散热片种类

就散热片材质来说，每种材料其导热性能是不同的，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，钢。不过如果用银来作散热片会太昂贵，故最好的方案为采用铜质。虽然铝便宜得多，但显然导热性就不如铜好（大约只有铜的百分之五十多点）。 目前常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜散热器都超过了CPU 对重量的限制），热容量较小，而且容易氧化。而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。 从制作工艺分类:

1. 铝挤式散热片

铝材质由于本身柔软易加工的特点很早就应用在散热器市场，铝挤技术简单的说就是将铝锭高温加热后，在高压下让铝液流经具有沟槽的挤型模具，作出散热片初胚，然再对散热片初胚进行裁剪、剖沟等处理后就做成了我们常见到的散热片。铝挤散热片的成本低，技术门槛要求也不高，不过由于受到本身材质的限制散热鳍片的厚度和长度之比不能超过1：18，所以在有限的空间内很难提高散热面积，故铝挤散热片散热效果比较差，很难胜任现今日益攀升的高频率CPU 。

2. 塞铜式散热片

目前市场主流的散热片所用的主要材质无外乎铝和铜两种，而塞铜工艺则正是结合铝和铜各自优点应运而生的产物。塞铜工艺是利用热胀冷缩的原理来完成的，将铝 挤型散热片加热后将铜芯塞入其中，最后再进行整体的冷却。由于没有使用第三方介质，塞铜工艺可以大幅度降低接触面间的热阻，不但保证了铜铝结合的紧密程度，更充分利用了铝散热快和铜吸热快的特性。这种塞铜工艺成本适中散热效果也不错，是目前市场上的主流散热片类型。

3. 压固法

也就是将众多的铜片或铝片叠加起来，然后在两侧加压并将其截面进行抛光，这个截面与CPU 核心接触，另外一面则伸展开来作为散热片的鳍片。压固法制作的散热器其特点是鳍片数量可以做的很多，而且不需要很高的工艺就能保证每个鳍片都能与CPU 核心保持良好的接触（或靠近），而各个鳍片之间也通过压固的方式有 着紧密的接触，彼此之间的热量传导损失也会明显降低，正是因为压固法制作的散热器拥有众多的鳍片，这种散热器的散热效果往往不错，重量则比传统的散热器要轻的多。

4. 锻造式散热片

锻造工艺就是将铝块加热后利用高压充满模具内而形成的，它的优点是鳍片

高度可以达到50mm 以上，厚度1mm 以下，能够在相同的体积内得到最大的散热面积，而且锻造容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。但锻造时，因金属的塑性低，变形时易产生开裂，变形抗力大，需要大吨（500吨以上）位的锻压机械，也正因为设备和模具的高昂费用而导致产品成本极高，连许多超频发烧友都无福消受。

5. 接合型散热片

由于传统铝挤型散热片无法突破鳍片厚度和长度的比例限制，故而采用结合型散热片。这种散热片是先用铝或铜板做成鳍片，之后利用导热膏或焊锡将它结合在具有沟槽的散热底座上。结合型散热片的特点是鳍片突破原有的比例限制，散热效果好，而且还可以选用不同的材质做鳍片。当然了，缺点也显而易见，就是利用导热膏和焊锡接结合鳍片和底座会存在介面阻抗问题，从而影响散热，为了改善这些缺点，散热片领域又运用了2种新技术。首先是插齿技术，它是利用60吨以上的压力，把铝片结合在铜片的基座中，并且铝和铜之间没有使用任何介质，从微观上看铝和铜的原子在某种程度上相互连接，从而彻底避免了传统的铜铝结合产生介面热阻的弊端，大大提高了产品的热传到能力。第二种是回流焊接技术，传统的接合型散热片最大的问题是介面阻抗问题，而回流焊接技术就是对这一问题的改进。其实，回流焊接和传统接合型散热片的工序几乎相同，只是使用了一个特殊的回焊炉，它可以精确的对焊接的温度和时间参数进行设定，焊料采用用铅锡合金，使焊接和被焊接的金属得到充分接触，从而避免了漏焊空焊，确保了鳍片和底座的连接尽可能紧密，最大限度降低介面热阻，又可以控制每一个焊点的焊铜融化时间和融化温度，保证所有焊点的均匀，不过这个特殊的回焊炉价格很贵，主板厂商用的比较多，而散热器厂商则很少采用。

6. 切削式散热片

相对于铝挤型散热片，切削工艺解决了散热片的鳍片厚长之比的限制。切削工艺是利用特殊的刀具将整块材质削出一层层的鳍片，这种散热鳍片可薄至0.5mm ， 而且散热片的鳍片和底座是一体的，因而就不会出现界面阻抗的问题。不过这种切削工艺在生产的过程中废料多和量品率低的影响使得成本居高不下，故而切削工艺主要偏向铜制散热片。

7. 可挠性散热片

可挠性散热片是先将铜或铝的薄板，以成型机折成一体成型的鳍片，然后用穿刺模将上下底板固定，再利用高周波金属熔接机，与加工过的底座结合成一体，由于制 程为连续接合，适合做高厚长比的散热片，且因鳍片为一体成型，有利于热传导之连续性，鳍片厚度仅有0.1mm ，可大大降低材料的需求，并在散热片容许重量内得到最大热传面积。

按照材质分类

1、纯铝制散热片

这种散热片是目前使用率最高的散热片之一，整体采用纯铝制造。铝，作为地壳中含有量最高的金属，成本低和热容低是其主要特点，虽然吸热慢，但放热很快，散热效果跟其结构和做工成正比，散热片数越多、底部抛光越好，散热效果越好，但也受其制造工艺上的制约，一般采用铝挤压式制造工艺的散热器凹槽的最小间隔只能做到1.1毫米。散热原理也是最简单的：利用散热器上的散热片来增大它与空气的接触面积，再利用风扇来加速空气流动从而带走散热片上的热量。这种散热片的价格也是最低的，跟以下几种散热器相比散热效果最差。

图一：纯铝制散热片

2、纯铜制散热片

这种散热片跟铝制散热片唯一的区别就是材质换成了纯铜，因为铜跟铝相比有个先天的优点：热传导效能为412w/mk，比铝的226w/mk提高了将近1倍，但铜也有个先天的缺点：热容太高了，也就是说这种散热片吸热快但放热慢，热量在铜片中的物理沉淀非常多，需要配合大功率高转速的风扇，才能达到理想的效果。由于铜具有良好的韧性，制造工艺上比铝容易多了，有折页式、插齿式等，散热片的密度可以比铝制的做得更高，散热面积也相应更大，这些都可以弥补其热容高所导致散热慢的不足，但纯铜的单位成本和制造成本比铝高很多，直接导致这种散热片的价格居高不下，虽然价格高，但散热效果比铝制的要好多了。

图二：纯铜制散热片

3、纯银制散热片 这种散热片的材质采用了吸热快放热也快的纯银，银的热传导效能为432w/mk，比铜略高，但其热容很低，热量在银质散热器体上的物理沉淀少，仅相当于铝的水平，也就是说银制的散热器是集合了铜和铝各自的优点于一身，拥有铜的快速导热性及铝的快速放热性，散热效果非常好，唯一的缺点就是价格高，众所周之，由于银的密度比较高，一个小小的散热片需要几百上千克的银，ALPHA 公司著名的PAL7088T 纯银制散热器，其中散热片采用1300克纯银，不含风扇的价格就高达15600元，如果配合ALPHA 的CTT8450液态轴承马达全自动温控风扇，总价已经超过20000元了，这种离谱的价格实在是非一般人所能接受的。

图三：纯银制散热片

4、嵌铜式铝制散热片 这种散热器可以说是用经济实惠的方式解决了铜和铝的矛盾关系——中间嵌铜块的铝制散热片，用铜块跟CPU 接触，利用铜的快速吸热性来吸取CPU 的热量，再利用铝的快速放热性来释放铜块上的热量，这样做散热效果要好于单一的纯铜或纯铝散热片，但还远远不及纯银的效果，原因很简单：嵌铜散热片的制造过程是利用热胀冷缩的原理，将铝制散热片加热到一定的温度后，再把事先准备好的铜块嵌进去，等铝的温度下降后，收缩就把铜块紧紧地包在了一起，

但是

铜和铝不能做到100%的接触，所以在热传导效能方面会受到一定的影响，但优点是价格便宜，基本上几十元钱就能买到，比起动辄上百元的纯铜散热片来说，既经济实惠，且效果又好。

图四：嵌铜式铝制散热片

5、压铸铜式铝制散热片

这种散热片乍看外表颇似嵌铜散热片，底座上也有一块铜，但不一样的地方是：这种散热片上的铜块并不像嵌铜散热片那样是利用热胀冷缩的原理嵌进去的，而是使用了最先进的压铸技术，可以说是完全的无缝连接，所以在铜块与铝座的连接线上，无论怎么看，怎么摸，都绝对感觉不到任何缝隙，从根本上保证了铜块与铝座之间的热传导性，因此，具有超强的散热性能。典型的例子就是曾经被媒体封称为“地球上最强风冷散热器”的ALPHA PAL8045T 。当然，由于制造复杂做工精细，一般采用这种工艺制造的散热器价格颇高，ALPHA PAL8045T 不带风扇的散热片，其价格就要420元了，价格是比较昂贵，但散热效果极佳。

图五：压铸铜式铝制散热片

6、热管散热系统

这种散热系统与上述的散热片不同，上述的散热片是利用金属的热传导性能将热量从散热面积小的CPU 表面传递到散热面积大的散热片上，因此，其散热性能取决于制造这个散热片所采用的材质。热管散热系统并不是利用金属的热传导性能来导热的，而是利用在密闭的铜管内液态介质的蒸发及冷凝过程传递热量的，由于液态到气态及气态到液态的转化，分别需要吸收及放出大量的热，所以热管传递热量的效率很高，导热系数比单一金属材质要高出几个数量级。具体请看图六：

图六：热管散热器的原理图

原理是：在密闭的铜管中抽真空并填入沸点较低的液体，当铜管的一头温度升高时，这段铜管里面的液体就会受热而汽化，并依靠铜管内部两端的蒸汽压力差而向另一端移动，由于另一端的温度较低，气体移动到这里时，遇冷液化并反向流回，这个反向的流动依靠热管内壁丝网结构提供的毛细泵力进行的，我们知道，当液体变成气体时是要吸收大量的热，而当气体变成液体时会放出大量的热，热管就是利用这个原理来传导热量的，典型的例子就是图示的TT SP-94纯铜热管散热器。

图七：热管散热器

散热片的应用方式

散热片 的应用方式散热片 的选用， 最简单的方式是利用热阻的概念来设计， 热阻是电子热管理技术中很重要的设计参数， 定义为 Ｒ＝ΔT / P

元件得散热效果越差， 如果热阻越小， 则代表元件越容易散热。 IC 封装加装散热片 之后会使得晶片 产生的热大部分的热向上经由散热片 传递， 由热阻所构成之网路来看， 共包括了由热由晶片 到封装外壳之热阻 Rjc ， 热由封装表面到散热片底部经由介面材料到散热片 底部之热阻 Rcs ， 以及热由散热片 底部传到大气中之热阻 Rsa 三个部分。 Rjc 为封装本身的特性， 与封装设计有关， 在封装完成后此值就固定， 须由封装设计厂提供。

Rjc=(Tj-Tc) / P

Tj 为晶片 介面温度， 一般在微电子的应用为 115℃~180℃， 而在特定及军事的应用上则为 65~80℃。 Ta 的值在提供外界空气时为 35~45℃， 而在密闭空间或是接近其他热源时则可定为 50~60℃。

Rcs 为介面材料之热阻， 与介面材料本身特性有关， 而散热片 设计者则须提供 Rsa 的参数。

Rcs=(Tc-Ts) / P

Rsa=(Ts-Ta) / P

Rcs 和表面光滑度、介面材料的材料特性以及安装压力以及材料厚度有关，由於一般设计时常会忽略介面材料的特性， 因此需特别注意。 由热阻网路来看，可以得到热阻的关系为

Rja=Rjc+Rcs+Rsa=(Tj-Ta) / P

散热片 的作用即是如何使用适当的散热片 使得晶片 的温度 Tj 保持在设定值以下下。 然而散热设计时必须考虑元件的成本， 图三则为几种传统散热片 及元件的成本和性能估算，性能佳的散热片 成本一般较高， 如果散热量较小的设计， 就可以不必用到高性能高成本的散热元件。 散热设计时必须了解散热片 的制作成本及性能的搭配， 才能使散热片 发挥最大效益。

散热片的材料

传统散热片 材料为铝， 铝的热传导性可达 209W/m-K， 加工特性佳， 成本低，因此应用非常广。 而由於散热片 性能要求越来越高， 因此对於散热片 材料热传导特性的要求也更为殷切， 各种高传导性材料的需求也越来越高。 铜的热传导率 390W/m-K， 比起铝的传导增加 70%， 而缺点是重量三倍於铝， 每磅的价格和铝相同， 而更难加工。 由於受限於高温的成型限制， 无法和铝同样挤型成形， 而铜的机械加工花更多时间， 使加工机具更易损毁。 然而当应用的场合受限於传导特性为重点时， 铜通常可作为替代之用， 此外利用铜做为散热片 的底部可提升热传扩散的效率， 降低热阻值。

一些增进散热的材料如高导热的 polymer 、 碳为基材的化合物， 金属粉沫烧结， 化合的钻石以及石墨等都是目 前受瞩目 的热传导材料。 然而最需要的性质是什麽？ 控制的传导性、 高加工性、 低重量、 低热膨胀系数、 低毒性以及更重要的是成本必须低於铝。 许多新材料的物理特性高於铝， 但价格也多了许多倍。

AlSiC 是目 前最新的材料， 混合各种铝合金以制成特殊的物理性质， 控制的热膨胀、 高传导性以及显着的强度使得 AlSiC 更有吸引力， 由於成本的关系， 这种材料一般用在底部及作为功率模组底部和晶片 直接接触的基板。

散热片的设计考虑

1. 包络体积

以散热片 的设计而言， 这里介绍一个简易的方法， 也就是包络体积的观念， 所谓包络体积是指散热片 所占的体积， 如果发热功率大，所需的散热片 体积就比较大。 散热片 的设计可就包络体积做初步的设计， 然后再就散热片 的细部如鳍片 及底部尺寸做详细设计。 发热瓦数和包络体基的关系如下式所示。

LogV=1.4xlogW-0.8(Min 1.5cm 3 )

2. 散热片 底部厚度

要使得散热片 效率增加， 散热片 底部厚度有很大的影响， 散热片 底部必须够厚才能使足够的热能顺利的传到所有的鳍片， 使得所有鳍片 有最好的利用效率。 然而太厚的底部除了浪费材料， 也会造成热的累积反而使热传能力降低。 良好的底部厚度设计必须由热源部分厚而向边缘部份变薄， 如此可使散热片 由热源部份吸收足够的热向周围较薄的部份迅速传递。 散热瓦数和底部厚度的关系如下式所示：

t=7xlogW-6 (min 2mm)

3. 鳍片 形状

散热片 内部的热藉由对流及辐射散热， 而对流部分所占的比例非常高， 对流的产生

（1） 鳍片 间格 在散热片 壁面会因为表面的温度变化而产生自 然对流， 造成壁面的空气层（边界层） 流， 空气层的厚度约 2mm ， 鳍片 间格需在 4mm 以上才能确保自 然对流顺利。但是却会造成鳍片 数目 减少而减少散热片 面积。鳍片 间格变狭窄-自 然对流发生减低， 降低散热效率。鳍片 间格变大-鳍片 变少， 表面积减少。

（2） 鳍片 角度 鳍片 角度约三度。

（3） 鳍片 厚度 当鳍片 的形状固定， 厚度及高度的平衡变得很重要， 特别是鳍片 厚度薄高的情况， 会造成前端传热的困难， 使得散热片 即使体积增加也无法增加效率。 散热片 变短时， 增加表面积会增加散热效率， 但也会使散热片 的体积减少而造成的缺点（热容量减少） 因而产生。 因此鳍片 长度需保持一定才能产生效果。

鳍片 变薄-鳍片 传热到顶端能力变弱

鳍片 变厚-鳍片 数目 减少（表面积减少）

鳍片 增高-鳍片 传到顶端能力变弱（体积效率变弱）

鳍片 变短-表面积减少

4. 散热片 表面处理：

散热片 表面做耐酸铝（Alumite ） 或阳极处理可以增加辐射性能而增加散热片 的散热效能， 一般而言， 和颜色是白色或黑色关系不大。表面突起的处理可增加散热面积， 但是在自 然对流的场合， 反而可能造成空气层的阻碍， 降低效率。