爱机避暑夏令营(三):各派武功镇酷暑——散热片制造工艺简介

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说到散热片的制造工艺,自然涉及散热片的两大部分。一是散热片的材质,决定了从CPU表面吸取热量的速度和容纳热量、散发热量的能力;二是散热片的组合方案,主要包括了材质的加工方式以及各部分的组合,决定了散热片整体的散热效果。因此,经过归纳之后,我们从大家关注的几个关键词入手,给大家讲解有关散热片制造工艺的知识。

全铜全铝难两全

出于成本、散热效果、加工难易度等方面的考虑,铜和铝被认为是最适合用来做散热片的材质。当然,这里所说的铜和铝都是指合金(为了方便加工,会在纯铜和纯铝中加入其他金属来改变它们的可塑性)。

简单地说,铜材质吸热快但散热较慢(热容较大,散热片温度变化较慢),由于密度相对较大,同体积的情况下,散热器会比较重,而且铜的价格相对较高,加工密集的鳍片难度较高;铝材质吸热较慢但散热快(热容较小,散热片温度变化较快),而且更轻更廉价。

既然铜材质也并不是完美的,那为什么高端散热器多数采用全铜呢(图1左)?前面提到铜材质吸热快散热慢是因为散热片温度变化慢(正因为如此,散热片与CPU的温差大使得热传递速度加快,所以吸热很快,但散热片与空气的温差小就导致散热慢了),那么只要提供更好的风扇、更密集的鳍片就能改善这一问题,实现吸热与散热都快的双赢目标。但是,铜相对柔软的质地决定了它的加工难度较高,要切割出密集的鳍片更是有苛刻的要求——不是做不到,而是做出来成本会比较高,因此只有较贵的散热器产品才会使用全铜设计(而且多数采用铜底、铜鳍片与热管相结合的方案)。

全铝散热器(图1右)就是价格低廉的入门级产品了,加工难度低,材质相对便宜,对于一些功耗不高的CPU来说完全够用,是市场中普及率最高的散热器产品。

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图1

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市售的全铜散热器一般很贵(多为全铜热管散热器,贵的甚至要几百元),适合要求比较高的DIY超频玩家,而全铝的产品最常见的就是Intel和AMD中低端产品所搭配的原装散热器(类似产品也不过几十元而已),用来应付发热量不高的45nm、32nm处理器已经完全足够了——前提是不超频。

铜铝结合技更高

对于低端的散热器来说,出于成本的考虑会采用单纯的铝合金来制造散热片,而高端散热器产品则多数采用了纯铜散热片的设计。前面已经讲解了铜和铝各自的优势,如果能把两者结合,充分利用它们各自的优势,必然可以让散热器的性价比增加。因此,铜铝结合的散热片应运而生。

铜铝结合有多种方式,对于散热片底座来讲,在中心部位塞铜(图2)也有多种工艺,例如机械压合法与热胀冷缩法——后者的接触效果更好,散热效果也更好。除了塞铜,还有多种铜铝结合的方式,例如“压固法”,将数片铜、铝鳍片混在一起用压固法固定成型(例如超频3出品的“凤梨”形散热器)。这样也可以在一定程度上同时利用到铜和铝的散热优势。另外,也有采用铜质底座与铝质鳍片结合的方式,它们之间通过插齿法或者是回流焊的方式进行连接和固定,这两种方法相对直接对铜进行切割来制造多层鳍片的方法来说更加经济,加工难度也更低(图3为采用插齿技术的铜铝结合散热片)。另外,铜质热管与铝质散热片的结合也算得上是一种特别的“铜铝结合”方案,这种方案在中档散热器中被应用得最为普遍。

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图2
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图3

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铜铝结合的散热器定位稍高于全铝散热器,当然也不乏一些做得很出色的散热器产品,如果你资金有限而又想玩玩超频,那铜铝结合且带热管的散热器是个性价比很不错的选择(100多元的已经比较好了)。

热管散热出新招

采用热管散热技术的散热器产品已经非常普遍了,它的原理就是通过带毛细结构的金属管(一般是铜管)里的冷凝液的热循环,将吸热端的热量快速传递到散热端去,它可以提供很高的导热效率(注意它所改善的只是导热速度,因此必须配合与CPU接触的吸热底座以及散热鳍片来使用)。

热管的制造工艺大约有丝网、沟槽、粉末烧结与纤维4种,在PC散热器上使用的主要就是沟槽(图4)与粉末烧结(使用铜粉,见图5)。其中沟槽式采用整体成型的工艺,制造成本较低,但缺点就是方向性要求很高,如果将其弯曲的话,导热效果就会大打折扣。而烧结式虽然对于方向的适应性很好,但制造工艺复杂,所以成本较高。

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图4
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图5

对于用户来说,其实并不用太关心热管所采用的制造工艺,散热器的整体散热效果才是最重要的,就算你热管再强,也只是证明这款散热器将热量从底部传到鳍片上的速度快而已,如果吸热慢、散热慢,那整体效果也不会好。相对来说,热管的真假就显得更重要。现在有不少劣质热管散热片(特别是主板上的热管散热片)采用的根本就是假热管——只是一根普通铝合金管而已,连铜管都不是,更别提里面有没有冷凝液了。

你知道吗>>如何判断热管的真假

比较麻烦的是,从外观上很难看出热管的真假,所以我们建议大家购买正规大厂商品,如果实在想了解自己使用的热管的真假,就只能通过破坏热管的方式来验证,简单的验证方法如下。

将热管完全浸泡在水中用钳子剪开,如果有气泡冒出,则是假热管——真热管内部是真空,所以绝对不会有气体冒出。

不建议用快速加热法(对热管的一端快速加热,例如用热吹风吹、用打火机烧……)来判断,因为假热管内部有空气,骤然加热可能会导致空气膨胀而使热管爆炸伤人。

课堂作业>>

我们上次的作业是请说出2针、3针、4针风扇的区别。

来自河南的陈旭辉说:4针的风扇除了正负极外还有转速监测、转速控制两个引脚,3针除了正负极还有转速监测引脚,2针则只有正负极。

本期作业>>

散热片的制造工艺有哪些?(至少说出3种)