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优质散热器所具备的特点

 修心斋365 2015-09-06
温馨提示:如果没有时间去仔细研究,而是只需要知道要领的朋友。
可以跳过分析内容,只看凸出颜色的文字。

先这样发文字,一会儿搜索下,补充点参考图片

散热市场水深得很,如果消费者没有练就出一对鉴别散热器优劣的火眼金睛的话,很容易就被坑爹了!!



对此,LZ分享一下我浅薄的知识和经验,教小白拒绝忽悠。

在学会鉴别以前,首先要懂得散热器的基本工作方式。

他分为:导热、散热两个过程。



导热:把热能从芯片引导到空气中
不管是水冷也好、热管也罢,甚至“远古”的全铝散热器,哪怕是半导体制冷等等。他们的目的只是导热。
把热量通过主动(水冷、半导体)或被动(金属块)的方式引导到空气中。


散热:通过空气的流动似热能带出机箱
当热量被引导到空气后,就可以通过风扇或者冷热对流使空气流动,其目的就是把热空气排出机箱,并吸入冷空气。
这样就完成的散热的过程了。


导热和散热两个过程都是不可忽视的,其中有一个过程不给力,情况就好像计时沙漏一样,出现瓶颈了。

同理,在导热过程中也会有很多细小的环节,如果其中一环做得不好,那样还是好比一个沙漏。
再华丽和昂贵也只能是个造型YY的坑爹散热。

我就从导热的过程说起吧。


1.底座

第一个导热的环节就是,和芯片最亲密的部位,叫底座。

好的底座必须要保证和芯片有足够的接触面积。唯一决定因素就是平整度。
那些打磨不够光滑,出现弧面的底座都是不可取的。

最好的底部就是做得像镜子一样。



现在各品牌在平整度和光滑度上已经都做得很好了,出现不良情况的那都是些工包货、残次品了。对此一般消费者不用过于操心。

但这里的文章还是有的

材料上就是一个环节,现在的散热材料都是铜或铝。
铜的导热率是铝的1.6倍

由于底部的接触面积受到芯片自身面积的限制,唯一改善导热效率的途经只有材料

所以好的底部,必须得铜底

除了材料问题,还有个工艺问题

现在都流行热管散热器

一般先导热到底部,然后从底部导热到热管

有些品牌为了减少导热环节来提高导热效率,所以采用了热管直接接触芯片的工艺
也就是,从芯片导热到热管。

到底这样有没有用处呢?

我的见解是,铜底占优永远都是不变的真理,直接接触只是YY,品牌为了好卖而搞出来的戳头。

这点和部分爱YY直接接触的玩家来说观点冲突还真大


  PK  
现在铜底不太流行了,找个图不方便,随便弄个铜底的图


我来细细分析这一问题。


就直接接触而言,高端产品的热管是不是都接触到芯片?
肯定不能!一块芯片才多大,去掉芯片保护壳看看吧,一般就2~3条管子接触到了,还没接触到的管子就等于废掉了。
如果要让外侧管子都导热到,那个过程就是,中间管子->底座->两侧管子或者底座->两侧管子。
这里先不谈论管子和底座间重复多次导热,而产生的热阻问题,就材料上,最终还是受到底座材料的影响

而再看纯粹铜底的吧,把热量传导到铜块上,然后铜块比较均匀地一次性传导到各热管上,这样就能比较合理地利用到每条热管了。
而且就提出的这点而言,可以得出一个推论,铜块约厚越好。

这时候有人提出,假设都是铜底,热管直接接触和非直接的比较又如何?“路程”变短了的直接接触要比非接触的好?
我认为,跑1公里是法拉利,那么跑100公里还是法拉利。懂不懂~~~
只要是铜块,面积又一样的,这个过程根本就没有区别,反倒过于复杂的工艺会造成多种因素产生的热阻,我是不提倡热管直接接触的。

而且底座除了导热这一任务
还有一个额外的任务来完善风冷散热
那是储热
当芯片忽然满载,瞬间产生高温的时候,如果没有一定的储热能力的话,芯片温度会大幅上升而造成不稳定因素。
打个比方说这个储热问题,就好比高性能硬盘都会有较大的缓存一样,把瞬间来不及传输的数据临时存放在一个地方,然后再传输。
而储热就是这么回事,把一时无法马上应付的高热能暂时保存在底座中,然后传导出去。

储热能力的强弱那完全看底座的重量咯。

综合以上分析,好的底座应该是
纯铜、平整光滑、有一定的厚度。


2.热管

对于热管散热器来说,热量到达底部以后,接着就是导热到热管上

热管的选择说他简单也行,高深也行。

首先热管的工作原理就是通过管壁导热到内部的液体或气体,然后由于内部温度变化而产生的压差驱使液体、气体流动到冷端。
降温后会被液化,通过管壁内毛细现象而流动回热端。
由于是流动的,所以他理论上是铜块的1000倍以上的效率。

但不要忘记这一过程,他必须是重复了热力进入和输出管壁的过程,也就是管壁的材料很重要。
铜管是必须的,如果管子是铝甚至不锈钢的话,那简直是废物,还不如好端端的一块铜块。
由于大部分消费者都意识到铜管的重要性,所以现在的产品都看不到铝管了,不然都卖不出去了。

但不要因为看到都是铜管就掉以轻心。
管子是否有效利用是一个关键问题。
对于这方面LZ能说的比较笼统,可以到此传送门上专修一下:http://itbbs.pconline.com.cn/diy/12315936.html

我简单点说,热管即使有毛细现象,但还是受地心引力影响的。热都是往上跑的。
那些形状弯得很优美的散热器可谓抢足了眼球,但是整条管子并没有得到完全有效的利用,有些部位可能安装在某些机箱上就废掉了30%。

所以大家还要结合到自己的安放方式去考虑这管子弯的是不是不对劲了。

除了引力影响的问题,管子的分布也是很关键。

现在鳍片的面积都做的非常大,如果管子都集中在一两个部位上,离管子最远的部分由于导热不良就得不到充分的利用了。
那样大面积的鳍片和数量庞大的热管最终成了花瓶了。看起来很华丽、很重量级,但比一般的没好多少。

为了改善这一问题,热管必须是均匀分布地穿过鳍片是最好的。
现在比较新出的产品里面多了考虑热管分布问题了,但是有些还不够完美。同时也存在着大量的分布不合理的产品。
消费者必须擦亮眼睛。

分布均匀






分布不均(不及格)








还有为了更好吸收铜底上的热量,底部的热管分布得越密是越好的,想象一下,太疏的话那就意味着外围的热管与芯片距离更大了,导热效果自然削弱。



综合以上描述,好的热管应该是
铜管、底座内排列密集、分布均匀地穿插于鳍片中、不会出现其中一段热管指向地下的情况



3.鳍片

说完热管,当然就到鳍片了

前面说过,鳍片也是一个导热载体,从热管均匀导热到鳍片上,然后再导热到空气中。

这里往往有一个误区,就是鳍片越薄越好。

这一误区形成是有一个历史过程的。
以前工艺没那么好,鳍片都做得很厚,厚得应该叫做铝板还差不多。
而空气的导热系数非常低,为了有效把鳍片的热量导热到空气中,我们需要很大的导热面积。
为了解决这一问题,把鳍片做得更薄,数量就可以随之增加,同时面积就大大增大了。
于是消费者形成了一种有局限性的认识,只要面积更大就一定是更好,所以必须要做得很薄,而且是越薄越好。

殊不知这种有局限性的观念被JS无耻地利用了

许多品牌会把一些产品的鳍片有多薄做多薄,材料成本压下去了,售价也都给力了,外观还极度YY,也符合大多数消费者的心理需求,于是好卖了,火起来了。
JS只卖好卖的,不卖好用的。JS只做赚的,不做对的。
你们,懂不懂X2啊

这都不能完全只怪JS,也想想自己错在哪里,以后拒绝忽悠吧。

既然说过鳍片是一个导热载体,这就要求他必须有一定的横截面积。
没有足够的横截面积就好比你用一条小水管给这个大厦供水一样,不能给每个水龙头都供得上水,而那些水冷头就好比作鳍片的空气接触面积
如果鳍片太薄,那么从热管导热到鳍片的时候,距离热管较远的部位就得不到利用了。而且越是薄,那么导热距离就越短,有效利用面积越少,有效利用风量越低。
所以我们既要大面积,同时也要足够的厚度。

那些像纸片一样,还做得很有弹性、很柔软的鳍片是绝对不及格的。

有玩过像AC烤肉架这样的全球知名产品应该会发现,他的鳍片是铝做的,而且较于市面上的主流产品来说是非常的厚了,鳍片数量也不算特别多。
难道AC的设计会很烂吗?!人家可是做质量、做实效的,而不是疯狂地YY

造型朴实不YY,厚度有目共睹


除了厚度问题,接着到材料
这不用太废话,铜比铝好,肯定的。铝需要达到铜的接近2倍厚度才有相同效果。
鉴于前面的分析。鳍片的材料并非必须要铜,但铝鳍片必须要做得够一定厚度,不然还是选铜的好。

说道这里还没完,鳍片和热管之间的导热问题常常被很多人所忽视

这方面的好坏完全是取决于工艺问题,同时也是品牌的质量、良心等问题了

注意观察鳍片和热管之间有多少缝隙,间隙越大那么接触面积就是越少,导热效果越差
有些人被JS的枪文洗脑得很透切,说那些空隙没影响。

那我提个同理的问题,为什么我们底座要涂硅脂。
每个DIY玩家都知道的,为了有效接触面积。
那么为什么就不转换思维,热管和鳍片也需要同类的措施呢,两者之间是必须要焊接牢固的。
两者之间不能有松动和间隙。

那些原装CPU散热、显卡公版散热器、世界知名品牌等等,他们的鳍片都是很牢固,甚至都是完全焊接的。

大家有没有注意到,鳍片之间为了牢固,排列整齐,美观,都有整排的扣齿使鳍片互相固扣在一起
同时JS会灌输一样观念扣齿多就牢固,由于牢固所以就和热管接触好,同时还耐用。

我们要对这一观念Say No!

这是彻彻底底的忽悠,扣齿和接触面积根本没直接的关系,完全是两回事。

再看那些很牛X的利民散热器,扣齿只是做得恰到好处的地方,或者甚至不做扣齿。

利民120的合理地扣齿






为什么呢?因为人家的鳍片已经焊接得很牢固。如果鳍片焊接得牢固了,并且热管分布也是均匀的。那么我们还需要扣齿来固定吗?
你们能徒手把焊接好的鳍片拔出来吗?
所以细心会发现,真正的高端效果的产品,是很少扣齿甚至没有扣齿的

相反,那些中低端产品为了掩饰鳍片的松动,接触不良等问题。
他们会在热管旁边乃至四周都弄上结实的扣齿,这样你就会误以为他的接触很稳固。

其实扣齿的正确用法是扣在跟热管距离最远的地方以保证鳍片不会那么容易变形就行了。
扣齿多了只会增加成本。哪个JS希望自己成本增加呢?平白无故用那么大量的扣齿只能说明在焊接方面确实省掉很多。


另外大家会YY一些镀铜等等的产品

大家明白一点,鳍片中的导热主体依旧是主材料,镀的什么都没关系。
而空气的导热系数又比金属低很多,铜铝即使是氧化了还是比空气高很多的导热系数。
所以鳍片表面不管镀了什么、还是氧化掉也好,都不影响散热效果。

于是乎,什么颜色的散热器还是看个人喜好吧,纯粹好看而已,喜欢就好

还有一些产品把鳍片压出很多凹凸网点之类的来,YY一下接触面积增大了,但事实上没大多少面积,作用可以忽视。
还是个人觉得好看就算了。喜好问题。

不过那些JS每年都在对原有产品出新版本,比方说镀铜版,或者鳍片压些斑纹图案、或者改一下形状。这样就可以更YY,然后枪文一番,卖个好价钱。
对于这方面,我们还得要理性思考。那些新版本到底值不值得购买,因为很多时候老版本都是降价的了。

JS这么做都是为了找个借口给相同的产品涨价,因为铜铝原材料一直都在涨嘛~~~~人家也要吃饭,也要养妻活儿的。
毕竟二三线品牌那价格本来定得低呀,不涨价怎么活。


综合以上分析,优秀的鳍片设计应该是
厚实不会太柔软、和热管衔接牢固不可有空隙最好是焊接的、扣齿不能扣在热管四周而是要扣在离热管最远的位置

最优秀的肯定是没扣齿但又片片都牢固。(就这一条件已经集合了厚度、焊接的高要求)



最后到了散热问题
这方面不用说什么,纯粹风扇问题。注意风量和方向是否适合自己的机箱就好。不太讲究,不合适的话换个风扇也成。



4.常见工艺

以上基本针对主流的热管散热器而言

除了这些,其实还有一些非主流散热

如纯铜、铜铝结合、纯铝、均热板。

均热板还没单独出现产品,不说什么了。其实可以理解成用均热板代替铜底的散热器。

现在纯铝用来压压单核、或者凌动之类可以,没啥讲究

铜铝结合、纯铜也都技术很成熟,只要鳍片够多就好。

特别说一下他们常用的工艺


整块切割工艺

常见用于纯铜散热器
把整块铜块,斜切割成很多鳍片,然后把鳍片垂直弯曲,最终形成一个鳍片和底座都是整一块铜的散热器
这是纯铜散热当中效果最优秀的工艺了,通常用在服务器散热器上。
为什么现在看不到PC上这样的产品呢?不是他贵,也不是不合适。这散热器绝对好用,因为把中间多次导热的环节降低到最少了。
现在就算功耗在130W级别的服务器CPU都照样可以用这样的散热器呢。性价比还超级强。
不过关键问题在于外形不YY就算了,还排列不够整齐,难看死。这个人用户市场来说,能卖出去吗?

还是那句,JS只卖赚的,不卖对


固压工艺


无论纯铜、纯铝、铜铝结构都可以用固压工艺。其造型受到工艺的先天限制。
都是那种青鸟、蝙蝠王、金蝠之类的样子。最最大的发挥也只想做成像超频三的小鱼儿、花无缺那样了
仔细看看底座就明白玄机。
他是把很多片鳍片固压在一起,经过挤压的中间部分就整齐地排列成一个铜块(铝块)了。然后把底部打磨平滑完事。
这玩意工艺成本也是不高,而且很成熟,完全是卖材料价。
不过要注意一点,底部会不会压得不够密。
这种散热器同整块切割的优点一样,省去重复导热过程。
但是唯一的缺点是底座平整度有限,我们要侧重看底部的工艺如何,底部及格就没问题了。



插齿工艺

多见在铜铝结合的散热器上。
在底座上刮出许多坑槽,然后把鳍片插进坑槽中,最后通过压力压在一起而被固定。
这种方法,理论上做得好的话,就少了两者间由于焊接材料而产生的热阻问题,是完全接触的。
但LZ本人没用过插齿工艺的产品,其成熟程度我不知道。
但很显然的,如果插得不稳固,那样就会存在间隙。
对于二三线厂,我们很难保证地说,里面每一片都是插得完美的。

如果保守点的话,还是建议用焊接方式来固定的产品吧。
理论上来说,焊接的效果跟插齿差不多,只是没那么好看,但是工艺肯定是成熟的。
尤其在那些结构复杂的散热器上,我还是建议选择焊接出来的。


5.利民的弧面底座之谜

后面有人提出,利民会把底座做成非常光滑的弧面。
没错,没听过,利民的底座是弧面的。
这不是做得烂,是做得非常有技术含量的,是为了达到集中性的导热优化而去做的。


我来说说他的玄机在哪里

首先大家会认为做成弧面的话,和芯片的直接接触面积减少了。
这样想就太简单了。

如果一个平整的表面压在平整的芯片外壳上,那么压力会被均匀分布,这样金属间直接接触的面积也是均匀分布的。
但是,资深玩家都知道,那只是个芯片壳,真正的芯片在正中央,而且面积要比这壳小许多。

利民做成弧面的目的就是要缩小接触面积,从而集中底座的压力刚好压在中央的芯片上,压强增大的结果就是使得中央部分金属直接接触的面积增加了,减少了硅脂的热阻。

但这不是只要做成弧面就可以的了。必须要配合好扣具
利民的扣具都是集中压着底座的正中央位置的,这样弧面才能恰好压到中间芯片的位置

如果不是这样设计的话,我们只有四边固定的力度不均匀,那就造成弧面偏向一边而造成底座根本没接触到芯片情况。

所以利民是个特例,是经过精心设计的。我们不要试图胡乱改动利民的扣具配置。
同时不要试图使用一些非利民产的弧面底座


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