散熱片的散熱原理

一個好的散熱系統,應該由散熱片、風扇(這我們會在下文中詳細談及)組成。先來談談散熱片:簡單地來看,一塊散熱片除了一些金屬片外,就沒有什麼特別了。那麼,它是如何驅散由CPU發出來的熱量的呢? 我們都知道,熱的傳導方式有三種:傳導、對流、輻射。 

    輻射,就如其名字一樣,是指熱能從熱源以電磁的形式(由光子傳送)直接發散出去。輻射可以在真空中進行。輻射的傳熱效能取決於熱源的材料以及表面的顏色。 

    傳導是指分子之間的動能交換,能量較低的粒子和能量較高的粒子碰撞從而獲得能量(是透過物理的直接接觸),單獨的一塊散熱片是不能實現熱能的傳導的。總之,傳導是散熱片從CPU獲得熱量的最主要途徑。 

    對流是指透過熱的物質的運動來實現熱的傳遞。這意味著,熱能是來自於被氣體或者液體所包圍熱源,透過分子的移動來實現熱能的傳遞的。我們可以採用在散熱片上添加風扇的方法來實現強制對流。 

    對流是風扇/散熱片組合製冷的主要方式。CPU產生的大部分的熱都被風扇形成的對流所帶走,只有很少很少的一部分熱是透過輻射來散發出去的。 

    為了實現該效果,散熱片必須被設計為能增強該效果的形式。通常使用兩種方法來達到此目的: 

    把散熱片的表面積儘可能地增大,以便於空氣的流通。使用金屬鰭的方式不僅可以增大散熱面積,好的金屬鰭設計還可以讓對流進行的更加有效率。讓散熱片與CPU的接觸面儘可能的平滑,否則,CPU與散熱片之間將會形成保溫層。當然,接觸面就算很平滑,也難免會有空隙的存在,因此,在接觸的地方可以使用散熱膏、散熱矽脂或者專用的散熱貼片作為輔助以提高接觸面積。 

    

    因此,作為一個高效的散熱片設計方案,應該包含一個儘可能大的散熱片,並且配備一個強有力的風扇。一些聰明的設計方案還會採用一些特別的金屬鰭設計,以保證氣流在風扇的驅動下順暢地通過,提高風扇的實際散熱效用。當然,理想的解決方案還應包括液態冷卻設備。 

    

 

    材料 

    大多數散熱片都是採用金屬鋁來製造的。為什麼呢?這是因為鋁的價格較低,並且具備了良好的金屬切削特性,使它非常適合於製造散熱片。一般來說,一塊純金屬的導熱性能將比它的合金的導熱性更好。然而,工廠一般都會採用鋁合金來製造實際的產品,因為這樣可以獲得比純鋁更好的金屬加工特性。 

    很多人都知道銅的導熱性能幾乎相當於鋁的兩倍,但是為什麼銅沒有被大量用於製造散熱片呢?這是因為散熱片的散熱效能不僅僅受材料的導熱性能所影響,銅散熱片的散熱效果並不能達到鋁散熱片的兩倍。而且更好的散熱性能並不能彌補它的缺點:更高的價格、更高的密度帶來的更高的重量、不盡人意的硬度以及其它一些要顧慮的因素。儘管這樣,還是有部分散熱片是採用了銅、鋁的混合方式來製造的。這些散熱片的底座通常都是採用銅製造,而金屬鰭的部分則會採用鋁來製造。 

    顏色 

    

    "黑色物體的輻射性是最好的-所以,所有的散熱片都應該是黑色的。"真的嗎?要知道,大部分的熱量都是通過對流來傳遞的--相比之下,輻射所能起的效果簡直是不值一提的。當我們用兩種不同顏色的構造相同的散熱片進行效果測試的時候,我們發現,它們之間效果差異幾乎可以忽略不計。透過陽極電鍍來為散熱片穿上不同顏色外衣,只是製造商為了迎合不同消費者的視覺需求而已。散熱片有不同的顏色--黑色、銀色甚至藍色、綠色、金色、紅色、紫色。然而對於散熱片的表現,卻不會帶來什麼明顯的不同。 

   

    夏日炎炎話散熱之散熱原理篇 

    製造工藝 

    

    有的散熱片生產廠商已經設計出不同的產品。下面,就讓我們來看一看一些流行的散熱片設計吧。 

    

    衝壓型:是最常見的方式。它的價格低廉,並且其外形易於加工。液態的鋁被工廠按照特定的形狀進行加工,形成一條長長的特型鋁棒。當這條鋁棒冷卻下來以後,就被機器進行切割,分切為散熱片。但是,這種工藝有著一些天生的限制。像圖四那種散熱片形式就不能按照衝壓來進行了。 

    摺疊鰭:薄薄的金屬片按照一定的間距被摺疊起來,然後用金屬卡板扣在散熱片基座上。這種方式最大的好處是獲得了鰭片所形成空隙,可以讓空氣更好地流動(從而獲得更好的製冷效果)。採用這種設計的散熱片輕盈、緊湊,缺點是這種設計會造成生產上的不便並且價格也因此而變得更高,更何況只有少數的廠商可以製造這種產品。

    衝壓薄鰭:這種設計非常類似於摺疊鰭,不同的是,在該設計中,是由許多在基板上衝壓而成的薄金屬鰭代替了摺疊鰭。 

   

    壓鑄法:此方法可以讓設計人員的自由性大為增加,可以把一些不能用衝壓來實現的元素也加入其中。不過,它的金屬鰭外形並不怎麼好。 

    夏日炎炎話散熱之散熱原理篇 

    冷鍛:該方法通常在國外採用的多。國外比較流行的Alpha PFH6035MUC散熱片就是採用該方法製作而成的。該工藝非常適用於針狀的金屬鰭。 

    軋齒邊:類似於冷鍛,用這種方法製造的散熱片有著完全與眾不同的外觀。圖中所示的就是在HP Polar Logic中採用的散熱片。軋齒邊可以為設計人員提供許多的發揮空間,但是,它的價格非常的昂貴。 

    當然,這裡列出的產品樣式還不能算是一個完整的列表,但是,我們在市場上看的散熱片,基本上都可以在上面的列表中找到類似的結構。 

    絕大多數的CPU散熱片都需要一個風扇,而你的機箱也至少得有一個風扇,通常有兩個機箱風扇,加起來就有三個或者更多的風扇了。但是,當你購買一個個風扇的時候,需要考慮些什麼因素呢? 

    在所有的散熱方法中,最普遍的要算是風冷散熱了。風冷散熱的一般為散熱片加上風扇的結構。首先,熱量由CPU直接傳遞至散熱片,再由風扇帶來的冷空氣將熱量帶走。這種方法使用起來比較的簡單,但由於其的工作原理,導致了其受環境溫度的影響比較大。另外,好的散熱片加上優秀的風扇還不能完全滿足散熱的需要。我們還要提供比較大的內部的空間才行。這就是我們常說的熱量輻射空間。配合散熱片的傳導性和風扇的對流性,散起熱來才事半功倍。關於散熱片的一些問題,我們已經在上文中談及。這裡,我們主要看看散熱風扇。

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什麽是散熱片:散熱片在電子工程設計的領域中被歸類為“被動性散熱組件”,以導熱性佳、質輕、易加工之金屬(多為鋁或銅,銀則過於昂貴,一般不用)貼附於發熱表面,以複合的熱交換模式來散熱。
如何在鋁盒上鑽洞:只需要去五金行找0.3cm的自攻螺絲即可須注意的是鋁盒要鑽洞之前要用木頭或其他東西墊在鋁盒內喔以免過度施力造成鋁盒變形