當(dāng)熱量傳遞給空氣后,和散熱片接觸的空氣溫度會急速上升,這時候,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的速度,使用風(fēng)扇來實現(xiàn)強制對流。這點主要和風(fēng)扇的設(shè)計和風(fēng)速有關(guān),散熱器風(fēng)扇..
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行熱交換。這時,熱量是在兩種不同介質(zhì)間傳遞,所依循的公式為Q=α X A X ΔT,其中ΔT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α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,它就是一個固定值;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有所限制,機箱內(nèi)的空間有限,過大會加大安裝的難度,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。、要實現(xiàn)這一點,一般通過用鰭片式設(shè)計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急速上升,這時候,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的速度,使用風(fēng)扇來實現(xiàn)強制對流。這點主要和風(fēng)扇的設(shè)計和風(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CFM大約為0.028mm3/分鐘的流量。
純鋁散熱器
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。
純銅散熱器
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)地是個問題,很多標(biāo)榜“純銅散熱器”其實并非是真正的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,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,某些機械加工(如剖溝等)性能不如鋁;銅的熔點比鋁高很多,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,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,并提供較大的儲熱空間并快速釋放,這在各方面找到了的一個均衡點。
熱量從CPU核心散發(fā)到散熱片表面,是一個熱傳導(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)。在實際設(shè)計和制造中,廠商總是盡可能降低介面熱阻,揚長避短,往往這也體現(xiàn)了廠商的設(shè)計能力與制造工藝。