002篇1散热片

1、風冷散熱器相關技術淺析之散熱片篇雖然風冷散熱器中“風”起著至關重要的作用，但沒有優秀的散熱片作為基礎，“風力”則無從發揮。可以說，散熱片的結構設計、材料選擇、製作工藝對風冷散熱器的性能起著決定性的作用，也是判斷風冷散熱器性能時需要注意的第一要素。作用：散熱片擔負著將發熱物體產生的熱量散失到周圍空氣中的使命，是風冷散熱器中的熱量傳導通道。其主要作用有三：1.吸熱吸收體積、面積較小的發熱物體的熱量，令其不致因熱量堆積而溫度急劇升高，導致各種不希望看到的後果；2.導熱將吸收的熱量在內部傳導到散熱片的各個部分，充分利用較大的熱容量與表面積；3.散熱通過表面的各種熱交換途徑（主要是熱對流）將熱量散失到空

2、氣之中（可配合風扇進行強制對流）；此三種主要作用互相配合，形成一套完整的散熱途徑。其中任何一種作用無法發揮，或未完全發揮，都可能導致散熱性能的大幅降低，甚至完全喪失。因此，評價一款散熱片的性能，也主要以這三種作用的發揮情況為准。指標：要表現一款風冷散熱片（即需要配合空氣導流設備才能發揮效果的散熱片，與純被動散熱的空冷散熱片存在一些區別，後文如不特別說明，簡稱為散熱片）的性能，主要通過熱阻、風阻兩個資料，而關係到使用中的適應性與安全性，還需要注意它的尺寸規格與重量。熱阻：熱阻，英文名稱為thermal resistance，即物體對熱量傳導的阻礙效果。熱阻的概念與電阻非常類似，單位也與之相仿/W

3、，即物體持續傳熱功率為1W時，導熱路徑兩端的溫差。以散熱器而言，導熱路徑的兩端分別是發熱物體（如CPU等）與環境空氣。散熱器熱阻（發熱物體溫度環境溫度）導熱功率。散熱器的熱阻顯然是越低越好相同的環境溫度與導熱功率下，熱阻越低，發熱物體的溫度就越低！必須注意：上述公式中為“導熱功率”，而非“發熱功率”！因為無法保證發熱物體所產生的熱量全部通過散熱器一條路徑傳導、散失，任何與發熱物體接觸的低溫物體（包括空氣）都可能成為其散熱路徑，甚至還可以通過熱輻射的方式散失熱量。所以，當環境或發熱物體溫度改變時，即使發熱功率不變，由於通過其他途徑散失的熱量改變，散熱器的導熱功率也可能發生較大變化。如果以發熱功率

4、計算，就會出現散熱器在不同環境溫度下熱阻值不同的現象。綜上，散熱器（不僅限於風冷散熱器，還可包括被動空冷散熱片、液冷、壓縮機等）所標注的熱阻值根據測試環境與方法的不同可能存在較大差異，而與用戶實際使用中的效果也必然存在一定差異，不可一概而論，應根據具體情況分析。那麼我們OCER.net的測試結果又應如何判斷呢？我們將在稍後的測試報告中詳細說明。風阻：風冷散熱器的散熱片需要仰仗風扇的強制導流才可發揮完全的性能，實際通過的有效風量與散熱效果關係密切，而散熱片會對風量造成影響的指標就是“風阻”了。風阻，正如其名，是物體對流過氣流的阻礙作用，但卻不能如電阻、熱阻般用具體數值來衡量。通常，以風量與進/出

5、口壓強差繪製出壓強-流量曲線（P-Q曲線），這條曲線便是散熱器對通過氣流的阻礙效果相同壓強差下，風阻越小，風量越大；相同風量下，風阻越大，壓強差越大。那麼風阻是否越小越好呢？如果能保證有效散熱面積，當然！可惜，散熱片的有效散熱面積與風阻往往不能兩全，在提高有效散熱面積的同時，難免增大風阻，在散熱片結構設計過程中就需要進行權衡了。散熱片設計一旦確定，風阻（P-Q曲線）也就基本確定下來，我們能夠做的，只有為它選配合適的風扇，令其發揮出設計應有性能了。為散熱片搭配合適的風扇，需結合散熱片阻抗（風阻）曲線與風扇特性曲線進行分析，前文“風扇篇”中的相關部分已有較詳細的解釋，此處不再贅述。物理規格：要希望

6、散熱器正常的使用，合乎標準的物理規格是必須滿足的先決條件。物理規格的要求主要包括尺寸規格與重量兩方面。散熱器的尺寸規格主要決定於散熱片尺寸，風扇規格則取決於散熱片設計，相對處於附屬地位。Intel等“發熱設備製造者”都會提出對自己產品搭配散熱器的尺寸規格要求。例如：Intel建議的Socket-478散熱器尺寸規格。AMD建議的Socket-A散熱器尺寸規格。一般而言，散熱器設計、製造者都會儘量滿足此要求，用戶在使用過程中無需為尺寸規格的“相容”問題而擔心。但隨著電腦設備功率的迅速增長，以及用戶對靜音需求的提高，散熱片面積越來越大，體積隨之增大，各種別出心裁的特殊設計也層出不窮，高端散熱器的尺

7、寸規格早已不在Intel等“發熱設備製造者”的掌控之內了。如果用戶選擇的散熱器屬於此類，那麼就應該注意它與機箱空間、主板周圍元件間的“相容性”了。所幸，這類存在“相容隱患”的散熱器之製造廠家一般都會發佈某種形式的相容列表，只要用戶適當關注，就不致陷入高價買回散熱器而無法使用的窘境。Zalman CNPS7000A即為此類散熱器的典型代表。散熱器的重量與尺寸規格類似，也關係到性能與適用型，同樣也主要決定於散熱片重量。“發熱設備製造者”們也對散熱器的重量提出了要求，例如：Intel Socket-478介面的CPU要求散熱器重量不超過450g，而AMD Socket-A介面的CPU則要求散熱器重量

8、不超過300g。散熱器的重量標準也只在其制訂初期受到了“尊重”，當時多數產品能夠切實的執行。目前，則只有OEM與低端產品尚符合此標準要求，而獨立品牌高端散熱器，尤其是高端CPU風冷散熱器，為了取得更高的性能，基本“無視”此標準的存在。它們毫不理會脆弱的半導體晶片與電路板的感受，積極的採用導熱能力更強、密度更大的銅作為主體材料，放任體積的膨脹，體重的增加。因此，用戶，尤其是玩家們如果選擇了“壯碩”的高端風冷散熱器，則需要做好發生晶片碎裂、電路板斷折等慘劇的心理準備，應在使用時採取適當的加固措施，減小晶片與電路板的負擔。Cooler Master的新品Hyper6，目前最重的CPU風冷散熱器之一。

9、上文已有所提及，散熱片的物理規格與性能有著緊密的聯繫，但涉及多方面因素，我們將在後文各相關部分說明。材料：大致瞭解了散熱片及風冷散熱器的指標，在詳細介紹散熱片設計與製造工藝之前，不妨先對用於加工散熱片的材料略加瞭解。目前加工散熱片所採用的基本為金屬材料，這主要出於三方面的考慮：1.導熱性能好相對其他固體材料，金屬具有更好的熱傳導能力；2.易於加工延展性好，高溫相對穩定，可採用各種加工工藝；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；依此確定了散熱片所用材料類型，具體種類的確定同樣需以此為標準。下表為散熱片慣用材料與常見金屬材料的熱傳導係數。上表中熱傳導係數的單

10、位為W/mK，即截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文（1K1）時的熱傳導功率。熱傳導係數自然是越高越好，但同時還需要兼顧到材料的機械性能與價格。熱傳導係數很高的金、銀，由於質地柔軟、密度過大、及價格過於昂貴而無法廣泛採用；鐵則由於熱傳導率過低，無法滿足高熱密度場合的性能需要，不適合用於製作電腦空冷散熱片。銅的熱傳導係數同樣很高，可礙於硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等不利條件，在電腦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採用了銅質材料。鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導係數較高、密度小、價格低而受到青睞；但由於純鋁

11、硬度較小，在各種應用領域中通常會摻加各種配方材料製成鋁合金，寄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，適合於不同的成形、加工方式，應用於不同的領域。上表中列出的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，適合於擠壓成形工藝，在散熱片加工中被廣為採用。ADC12適合於壓鑄成形，但熱傳導係數較低，因此散熱片加工中通常採用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，適合於衝壓工藝，多用於製造細薄的鰭片。散熱片的製造材

12、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散熱器之散熱片都是採用鋁合金，原因自然是材料及製造成本低廉，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採用銅作為吸熱部件或散熱鰭片。當然，採用具有較強導熱能力的材料只是製造高效能散熱片的基礎，散熱片的材質並不能決定其整體性能，提高散熱片性能的真正精髓還是在於產品設計！下一節我們將簡要介紹散熱片設計中的一些重要因素。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。本節，我們將依照散熱片的三大作用，介紹散熱片設計中的值

13、得注意的一些因素，也為各位讀者選擇散熱器時提供些許幫助。吸熱設計：散熱片的吸熱效果主要取決於散熱片與發熱物體接觸部分的吸熱底設計。性能優秀的散熱片，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，就要求吸熱底與發熱設備結合儘量緊密，令金屬材料與發熱設備直接接觸，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晶片在滿負荷工作時所產生的熱量較閒

14、置狀態下大幅增加；散熱器失效時，發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衝，散熱片與發熱設備本身的溫度都會迅速升高，輕則由於溫度的迅速變化加快設備老化，重則未能及時發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熱設備溫度激增的能力，對散熱效果並沒有直接的影響。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。由於電腦風冷散熱器所針對的發熱設備通常體積較小，為了將吸收的熱量有效地傳導到儘量

15、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，在設計方面應該採取哪些措施來滿足它們呢？1.為了提升吸熱能力，希望散熱片與發熱設備緊密結合，不留任何空隙，可惜這是無法實現的。吸熱底與發熱設備之間必然存在一定的空隙，如果空隙中是高熱阻的空氣，必然無法得到良好的導熱效果，因此，應採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於加工散熱片的金屬材料，使用它只是權宜之計，

16、並非真正的解決之道，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，採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，我們將在後文進行具體介紹。總之，散熱片的吸熱底越平整，越有利於熱量吸收，但由於無法做到完美，塗抹導熱膏成為了安裝散熱器的必須步驟。2.為了滿足儲熱的要求，就需要利用各種物質的一項重要特性比熱容。以散熱片常用材質銅、鋁而言，銅的比熱容為385J/kg*K，鋁的比熱容（由於配方材料所占成分比例很少，鋁合金的比熱容與純鋁並無太大差距）則為903 J/k

17、g*K，即令1kg的銅溫度升高1K需要吸收385J的熱量，而令1kg鋁溫度升高1K則需要吸收903J的熱量。那麼是否採用鋁質吸熱底的散熱片可以獲得更好的儲熱效果呢？並非如此！因為具體物體的儲熱能力還決定於其品質，具體到散熱片的吸熱底，相同體積下，就決定於材質密度銅的密度為8933 kg/m3，鋁的密度為2702 kg/m3。不妨依下述公式計算一下銅與鋁的體積比熱容：Cv x Cm銅的體積比熱容8933 kg/m3 x 385J/kg*K3.44 x 106 J/ m3*K鋁的體積比熱容2702 kg/m3 x 903J/kg*K2.44 x 106 J/ m3*K結果很清楚了，相同體積的銅與鋁

18、材（包括各種鋁合金），發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熱設備溫度的激增。這正是中高端散熱器即便不採用全銅設計，也要採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.要降低吸熱底內部熱阻，採用熱傳導係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採用的方法。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

19、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，越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，不利於整體性能提高。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，週邊大量與底面連

20、接的鰭片無法發揮作用，形同虛設，實際縱向導熱面積並不大。上文只是針對傳統的平板型吸熱底+直立鰭片設計，目前可以說已經被設計人員完全“吃透”了，通常產品設計都採用了適當的面-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，採用一些更符合熱力學原理的吸熱底形狀設計，減小熱阻，並針對集中發熱位置（例如CPU核心），採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“屋簷”形吸熱底等。4.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儘量大，熱傳導介面阻抗儘量小，同樣要令吸熱底與鰭片儘量緊密的結合，需要較好的介面平整度。吸熱底

21、與鰭片的結合方式與連接面積將在下文的導熱設計仲介紹；結合程度則基本上取決於散熱片整體成形或吸熱底與鰭片間的結合工藝，將在稍後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，局部並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。用一個大家更加熟悉的

22、比方來解釋吸熱底的作用的話，它就類似於一個直流電路中的電感。電感（吸熱底）只在通過電流（設備發熱功率）發生變化時起到緩衝作用，在穩定的工作狀態下僅相當於一個電導（熱量的導體），起到導通的作用。導通作用的效果如何，就取決於導體的阻抗，即電阻（熱阻）越小，相同電流（導熱功率）下電壓（溫度）差越小。為了提高電感（吸熱底）的緩衝作用，就需要增加其電感值（熱容量），而方法便是添加磁芯（嵌銅）或增加繞線圈數（厚度），但都難免增加重量；如果希望不增大體積而提高電感值（熱容量），則線圈數增多、線徑減小（厚度增加），電阻（熱阻）增大。電感（熱容量）與電阻（熱阻）兩者間存在著需要平衡的矛盾，想要突破，則必須越過體

23、積的限制，或採取其他手段，例如換用電導率（熱傳導係數）更高的材質等。這樣是否更容易理解一些了？其實這個電感的比方還可以推廣到整個散熱片的性能描述哦o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，重要的環節有：發熱設備-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節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，在設計上取決於結合方式與連接面積。兩者間的

24、結合方式主要分為“先天”與“後天”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，並不需經過後續處理，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。“後天”方式即吸熱底與鰭片分別成形後，採用一定工藝結合，結合面積可選範圍大，可配合的鰭片設計形式多樣，還可結合不同材質，或採取“特殊手段”，但後續採用的結合工藝對介面阻抗起著決定作用。儘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，我們將在後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

25、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。那麼是否連接比例越大越好呢？未必！對於一體成形的散熱片，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。對於後續結合的散熱片，根據不同結合工藝會採用不同的連接比例，甚至的確有採用100連接比例的設計，我們將在後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。在不採用“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

26、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係數較高，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，我們將在後文的散熱設計部分詳細說明。多次提到的“特殊手段”究竟又指什麼呢？是一項近期被廣為採用的，剛剛由遙不可及轉為平民用品的熱門技術熱管！關於熱管的原理，本站早已進行過較為詳細的介紹，筆者就不在這裏贅述了。熱管作為熱的“超導體”，隨著生產技術的成熟，小型熱管迅速實用化，成為小空間內轉移熱量的最有效手段。散熱片中利用熱管的“超導”特性設計導熱功率之內軸向溫差極小，可隨意分配吸熱段、放熱段的適應

27、性，輔以其較同等效果金屬更輕巧的外形與相對鰭片更顯“寬廣”的表面積，如果再加上內嵌於吸熱底之中的全方位連接方式（具體工藝參見後文），幾乎可以打破吸熱底與鰭片連接面積的限制，將熱量由吸熱底內部，至少是更大表面積上迅速的傳導到更大面積的鰭片上。近一段時間，熱管在各種空冷散熱器中受到了空前的推崇，各家的扛鼎之作多數可見到它的身影。Tt的新一代領軍人物Tower112採用熱管進行吸熱底到鰭片的熱量傳導具有一些傳統結合方式無法比擬的優勢：1.熱阻小熱管在設計功率以內，其熱阻是同體積銅柱的幾分之一、十幾分之一，甚至幾十分之一。通常全功率工作時，吸熱段與放熱段間的溫差也只有2、3，因此才敢號稱熱的“超導體”

28、。2.重量輕目前電腦散熱所採用的熱管通常為銅-水熱管，吸液芯結構不外單層或多層網芯、金屬粉末燒結與軸向槽道式三種，而小尺寸熱管主要採用後兩種。不論是何種內部結構，類真空的內部加上不足管徑1/5厚度的銅質管殼，熱管相比同體積的金屬可大幅減小重量。3.適應性好小尺寸熱管都具有不錯的機械性能，只要不超過彎折半徑的規定範圍（根據吸液芯結構存在一定差別，通常要求彎折半徑不小於三倍管徑），可以進行各種角度的彎折，實現吸熱底與鰭片間的靈活組合，可適應各種擺放方式。4.接觸面積大熱管的吸熱段可以內嵌到吸熱底內，管殼一周均與周圍金屬接觸，實際連接面積可大於其底面積；與鰭片連接的放熱段長度可以達到熱管總長度的50

29、以上，連接面積更可達到傳統連接方式的數倍以上，且可多點結合，能夠直接將熱量擴散到鰭片更廣的範圍上。當然，利用熱管實現熱量由吸熱底到鰭片的傳導同樣存在一些亟代解決的不足之處：1.成本高一根採用軸向槽道式吸液芯的6mm銅-水熱管，長度約40cm，最大截面熱通量30W左右，價格在2030元左右；採用金屬粉末燒結式吸液芯的產品，同樣處於此價位。相對傳統的銅、鋁合金等金屬，材料成本提高了數倍以上。2.加工複雜由於增加了熱管這種相對獨立且細長的元件，散熱片的成形過程複雜了很多，需要更多的人為幹預，提高了加工成本，限制了產量。3.存在介面阻抗採用熱管進行吸熱底到鰭片的熱傳導，不可避免的需要將三者連接起來，則

30、必然會產生介面阻抗，且由於熱管對加工條件的一些特殊要求（例如溫度當熱管溫度超過一定水準時，會由於內部壓力過大而爆炸），無法採用一些可獲得低介面阻抗的結合工藝，難免損失一些性能。4.易損壞熱管的正常工作要求完全的密封及吸液芯結構的完好，因此外部的物理損傷非常容易導致性能的大幅甚至全部喪失。與之相比，傳統的散熱片就要“堅強”得多。5.工作溫度不合適雖然目前市場上散熱器所採用的熱管均為0250的常溫熱管，但實際上目前半導體晶片正常工作的溫度（不超過100），不足以令熱管發揮出完全的效果，即無法達到最大熱傳導功率。因此，除非對熱管工質進行大幅改進，或提高半導體製造工藝，令其可於高溫下穩定工作，否則熱管

31、散熱器就無法發揮出全部效能。吸熱底、鰭片內部也好，兩者之間也罷，散熱片的導熱設計看似均為單向改進即可，實際上同樣是面對著在厚度、面積、空間、設計、工藝等多種互相矛盾的因素間進行權衡的問題。熱管的採用的確向設計者展現了一片更加廣闊的空間，但同樣需要面對加工、成本等方面的限制，仍然難以擺脫矛盾因素間進行權衡的困局。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

32、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.可大範圍擴散熱量，即能夠將吸收的熱量傳導到可與環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於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

33、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採用後續結合方式，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複雜制約關係，為設計者們提供了發揮的空間，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。鰭片形狀：鰭片的設計不論多麼“詭異”，基本都可歸入兩大類之中片狀與柱狀，每一類又可根據單體形狀與排列方式細分出多種不同子類，當真可稱“花樣百出”。片狀：片狀鰭片是非常典型的形狀設計。利用片狀“

34、寬廣”的側面與“單薄”的厚度，可以在相對狹小的空間內獲得更大的表面積。平行：平行排列是片狀鰭片非常典型的排列方式，是“經典中的經典”。平行排列的鰭片，片間距離均勻，空間連貫，利於空氣通過。平行排列的片狀鰭片最大的優勢在於各鰭片形狀相同或相似，排列整齊、規律，成形與結合工序相對簡單，適合於工業化大規模生產。風槽式：鰭片與吸熱底面垂直相連，空氣由頂部進入，側面流出（吹風），或由側面流入，頂部抽出（吸風）。空氣由鰭片與吸熱底形成的槽道中通過，且其間流動方向會發生變化，故而將之稱為“風槽式”。目前市場上絕大多數的散熱片均系採用此種設計。價格由高端到低端，材質由純銅到鋁合金，工藝由精密切削到鋁擠壓，都可

35、見到風槽式鰭片設計的產品，可以說是“最經典”的設計。風槽式鰭片設計的目標同樣是增大散熱面積，除了增大吸熱底面積外，最重要的手段就是提高“瘦長比”即鰭片高度與鰭片底部厚度的比值。在不增大吸熱底面積，不改變連接比例的情況下，瘦長比的提高可以增加鰭片的數量或高度，都可以加大鰭片總表面積。當然，考慮到鰭片內部熱量傳導的要求，瘦長比也不應無限制的提高，當其超過一定限度時，鰭片的末端已經不能計入有效散熱面積之內了。這個限度的確定需要考慮到鰭片材質的熱傳導能力，例如銅質鰭片就可以比鋁合金鰭片採用更高的瘦長比。根據所採取的不同製造工藝，有的可以把鰭片間距做到很小，鰭片做到很薄而大幅增加鰭片數量，將散熱片體積控

36、制在較滿意的範圍內；有的則受到工藝限制，鰭片數量無法大幅增加，只能儘量增加鰭片高度，但散熱片體積也隨之增大。如果考慮到對散熱器工作噪音與風阻的影響，顧慮到風扇的性能，鰭片的數量與高度都不應過分增加，同樣需要尋求一個性能最佳的平衡點。此種風槽式經典設計已被沿用多年，而且目前及之後的一段時間內也是市場產品的絕對主流，但它卻存在著一項設計者們一直尋求解決的弊端：不論是吹風也好，吸風也好，在散熱片的中心區域都會形成一個空氣流動較少的高壓區（吹風）或低壓區（吸風），如果再加上軸流風扇軸心風力盲區的影響，此區域的範圍有時可以達到散熱片底面積的20以上，倘若又遇到風扇性能不濟，甚至可能整個鰭片底部區域的空氣

37、流動都非常微弱。此處的空氣受兩側氣流的影響，運動非常混亂，雖然所形成的紊流可以與鰭片進行更多的熱交換，但由於流動不暢，熱量無法排出散熱片外；而且，此處往往是發熱設備（例如CPU核心）所處位置，是散熱片熱量最為集中的部分，如不加以處理，會對性能造成相當不利的影響。雖然可以採用更大風壓、更小甚至無盲區的風扇，儘量減小高壓區（或低壓區）的範圍，但難免造成耗電的增加與噪音的增大，影響散熱器整體的易用性。針對這一問題，一些廠家採取了改進型的設計增加吸熱底中心位置的厚度，在空氣沿鰭片流動的方向上形成坡道，既能夠形成類似風道的導流作用，消除高壓區（或低壓區），又能夠增加吸熱底的熱容量，並利用增大的連接面積將

38、熱量更加均勻的擴散到鰭片上。ThermalRight的SLK系列就是此種設計的代表，其優秀的性能已經充分證明瞭設計的合理性。此外也有利用熱管將熱量由吸熱底中心直接傳導到鰭片末端的設計：同是出自ThermalRight的SP系列，曾經是一代風冷王者，當今熱管散熱器的盛行也不可否認有它的功勞在。當然也可以在原本基礎上進行簡單改變而取得不錯的效果，例如這種在平行鰭片的側面開出幾道風槽，令中心的高壓（低壓）區可以與外部空氣連通，氣流走向更接近於下文中採用柱狀鰭片的情況，代價則是減少了表面積。實際產品都是在表面積與空氣流動間進行權衡後，才確定側面風槽數量、寬度與排列位置的。一般而言，對應發熱設備的中心位

39、置都會開出一條或對稱的兩條風槽，以達到中心“卸壓”的目的。作為最經典的一種鰭片設計，採用的產品也是目前市場上的絕對主流，涵蓋各種檔次與品牌，用戶應改對判斷其設計水準與特點的幾大因素有所瞭解：1.瘦長比既然是設計中的訴求點，實際選購時自然也應關注，通常情況下越高越好，但不應超過一定限度。2.連接比例涉及到具體製造工藝間的差別，此處不便詳細說明，但連接比例過小，即鰭片稀疏而單薄的產品無法提供較大的表面積，性能通常難以令人滿意。3.特殊設計針對上文提到的弊端，如果實際產品能夠採用一些特殊手段解決，在性能上必然能夠取得較大的提升。4.風扇搭配根據鰭片的高度與密度，會對所搭配風扇提出一定要求：鰭片高度高

40、、密度大，則需要風扇具有較大的風壓；鰭片數量多、厚度薄，則會產生較多的風噪，不利於滿足靜音需求。風道式：鰭片與吸熱底可以採用多種方式連接，包括一體成形、直接連接，或者通過熱管等手段間接連接；相對位置可以平行、垂直，或者置於與吸熱底有相當距離的位置；共同點為，空氣由一側進入平行排列的鰭片所構成的風道，流過鰭片間的空隙，並與之進行熱交換，再由另一側排出。鰭片的另外兩側閉合，或採用導流罩限制，空氣流動過程中無法從其他途徑流出，只能沿鰭片方向由一端流至另一端，故而將之稱為“風道式”。目前採用此種設計的產品主要是側進風散熱器、分離式熱管散熱器（即利用熱管傳熱，鰭片與吸熱底不直接結合）、及液冷、壓縮機等的

41、獨立散熱排。相對而言，採用風道式設計的散熱片定位較高。採用大管徑熱管的Akust Pipe Tower，熱管+風道式鰭片+側吹風扇的典型產品。風道式設計通常採用非常細薄的銅或鋁合金片層疊焊接而成，片間距離可以非常小，因此可在小空間內安裝大量的鰭片，獲得巨大的表面積。雖然鰭片數量眾多，間距較小，但平行排列，且空氣通過時無需改變方向，整體風阻很小，可輕鬆獲得較大的風量。此種設計由於鰭片細薄，內部導熱能力不足，往往需要多個熱量“輸入點”才能發揮大表面積、大風量的優勢，因此目前的產品中風道式鰭片設計主要配合熱管或彎折的液體導管（液冷、壓縮機等）使用。能否有效利用巨大的表面積與風量正是風道式鰭片設計的重

42、點所在，也是用戶選購時應該注意的問題。如果不能有效的將熱量傳導到鰭片的每個部分，那麼眾多大面積鰭片的末端部分就只是“擺設”，對散熱效果起不到值得稱道的幫助。放射狀：鰭片與中心位置面積相對較小的吸熱底連接，呈放射狀向四周延伸，正是因此而得名。空氣由頂部流入，直接通過伸展而出的鰭片，或者在中心位置轉為橫向流動通過四周環繞的鰭片。空氣在流動過程中雖然可能發生方向改變，但轉向角度並不大，且沒有明顯的阻礙，鰭片間的空隙也相對均勻、平順，整體風阻較小。採用放射狀鰭片設計的散熱片並不少見，從早年風行一時，Pentium III玩家標配的“渦輪”，到現今正當紅的Socket-T原配“太陽花”散熱器，以及“花兒

43、”一樣的Zalman CNPS7000系列，都當歸為此類。此外，還有一種將平行排列與放射狀相結合的設計，被我們的一位編輯戲稱為“魚刺型”，細細看來，倒也確實貼切_。放射狀鰭片設計通常而言具有一個較為明顯的特點具有小而厚實的吸熱底。所有散熱片都會彙聚至此，可以保證一定的儲熱能力，又可令熱量均勻的傳導到四周的鰭片上，有效利用鰭片的表面積。根據空氣流動則可分為縱向與橫向兩類縱向氣流方式的代表即“太陽花”與“魚刺”-_-b，所採用軸流風扇的軸心部分正對吸熱底位置，扇葉所帶動氣流直接通過四周的鰭片，直至遇到PCB板等阻礙才改變方向；橫向氣流方式的代表即早期的“渦輪”與Zalman CNPS7000系列等

44、，置於鰭片中間的軸流風扇將氣流推向靠近吸熱底相對密集的鰭片，一部分氣流受到阻礙而轉為橫向流動，經過周圍鰭片的直立部分。放射狀鰭片最大的優勢在於對氣流的幹擾、限制很少，空氣從各個角度沿鰭片的伸展方向流出，產生的風噪很小。因此，放射狀鰭片設計更加適合製造效能不俗的靜音型散熱器。CoolerMaster的F71（“魚刺型”的_）、Zalman 的CNPS7000系列都是其中典範。“太陽花”更是在駕馭Prescott的同時將噪音控制在不錯的水準。環形：在內置風扇的放射狀鰭片設計之上稍加變通，將鰭片改為套在風扇外側的環形片狀，並通過熱管與吸熱底相連，就得到了這種獨特的環形片狀鰭片設計。目前採用此種設計的

45、只有一線板卡大廠技嘉在“閒暇之餘”推出的3D-Cooler一款。3D-Cooler將風扇由傳統的軸流風扇換為了出風更加平順的渦輪扇葉。沒有導流罩的渦輪扇葉將頂部進入的空氣依靠離心效應拋甩出去，經過環繞其周圍的環形片狀鰭片。由於鰭片特殊的排列方式，無法與吸熱底直接連接，為此，它採用了2根熱管將熱量由底部傳導到鰭片的四角，令其均勻分佈，有效利用眾多鰭片的較大表面積進行熱交換柱狀：柱狀鰭片是與片狀並駕齊驅的另外一種典型鰭片形狀設計。柱狀鰭片與片狀相比，在表面積上毫不示弱，而且可具有更大的截面積，內部導熱能力更強，更有效的發揮大表面積的優勢。柱狀鰭片相對片狀最大的劣勢在於鰭片單體成形複雜，造成加工成本

46、過高，品質控制困難，不利於大量生產。柱狀鰭片設計較通常的片狀鰭片可以獲得更好的性能，這除了得益於更大的表面積與更好的內部導熱能力外，更主要是來自柱狀鰭片周圍空氣流動方式的優勢。在柱狀鰭片周圍，空氣的流動不同於片狀鰭片，受到鰭片的阻隔，只能在鰭片間沿一定方向流動，而是在密集的柱狀鰭片間流動，會在每個鰭片周圍形成一個小型的“旋風”，令鰭片的整個側表面都成為有效散熱表面積。既然要利用柱狀鰭片周圍形成的小“旋風”增強散熱效果，柱體的側面就不應過於“粗糙”，產生過大風阻，阻礙“旋風”的形成。那麼是否需要採用圓形的柱狀鰭片呢？沒有必要，同時也受工藝限制不易實現。根據眾所周知的幾何常識相同面積的多邊形，圓形

47、的周長是最短的，對應柱狀鰭片的情況，即圓柱鰭片的側面積最小。而且為了獲得圓形表面需要比多邊形花費更多的工序與時間，圓形物體的固定難度又要比方形等平邊多邊形大得多，都是制約產能的不利因素。柱狀鰭片散熱器的柱體形狀關係到性能、工藝等多方面的因素，因此也正是設計中最為關注的。此類散熱片通常具有大量、密集的柱狀鰭片，片間距離短，保留空間少，而且在各個鰭片周圍都會形成一定的湍流，往往風阻很大。不過得益於較大的表面積，以及充分的熱交換，即便風量較小也可獲得不錯的散熱效果。實際使用中通過對風扇進行控制，可在性能與靜音間自由選擇，缺點則是往往重量較重，且價格不菲。柱體形狀：與片狀鰭片那相對單一的形狀不同，雖說

48、都是柱狀鰭片，但既然不需要統一到圓柱形，不同的設計間就會存在著一些差異。多邊形：鰭片的形狀為多邊形底面柱體，較常見的也只有方形與六邊形。方形柱狀散熱器多數為切削而成，即在具有片狀鰭片的形材上進行切削，開出橫向溝槽，將較厚的“片”分割為具有更大表面積的“柱”。典型代表為曾名噪一時的“無酸素銅”散熱片Kanie Type-W。切削而成的588根銅柱在當時造就了一代王者傳說。六邊形底面的柱狀鰭片則是Alpha的獨門絕技，採用同樣罕有採用的冷鍛工藝（後文將詳細介紹）而成，比方形底面柱體更加平滑。Alpha 8045/8942的名氣有多大就不用筆者描述了，有許多人都是通過它才見識到柱狀鰭片設計的性能優勢

49、。圓形：實際產品中極少有採用純圓柱形鰭片的散熱片，一般都會對其進行一定改進。螺絲型鰭片（正式名稱為“螺旋面插指”）就是Swiftech的獨門絕技（專利哦）了，應用於其品牌下MCX系列散熱器上。此種設計由螺旋面插指旋入銅質吸熱底之中，替代傳統的柱狀鰭片。相比純圓柱與多邊形底面柱體鰭片，螺旋面插指可以提供更大的表面積，而且螺旋狀的側面更加有利於“旋風”的產生。從北橋晶片到CPU，從Socket-370到Socket-940，Swiftech的產品相當全面，甚至還有搭配製冷片的型號。至於性能，就無需筆者在此多言，各種評測中的優異表現充分說明瞭其專利設計的效果。另一種在圓柱形鰭片基礎上進行的改良的產品

50、為管形鰭片，典型產品為中光電器出品的空心管散熱器CNA462U。整體設計類似於Alpha 8045，但採用了中空的銅管代替實心鋁合金鰭片。中空的銅管那表面雖然增加了相當多的表面積，但由於內部空間狹小，不便於空氣流動，實際有效面積幾可忽略，對性能影響甚微。採用中空銅管的目的主要是保證與鋁合金相當的內部導熱能力同時，儘量控制散熱片的重量。此外，銅管較實心的圓柱鰭片還具有另一點優勢更加便於生產、固定與結合，大幅降低了製造難度。排列方式：柱狀鰭片設計中，鰭片的排列方式相對種類較少，主要只有矩陣、三角與放射狀三種。矩陣排列即鰭片整齊的排列在橫行與縱列之中。典型的產品代表即Kanie Type-W與Swi

51、ftech的早期產品MCX-370等。三角排列即鰭片列於3排互成120的直線上，擺放位置與可鋪滿平面的六邊形相同。典型產品即Alpha的六邊形鰭片系列以及後續產品。柱狀鰭片的放射狀排列與片狀鰭片有所不同，只是將環形緊密排列的鰭片向週邊傾斜一定角度，角度向外逐層增大。典型產品即Swiftech的後續MCX-V系列產品。矩陣排列形式根據鰭片的高度與吸熱底面積可以選擇頂吹與側吹。三角排列形式通常採用頂置風扇，可根據風扇性能、導流罩設計與使用需求選擇吹風或吸風方式。放射狀排列形式的產品則基本都採用頂吹式風扇，且需要風扇中心與鰭片排列中心重合，以保證風力分佈更加均勻，有效利用所有鰭片的表面積。另類：原本

52、這項只是隨便列出，並沒有想到什麼確實的產品可稱得上“另類”，但日前偶然間想起了這款真個可稱另類的產品Kuthtec KTM2001。Kuthtec KTM2001採用回流焊結合的鋁質鰭片，熱縮嵌入的銅質柱狀吸熱底，頂吹風扇，單看任何一項都是較為常見的技術，單它的組合形式卻非常怪異鰭片與吸熱底面平行，即銅柱垂直嵌入平行的鰭片中，類似上文的Akust Pipe Tower，但它又在外層增加“導流罩”，將風道的兩端封閉。那豈不就是一個封閉的盒子，失去了空氣流動的通道麼？Kuthtec也真算別出心裁，竟然打出了貫穿眾多層疊平行鰭片的小洞，以此作為空氣流動通道。想到它，筆者不免茫然這應算作平行片狀鰭片，

53、還是利用內表面散熱的柱狀鰭片？且不論其性能如何，這種獨樹一幟的想像力就足以令我們耳目一新了！設計部分小結：看過關於散熱片設計的介紹，相信很多讀者都會感到混亂，這部分由始至終都在說明幾種互相矛盾、衝突的參數或特性的作用，其中的每一項都希望有更好的表現，但偏偏都是“牽一髮而動全身”的互相影響著，很難令所有表現全面提高，即便做到了，也一定會面臨著加工、成本等方面的制約，只能儘量在混亂中尋求一種平衡。這就是目前的散熱片設計者們所面臨的處境。當然，這些可敬的技術人員並不會像前文敍述的那樣，在混亂的參數間掙紮，他們擁有一件利器專業的流體類比軟體STAR-CD，由CD-adapco集團公司開發，並與全球許多

54、著名的高等院校、科研機構、大型跨國公司合作，不斷的豐富、完善。STAR-CD在散熱器設計中得到了廣泛的應用，它可以根據設計者設定的材料、部件參數，模擬散熱器使用過程中熱量的分佈，為設計者對產品規格或設計進行調整提供了參考。上圖即利用STAR-CD對目前Socket-T平臺原配的“太陽花”散熱器原型產品散熱狀態的類比，兩圖分別對應3000rpm與4000rpm風扇的表現。目前而言，普通用戶對於散熱片的設計仍然是無能為力，只能根據一些較易獲取的特徵資訊對其性能進行大致判斷。但由於散熱片各種參數間這種混亂的關係，只通過散熱片的外形與材質準確判斷其性能是不可能的，我們前述的建議也只是由經驗與一些淺顯理

55、論而來，僅供參考。更何況，有了優秀的設計，散熱片能否獲得強悍的性能，還要取決於實際的製造工藝工藝：散熱器的材料是性能的基礎，設計是產品精髓所在，而最終能否將優秀的設計思想實現，或者實現成果如何，用戶最終可獲得怎樣的產品，都完全取決於所採用的製造工藝。成形與結合工藝：散熱片的成形與結合工藝間有著密切的聯繫，而且其中一些技術在兩道工序中均可使用，因此在本節內一齊介紹。切削：工藝介紹：應用最廣的散熱片成形技術是什麼？鋁擠壓？是切削！所有的散熱片在成形過程中都會或多或少的使用到切削這種金屬加工中最常用的工藝。切削工藝的具體種類很多，從無潤滑切削到潤滑切削，從高速切削到鐳射切割，從車、鑽到銑、磨，在散熱

56、片的成形過程中，為了獲得一些較特殊、精細的形狀，都需要使用切削工藝。具體用途主要有板材（吸熱底、鰭片等）成形、散熱片開槽、底面修整、特殊雕刻等。切削而來的浮雕效果優勢：根據不同方式、刀具，可適用於各種用途。劣勢：設備，主要是刀具磨損快，多數需要人工參與或自動化控制，成本較高。典型產品：所有散熱片！鋁擠壓：工藝介紹：著名的鋁擠壓工藝，為絕大多數的鋁合金散熱片所採用，是市場上真正的主流。鋁擠壓是加工鋁合金形材最常用的工藝，在各個領域中均有採用。在散熱片加工方面，鋁擠壓工藝主要用來製造片狀鰭片或柱狀鰭片的初坯。上圖即鋁擠壓的模具。鋁擠壓工藝所採用的材料通常為AA6061或AA6063，加工過程中，將鋁合金原錠加熱至約520540，利用機械加壓，令鋁液流經模具鋼製成的擠型模具，在模具出口處對鋁液進行冷卻，使之迅速凝固，成為具有連續平行結構的散熱片初胚。上圖左部即鋁合金原錠，中間則是鋁擠壓而成的條狀形材，已可看出散熱片的初形，再經由二次加工，進行冷鍘切割、邊角裁剪與剖溝後，即可獲得成形的散熱片單品。實際上擠壓成形工藝也可用於銅質散熱片的加工，但由於銅的熔點過高，