dāng)然由于價(jià)格昂貴和持續(xù)時(shí)間太短，這個(gè)方法多見于實(shí)驗(yàn)室或極端的超頻愛好者提高散熱片的熱傳導(dǎo)能力無論采取哪種散熱方式，都要首先解決如何高效地將熱量從熱源如CPU快速轉(zhuǎn)移到散熱本體上的問題，如對風(fēng)冷散熱而言，其需要將CPU產(chǎn)生的熱量以熱傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移到散熱片，然后由風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動(dòng)將絕大部分熱量通過對流(包括強(qiáng)制對流和自然對流)的方式帶走；對液冷散熱同樣如此在這個(gè)過程中，輻射方式直接散

11、發(fā)的熱量是極少的，而起決定作用的則是第一步，提高熱傳導(dǎo)的效率，將熱量帶離熱源要提高熱傳導(dǎo)的效率，根據(jù)Q=KAT/L的公式，熱傳導(dǎo)能力與散熱片的熱傳導(dǎo)系數(shù)接觸面積和溫差成正比，與結(jié)合距離成反比我們下面逐一對此進(jìn)行探討散熱器材質(zhì)注：在此部分我們所討論是與散熱器傳導(dǎo)能力有關(guān)的部分，即一般意義上的散熱器底座，而非整個(gè)散熱器尤其在探討風(fēng)冷散熱時(shí)這比較容易混淆，因?yàn)閷︼L(fēng)冷而言其底座與鰭片大多為一體，但這二者所承擔(dān)的功能與技術(shù)實(shí)現(xiàn)是完全不同的：散熱片的底座是與CPU接觸，其功能在于吸收熱量并將其傳導(dǎo)到具有高熱容量導(dǎo)體即鰭片，而鰭片則是傳導(dǎo)過程的終點(diǎn)，通過巨大的散熱面積與空氣進(jìn)行熱交換，最終將熱量散失到空氣中

12、，這是兩個(gè)相互獨(dú)立的部分，當(dāng)然，如何恰當(dāng)?shù)貙⒍呓Y(jié)合起來便是廠商的功力所地了CPU的Die通常不到2平方厘米，但功耗卻達(dá)到幾十上百瓦，如果不能及時(shí)將熱量傳導(dǎo)出去，熱量一旦在Die中積聚，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果對散熱器來說，最重要的是其底座能夠在短時(shí)間內(nèi)能盡可能多的吸收CPU釋放的熱量，即瞬間吸熱能力，這只有具備高熱傳導(dǎo)系數(shù)的金屬才能勝任對于金屬導(dǎo)熱材料而言，比熱和熱傳導(dǎo)系數(shù)是兩個(gè)重要的參數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)的定義為：每單位長度每K，可以傳送多少W的能量，單位為W/mK其中W指熱功率單位，m代表長度單位米，而K為絕對溫度單位該數(shù)值越大說明導(dǎo)熱性能越好以下是幾種常見金屬的熱傳導(dǎo)系數(shù)表：熱傳導(dǎo)系數(shù) (單位: W

13、/mK) 銀 429 銅 401 金 317 鋁 237 鐵 80 鉛 34.8 1070型鋁合金 226 1050型鋁合金 209 6063型鋁合金 201 6061型鋁合金 155 熱傳導(dǎo)系數(shù) (單位: W/mK) 由此可以看出，銀和銅是最好的導(dǎo)熱材料，其次是金和鋁但是金銀太過昂貴，所以，目前散熱片主要由鋁和銅制成但由于銅密度大，工藝復(fù)雜，價(jià)格較貴，所以現(xiàn)在通常的風(fēng)扇多采用較輕的鋁制成，當(dāng)然，對風(fēng)冷散熱器來說，在考慮材質(zhì)的時(shí)候除了熱傳導(dǎo)系數(shù)外，還必須考慮散熱器的熱容量，綜合這兩項(xiàng)參數(shù)，鋁的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來不過，本文只討論熱傳導(dǎo)方面，對那些我們將在下一部分詳細(xì)討論 要提高散熱器底座的熱傳導(dǎo)能

14、力，選用具有較高的熱傳導(dǎo)系數(shù)的材質(zhì)是一方面，但另一方面也要解決好熱源如CPU與散熱器底座的結(jié)合的緊密程度問題根據(jù)熱傳導(dǎo)的定律，在材質(zhì)固定的前提下，傳導(dǎo)能力與接觸面積成正比，與接觸距離成反比接觸面積越大，就能使熱量越快地散發(fā)出去，但對CPU來說其Die是固定的，所以結(jié)合距離就更顯重要盡管從理論上講，散熱片底座是能和CPU緊密接觸的，但客觀說來，無論兩個(gè)接觸面有多么平滑，它們之間還是有空隙的，即存在空氣，而空氣的導(dǎo)熱性能很差，這就需要設(shè)計(jì)優(yōu)異抓緊力強(qiáng)大的扣具來將散熱片緊密地扣在CPU上，另外，需要用一些導(dǎo)熱性能更好而且能變形的東西代替空氣來填補(bǔ)這些空隙，如導(dǎo)熱硅脂或者散熱膠帶理想的情況就是扣具將散

15、熱片緊緊固定在CPU上，散熱片和CPU的接觸完全平行以保持接觸面積最大，它們之間一些微小的空隙完全由硅脂填充以保持接觸熱阻最小但是，必須要明確一點(diǎn)，無論哪種導(dǎo)熱硅脂或散熱膠帶，其作用只能是輔助性的，與銅質(zhì)的散熱底座材質(zhì)相比，其熱阻大了很多倍要實(shí)現(xiàn)散熱器底座的熱傳導(dǎo)能力最大化，還要首先必須保證散熱器底座的光滑與平整，這樣才能真正減小散熱器與CPU接觸面之間的空隙散熱器底面處理工藝常用的底面處理工藝包括：拉絲工藝也是使用最多的底面處理工藝?yán)z時(shí)使用某種表面具有一定粗糙程度及硬度的工具，常見的如砂紙銼等，對物體處理表面進(jìn)行單向反復(fù)或旋轉(zhuǎn)的摩擦，借助工具粗糙表面摩擦?xí)r的剪削效果去除處理表面的凸出物；當(dāng)

16、然，磨平凸出物的同時(shí)也會(huì)在原本平整的表面上造成劃痕故而應(yīng)采用由粗到細(xì)循序漸進(jìn)的過程，逐漸減小處理表面的粗糙程度 拉絲工藝的特征 : 一條條平行的磨痕 盤銑工藝是指將散熱器底面固定之后通過高速旋轉(zhuǎn)的刀具切割散熱器表面，刀具始終在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此切割出來的底面非常平整與拉絲工藝相同，盤銑工藝使用的刀具越精細(xì)，切割出的底面的平整程度越高盤銑工藝的制造成本較高，但相對拉絲只需要兩三道工序，比較省時(shí)，并且效果也比較理想 盤銑工藝特征 : 弧形的磨痕數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于散熱片的底面平整處理主要采用的工藝仍然是銑但與傳統(tǒng)盤銑不同，數(shù)控銑床的刀具可以通過單片機(jī)精確控制與散熱片間的相對距離刀具接觸散熱片底面后，兩

17、者水平方向相對運(yùn)動(dòng)，即可對傳統(tǒng)盤銑中刀具空隙留下的未處理部分進(jìn)行切削，而達(dá)到完整的平面效果，不許任何后續(xù)處理即可獲得鏡面一般的效果，平整度可小于0.001mm除上述幾種外，還有其他對散熱器底處理的工藝，如拋光，不過，相對而言，拋光處理更多地是出于散熱器美觀方面的考慮，對散熱器底面平整度沒有太大的改善，且處理成本較高正如我們在前面所說，散熱器底面無論怎么處理，這種機(jī)械工藝不可能做出完全標(biāo)準(zhǔn)的平整面，在CPU與散熱器之間存在的溝壑或空隙總是不可避免的存在于這些空隙中的空氣對散熱器的傳導(dǎo)能力有著很大的影響，人所共知，空氣的熱阻值很高，因此必須用其他物質(zhì)來降低熱阻，否則散熱器的傳導(dǎo)性能會(huì)大打折扣，甚至

18、無法發(fā)揮作用這便是導(dǎo)熱介質(zhì)的由來它的作用就是填充熱源如CPU與散熱器之間大大小小的空隙，增大發(fā)熱源與散熱片的接觸面積導(dǎo)熱硅脂的性能參數(shù)由于導(dǎo)熱硅脂屬于一種化學(xué)物質(zhì)，因此它也有反映自身工作特性的相關(guān)性能參數(shù)只要了解這些參數(shù)的含義，就可以判斷一款導(dǎo)熱硅脂產(chǎn)品的性能高低工作溫度是確保導(dǎo)熱硅脂處于固態(tài)或液態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，溫度過高，導(dǎo)熱硅脂會(huì)因黏稠度降低而變成液態(tài)；溫度過低，它又會(huì)因黏稠度增加變成固態(tài)，這兩種情況都不利于散熱導(dǎo)熱硅脂的工作溫度一般在-50180對于導(dǎo)熱硅脂的工作溫度，一般不用擔(dān)心，畢竟通過常規(guī)手段很難將CPU的溫度超出這個(gè)范圍，除非您打算用液氮制冷那個(gè)溫度下大部分導(dǎo)熱硅脂才會(huì)失去作用與

19、常用的散熱器材質(zhì)相比，導(dǎo)熱硅脂的熱傳導(dǎo)系統(tǒng)要小很多，目前一般規(guī)范中，對導(dǎo)熱硅脂的熱傳導(dǎo)系數(shù)要求為1.13W/mK，與銅的401W/mk相比，差距不可同日而語，但與空氣相比，仍高了許多由此也可見，散熱器底面是否平滑是多么重要，某些廠商宣稱其底面不夠平整的散熱器只需靠導(dǎo)熱硅脂填充而不影響其散熱能力的說法多么無恥熱阻系數(shù)表示物體對熱量傳導(dǎo)的阻礙效果熱阻的概念與電阻非常類似，單位也與之相仿（/W），即物體持續(xù)傳熱功率為1W時(shí)，導(dǎo)熱路徑兩端的溫差熱阻顯然是越低越好，因?yàn)橄嗤沫h(huán)境溫度與導(dǎo)熱功率下，熱阻越低，發(fā)熱物體的溫度就越低熱阻的大小與導(dǎo)熱硅脂所采用的材料有很大的關(guān)系對于部分沒有金屬頂蓋保護(hù)的CPU而

20、言，介電常數(shù)是個(gè)非常重要的參數(shù)，這關(guān)系到計(jì)算機(jī)內(nèi)部是否存在短路的問題普通導(dǎo)熱硅脂所采用的都是絕緣性較好的材料，但是部分特殊硅脂(如含銀硅脂等)則可能有一定的導(dǎo)電性當(dāng)然，目前的CPU都加裝了用于導(dǎo)熱和保護(hù)核心的金屬頂蓋，因此不必?fù)?dān)心導(dǎo)熱硅脂溢出而帶來的短路問題，但在涂抹時(shí)也必須注意不要將導(dǎo)熱硅脂誤涂到其他地方如主板上主流散熱器所用導(dǎo)熱硅脂的介電常數(shù)都大于5.1黏度即指導(dǎo)熱硅脂的黏稠度一般來說，導(dǎo)熱硅脂的黏度在68左右 使用導(dǎo)熱硅脂的注意事項(xiàng)導(dǎo)熱硅脂涂抹時(shí)最重要的是均勻，能夠覆蓋CPU核心就可以，完全沒必要涂抹太多甚至厚厚一層，那樣反而會(huì)影響散熱器的性能，要清楚所謂的導(dǎo)熱硅脂的熱傳導(dǎo)系數(shù)高只是相比

21、于空氣而言，與散熱器材質(zhì)如銅甚至鋁相比，要低得多此外，大多數(shù)普通導(dǎo)熱硅脂在使用一年或更長時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)干化或硬化現(xiàn)象，大大影響散熱效果因此，要保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定地工作，定期清理并重新涂抹硅脂也是必要的 我們主要探討了如何快速將熱量帶離熱源，主要涉及熱傳遞三種基本方式中的熱傳導(dǎo)方面但對一個(gè)完整的散熱器而言，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@樣只是將熱量轉(zhuǎn)移到散熱本體上，如果不高效地將這些熱量與外界環(huán)境熱交換，散發(fā)到外界環(huán)境中去，則散熱將成為一句空話：隨著熱量在散熱本體上的積存，其散熱能力，特別是熱源與散熱器底座的傳導(dǎo)能力，將急速下降，試想一下極端的情況，一旦散熱本體的溫度與熱源的溫度相當(dāng)時(shí)，無論散熱器材質(zhì)的熱

22、傳導(dǎo)系數(shù)多高，都無法將熱量從熱源中帶出了要提高散熱效率，這時(shí)候需要考慮主要涉及兩個(gè)方面，1，在從熱源帶走同樣熱量的前提下，如何盡量減小散熱器自身溫度的上升幅度，比如說同樣的熱量，使得散熱器A自身的溫度上升20度，而散熱器B則可以只上升5度，這樣兩款散熱器的效能優(yōu)劣是顯而易見的而從熱傳導(dǎo)的基本公式為Q=KAT/L也可看出，只有散熱器自身的溫度上升速度慢下來，才能保持熱源與散熱器的溫差，從而最終保證熱傳導(dǎo)的效率這方面主要牽涉到散熱器材質(zhì)的比熱；2，如何加強(qiáng)散熱器與外部環(huán)境的熱交換能力，將熱量驅(qū)離散熱器，這方面的技術(shù)覆蓋范圍相當(dāng)廣，如風(fēng)冷通過強(qiáng)制對流的方式將熱量自散熱器帶走，而被動(dòng)散熱則往往巨大的散

23、熱面積與空氣進(jìn)行熱交換，等等本文將主要以風(fēng)冷散熱器為例分析相應(yīng)的技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)策略，當(dāng)然其中的大部分的探討同樣也適用于被動(dòng)散熱水冷與熱管等散熱技術(shù)至于對其他散熱方式如水冷熱管等的的探討將放到本文的下一部分，到時(shí)候再詳細(xì)探討與外界環(huán)境的不同熱交換方式的實(shí)現(xiàn)散熱器材質(zhì)的比熱在本文的第一部分中，我們曾探討了散熱器材質(zhì)的傳導(dǎo)能力，但是，正如上面所言，對散熱器而言，比熱也是必須考慮的技術(shù)指標(biāo)，高比熱的材質(zhì)，可以在一定程度上保證散熱器不致因熱源產(chǎn)生的熱量不斷傳來，不致隨工作時(shí)間的延長而迅速降低散熱能力比熱在一定程度上代表物體的容熱能力在物理學(xué)中，對比熱的定義為：單位質(zhì)量需要輸入多少能量才能使溫度上升一攝氏

24、度，其單位為卡/(千克C)以下是幾種常見物質(zhì)的比熱表：散熱器材質(zhì)的比熱 單位: 卡/(千克C)水1000 鋁217 鐵113 銅93 銀56 鉛31我們看到，水的比熱遠(yuǎn)高于金屬，有更強(qiáng)的容熱能力，也正因?yàn)榇耍渫兄錾纳嵝Ч?，?dāng)然，這也與水冷系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)的效率有關(guān)，在此暫不贅述散熱器與環(huán)境的熱交換當(dāng)熱量傳到散熱器的頂部后，就需要盡快地將傳來的熱量散發(fā)到周邊環(huán)境中去，對風(fēng)冷散熱器而言就是要與周圍的空氣進(jìn)行熱交換這時(shí)，熱量是在兩種不同介質(zhì)間傳遞，所依循的公式為Q= X A X T，其中T為兩種介質(zhì)間的溫差，即散熱器與周圍環(huán)境空氣的溫度差；而為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，在散熱片材質(zhì)和空氣成分確定后

25、，它就是一個(gè)固定值；其中最重要的A是散熱片和空氣的接觸面積，在其他條件不變的前提下，如散熱器的體積一般都會(huì)有所限制，機(jī)箱內(nèi)的空間有限，過大會(huì)加大安裝的難度，而通過改變散熱器的形狀，增大其與空氣的接觸面積，增加熱交換面積，是提高散熱效率的有效手段要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，一般通過用鰭片式設(shè)計(jì)輔以表面粗糙化或螺紋等辦法來增大表面積當(dāng)熱量傳遞給空氣后，和散熱片接觸的空氣溫度會(huì)急速上升，這時(shí)候，熱空氣應(yīng)該盡可能和周圍的冷空氣通過對流等熱交換方式來將熱量帶走，對風(fēng)冷散熱器來說，最主要的手段便是提高空氣流動(dòng)的速度，使用風(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對流這點(diǎn)主要和風(fēng)扇的設(shè)計(jì)和風(fēng)速有關(guān)，散熱器風(fēng)扇的效能(例如流量風(fēng)壓)主要取決于風(fēng)扇扇葉

26、直徑軸向長度風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和扇葉形狀風(fēng)扇的流量大都采用 CFM為單位(英制，立方英尺/分鐘)，一個(gè)CFM大約為0.028mm3/分鐘的流量散熱器材質(zhì)的選擇需要指出的是，在本系列文章中，為說明方便，在散熱器材質(zhì)方面，我們分別從提高熱量從熱源轉(zhuǎn)移到散熱器的效率，即選擇具有高傳導(dǎo)能力的材質(zhì)，和提高散熱器的容熱能力，即選擇高比熱的材質(zhì)，兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行探討，不過，在實(shí)際散熱器的設(shè)計(jì)中，對應(yīng)的二者之間的選擇則不是分離的，尤其在中低端風(fēng)冷散熱器的設(shè)計(jì)中，出于降低成本的目的，更多的是將二者綜合起來考慮，通過使用熱傳導(dǎo)能力和比熱兩方面相對均衡的一種材質(zhì)達(dá)到相對尚可的效果當(dāng)然，對高端散熱器而言，僅僅使用一種材質(zhì)則未必達(dá)到

27、理想的性能指標(biāo)，則需考慮使用熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)的材質(zhì)與比熱較大的材質(zhì)等至少兩種以上材質(zhì)結(jié)合一般說來，普通風(fēng)冷散熱器自然要選擇金屬作為散熱器的材料對所選用的材料，希望其同時(shí)具有高比熱和高熱傳導(dǎo)系數(shù)，鋁的這兩個(gè)參數(shù)都居于前列，是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的選擇由于鋁具有密度小，延展性好，易于加工等特點(diǎn)，當(dāng)然，價(jià)格遠(yuǎn)比銅之類便宜，所以目前絕大多數(shù)散熱器都采用鋁作為主要材料不過，純鋁硬度不足，切削性能差，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，廠商門為了保證產(chǎn)品有適當(dāng)?shù)挠捕?，都采用鋁合金來制造實(shí)際產(chǎn)品(鋁約占總成分的98%)，當(dāng)然摻雜了其他金屬會(huì)導(dǎo)致散熱性能有所降低，不過，鋁優(yōu)良的導(dǎo)熱能力在鋁合金身上基本上得到保留相比較而言，銅和鋁合金二者同

28、時(shí)各有其優(yōu)缺點(diǎn)：銅的導(dǎo)熱性好，但價(jià)格較貴，加工難度較高，重量過大，且銅制散熱器熱容量較小，而且容易氧化另一方面純鋁太軟，不能直接使用，都是使用的鋁合金才能提供足夠的硬度，鋁合金的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，重量輕，但導(dǎo)熱性比銅就要差很多純鋁散熱器是早期最為常見的散熱器，其制造工藝簡單，成本低，到目前為止，純鋁散熱器仍然占據(jù)著相當(dāng)一部分市場為增加其鰭片的散熱面積，純鋁散熱器最常用的加工手段是鋁擠壓技術(shù)，而評價(jià)一款純鋁散熱器的主要指標(biāo)是散熱器底座的厚度和Pin-Fin比Pin是指散熱片的鰭片的高度，F(xiàn)in是指相鄰的兩枚鰭片之間的距離Pin-Fin比是用Pin的高度(不含底座厚度)除以Fin，Pin-Fin 比

29、越大意味著散熱器的有效散熱面積越大，代表鋁擠壓技術(shù)越先進(jìn)銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)是鋁的1.69倍，所以在其他條件相同的前提下，純銅散熱器能夠更快地將熱量從熱源中帶走不過銅的質(zhì)地是個(gè)問題，很多標(biāo)榜純銅散熱器其實(shí)并非是真正的100的銅在銅的列表中，含銅量超過99的被稱為無酸素銅，下一個(gè)檔次的銅為含銅量為85以下的丹銅目前市場上大多數(shù)的純銅散熱器的含銅量都在介于兩者之間而一些劣質(zhì)純銅散熱器的含銅量甚至連85都不到，雖然成本很低，但其熱傳導(dǎo)能力大大降低，影響了散熱性此外，銅也有明顯的缺點(diǎn)，成本高，加工難，散熱器質(zhì)量太大都阻礙了全銅散熱片的應(yīng)用紅銅的硬度不如鋁合金AL6063，某些機(jī)械加工(如剖溝等)性能不如鋁；

30、銅的熔點(diǎn)比鋁高很多，不利于擠壓成形( Extrusion )等等問題雖然，目前最常用的散熱片材料是銅和鋁合金，鋁合金容易加工，成本低，是應(yīng)用最多的材料，而銅較高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，使得其瞬間吸熱能力比鋁合金好，但散熱的速度就較鋁合金要慢因此，無論純銅純鋁還是鋁合金散熱器，都有一個(gè)致命的缺陷：由于只使用一種材質(zhì)，雖然基本的散熱能力能夠滿足輕度散熱的需要，但由于無法很好地均衡熱傳導(dǎo)能力和熱容量能力兩個(gè)方面的要求，在散熱要求較高的場合便未免有些力不從心了銅鋁結(jié)合技術(shù)在考慮了銅和鋁這兩種材質(zhì)各自的缺點(diǎn)后，目前市場部分高端散熱器往往采用銅鋁結(jié)合制造工藝，這些散熱片通常都采用銅金屬底座，而散熱鰭片則采用鋁合金，

31、當(dāng)然，除了銅底，也有散熱片使用銅柱等方法，也是相同的原理憑借較高的導(dǎo)熱系數(shù)，銅制底面可以快速吸收CPU釋放的熱量；鋁制鰭片可以借助復(fù)雜的工藝手段制成最有利于散熱的形狀，并提供較大的儲(chǔ)熱空間并快速釋放，這在各方面找到了的一個(gè)均衡點(diǎn)熱量從CPU核心散發(fā)到散熱片表面，是一個(gè)熱傳導(dǎo)過程對于散熱片的底座而言，由于直接與高熱量的小面積熱源接觸，這就要求底座能夠迅速將熱量傳導(dǎo)開來散熱片選用較高熱傳導(dǎo)系數(shù)的材料對提高熱傳導(dǎo)效率很有幫助通過熱傳導(dǎo)系統(tǒng)對照表可以看出，如鋁的熱傳導(dǎo)系數(shù)237W/mK，銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)則為401W/mK，而比較同樣體積的散熱器，銅的重量是鋁的3倍，而鋁的比熱僅為銅的2.3倍，所以相同體

32、積下，銅質(zhì)散熱器可以比鋁質(zhì)散熱器容納更多的熱量，升溫更慢同樣厚度的散熱器底座，銅不但可以快速引走熱源如CPU Die的溫度，自己的溫度上升也比鋁的散熱片緩慢因此銅更適合做成散熱器的底面不過，這兩種金屬的結(jié)合比較困難，銅和鋁之間的親和力較差，如果接合處理不好，便會(huì)產(chǎn)生較大的介面熱阻(即兩種金屬之間由于不充分接觸而產(chǎn)生的熱阻)在實(shí)際設(shè)計(jì)和制造中，廠商總是盡可能降低介面熱阻，揚(yáng)長避短，往往這也體現(xiàn)了廠商的設(shè)計(jì)能力與制造工藝常見的銅鋁結(jié)合工藝包括：扦焊是采用熔點(diǎn)比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為焊料，在低于母材熔點(diǎn)而高于焊料熔點(diǎn)的溫度下，利用液態(tài)焊料潤濕母材，填充接頭間隙，然后冷凝形成牢固接合界面的焊接方法主

33、要工序有：材料前處理組裝加熱焊接冷卻后處理等工序常用的扦焊方式是錫扦焊,鋁表面在空氣中會(huì)形成一層非常穩(wěn)定的氧化層(AL2O3),使銅鋁焊接難度較高,這是阻礙焊接的最大因素必須要將其去除或采用化學(xué)方法將其去除后并電鍍一層鎳或其它容易焊接的金屬，這樣銅鋁才能順利焊接在一起散熱片上的銅底是進(jìn)行熱的傳導(dǎo)，要求的不僅是機(jī)械強(qiáng)度，更重要的是焊接的面積要大(焊著率要高)，才能有效地提升散熱效能，否則不斷不會(huì)提升散熱效能，反而會(huì)使其比全鋁合金的散熱片更加糟糕貼片工藝是將薄銅片通過螺絲與鋁制底面結(jié)合，這樣做的主要目的是增加散熱器的瞬間吸熱能力，延長一部分本身設(shè)計(jì)成熟的純鋁散熱器的生命周期經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)：在鋁散熱片

34、底部與銅塊之間使用高性能導(dǎo)熱介質(zhì)，施加80Kgf的力壓緊后用螺絲將其鎖緊，其散熱效果與銅鋁焊接的效果相當(dāng)，同樣達(dá)到了預(yù)計(jì)的散熱效能提升幅度這種方法較焊接簡單, 而且品質(zhì)穩(wěn)定，制程簡單，投入設(shè)備成本較焊接低，不過只是作為改進(jìn)，所以性能提升不明顯雖然有散熱膏填充，銅片與鋁底之間的不完全接觸仍然是熱量傳遞的最大障礙制造的主要工序有：銅片裁切校平(平面度小于0.1mm鉆孔涂抹導(dǎo)熱介質(zhì)鉆孔攻牙清洗強(qiáng)力預(yù)壓程序兩段式鎖合作業(yè)定扭力鎖螺絲貼片工藝的重點(diǎn)在于控制好銅鋁平面度和粗糙度，以及鎖螺絲的扭力等因素，即可得到一定的效能提升，是一種不錯(cuò)的銅鋁結(jié)合方式如果使用的導(dǎo)熱介質(zhì)性能低劣，或是銅塊平整度不良，熱量就不

35、能順利地傳導(dǎo)至鋁的散熱片表面，使散熱效果大打折扣另外，螺絲的鎖合力和銅材的純度不夠，都是不良的影響因素銅鋁結(jié)合技術(shù)塞銅方式主要有兩種，一種是將銅片嵌入鋁制底板中，常見于用鋁擠壓工藝制造的散熱器中由于鋁制散熱器底部的厚度有限，嵌入銅片的體積也受到限制增加銅片的主要目的是加強(qiáng)散熱器的瞬間吸熱能力，而且與鋁制散熱器的接觸也很有限，所以大多數(shù)情況下，這種銅鋁散熱器比鋁制散熱器的效果好不了多少，在接觸不良的情況下，甚至為妨礙散熱還有一種是將銅柱嵌入鰭片呈放射狀的鋁制散熱器中Intel原裝散熱器就是采用了這樣的設(shè)計(jì)銅柱的體積較大，與散熱器的接觸較為充分采用銅柱后，散熱器的熱容量和瞬間吸熱能力都能增長這種設(shè)

36、計(jì)也是目前OEM采用較多的比較少見的三角底座塞銅工藝在制造中一般通過如下方式實(shí)現(xiàn)：機(jī)械式壓合機(jī)械式壓合方式是將一塊直徑尺寸大于鋁孔徑的銅塊，通過機(jī)械的方式，將其壓合在一起，因?yàn)殇X有延展性，所以銅可以在常溫下與鋁質(zhì)散熱片結(jié)合，這種方式的結(jié)合的效果也是比較可觀，但有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是銅在被擠壓進(jìn)入鋁孔的過程中，鋁孔內(nèi)表面容易被銅刮傷，嚴(yán)重影響熱的傳導(dǎo)這要通過合理搭配過盈量以及優(yōu)化設(shè)計(jì)銅塊的形狀來避免此類問題的產(chǎn)生熱脹冷縮結(jié)合在鋁的散熱片底部加工一個(gè)直徑=D1的圓孔，另外做一個(gè)直徑=D1+0.1MM 的銅柱，利用金屬材料的熱脹冷縮特點(diǎn)，將鋁質(zhì)散熱片加熱至400，其受熱膨脹圓孔直徑擴(kuò)張至D1+0.2M

37、M以上利用專門機(jī)器在高溫下將常溫(或冷卻后的)銅柱快速塞入鋁質(zhì)散熱片之圓孔內(nèi)，待其冷卻收縮后，銅柱與鋁質(zhì)散熱片就能緊密結(jié)合一體這也是一種可靠的方法，其銅鋁穩(wěn)定性很高，由于沒有使用第三方介質(zhì)，結(jié)合緊密度最佳塞銅工藝可以大幅度降低接觸面間的熱阻，不但保證了銅鋁結(jié)合的緊密程度，更充分利用了兩種金屬材料的散熱特性但要注意銅柱和圓孔的直徑尺寸及表面粗糙度的品質(zhì)控制，這些會(huì)對其散熱效果有一定的影響在經(jīng)過塞銅工藝處理后，散熱器底面往往還要經(jīng)過銑和磨處理銑工藝針對塞銅處理中的銅芯磨工藝則針對整個(gè)散熱片底部進(jìn)行磨平處理鍛造工藝主要由ALPHA公司掌握，其是在金屬的特殊物理狀態(tài)(降伏狀態(tài))下用高壓將其壓入鍛造模具

38、，并在模具上預(yù)置銅塊，塞入降伏態(tài)的鋁中由于降伏態(tài)時(shí)鋁的特殊性質(zhì)(非液態(tài)，柔軟，易于加工)，銅和鋁可以完美的結(jié)合，達(dá)到中間無空隙，介面熱阻很小鍛造工藝難度大，成本高，所以成品價(jià)格高昂，屬于非主流產(chǎn)品采用這種工藝的散熱片一般都帶有許多密密麻麻的針狀鰭片這種工藝制造的散熱片樣式豐富，設(shè)計(jì)的想象空間較大，但成本也相對較高插齒工藝大膽改進(jìn)傳統(tǒng)的銅鋁結(jié)合技術(shù)先將銅板刨出細(xì)槽，然后插入鋁片，其利用60噸以上的壓力，把鋁片結(jié)合在銅片的基座中，并且鋁和銅之間沒有使用任何介質(zhì)，從微觀上看鋁和銅的原子在某種程度上相互連接，從而徹底避免了傳統(tǒng)的銅鋁結(jié)合產(chǎn)生介面熱阻的弊端，大大提高了產(chǎn)品的熱傳到能力，并且可以生產(chǎn)銅片插

39、鋁座，銅片插銅座等各種工藝產(chǎn)品，來滿足不同的散熱熱需求這種技術(shù)充分的延長了一部分銅鋁結(jié)合技術(shù)的壽命除了上面介紹的外，還有一些銅鋁結(jié)合的方法，但工藝主要都是得保證銅與鋁的熱接觸面的結(jié)合品質(zhì)否則其散熱效果還不如全鋁合金散熱片新的制程是需要不斷驗(yàn)證，不斷改進(jìn)，最終才會(huì)達(dá)成預(yù)期的效果，在選用銅鋁結(jié)合的散熱器時(shí)切不可只看外觀，只有實(shí)際對比才能買到一個(gè)品質(zhì)優(yōu)良的銅鋁結(jié)合散熱器散熱器的加工成型技術(shù)從某些角度看，散熱器的加工成型技術(shù)決定了散熱器的最終性能，也是廠商技術(shù)實(shí)力的最重要體現(xiàn)目前散熱器的主流成型技術(shù)多為如下幾類：鋁擠壓技術(shù)簡單的說就是將鋁錠高溫加熱至約 520540，在高壓下讓鋁液流經(jīng)具有溝槽的擠型模

40、具，作出散熱片初胚，然再對散熱片初胚進(jìn)行裁剪剖溝等處理后就做成了我們常見到的散熱片鋁擠壓技術(shù)較易實(shí)現(xiàn)，且設(shè)備成本相對較低，也使其在前些年的低端市場得到廣泛的應(yīng)用一般常用的鋁擠型材料為 AA6063，其具有良好熱傳導(dǎo)率(約160180 W/m.K)與加工性不過由于受到本身材質(zhì)的限制散熱鰭片的厚度和長度之比不能超過1：18，所以在有限的空間內(nèi)很難提高散熱面積，故鋁擠散熱片散熱效果比較差，很難勝任現(xiàn)今日益攀升的高頻率CPU除鋁擠壓技術(shù)外，另一個(gè)常被用來制造散熱片的制程方式為鋁壓鑄，通過將鋁錠熔解成液態(tài)后，填充入金屬模型內(nèi)，利用壓鑄機(jī)直接壓鑄成型，制成散熱片，采用壓注法可以將鰭片做成多種立體形狀，散熱

41、片可依需求作成復(fù)雜形狀，亦可配合風(fēng)扇及氣流方向作出具有導(dǎo)流效果的散熱片，且能做出薄且密的鰭片來增加散熱面積，因工藝簡單而被廣泛采用一般常用的壓鑄型鋁合金為ADC12，由于壓鑄成型性良好，適用于做薄鑄件，但因熱傳導(dǎo)率較差(約 96 W/m.K)，現(xiàn)在國內(nèi)多以 AA1070 鋁料來做為壓鑄材料，其熱傳導(dǎo)率高達(dá) 200 W/m.K 左右，具有良好的散熱效果不過，以 AA1070 鋁合金壓鑄散熱器存在著一些其自身無法克服的先天不足： (1)壓鑄時(shí)表面流紋及氧化渣過多，會(huì)降低熱傳效果 (2)冷卻時(shí)內(nèi)部微縮孔偏高，實(shí)質(zhì)熱傳導(dǎo)率降低(K200 W/m.K) (3)模具易受侵蝕，致壽命較短 (4)成型性差，不

42、適合薄鑄件 (5)材質(zhì)較軟，容易變型 隨著CPU主頻的不斷提升，為了達(dá)到較好的散熱效果，采用壓鑄工藝生產(chǎn)的鋁質(zhì)散熱器體積不斷加大，給散熱器的安裝帶來了很多問題，并且這種工藝制作的散熱片有效散熱面積有限，要想達(dá)到更好的散熱效果勢必提高風(fēng)扇的風(fēng)量，而提高風(fēng)扇風(fēng)量又會(huì)產(chǎn)生更大的噪音散熱器的加工成型技術(shù)這類散熱器是先用鋁或銅板做成鰭片，之后利用導(dǎo)熱膏或焊錫將它結(jié)合在具有溝槽的散熱底座上結(jié)合型散熱器的特點(diǎn)是鰭片突破原有的比例限制，散熱效果好，而且還可以選用不同的材質(zhì)做鰭片此制程之優(yōu)點(diǎn)為散熱器Pin-Fin比可高達(dá)60以上，散熱效果佳，且鰭片可選用不同材質(zhì)制作其缺點(diǎn)在于利用導(dǎo)熱膏和焊錫接結(jié)合的鰭片與底座之

43、間會(huì)存在介面阻抗問題，從而影響散熱，為了改善這些缺點(diǎn)，散熱器領(lǐng)域又運(yùn)用了2種新技術(shù) 首先是插齒技術(shù)，它是利用60噸以上的壓力，把鋁片結(jié)合在銅片的基座中，并且鋁和銅之間沒有使用任何介質(zhì)，從微觀上看鋁和銅的原子在某種程度上相互連接，從而徹底避免了傳統(tǒng)的銅鋁結(jié)合產(chǎn)生介面熱阻的弊端，大大提高了產(chǎn)品的熱傳到能力其次是回流焊接技術(shù)，傳統(tǒng)的接合型散熱片最大的問題是介面阻抗問題，而回流焊接技術(shù)就是對這一問題的改進(jìn)其實(shí)，回流焊接和傳統(tǒng)接合型散熱片的工序幾乎相同，只是使用了一個(gè)特殊的回焊爐，它可以精確的對焊接的溫度和時(shí)間參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，焊料采用用鉛錫合金，使焊接和被焊接的金屬得到充分接觸，從而避免了漏焊空焊，確保了

44、鰭片和底座的連接盡可能緊密，最大限度降低介面熱阻，又可以控制每一個(gè)焊點(diǎn)的焊銅融化時(shí)間和融化溫度，保證所有焊點(diǎn)的均勻，不過這個(gè)特殊的回焊爐價(jià)格很貴，主板廠商用的比較多，而散熱器廠商則很少采用一般說來，采取這種工藝的散熱器多用于高端，價(jià)格較為昂貴可撓性制程通過先將銅或鋁的薄板，以成型機(jī)折成一體成型的鰭片，然后用穿刺模將上下底板固定，再利用高周波金屬熔接機(jī)，與加工過的底座焊接成一體，由于制程為連續(xù)接合，適合做高厚長比的散熱片，且因鰭片為一體成型，利于熱傳導(dǎo)的連續(xù)性，鰭片厚度僅有0.1mm，可大大降低材料的需求，并在散熱片容許重量內(nèi)得到最大熱傳面積為達(dá)到大量生產(chǎn)，并克服材質(zhì)接合時(shí)之接口阻抗，制程部份采

45、上下底板同時(shí)送料，自動(dòng)化一貫制程，上下底板接合采高周波熔焊接合，即材料熔合來防止接口阻抗的產(chǎn)生，以建立高強(qiáng)度緊密排列間距的散熱片由于制程連續(xù)，故能大量生產(chǎn)，且由于重量大幅減輕，效能提升，所以能增加熱傳效率 鍛造工藝就是將鋁塊加熱后將鋁塊加熱至降伏點(diǎn)，利用高壓充滿模具內(nèi)而形成的，它的優(yōu)點(diǎn)是鰭片高度可以達(dá)到50mm以上，厚度1mm以下，能夠在相同的體積內(nèi)得到最大的散熱面積，而且鍛造容易得到很好的尺寸精度和表面光潔度但鍛造時(shí)，由于冷卻塑性流變時(shí)會(huì)有頸縮現(xiàn)象，使散熱片易有厚薄高度不均的情況產(chǎn)生，進(jìn)而影響散熱效率，因金屬的塑性低，變形時(shí)易產(chǎn)生開裂，變形抗力大，需要大噸位(500噸以上)的鍛壓機(jī)械，也正因

46、為設(shè)備和模具的高昂費(fèi)用而導(dǎo)致產(chǎn)品成本極高且因設(shè)備及模具費(fèi)用高昂，除非大量生產(chǎn)否則成本過高全世界目前有能力制造出冷鍛散熱片廠商并不多，最為有名的就是日本的ALPHA，而臺灣就是Taisol，MALICO-太業(yè)科技冷鍛的優(yōu)點(diǎn)是可以在制造出散熱面積比鋁擠還大的散熱片，且因鋁擠制造過程是拉伸，所以鋁金屬組織是承水平方向擴(kuò)大，而冷緞方向是垂直壓縮的，因此對于散熱上，冷鍛占較大的優(yōu)勢，缺點(diǎn)是成本高，有技術(shù)可制造生產(chǎn)的廠商亦不多散熱器的加工成型技術(shù)刨床式制程即先以擠型方式做出帶有凹槽之長條狀的胚子，再使用特殊的刀具，將初胚削出一層層的鰭片出來，其散熱鰭片的厚度可薄至 0.5mm 以下，且鰭片與底板是一體成型

47、，從而避免接口阻抗這一多材質(zhì)結(jié)合時(shí)的大麻煩其缺點(diǎn)則是，在成型的過程中，由于材料應(yīng)力集中，鰭片與底板接合處會(huì)產(chǎn)生肉眼不易察覺的裂縫，進(jìn)而影響散熱器的散熱性能，且由于廢料量產(chǎn)能力及次品率等問題，使得制作成本較高切削技術(shù)則是對一整塊金屬進(jìn)行一次性切削，形成很薄很密散熱鰭片，從而有效地增加了散熱面積由于要進(jìn)行切削，金屬的硬度不能太高，所以鋁的含量會(huì)比普通鋁合金散熱片稍高，成型后的散熱器質(zhì)量很輕，安裝方便這種技術(shù)雖然原料成本與普通壓鑄成型的散熱器相當(dāng)，但工藝要求高，加工困難，因此產(chǎn)品并不多精密切割技術(shù)是將一塊整體的型材(鋁/銅)，根據(jù)需要用特殊的切割機(jī)床在基座上切割出指定間距的散熱鰭片相比傳統(tǒng)的鋁擠壓工

48、藝，精密切割技術(shù)可以在單位體積內(nèi)切割出更大的散熱面積(增加50%以上)精密切割技術(shù)切割出的散熱片表面會(huì)形成粗顆粒，這種粗顆粒可以使散熱片和空氣的接觸面更大，提升散熱效率精密切割的最大優(yōu)勢是散熱器屬于整體切割成型，散熱鰭片和散熱底座結(jié)合為一體，精密切割技術(shù)制造的散熱片不存在介面熱阻的問題，熱傳導(dǎo)效率非常高擴(kuò)展結(jié)合工藝跟插齒工藝有些類似，先將鋁或銅板做成鰭片，在高溫下將鰭片插入帶溝槽的散熱器底部，不過擴(kuò)展結(jié)合工藝在插入鰭片的同時(shí)還要塞入一個(gè)短銅片以產(chǎn)生過盈連接并提高散熱鰭片與散熱器底部的連接面積，來減小接觸熱阻，該工藝的接觸熱阻非常不錯(cuò)，該工藝已經(jīng)被不少日系廠商所采用散熱器的加工成型技術(shù)Fold

49、FIN(金屬折葉)技術(shù)在原理上與Skiving技術(shù)類似，是將單片的鰭片排列在特殊材料焊接的散熱片底板上，由于鰭片可以達(dá)到很薄，鰭片間距也非常大，在單位面積可以使有效散熱面積倍增，從而大大提高散熱效果一般說來，折葉工藝并非一項(xiàng)單獨(dú)的制造工藝，它往往伴隨回流焊接工藝使用折葉工藝可以更好的控制焊接的精度，同時(shí)提高鰭片的強(qiáng)度折葉后鰭片之間相互連接，還可以改善熱量傳遞Fold FIN技術(shù)也很復(fù)雜，一般廠家很難保證金屬折葉和底部接觸緊密，如果這點(diǎn)做得不好，散熱效果會(huì)大打折扣而在目前的表表者當(dāng)屬ZALMAN公司的一系列產(chǎn)品了，其制造的散熱器有著散熱效果好和低噪音的相結(jié)合效果要安裝這么密集的鰭片而保持與底座良

50、好的熱傳遞性能的確不容易，為了降低鰭片的安裝難度，不少散熱器采用了折疊鰭片的辦法將眾多的銅片或鋁片疊加起來，將其中一個(gè)側(cè)面加壓并拋光與CPU核心接觸，另一側(cè)面伸展開來作為散熱片的鰭片壓固法制作的散熱器其特點(diǎn)是鰭片數(shù)量可以做的很多，而且不需要很高的工藝就能保證每個(gè)鰭片都能與CPU核心保持良好的接觸而各個(gè)鰭片之間也通過壓固的方式有著緊密的接觸，彼此之間的熱量傳導(dǎo)損失也會(huì)明顯降低，因此這種散熱器的散熱效果往往不錯(cuò)水冷散熱系統(tǒng)的原理首先讓我們來看一下水冷散熱不過，在討論之前，先來明確一下概念：雖然我們很多時(shí)候?qū)⑺渖崤c液冷散熱等同起來，但嚴(yán)格意義上說，二者還是有區(qū)別的，水冷散熱只是液冷散熱系統(tǒng)中散熱

51、介質(zhì)使用水的一個(gè)子集，而除水之外，還有其他很多介質(zhì)可用于液冷散熱系統(tǒng)，只不過由于水價(jià)格便宜易于獲得，水冷散熱在中低端領(lǐng)域應(yīng)用得較為廣泛罷了從技術(shù)角度看，水冷(液冷)散熱系統(tǒng)的工作原理很簡單：就是利用水泵把水從儲(chǔ)水器中抽出來，通過水管流進(jìn)水箱，然后再在水箱的另外一個(gè)口出來，通過水管流回儲(chǔ)水器，就這樣不斷循環(huán)，把熱量從熱源如CPU的表面帶走水冷系統(tǒng)一般由以下幾部分構(gòu)成：熱交換器循環(huán)系統(tǒng)水箱水泵和水，根據(jù)需要還可以增加散熱結(jié)構(gòu)其中，熱交換器是整個(gè)水冷系統(tǒng)的核心，水冷系統(tǒng)的效率在很大程度上由它來決定，這也是整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)思最巧妙的部分循環(huán)系統(tǒng)分別將水送進(jìn)和排出熱交換器，而進(jìn)水管的另外一端與水泵連接水泵放在

52、儲(chǔ)水的水桶或其它結(jié)構(gòu)的水箱中，出水管將送出的熱水重新排放到水箱中如果需要，出水管里的熱水先經(jīng)過散熱系統(tǒng)降為室溫后再排放回水箱水冷散熱的效果從理論上來說，風(fēng)冷散熱通過風(fēng)扇和散熱片把機(jī)箱內(nèi)熱源如CPU產(chǎn)生的熱量與周圍空氣進(jìn)行熱交換，其理想狀況頂多能讓CPU降至機(jī)箱的環(huán)境溫度這個(gè)溫度比起碼機(jī)箱外高 510（夏天，全封閉，CPU散發(fā)熱量仍然滯留在機(jī)箱內(nèi)，不然機(jī)箱為何提全程互動(dòng)散熱通道的概念？），而水冷系統(tǒng)則通過管道把CPU表面溫度帶到機(jī)箱外直接和箱外空氣作熱交換（有個(gè)技術(shù)名詞叫熱量的定向轉(zhuǎn)移），因?yàn)橥ǔＳ写T大的散熱片，所以效率很高，機(jī)箱內(nèi)的熱量的最大熱源轉(zhuǎn)移到箱外，剩余的熱量依靠機(jī)箱自然對流結(jié)構(gòu)完全實(shí)

53、現(xiàn)箱體內(nèi)部溫度平衡水冷的散熱效果要比風(fēng)冷系統(tǒng)好，一般的水冷散熱效果，與較好的風(fēng)扇散熱溫度相比還要低最少10度；水冷系統(tǒng)因?yàn)闆]有風(fēng)扇，所以不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，因此也比較安靜水冷散熱的技術(shù)解析也許有些人會(huì)問，水的導(dǎo)熱系數(shù)是非常低的，為什么水冷系統(tǒng)的散熱效率能夠很高呢？首先，正如在散熱的原理與技術(shù)解析-上中的解釋，對傳導(dǎo)性能要求較高的地方在于散熱器底座，而對交換介質(zhì)而言性能則更多地體現(xiàn)在熱容量方面，而水的熱容量是空氣的數(shù)千倍，所以水冷系統(tǒng)的熱負(fù)載能力很大，相當(dāng)于風(fēng)冷系統(tǒng)的5倍，導(dǎo)致的直接好處就是CPU工作溫度曲線非常平緩比如，使用風(fēng)冷散熱器的系統(tǒng)在運(yùn)行CPU負(fù)載較大的程序時(shí)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)溫度熱尖峰，或有

54、可能超出CPU警戒溫度，而水冷散熱系統(tǒng)則由于熱容量大，熱波動(dòng)相對要小得多 其次，盡管水的導(dǎo)熱性能確實(shí)很差，但流動(dòng)中的水就完全不一樣了，它與水的流速成正比，水流速度越快，那么散熱效果越好為使水的流速加快，我們應(yīng)注意水泵的水壓是否足夠一般水泵的功率越大，水壓就越大，水泵散發(fā)出來的熱量也就越多在水泵功率一定的情況下，水桶中水平面與水管的最高點(diǎn)的距離越大，水的流速將越慢，這將降低水的導(dǎo)熱性，所以應(yīng)盡量使水平面與水管的最高點(diǎn)的距離小一些 下面，我們舉例來看為什么使用水冷方式能夠有效地進(jìn)行散熱假設(shè)CPU功率為40W，在一小時(shí)就可產(chǎn)生860.07640=3443.04卡的熱量，如果流經(jīng)水冷器的水量=100升

55、/小時(shí)，在不考慮其它方面散熱的情況下，可以讓水溫上升0.344度所以水量太少會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)水冷器的水不足以帶走CPU上的熱量，那是否水量越多越好呢答案是肯定的，但在不影響水溫的情形下，我們應(yīng)選用適量的水，而不應(yīng)只求水量的多如果CPU的功率為40W左右，并用15升 的水不加風(fēng)扇，塑料筒裝水使用10W的沉水泵，在室溫為25度時(shí)，經(jīng)過2小時(shí)以后，水溫上升3度，并達(dá)到平衡狀態(tài)水冷散熱的缺陷與不足雖然水冷散熱具有功率消耗較小工作噪聲很小可以利用多種方式完成散熱過程的優(yōu)勢，但是其安裝過程對大多數(shù)用戶而言過于復(fù)雜，這是影響它普及的一個(gè)主要因素 在水冷散熱器剛出現(xiàn)的階段，有些廠商預(yù)測未來將是水冷的天下但是經(jīng)過了這

56、么長時(shí)間，水冷仍然只在少部分用戶中使用，而未躋身主流行列究其原因，雖然從散熱性能上看還是以水冷占優(yōu)勢，但是它價(jià)格偏高，占空間大，且水(或者其它替代液體)會(huì)有變質(zhì)和內(nèi)部材料氧化的問題此外，在使用水冷方式散熱時(shí)，一定要注意水氣凝結(jié)現(xiàn)象水氣凝結(jié)現(xiàn)象是由于空氣中的水分遇冷后聚集起來，最后變成水珠在常溫下的水冷系統(tǒng)中，是不會(huì)出現(xiàn)水氣凝結(jié)現(xiàn)象的，但如果使用冰水或搭配致冷器使用，水氣凝結(jié)就可能發(fā)生，這將造成死機(jī)或硬件損壞，所以是不能忽視的但只要我們做好相應(yīng)的措施，水氣凝結(jié)就可以避免發(fā)生熱管散熱簡介水冷散熱不能走向主流，除水冷自身缺點(diǎn)以外，另一個(gè)主要原因則是熱管散熱技術(shù)的普遍運(yùn)用當(dāng)熱管進(jìn)入到PC領(lǐng)域后，傳熱材

57、料的散熱技術(shù)獲取了突破從而令人們放棄了水冷熱管散熱基礎(chǔ)知識熱管散熱是一種利用相變過程中要吸收/散發(fā)熱量的性質(zhì)來進(jìn)行冷卻的技術(shù)，1963年由美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室的G.M.Grover發(fā)明，并率先由IBM最初引入筆記本中雖然熱管的出現(xiàn)已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，而在PC散熱領(lǐng)域被廣泛采用還是近些年的事，但發(fā)展迅猛小到CPU散熱器顯卡散熱器，大到機(jī)箱，我們都可以看到熱管的身影從使用角度看，熱管具有熱傳遞速度極快的優(yōu)點(diǎn)，安裝至散熱器中可以有效的降低熱阻值，增加散熱效率熱管，又稱熱之超導(dǎo)體其核心作用是導(dǎo)熱它通過在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的汽液相變來傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性，高達(dá)純銅導(dǎo)熱能力的上百倍但和世間所有凡物一樣，熱管個(gè)體之間的性能差異也是巨大的熱管的長度毛細(xì)結(jié)構(gòu)毛細(xì)結(jié)構(gòu)做工填充物體積和配料都會(huì)影響到熱管的導(dǎo)熱量此外，配合熱管使用的散熱片面積和與熱管間的嵌套工藝將直接影響到整個(gè)散熱器的散熱效果因此，并不是所有的熱管散熱器都能給你的CPU帶來清涼從技術(shù)角度看，熱