散熱技術可編輯

散熱技術面面觀四、散熱技術面面觀

1、散熱方式與產品分類

CPU散熱其實就是一個熱傳遞的過程，目的是將CPU產生的熱量帶到其它介質上，將CPU溫度控制在一個穩(wěn)定范圍之內。根據我們生活的環(huán)境，CPU的熱量最終是要發(fā)散到空氣當中。而在這之間的熱傳遞過程，就是散熱器所要扮演的角色了。

目前所有的散熱器都以熱傳導、熱對流為主要方式進行散熱，還沒有聽說能以熱輻射為主要方式對芯片進行降溫的產品。根據熱傳導、熱對流手段的不同，可以將散熱器產品分為主動與被動兩種方式。主動的含義是，有與發(fā)熱體無關的能源參與進行強制散熱，比如風扇、液冷中的水泵，相變制冷中的壓縮機，這些散熱手段的普遍特點是效率高，但同時也需要其它能源的輔助。與之相反，被動的意思就好理解了，就是僅依靠發(fā)熱體或散熱片的自行發(fā)散來進行降溫。

在本專題中，我們所介紹的產品全部為主動式散熱器，目前的產品類型包括有：風冷、液冷、干冰、液氮與壓縮機制冷。以下分別詳細介紹。

2、風冷散熱技術

由于實現成本低廉，風冷散熱是最常見的散熱技術。其制造相對簡單，就是使用風扇帶走散熱器所吸收的熱量。具有價格相對較低，安裝簡單等優(yōu)點。一個高風量的風扇＋高導熱效率材料的散熱片就可以組成一個性能不錯的CPU風冷散熱器。散熱器工作模式示意圖

傳統(tǒng)風冷散熱器的基本結構，分為風扇、扣具、散熱片（鰭片部分）、散熱片（底板部分）這四大部分。其中，散熱片的技術是最重要的，要涉及到材料、工藝、結構等等方面，也是我們要重點討論的部分。風扇的性能也不可忽視，包括了風量、風壓、噪音、使用壽命等要素。最后，我們還要分析扣具的類型。材料

在散熱片材料的選取上，主要考慮以下三方面的：

1.導熱性能好——導熱性是一個比較籠統(tǒng)的說法，包括了熱傳導系數、比熱等等概念。相對其它固體材料，金屬的導熱性決定了它更適合用于散熱器制造；比如銅的導熱快，鋁的散熱快等，這都是有金屬本身的特性決定的。

2.易于加工——延展性好，高溫相對穩(wěn)定，可采用各種加工工藝；

3.易獲取——雖然金屬也屬不可再生資源，但供貨量大，不需特殊工序，價格也相對低廉；

依據以上三點，就確定了散熱片所用材料類型。上文在介紹熱傳導系數與比熱值的時候，已經說明了這些問題。但在材料選取的時候，除了要綜合考慮導熱參數的高低以外，還需要兼顧到材料的機械性能與價格。

熱傳導系數很高的金、銀，由于質地柔軟、密度過大、及價格過于昂貴而無法廣泛采用；鐵則由于熱傳導率過低，無法滿足高熱密度場合的性能需要，不適合用于制作計算機空冷散熱片。銅的熱傳導系數同樣很高，可礙于硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等不利條件，在計算機相關散熱片中使用較少，但近兩年隨著對散熱設備性能要求的提高，越來越多的散熱器產品部分甚至全部采用了銅質材料。鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導系數較高、密度小、價格低而受到青睞；但由于純鋁硬度較小，在各種應用領域中通常會摻加各種配方材料制成鋁合金，借此獲得許多純鋁所不具備的特性，而成為了散熱片加工材料的理想選擇。

各種鋁合金材料根據不同的需要，通過調整配方材料的成分與比例，可以獲得各種不同的特性，適合于不同的成形、加工方式，應用于不同的領域。熱傳導系數表中列出的5種不同鋁合金中：AA6061與AA6063具有不錯的熱傳導能力與加工性，適合于擠壓成形工藝，在散熱片加工中被廣為采用。ADC12適合于壓鑄成形，但熱傳導系數較低，因此散熱片加工中通常采用AA1070鋁合金代替，可惜加工機械性能方面不及ADC12。AA1050則具有較好的延展性，適合于沖壓工藝，多用于制造細薄的鰭片。

散熱片的制造材料是影響效能的重要因素，選擇時必須加以注意！當前絕大多數的低端CPU散熱器都是采用鋁合金，原因自然是材料及制造成本低廉，性能難免會受到一定的限制；中高端散熱器為了適應目前發(fā)熱設備功率的不斷提升，增強散熱性能，則會在散熱片中不同程度的采用銅作為吸熱部件或散熱鰭片。當然，采用具有較強導熱能力的材料只是制造高效能散熱片的基礎，散熱片的材質并不能決定其整體性能，提高散熱片性能的真正精髓還是在于產品設計！下一節(jié)我們將簡要介紹散熱片設計中的一些重要因素。

結構設計

散熱片的設計是散熱片效能最重要的決定因素，也是集中體現各散熱器廠家技術實力差距的地方。從散熱的過程來看，一般分為吸熱、導熱、散熱三個步驟。熱量從CPU中產生，散熱器與CPU接觸端要及時吸取熱量，之后傳遞到散熱片上或其它介質當中，最后再將熱量發(fā)散至環(huán)境當中。因此，散熱器設計就要從這三個步驟入手，分別將吸熱、導熱、散熱的性能提升，才能獲得較好的整體散熱效果。以下我們也以這三步來分析散熱器結構設計的特點與影響散熱性能的因素。

吸熱設計：

散熱片的吸熱效果主要取決于散熱片與發(fā)熱物體接觸部分的吸熱底設計。性能優(yōu)秀的散熱片，其吸熱底應滿足四個要求：吸熱快、儲熱多、熱阻小、去熱快。

吸熱快，即吸熱底與發(fā)熱設備間熱阻小，可以迅速的吸收其產生的熱量。

為了達到這種效果，就要求吸熱底與發(fā)熱設備結合盡量緊密，令金屬材料與發(fā)熱設備直接接觸，最好能夠不留任何空隙。

儲熱多，即在去熱不良的狀態(tài)下，可以吸收較多的熱量而自身溫度升高較少。

提出此要求的目的是為了應付發(fā)熱設備功率突然提升，或風扇停轉等散熱器性能突然喪失的狀況。眾所周知，CPU、顯示核心等高速半導體芯片在滿負荷工作時所產生的熱量較閑置狀態(tài)下大幅增加；散熱器失效時，發(fā)熱設備所產生的熱量無法及時散失，情況更是危險。此類狀況中，如果散熱片吸熱底沒有一定的儲熱能力作為熱量的緩沖，散熱片與發(fā)熱設備本身的溫度都會迅速升高，輕則由于溫度的迅速變化加快設備老化，重則未能及時發(fā)動過溫保護機制導致設備燒毀。因此，散熱片的儲熱能力就是其抑制發(fā)熱設備溫度激增的能力，對散熱效果并沒有直接的影響。

熱阻小，即傳導相同功率熱量時，吸熱底與發(fā)熱設備及鰭片兩個介面間的溫差小。

散熱片的整體熱阻就是由與發(fā)熱設備的接觸面開始逐層累計而來，吸熱底內部的熱傳導阻抗是其中不可忽視的一部分。由于計算機風冷散熱器所針對的發(fā)熱設備通常體積較小，為了將吸收的熱量有效地傳導到盡量多的鰭片上，因此還需要吸熱底有較好的橫向熱傳導能力。

去熱快，即能夠將從發(fā)熱設備吸收的熱量迅速的傳導到鰭片部分，進而散失。

吸熱底與鰭片部分間的結合情況，即結合面積與熱傳導的介面阻抗，對能否達成此要求起著決定性的作用。

既然已經提出要求，在設計方面應該采取哪些措施來滿足它們呢？

1.提高與CPU接觸面的平整度。為了提升吸熱能力，希望散熱片與發(fā)熱設備緊密結合，不留任何空隙，可惜這是無法實現的。因此，應采用具有較低熱阻及較佳適應性的材料填充其中的空隙，這便是導熱膏的用武之地。但導熱膏的熱阻始終要高于加工散熱片的金屬材料，要想根本上提高散熱片吸熱底的吸熱能力，就必須提高其底面平整度。平整度是通過表面最大落差高度來衡量的，通常散熱片的底部稍經處理即可達到0.1mm以下，采用銑床或多道拉絲處理可以達到0.03mm，而CNC銑床或研磨則可以達到更好的效果，我們將在后文進行具體介紹?？傊?，散熱片的吸熱底越平整，越有利于熱量吸收，但由于無法做到完美，涂抹導熱膏成為了安裝散熱器的必須步驟。

2.材料的比熱容要高。前文中已經介紹了比熱容的概念，從中可以得知：令1千克的銅溫度升高1攝氏度需要吸收93卡的熱量，而令千克鋁溫度升高1攝氏度則需要吸收217卡的熱量。那么是否采用鋁質吸熱底的散熱片可以獲得更好的儲熱效果呢？并非如此！因為具體物體的儲熱能力還決定于其質量，具體到散熱片的吸熱底，相同體積下，就決定于材質密度——銅的密度為8933kg/m^3，鋁的密度為2702kg/m^3。不妨依下述公式計算一下銅與鋁的體積比熱容：

Cv＝ρxCm

銅的體積比熱容＝8933kg/m^3x93kl/kg*°C≈0.83x10^6kl/m^3*K

鋁的體積比熱容＝2702kg/m^3x217kl/kg*°C≈0.58x10^6kl/m^3*K

結果很清楚了，相同體積的銅與鋁材（包括各種鋁合金），發(fā)生相同的溫度變化時，銅可以比鋁多吸收約40％的熱量，即可以更好的抑制發(fā)熱設備溫度的激增。這正是中高端散熱器即便不采用全銅設計，也要采用銅鋁結合的吸熱底設計的原因。

除了材質上選擇具有更高“體積比熱容”的材料外，還可以在吸熱底的形狀設計上進行發(fā)揮——保持吸熱底厚度不變，增大底面積，或者保持底面積不變，增加吸熱底的厚度，都可以增大吸熱底體積，進而提高熱容量。

3.材料的熱傳導系數要高。要降低吸熱底內部熱阻，采用熱傳導系數更高的銅的確是比鋁合金更好的選擇，也正是目前許多中高端散熱器所采用的方法。確定了吸熱底的材質，還可以通過調整吸熱底的形狀設計改變其熱阻。此時，就面臨著吸熱底縱向與橫向熱阻的平衡問題。

根據熱傳導的基本常識——截面積越大，熱阻越小，厚度越大，熱阻越大。具體到吸熱底的形狀設計——面積越大，厚度越薄，縱向熱阻越?。幌喾?，厚度越厚，橫向熱阻越小，鰭片的有效連接面積越大?？v向與橫向熱阻分別對吸熱底的形狀提出了互相矛盾的要求，這就需要設計者在其中作出權衡，選擇合適的面積、厚度與形狀，令縱向與橫向熱阻都可達到要求，如果沒能尋找到合適的平衡點，則可能出現一些對導熱甚至散熱片整體性能造成嚴重不利影響的情況：

厚度大，面積小——橫向熱阻小，可有效利用連接其上的鰭片，但縱向熱阻大，增加了散熱片的整體熱阻，不利于整體性能提高。

厚度小，面積大——縱向熱阻小，但橫向導熱截面（與底面垂直）狹小，橫向熱阻大，外圍大量與底面連接的鰭片無法發(fā)揮作用，形同虛設，實際縱向導熱面積并不大。

上文只是針對傳統(tǒng)的平板型吸熱底+直立鰭片設計，目前可以說已經被設計人員完全“吃透”了，通常產品設計都采用了適當的面-高比。但隨著性能需求的提高，設計人員開始跳出這種設計的限制，采用一些更符合熱力學原理的吸熱底形狀設計，減小熱阻，并針對集中發(fā)熱位置（例如CPU核心），采用大熱容量的特別設計。例如一些銅鋁結合散熱片的銅柱+放射狀鰭片，以及一些在原有平板型基礎上進行改進的弧形或“屋檐”形吸熱底等。

4.增加散熱面積。為了滿足去熱快的要求，就需要吸熱底與鰭片間的連接面積盡量大，熱傳導介面阻抗盡量小，同樣要令吸熱底與鰭片盡量緊密的結合，需要較好的介面平整度。吸熱底與鰭片的結合方式與連接面積將在下文的導熱設計中介紹；結合程度則基本上取決于散熱片整體成形或吸熱底與鰭片間的結合工藝，將在稍后的工藝部分中詳細介紹。

從吸熱底的設計中，就可以看到整個散熱片設計的訴求——快進、快出、低阻抗，以及所面臨的問題——多種因素間矛盾的平衡。

單就吸熱底設計而言，吸熱與去熱的要求是越快越好，局部并不存在與之矛盾的因素,只需盡力在材料與工藝方面進行改進即可；為了減小熱阻，增大與鰭片間的有效連接面積，必須要面對厚度與面積間的矛盾；儲熱能力的要求看似只要增大體積，實際對導熱能力同樣存在影響，難免產生矛盾。不但形狀設計，吸熱底材料的選擇同樣需要顧慮到重量、尺寸等條件的限制。

導熱設計：

散熱片的根本作用就是熱量的傳導途徑，自然在每一個部分都會強調其導熱能力。散熱片的導熱途徑中，重要的環(huán)節(jié)有：發(fā)熱設備-吸熱底、吸熱底內部、吸熱底-鰭片、鰭片內部。其中，前兩者已在上文中說明。

鰭片是散熱片與周圍環(huán)境（空氣）進行熱交換的主要場所，因此，要迅速的散失掉吸熱底吸收來的熱量，就應將其傳導到鰭片的每個部分。該傳導過程最重要的環(huán)節(jié)就是吸熱底到鰭片的熱量傳導。

上文已經提到，吸熱底與鰭片間的導熱能力，在設計上取決于結合方式與連接面積。兩者間的結合方式主要分為“先天”與“后天”兩種：“先天”方式即散熱片為一體成形，吸熱底與鰭片本就是一片金屬，并不需經過后續(xù)處理，沒有介面阻抗，且設計簡單，兩者間的熱傳導瓶頸僅有連接面積一項，主要受鰭片設計與工藝影響?！昂筇臁狈绞郊次鼰岬着c鰭片分別成形后，采用一定工藝結合，結合面積可選范圍大，可配合的鰭片設計形式多樣，還可結合不同材質，或采取“特殊手段”，但后續(xù)采用的結合工藝對介面阻抗起著決定作用。盡管可大致劃分為兩種結合方式，但具體工藝多種多樣，且各具特色，難以總結出一概的異同之處，我們將在后文中結合具體工藝進行說明。

拋開工藝的問題，吸熱底與鰭片間的連接面積究竟應該多大呢？不同的散熱片尺寸，顯然無法提出準確的數值，只能通過連接面積占吸熱底面積的比例來衡量。那么是否連接比例越大越好呢？未必！對于一體成形的散熱片，當連接比例達到100％時，不過是又增加了吸熱底的厚度而已，仍然不能算作鰭片；而實際的連接比例，又要考慮到鰭片數量、面積、導風槽寬度等因素，不能一味的以大為好，必須在幾種因素間尋得平衡。對于后續(xù)結合的散熱片，根據不同結合工藝會采用不同的連接比例，甚至的確有采用100％連接比例的設計，我們將在后文的工藝部分結合不同情況具體分析。

散熱鰭片中的熱量傳導同樣不容忽視，為了有效利用鰭片的散熱面積，前提條件是將熱量擴散到鰭片的每個部分。在不采用“特殊手段”的情況下，熱量只有通過鰭片內部的通路，由與吸熱底結合的部分傳導到與空氣接觸的各個末端。這就要求鰭片內部具有一定的熱傳導能力，即所用材料的熱傳導系數較高，且具有一定的厚度。但鰭片厚度、鰭片表面積、空氣流動空間三者又難以同步提高，同樣存在需要平衡的矛盾，我們將在后文的散熱設計部分詳細說明。

多次提到的“特殊手段”究竟又指什么呢？是一項近期被廣為采用的，剛剛由遙不可及轉為平民用品的熱門技術——熱管！關于熱管的原理后文中將有專門論述，筆者就不在這里贅述了。

散熱設計：

所謂散熱片，將熱量散失掉是其最根本的目的，因此之前的吸熱、導熱設計都是為散熱的目的而服務的。

不論是被動散熱的空冷散熱片，還是需要風扇強制導流輔助的風冷散熱片，鰭片的職責都是通過與周圍環(huán)境（空氣）的接觸將由吸熱底傳導來的熱量散失出去。為了履行此職責，要求鰭片滿足四項要求，每項要求又對應著鰭片的一項參數：

1.可迅速吸收熱量，即吸熱底與鰭片間的熱傳導，對應與吸熱底的連接面積（連接比例）。

2.可大范圍擴散熱量，即能夠將吸收的熱量傳導到可與環(huán)境進行熱交換的每個角落，對應鰭片內部的熱傳導能力（橫截面積、形狀）。

3.散熱面積大，即提供更多與環(huán)境進行熱交換的場所，對應鰭片的表面積（數量）。

4.空氣容積大，風阻小，即鰭片間為空氣留有足夠的空間，可通過足夠的空氣，對應鰭片的間距。

要想鰭片獲得優(yōu)秀的效能，此四項要求必須同時滿足，但對應的參數又同時受到散熱片總體積、重量以及彼此的制約。在一體成形鰭片中，連接比例、內部導熱能力與表面積得益于鰭片的橫截面積與數量的增加，但難免影響到鰭片間距與重量；若限定體積，鰭片的橫截面積和數量又與間距相矛盾；若限定重量，鰭片的橫截面積與數量互相抵觸；若鰭片形狀、數量不變，增加間距則對體積提出了要求，又會降低連接比例……

就算采用后續(xù)結合方式，甚至輔以熱管等特殊手段，鰭片的設計中仍然難免需要處理兩個甚至幾個互相矛盾的因素之間的平衡問題。正是這種令人混亂的復雜制約關系，為設計者們提供了發(fā)揮的空間，才有今天這多種多樣的鰭片設計。下面，就為大家介紹一下幾種常見的鰭片形式。

【導航目錄】

△散熱專題之計算機散熱技術漫談：前言△散熱專題之計算機散熱技術漫談：熱量的根源△散熱專題之計算機散熱技術漫談：影響散熱性能的各種因素△散熱專題之計算機散熱技術漫談：散熱技術面面觀△散熱專題之計算機散熱技術漫談：散熱設計△散熱專題之計算機散熱技術漫談：散熱工藝△散熱專題之計算機散熱技術漫談：風扇設計△散熱專題之計算機散熱技術漫談：扣具設計△散熱專題之計算機散熱技術漫談：熱管技術△散熱專題之計算機散熱技術漫談：液冷技術、干冰與液氮、壓縮機制冷

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1、散熱方式與產品分類

CPU散熱其實就是一個熱傳遞的過程，目的是將CPU產生的熱量帶到其它介質上，將CPU溫度控制在一個穩(wěn)定范圍之內。根據我們生活的環(huán)境，CPU的熱量最終是要發(fā)散到空氣當中。而在這之間的熱傳遞過程，就是散熱器所要扮演的角色了。

目前所有的散熱器都以熱傳導、熱對流為主要方式進行散熱，還沒有聽說能以熱輻射為主要方式對芯片進行降溫的產品。根據熱傳導、熱對流手段的不同，可以將散熱器產品分為主動與被動兩種方式。主動的含義是，有與發(fā)熱體無關的能源參與進行強制散熱，比如風扇、液冷中的水泵，相變制冷中的壓縮機，這些散熱手段的普遍特點是效率高，但同時也需要其它能源的輔助。與之相反，被動的意思就好理解了，就是僅依靠發(fā)熱體或散熱片的自行發(fā)散來進行降溫。

在本專題中，我們所介紹的產品全部為主動式散熱器，目前的產品類型包括有：風冷、液冷、干冰、液氮與壓縮機制冷。以下分別詳細介紹。

2、風冷散熱技術

由于實現成本低廉，風冷散熱是最常見的散熱技術。其制造相對簡單，就是使用風扇帶走散熱器所吸收的熱量。具有價格相對較低，安裝簡單等優(yōu)點。一個高風量的風扇＋高導熱效率材料的散熱片就可以組成一個性能不錯的CPU風冷散熱器。散熱器工作模式示意圖

傳統(tǒng)風冷散熱器的基本結構，分為風扇、扣具、散熱片（鰭片部分）、散熱片（底板部分）這四大部分。其中，散熱片的技術是最重要的，要涉及到材料、工藝、結構等等方面，也是我們要重點討論的部分。風扇的性能也不可忽視，包括了風量、風壓、噪音、使用壽命等要素。最后，我們還要分析扣具的類型。材料

在散熱片材料的選取上，主要考慮以下三方面的：

1.導熱性能好——導熱性是一個比較籠統(tǒng)的說法，包括了熱傳導系數、比熱等等概念。相對其它固體材料，金屬的導熱性決定了它更適合用于散熱器制造；比如銅的導熱快，鋁的散熱快等，這都是有金屬本身的特性決定的。

2.易于加工——延展性好，高溫相對穩(wěn)定，可采用各種加工工藝；

3.易獲取——雖然金屬也屬不可再生資源，但供貨量大，不需特殊工序，價格也相對低廉；

依據以上三點，就確定了散熱片所用材料類型。上文在介紹熱傳導系數與比熱值的時候，已經說明了這些問題。但在材料選取的時候，除了要綜合考慮導熱參數的高低以外，還需要兼顧到材料的機械性能與價格。

熱傳導系數很高的金、銀，由于質地柔軟、密度過大、及價格過于昂貴而無法廣泛采用；鐵則由于熱傳導率過低，無法滿足高熱密度場合的性能需要，不適合用于制作計算機空冷散熱片。銅的熱傳導系數同樣很高，可礙于硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等不利條件，在計算機相關散熱片中使用較少，但近兩年隨著對散熱設備性能要求的提高，越來越多的散熱器產品部分甚至全部采用了銅質材料。鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導系數較高、密度小、價格低而受到青睞；但由于純鋁硬度較小，在各種應用領域中通常會摻加各種配方材料制成鋁合金，借此獲得許多純鋁所不具備的特性，而成為了散熱片加工材料的理想選擇。

各種鋁合金材料根據不同的需要，通過調整配方材料的成分與比例，可以獲得各種不同的特性，適合于不同的成形、加工方式，應用于不同的領域。熱傳導系數表中列出的5種不同鋁合金中：AA6061與AA6063具有不錯的熱傳導能力與加工性，適合于擠壓成形工藝，在散熱片加工中被廣為采用。ADC12適合于壓鑄成形，但熱傳導系數較低，因此散熱片加工中通常采用AA1070鋁合金代替，可惜加工機械性能方面不及ADC12。AA1050則具有較好的延展性，適合于沖壓工藝，多用于制造細薄的鰭片。

散熱片的制造材料是影響效能的重要因素，選擇時必須加以注意！當前絕大多數的低端CPU散熱器都是采用鋁合金，原因自然是材料及制造成本低廉，性能難免會受到一定的限制；中高端散熱器為了適應目前發(fā)熱設備功率的不斷提升，增強散熱性能，則會在散熱片中不同程度的采用銅作為吸熱部件或散熱鰭片。當然，采用具有較強導熱能力的材料只是制造高效能散熱片的基礎，散熱片的材質并不能決定其整體性能，提高散熱片性能的真正精髓還是在于產品設計！下一節(jié)我們將簡要介紹散熱片設計中的一些重要因素。

結構設計

散熱片的設計是散熱片效能最重要的決定因素，也是集中體現各散熱器廠家技術實力差距的地方。從散熱的過程來看，一般分為吸熱、導熱、散熱三個步驟。熱量從CPU中產生，散熱器與CPU接觸端要及時吸取熱量，之后傳遞到散熱片上或其它介質當中，最后再將熱量發(fā)散至環(huán)境當中。因此，散熱器設計就要從這三個步驟入手，分別將吸熱、導熱、散熱的性能提升，才能獲得較好的整體散熱效果。以下我們也以這三步來分析散熱器結構設計的特點與影響散熱性能的因素。

吸熱設計：

散熱片的吸熱效果主要取決于散熱片與發(fā)熱物體接觸部分的吸熱底設計。性能優(yōu)秀的散熱片，其吸熱底應滿足四個要求：吸熱快、儲熱多、熱阻小、去熱快。

吸熱快，即吸熱底與發(fā)熱設備間熱阻小，可以迅速的吸收其產生的熱量。

為了達到這種效果，就要求吸熱底與發(fā)熱設備結合盡量緊密，令金屬材料與發(fā)熱設備直接接觸，最好能夠不留任何空隙。

儲熱多，即在去熱不良的狀態(tài)下，可以吸收較多的熱量而自身溫度升高較少。

提出此要求的目的是為了應付發(fā)熱設備功率突然提升，或風扇停轉等散熱器性能突然喪失的狀況。眾所周知，CPU、顯示核心等高速半導體芯片在滿負荷工作時所產生的熱量較閑置狀態(tài)下大幅增加；散熱器失效時，發(fā)熱設備所產生的熱量無法及時散失，情況更是危險。此類狀況中，如果散熱片吸熱底沒有一定的儲熱能力作為熱量的緩沖，散熱片與發(fā)熱設備本身的溫度都會迅速升高，輕則由于溫度的迅速變化加快設備老化，重則未能及時發(fā)動過溫保護機制導致設備燒毀。因此，散熱片的儲熱能力就是其抑制發(fā)熱設備溫度激增的能力，對散熱效果并沒有直接的影響。

熱阻小，即傳導相同功率熱量時，吸熱底與發(fā)熱設備及鰭片兩個介面間的溫差小。

散熱片的整體熱阻就是由與發(fā)熱設備的接觸面開始逐層累計而來，吸熱底內部的熱傳導阻抗是其中不可忽視的一部分。由于計算機風冷散熱器所針對的發(fā)熱設備通常體積較小，為了將吸收的熱量有效地傳導到盡量多的鰭片上，因此還需要吸熱底有較好的橫向熱傳導能力。

去熱快，即能夠將從發(fā)熱設備吸收的熱量迅速的傳導到鰭片部分，進而散失。

吸熱底與鰭片部分間的結合情況，即結合面積與熱傳導的介面阻抗，對能否達成此要求起著決定性的作用。

既然已經提出要求，在設計方面應該采取哪些措施來滿足它們呢？

1.提高與CPU接觸面的平整度。為了提升吸熱能力，希望散熱片與發(fā)熱設備緊密結合，不留任何空隙，可惜這是無法實現的。因此，應采用具有較低熱阻及較佳適應性的材料填充其中的空隙，這便是導熱膏的用武之地。但導熱膏的熱阻始終要高于加工散熱片的金屬材料，要想根本上提高散熱片吸熱底的吸熱能力，就必須提高其底面平整度。平整度是通過表面最大落差高度來衡量的，通常散熱片的底部稍經處理即可達到0.1mm以下，采用銑床或多道拉絲處理可以達到0.03mm，而CNC銑床或研磨則可以達到更好的效果，我們將在后文進行具體介紹?？傊?，散熱片的吸熱底越平整，越有利于熱量吸收，但由于無法做到完美，涂抹導熱膏成為了安裝散熱器的必須步驟。

2.材料的比熱容要高。前文中已經介紹了比熱容的概念，從中可以得知：令1千克的銅溫度升高1攝氏度需要吸收93卡的熱量，而令千克鋁溫度升高1攝氏度則需要吸收217卡的熱量。那么是否采用鋁質吸熱底的散熱片可以獲得更好的儲熱效果呢？并非如此！因為具體物體的儲熱能力還決定于其質量，具體到散熱片的吸熱底，相同體積下，就決定于材質密度——銅的密度為8933kg/m^3，鋁的密度為2702kg/m^3。不妨依下述公式計算一下銅與鋁的體積比熱容：

Cv＝ρxCm

銅的體積比熱容＝8933kg/m^3x93kl/kg*°C≈0.83x10^6kl/m^3*K

鋁的體積比熱容＝2702kg/m^3x217kl/kg*°C≈0.58x10^6kl/m^3*K

結果很清楚了，相同體積的銅與鋁材（包括各種鋁合金），發(fā)生相同的溫度變化時，銅可以比鋁多吸收約40％的熱量，即可以更好的抑制發(fā)熱設備溫度的激增。這正是中高端散熱器即便不采用全銅設計，也要采用銅鋁結合的吸熱底設計的原因。

除了材質上選擇具有更高“體積比熱容”的材料外，還可以在吸熱底的形狀設計上進行發(fā)揮——保持吸熱底厚度不變，增大底面積，或者保持底面積不變，增加吸熱底的厚度，都可以增大吸熱底體積，進而提高熱容量。

3.材料的熱傳導系數要高。要降低吸熱底內部熱阻，采用熱傳導系數更高的銅的確是比鋁合金更好的選擇，也正是目前許多中高端散熱器所采用的方法。確定了吸熱底的材質，還可以通過調整吸熱底的形狀設計改變其熱阻。此時，就面臨著吸熱底縱向與橫向熱阻的平衡問題。

根據熱傳導的基本常識——截面積越大，熱阻越小，厚度越大，熱阻越大。具體到吸熱底的形狀設計——面積越大，厚度越薄，縱向熱阻越小；相反，厚度越厚，橫向熱阻越小，鰭片的有效連接面積越大。縱向與橫向熱阻分別對吸熱底的形狀提出了互相矛盾的要求，這就需要設計者在其中作出權衡，選擇合適的面積、厚度與形狀，令縱向與橫向熱阻都可達到要求，如果沒能尋找到合適的平衡點，則可能出現一些對導熱甚至散熱片整體性能造成嚴重不利影響的情況：

厚度大，面積小——橫向熱阻小，可有效利用連接其上的鰭片，但縱向熱阻大，增加了散熱片的整體熱阻，不利于整體性能提高。

厚度小，面積大——縱向熱阻小，但橫向導熱截面（與底面垂直）狹小，橫向熱阻大，外圍大量與底面連接的鰭片無法發(fā)揮作用，形同虛設，實際縱向導熱面積并不大。

上文只是針對傳統(tǒng)的平板型吸熱底+直立鰭片設計，目前可以說已經被設計人員完全“吃透”了，通常產品設計都采用了適當的面-高比。但隨著性能需求的提高，設計人員開始跳出這種設計的限制，采用一些更符合熱力學原理的吸熱底形狀設計，減小熱阻，并針對集中發(fā)熱位置（例如CPU核心），采用大熱容量的特別設計。例如一些銅鋁結合散熱片的銅柱+放射狀鰭片，以及一些在原有平板型基礎上進行改進的弧形或“屋檐”形吸熱底等。

4.增加散熱面積。為了滿足去熱快的要求，就需要吸熱底與鰭片間的連接面積盡量大，熱傳導介面阻抗盡量小，同樣要令吸熱底與鰭片盡量緊密的結合，需要較好的介面平整度。吸熱底與鰭片的結合方式與連接面積將在下文的導熱設計中介紹；結合程度則基本上取決于散熱片整體成形或吸熱底與鰭片間的結合工藝，將在稍后的工藝部分中詳細介紹。

從吸熱底的設計中，就可以看到整個散熱片設計的訴求——快進、快出、低阻抗，以及所面臨的問題——多種因素間矛盾的平衡。

單就吸熱底設計而言，吸熱與去熱的要求是越快越好，局部并不存在與之矛盾的因素,只需盡力在材料與工藝方面進行改進即可；為了減小熱阻，增大與鰭片間的有效連接面積，必須要面對厚度與面積間的矛盾；儲熱能力的要求看似只要增大體積，實際對導熱能力同樣存在影響，難免產生矛盾。不但形狀設計，吸熱底材料的選擇同樣需要顧慮到重量、尺寸等條件的限制。

導熱設計：

散熱片的根本作用就是熱量的傳導途徑，自然在每一個部分都會強調其導熱能力。散熱片的導熱途徑中，重要的環(huán)節(jié)有：發(fā)熱設備-吸熱底、吸熱底內部、吸熱底-鰭片、鰭片內部。其中，前兩者已在上文中說明。

鰭片是散熱片與周圍環(huán)境（空氣）進行熱交換的主要場所，因此，要迅速的散失掉吸熱底吸收來的熱量，就應將其傳導到鰭片的每個部分。該傳導過程最重要的環(huán)節(jié)就是吸熱底到鰭片的熱量傳導。

上文已經提到，吸熱底與鰭片間的導熱能力，在設計上取決于結合方式與連接面積。兩者間的結合方式主要分為“先天”與“后天”兩種：“先天”方式即散熱片為一體成形，吸熱底與鰭片本就是一片金屬，并不需經過后續(xù)處理，沒有介面阻抗，且設計簡單，兩者間的熱傳導瓶頸僅有連接面積一項，主要受鰭片設計與工藝影響?！昂筇臁狈绞郊次鼰岬着c鰭片分別成形后，采用一定工藝結合