LED燈具散熱解讀
鰭片
我們談到CPU熱量的發(fā)散主要是通過(guò)傳導(dǎo)方式，這就涉及到和處理器直接接觸的介質(zhì)——風(fēng)扇鰭片。一款高效的散熱器應(yīng)包含一套盡可能大的散熱片，并配備一個(gè)強(qiáng)力風(fēng)扇。有些散熱片還采會(huì)用特別制作的折疊式鰭片設(shè)計(jì)。折疊式的鰭片設(shè)計(jì)，厚度一般都很薄。它們的熱傳導(dǎo)距離較常見的擠壓型鰭片要短。再加上折疊式鰭片可以保證氣流在風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)下更順暢地通過(guò)，因此折疊式設(shè)計(jì)可以提高風(fēng)扇的散熱效用。
在散熱器自身的熱傳導(dǎo)中還有一個(gè)相當(dāng)重要的因素：氣體流動(dòng)。上圖中，條型鰭片和圓柱型鰭片的差距就在于氣體流動(dòng)的過(guò)程不同。在圓柱型鰭片周圍，因?yàn)闅饬饔龅降淖枇^小，更容易流動(dòng)，能更多地帶走圓柱鰭片周圍的熱量，增強(qiáng)了對(duì)流效果。因此在散熱鰭片面積相同的情況下，圓柱型會(huì)比條型有更好的散熱效果。
氣流在鰭片周圍充分游走對(duì)于散熱有很大的影響。流動(dòng)越容易的鰭片設(shè)計(jì)越能得到較高的熱發(fā)散能力。這意味著鰭片的排列方式和外型對(duì)散熱有著相當(dāng)大的關(guān)系。
選材
不要以為只有主板和顯卡等“高精密”設(shè)備對(duì)選材很講究。散熱器產(chǎn)品雖然談不上電容和電阻等零部件，但散熱片選用何種材料制作同樣是影響散熱效果的重要因素之一。
市售的大多數(shù)CPU風(fēng)扇，搭配的散熱片一般采用鋁合金制作（純鋁由于硬度不足，很難進(jìn)行切削加工）。這是因?yàn)殇X合金的加工性好、表面處理容易（例如進(jìn)行研磨和切削等工藝加工），而且成本低廉。
銅或銅合金是另一套可以考慮的散熱片選材方案。但這里有幾點(diǎn)問(wèn)題要澄清：首先，銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)幾乎是鋁的兩倍，卻這并不意味著銅散熱器的散熱效果就可以達(dá)到鋁合金散熱器的兩倍。因?yàn)樯崞墓ぷ餍Ч⒉粌H由材料的導(dǎo)熱特性決定。其次，更好的散熱性能并不能彌補(bǔ)銅的市場(chǎng)缺點(diǎn)——價(jià)格較高。再次，更高的材質(zhì)密度也使得銅散熱器的質(zhì)量比較重，這也意味著更大的靜態(tài)重力。最后，銅還有不盡人意的硬度以及其它一些“先天缺陷”。
盡管這樣，還是有部分散熱片采用了銅和鋁結(jié)合的方式來(lái)制造。這些散熱片的底座大多采用銅，而金屬鰭片則采用鋁制。銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)比鋁高，能更均勻地將熱量傳送到鋁制鰭片的外圍。鋁本身的熱傳導(dǎo)系數(shù)不是無(wú)限大，鰭片內(nèi)部有溫度梯度的存在：鰭片組靠近中心的溫度較高，四周靠近外圍的溫度較低。
這里值得注意的是，熱傳導(dǎo)的一個(gè)重要因素就是溫度梯度的存在。散熱鰭片中心部分有較高的熱傳導(dǎo)效果，四周的效果則要差些，這樣就導(dǎo)致整體熱傳導(dǎo)效果的降低。使用銅制芯片解決溫度梯度不均勻問(wèn)題，雖然熱阻有所增加，但卻大大提高了鰭片整體的溫度均勻分布，可以說(shuō)仍然是得大于失。在下表中我們給出一些常見金屬材質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)。
由于散熱器的材質(zhì)對(duì)整體散熱效果影響非常大，所以各家產(chǎn)品選用何種材料也成為本專題關(guān)注的焦點(diǎn)之一。
幾何特性與熱阻：
散熱器底座的造型對(duì)熱傳導(dǎo)的影響有多大？這個(gè)問(wèn)題聽起來(lái)頗為匪夷所思。其實(shí)，現(xiàn)階段散熱器鰭片使用的金屬材質(zhì)（如銅和鋁）的熱傳導(dǎo)系數(shù)較高，再加上底座的厚度不是很大，所以對(duì)散熱效果的影響在一般情況下并不明顯。
您可以想象這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：用一厚度為
為什么? 因?yàn)殇X塊的熱傳導(dǎo)系數(shù)雖然頗高，但內(nèi)部還是有溫度梯度存在。增加鋁塊的厚度可以使底座容納更多的熱量，但上層散熱鰭片不能得到較高的溫度梯度，使熱發(fā)散能力嚴(yán)重衰退。而底部芯片卻一直在傳送熱量給鋁塊，導(dǎo)致兩端溫差越來(lái)越大，終于超過(guò)了芯片可接受的溫度極限而導(dǎo)致當(dāng)機(jī)。
我們的結(jié)論是：對(duì)于全鋁散熱片而言，散熱器底座并非越厚越好。但適當(dāng)在CPU核心處加厚散熱片，可以提高散熱片的整體熱容量，加強(qiáng)散熱效果。
說(shuō)到這里，很多朋友一定會(huì)舉一反三，從而了解散熱器扣具的用意了。扣具不只是將鰭片固定在芯片上，它的作用更是要降低熱阻。熱阻與壓力存在非線性的反比關(guān)系：壓力越大熱阻越小。當(dāng)然，壓力也不可以一味增加，我們必須把扣具的壓力控制在一定范圍內(nèi)。否則象AMD Athlon XP這類核心暴露在外的CPU很可能因此受傷。
為了降低接觸面的熱阻，人們常在芯片與散熱片之間涂抹硅脂來(lái)填補(bǔ)空隙。不過(guò)螞蟻建議不要涂抹太多，因?yàn)檫@項(xiàng)工作只是有助于提高熱傳導(dǎo)效率，并不能直接發(fā)散熱量。適當(dāng)給CPU敷上散熱硅脂有益，太多則過(guò)猶不及。
如果芯片和鰭片間是完美的平面，熱阻可以說(shuō)沒(méi)有——當(dāng)然這在實(shí)際生活中是不可能出現(xiàn)的狀況。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有些朋友喜歡打磨CPU芯片或散熱片來(lái)調(diào)整接觸面的平整度。螞蟻建議發(fā)燒友們對(duì)這種“改裝”不要做得太過(guò)火。對(duì)于初級(jí)玩家更應(yīng)在老手的指導(dǎo)下進(jìn)行，不然很可能毀壞CPU。
風(fēng)扇
風(fēng)扇在CPU風(fēng)冷散熱裝置中起主動(dòng)散熱的核心作用。風(fēng)扇本身的效能不佳，制作工藝不精，會(huì)導(dǎo)致散熱片局部過(guò)熱，不?？緹L(fēng)扇本身的材質(zhì)塑料，繼而引起風(fēng)扇變形，轉(zhuǎn)速下降的惡性循環(huán)，更嚴(yán)重的時(shí)候，會(huì)發(fā)生風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，馬達(dá)電路短路，燒毀CPU甚至引起起火的事故。
對(duì)于風(fēng)扇，大家一般都能從扇葉大小、形狀，風(fēng)扇面積、結(jié)構(gòu)等方面獲得一些直觀的感受。其實(shí)，決定風(fēng)扇散熱性能的因素還有許多因素，近期引起大家廣泛關(guān)注的是風(fēng)扇的軸承傳動(dòng)方式?，F(xiàn)在市場(chǎng)上使用的散熱風(fēng)扇主要是使用兩種軸承傳動(dòng)方式：
◇ 自潤(rùn)軸承（Sleeve Bearing）：也被稱作含油軸承。其工作原理主要是由于軸承中的轉(zhuǎn)桿在潤(rùn)滑劑的作用下，在軸床中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于毛細(xì)作用，與周圍只會(huì)有點(diǎn)接觸，使得摩擦力減到了最小，保證了工作時(shí)的穩(wěn)定性。自潤(rùn)軸承的問(wèn)題在于它對(duì)潤(rùn)滑劑的依賴性極大，當(dāng)潤(rùn)滑劑量不足或粘稠性不佳時(shí)，軸承很容易出現(xiàn)老化，致使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下降，或發(fā)出異常噪音，因此整體壽命不長(zhǎng)。
◇ 滾珠軸承（Ball Bearing）：這是現(xiàn)在在CPU散熱風(fēng)扇中應(yīng)用最廣泛的軸承傳動(dòng)方式。它的結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜，在兩個(gè)硬質(zhì)金屬環(huán)中間，置有由軸籠固定住相對(duì)位置的一系列金屬圓球，軸籠和金屬圓球之間加有潤(rùn)滑劑。這樣軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，圓球與轉(zhuǎn)動(dòng)軌道之間的接觸面極小，只要有少量的潤(rùn)滑物質(zhì)，整個(gè)軸承的結(jié)構(gòu)就能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的壽命，并保持良好的性能。滾珠軸承結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，主要是工作噪音稍大，且使用者不能自行為軸承添加潤(rùn)滑劑，因此，在選擇滾珠風(fēng)扇時(shí)選擇可靠的廠商非常重要。
相比之下，雖然自潤(rùn)軸承保養(yǎng)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是如果想達(dá)到與滾珠軸承相同的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，就需要比較復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這無(wú)形中就提高了風(fēng)扇制造的成本，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。另外如果軸承出現(xiàn)問(wèn)題的話，滾珠軸承往往能有比較明顯的先期預(yù)兆，如轉(zhuǎn)速下降、噪聲等；而自潤(rùn)軸承的故障往往難以預(yù)料。因此，大家在市場(chǎng)上看到最多的還是使用滾珠軸承傳動(dòng)的風(fēng)扇。
不過(guò)，現(xiàn)在越來(lái)越多的廠商使用了兩種軸承混合的設(shè)計(jì)，以包容這兩種形式的優(yōu)點(diǎn)，這也許是以后風(fēng)扇設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展方向。
工藝
技術(shù)的最終表達(dá)載體是產(chǎn)品，當(dāng)原始選材確定之后，制作工藝就成為保證產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要的因素。
在解釋散熱器的工藝前，我們先簡(jiǎn)單重復(fù)一遍散熱器的構(gòu)成。散熱器由頂部的風(fēng)扇和下部的散熱片組成。而散熱片則包括底座和鰭片兩部分。根據(jù)制作工藝的不同，底座和鰭片可以是一體的材質(zhì)（如純銅），也可以是由不同材質(zhì)組成的合體（如底座采用銅，而鰭片采用鋁）。
塞銅——散熱片常見工藝：
◇ 在對(duì)散熱片的處理當(dāng)中，塞銅工藝是最常見的一種銅鋁結(jié)合工藝。這種工藝?yán)媒饘俨牧系臒崦浝淇s特點(diǎn)，先將鋁散熱片進(jìn)行高溫處理，然后將冷卻后的銅芯（多為圓柱形）壓塞進(jìn)經(jīng)過(guò)CNC（數(shù)控車床）銑好的孔中，最后再次進(jìn)行整體的冷卻處理。由于沒(méi)有使用第三方介質(zhì)，塞銅工藝可以大幅度降低接觸面間的熱阻，不但保證了銅鋁結(jié)合的緊密程度，更充分利用了兩種金屬材料的散熱特性。
◇ 在經(jīng)過(guò)塞銅工藝處理后，散熱器底面往往還要經(jīng)過(guò)“銑”和“磨”處理。銑工藝針對(duì)塞銅處理中的銅芯。銑過(guò)的銅芯底面，平整度遠(yuǎn)超磨制工藝產(chǎn)品。磨工藝則針對(duì)整個(gè)散熱片底部進(jìn)行磨平處理。
◇ 您可能會(huì)問(wèn)：如何區(qū)分銑工藝和磨工藝？其實(shí)很簡(jiǎn)單，銑工藝的產(chǎn)品在圓中心會(huì)有一個(gè)小點(diǎn)，而磨工藝產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)橫紋。
回焊爐——散熱片常見工藝：
◇ 散熱片的制造工藝有很多，效果也各有千秋。其中最常見的就是鋁擠壓工藝（Extruded）。鋁擠壓的技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，適合大批量制作散熱器。
◇ 進(jìn)一步來(lái)考慮，如何辨別一款鋁擠壓散熱片的優(yōu)劣呢？這里就要引入一個(gè)新概念：Pin-Fin比。它是檢驗(yàn)鋁擠技術(shù)優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。Pin-Fin比越大意味著散熱器的有效散熱面積越大。
◇ Pin是指散熱片的鰭片（也稱腮片）；Fin是指相鄰的兩枚鰭片間的距離。Pin-Fin比是用Pin的高度（不含底座厚度）除以Fin。這樣得到的數(shù)值越高，代表鋁擠技術(shù)越先進(jìn)。目前最高的比值是20。一般這個(gè)比值能達(dá)到15～17，散熱片品質(zhì)就很不錯(cuò)了。如果您擁有Pin-Fin比高達(dá)18的散熱器，那么它一定是一款高檔產(chǎn)品。
鋁擠壓——散熱片常見工藝:
◇ 散熱片的制造工藝有很多，效果也各有千秋。其中最常見的就是鋁擠壓工藝（Extruded）。鋁擠壓的技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，適合大批量制作散熱器。
◇ 進(jìn)一步來(lái)考慮，如何辨別一款鋁擠壓散熱片的優(yōu)劣呢？這里就要引入一個(gè)新概念：Pin-Fin比。它是檢驗(yàn)鋁擠技術(shù)優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。Pin-Fin比越大意味著散熱器的有效散熱面積越大。
◇ Pin是指散熱片的鰭片（也稱腮片）；Fin是指相鄰的兩枚鰭片間的距離。Pin-Fin比是用Pin的高度（不含底座厚度）除以Fin。這樣得到的數(shù)值越高，代表鋁擠技術(shù)越先進(jìn)。目前最高的比值是20。一般這個(gè)比值能達(dá)到15～17，散熱片品質(zhì)就很不錯(cuò)了。如果您擁有Pin-Fin比高達(dá)18的散熱器，那么它一定是一款高檔產(chǎn)品。
切割工藝——散熱片常見工藝:
◇ 切割工藝（Skiving）就是把一整塊金屬一次性切割。這樣切割后的散熱鰭片又薄又密，極大增加了散熱面積。即使在減少電機(jī)風(fēng)量的情況下，散熱器仍然能達(dá)到很好的散熱效果，進(jìn)而大大減少風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音。但是切割工藝對(duì)技術(shù)要求比較高，加工困難。目前市場(chǎng)上采用這種技術(shù)的散熱器還比較少。
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