常見(jiàn)的幾種材質(zhì)的散熱器

發(fā)布時(shí)間：2009/11/7 瀏覽次數(shù)：19463

     當(dāng)熱量傳到散熱器的頂部后，就需要盡快地將傳來(lái)的熱量散發(fā)到周邊環(huán)境中去，對(duì)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=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(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(guò)大會(huì)加大安裝的難度，而通過(guò)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(guò)用鰭片式設(shè)計(jì)輔以表面粗糙化或螺紋等辦法來(lái)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(guò)對(duì)流等熱交換方式來(lái)將熱量帶走，對(duì)風(fēng)冷散熱器來(lái)說(shuō)，最主要的手段便是提高空氣流動(dòng)的速度，使用風(fēng)扇來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)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)扇扇葉直徑、軸向長(zhǎng)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。
　　純鋁散熱器
　　純鋁散熱器是早期最為常見(jiàn)的散熱器，其制造工藝簡(jiǎn)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(chǎng)。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(píng)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)。
　　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(guò)銅的質(zhì)地是個(gè)問(wèn)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(guò)99％的被稱為無(wú)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(chǎng)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；銅的熔點(diǎn)比鋁高很多，不利于擠壓成形( Extrusion )等等問(wèn)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(wú)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(wú)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(chǎng)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(chǎng)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(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(guò)程。對(duì)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(kāi)來(lái)。散熱片選用較高熱傳導(dǎo)系數(shù)的材料對(duì)提高熱傳導(dǎo)效率很有幫助。通過(guò)熱傳導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)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(guò)，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(zhǎng)避短，往往這也體現(xiàn)了廠商的設(shè)計(jì)能力與制造工藝。