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散热技术:散热形状设计

IT圈 admin 47浏览 0评论

2024年5月9日发(作者:稽秀丽)

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所谓散热片,将热量散失掉是其最根本的目的,因此之前的吸热、导热设计都是为散热的目

的而效劳的。不管是被动散热的空冷散热片,还是需要风扇强制导流辅助的风冷散热片,鳍

片的职责都是通过与周围环境〔空气〕的接触将由吸热底传导来的热量散失出去。为了履行

此职责,要求鳍片满足四项要求,每项要求又对应着鳍片的一项参数:1.可迅速吸收热量,

即吸热底与鳍片间的热传导,对应与吸热底的连接面积〔连接比例〕。2.可大范围扩散热量,

即能够将吸收的热量传导到可与环境进展热交换的每个角落,对应鳍片内部的热传导能力

〔横截面积、形状〕。3.散热面积大,即提供更多与环境进展热交换的场所,对应鳍片的外

表积〔数量〕。4.空气容积大,风阻小,即鳍片间为空气留有足够的空间,可通过足够的空

气,对应鳍片的间距。 要想鳍片获得优秀的效能,此四项要求必须同时满足,但对应的

参数又同时受到散热片总体积、重量以及彼此的制约。在一体成形鳍片中,连接比例、内部

导热能力与外表积得益于鳍片的横截面积与数量的增加,但难免影响到鳍片间距与重量;假

设限定体积,鳍片的横截面积和数量又与间距相矛盾;假设限定重量,鳍片的横截面积与数

量互相抵触;假设鳍片形状、数量不变,增加间距那么对体积提出了要求,又会降低连接比

例…… 就算采用后续结合方式,甚至辅以热管等特殊手段,鳍片的设计中仍然难免需要

处理两个甚至几个互相矛盾的因素之间的平衡问题。正是这种令人混乱的复杂制约关系,为

设计者们提供了发挥的空间,才有今天这多种多样的鳍片设计。下面,就为大家介绍一下几

种常见的鳍片形式。鳍片形状: 鳍片的设计不管多么“诡异〞,根本都可归入两大类之

中——片状与柱状,每一类又可根据单体形状与排列方式细分出多种不同子类,当真可称

“把戏百出〞。片状: 片状鳍片是非常典型的形状设计。利用片状“宽广〞的侧面与“薄

弱〞的厚度,可以在相对狭小的空间内获得更大的外表积。平行: 平行排列是片状鳍片

非常典型的排列方式,是“经典中的经典〞。平行排列的鳍片,片间距离均匀,空间连贯,

利于空气通过。平行排列的片状鳍片最大的优势在于各鳍片形状一样或相似,排列整齐、规

律,成形与结合工序相对简单,适合于工业化大规模生产。风槽式: 鳍片与吸热底面垂

直相连,空气由顶部进入,侧面流出〔吹风〕,或由侧面流入,顶部抽出〔吸风〕。空气由

鳍片与吸热底形成的槽道中通过,且其间流动方向会发生变化,故而将之称为“风槽式〞。

目前市场上绝大多数的散热片均系采用此种设计。 价格由高端到低端,材质由纯铜到铝

合金,工艺由精细切削到铝挤压,都可见到风槽式鳍片设计的产品,可以说是“最经典〞的

设计。 风槽式鳍片设计的目标同样是增大散热面积,除了增大吸热底面积外,最重要的

手段就是提高“瘦长比〞——即鳍片高度与鳍片底部厚度的比值。在不增大吸热底面积,不

改变连接比例的情况下,瘦长比的提高可以增加鳍片的数量或高度,都可以加大鳍片总外表

积。当然,考虑到鳍片内部热量传导的要求,瘦长比也不应无限制的提高,当其超过一定限

度时,鳍片的末端已经不能计入有效散热面积之内了。这个限度确实定需要考虑到鳍片材质

的热传导能力,例如铜质鳍片就可以比铝合金鳍片采用更高的瘦长比。 根据所采取的不

同制造工艺,有的可以把鳍片间距做到很小,鳍片做到很薄而大幅增加鳍片数量,将散热片

体积控制在较满意的范围内;有的那么受到工艺限制,鳍片数量无法大幅增加,只能尽量增

加鳍片高度,但散热片体积也随之增大。如果考虑到对散热器工作噪音与风阻的影响,顾虑

到风扇的性能,鳍片的数量与高度都不应过分增加,同样需要寻求一个性能最正确的平衡点。

此种风槽式经典设计已被沿用多年,而且目前及之后的一段时间内也是市场产品的绝对主流,

但它却存在着一项设计者们一直寻求解决的弊端:不管是吹风也好,吸风也好,在散热片的

中心区域都会形成一个空气流动较少的高压区〔吹风〕或低压区〔吸风〕,如果再加上轴流

风扇轴心风力盲区的影响,此区域的范围有时可以到达散热片底面积的20%以上,倘假设

又遇到风扇性能不济,甚至可能整个鳍片底部区域的空气流动都非常微弱。此处的空气受两

侧气流的影响,运动非常混乱,虽然所形成的紊流可以与鳍片进展更多的热交换,但由于流

动不畅,热量无法排出散热片外;而且,此处往往是发热设备〔例如CPU核心〕所处位置,

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是散热片热量最为集中的局部,如不加以处理,会对性能造成相当不利的影响。虽然可以采

用更大风压、更小甚至无盲区的风扇,尽量减小高压区〔或低压区〕的范围,但难免造成耗

电的增加与噪音的增大,影响散热器整体的易用性。 针对这一问题,一些厂家采取了改

进型的设计——增加吸热底中心位置的厚度,在空气沿鳍片流动的方向上形成坡道,既能够

形成类似风道的导流作用,消除高压区〔或低压区〕,又能够增加吸热底的热容量,并利用

增大的连接面积将热量更加均匀的扩散到鳍片上。ThermalRight的SLK系列就是此种设计的

代表,其优秀的性能已经充分证明了设计的合理性。此外也有利用热管将热量由吸热底中心

直接传导到鳍片末端的设计: 同是出自ThermalRight的SP系列,曾经是一代风冷王者,

当今热管散热器的盛行也不可否认有它的功绩在。 当然也可以在原本根底上进展简单改

变而取得不错的效果,例如这种在平行鳍片的侧面开出几道风槽,令中心的高压〔低压〕区

可以与外部空气连通,气流走向更接近于下文中采用柱状鳍片的情况,代价那么是减少了外

表积。实际产品都是在外表积与空气流动间进展权衡后,才确定侧面风槽数量、宽度与排列

位置的。一般而言,对应发热设备的中心位置都会开出一条或对称的两条风槽,以到达中心

“卸压〞的目的。 作为最经典的一种鳍片设计,采用的产品也是目前市场上的绝对主流,

涵盖各种档次与品牌,用户应改对判断其设计水平与特点的几大因素有所了解:1.瘦长比

——既然是设计中的诉求点,实际选购时自然也应关注,通常情况下越高越好,但不应超过

一定限度。2.连接比例——涉及到具体制造工艺间的差异,此处不便详细说明,但连接比例

过小,即鳍片稀疏而薄弱的产品无法提供较大的外表积,性能通常难以令人满意。3.特殊设

计——针对上文提到的弊端,如果实际产品能够采用一些特殊手段解决,在性能上必然能够

取得较大的提升。4.风扇搭配——根据鳍片的高度与密度,会对所搭配风扇提出一定要求:

鳍片高度高、密度大,那么需要风扇具有较大的风压;鳍片数量多、厚度薄,那么会产生较

多的风噪,不利于满足静音需求。风道式: 鳍片与吸热底可以采用多种方式连接,包括

一体成形、直接连接,或者通过热管等手段间接连接;相对位置可以平行、垂直,或者置于

与吸热底有相当距离的位置;共同点为,空气由一侧进入平行排列的鳍片所构成的风道,流

过鳍片间的空隙,并与之进展热交换,再由另一侧排出。鳍片的另外两侧闭合,或采用导流

罩限制,空气流动过程中无法从其它途径流出,只能沿鳍片方向由一端流至另一端,故而将

之称为“风道式〞。目前采用此种设计的产品主要是侧进风散热器、别离式热管散热器〔即

利用热管传热,鳍片与吸热底不直接结合〕、及液冷、压缩机等的独立散热排。相对而言,

采用风道式设计的散热片定位较高。 采用大管径热管的Akust Pipe Tower,热管+风道

式鳍片+侧吹风扇的典型产品。风道式设计通常采用非常细薄的铜或铝合金片层叠焊接而成,

片间距离可以非常小,因此可在小空间内安装大量的鳍片,获得巨大的外表积。虽然鳍片数

量众多,间距较小,但平行排列,且空气通过时无需改变方向,整体风阻很小,可轻松获得

较大的风量。 此种设计由于鳍片细薄,内部导热能力缺乏,往往需要多个热量“输入点〞

才能发挥大外表积、大风量的优势,因此目前的产品中风道式鳍片设计主要配合热管或弯折

的液体导管〔液冷、压缩机等〕使用。能否有效利用巨大的外表积与风量正是风道式鳍片设

计的重点所在,也是用户选购时应该注意的问题。如果不能有效的将热量传导到鳍片的每个

局部,那么众多大面积鳍片的末端局部就只是“摆设〞,对散热效果起不到值得称道的帮助。

放射状: 鳍片与中心位置面积相对较小的吸热底连接,呈放射状向四周延伸,正是因此

而得名。空气由顶部流入,直接通过伸展而出的鳍片,或者在中心位置转为横向流动通过四

周环绕的鳍片。空气在流动过程中虽然可能发生方向改变,但转向角度并不大,且没有明显

的阻碍,鳍片间的空隙也相对均匀、平顺,整体风阻较小。采用放射状鳍片设计的散热片并

不少见,从早年风行一时,Pentium III玩家标配的“涡轮〞,到现今正当红的Socket-T原

配“太阳花〞散热器,以及“花儿〞一样的Zalman PS7000系列,都当归为此类。 此

外,还有一种将平行排列与放射状相结合的设计,被我们的一位编辑戏称为“鱼刺型〞,细

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细看来,倒也确实贴切。 放射状鳍片设计通常而言具有一个较为明显的特点——具有小

而厚实的吸热底。所有散热片都会会聚至此,可以保证一定的储热能力,又可令热量均匀的

传导到四周的鳍片上,有效利用鳍片的外表积。 根据空气流动那么可分为纵向与横向两

类——纵向气流方式的代表即“太阳花〞与“鱼刺〞,所采用轴流风扇的轴心局部正对吸热

底位置,扇叶所带动气流直接通过四周的鳍片,直至遇到PCB板等阻碍才改变方向;横向

气流方式的代表即早期的“涡轮〞与Zalman PS7000系列等,置于鳍片中间的轴流风扇将

气流推向靠近吸热底相对密集的鳍片,一局部气流受到阻碍而转为横向流动,经过周围鳍片

的直立局部。 放射状鳍片最大的优势在于对气流的干扰、限制很少,空气从各个角度沿

鳍片的伸展方向流出,产生的风噪很小。因此,放射状鳍片设计更加适合制造效能不俗的静

音型散热器。CoolerMaster的F71、Zalman 的PS7000系列都是其中典范。“太阳花〞更

是在驾驭Prescott的同时将噪音控制在不错的水平。环形: 在内置风扇的放射状鳍片设

计之上稍加变通,将鳍片改为套在风扇外侧的环形片状,并通过热管与吸热底相连,就得到

了这种独特的环形片状鳍片设计。目前采用此种设计的只有一线板卡大厂技嘉在“闲暇之余〞

推出的3D-Cooler一款。3D-Cooler将风扇由传统的轴流风扇换为了出风更加平顺的涡轮扇

叶。没有导流罩的涡轮扇叶将顶部进入的空气依靠离心效应抛甩出去,经过环绕其周围的环

形片状鳍片。由于鳍片特殊的排列方式,无法与吸热底直接连接,为此,它采用了2根热管

将热量由底部传导到鳍片的四角,令其均匀分布,有效利用众多鳍片的较大外表积进展热交

换。柱状: 柱状鳍片是与片状并驾齐驱的另外一种典型鳍片形状设计。柱状鳍片与片状

相比,在外表积上毫不示弱,而且可具有更大的截面积,内部导热能力更强,更有效的发挥

大外表积的优势。 柱状鳍片相对片状最大的劣势在于鳍片单体成形复杂,造成加工本钱

过高,质量控制困难,不利于大量生产。 柱状鳍片设计较通常的片状鳍片可以获得更好

的性能,这除了得益于更大的外表积与更好的内部导热能力外,更主要是来自柱状鳍片周围

空气流动方式的优势。 在柱状鳍片周围,空气的流动不同于片状鳍片,受到鳍片的阻隔,

只能在鳍片间沿一定方向流动,而是在密集的柱状鳍片间流动,会在每个鳍片周围形成一个

小型的“旋风〞,令鳍片的整个侧外表都成为有效散热外表积。 既然要利用柱状鳍片周

围形成的小“旋风〞增强散热效果,柱体的侧面就不应过于“粗糙〞,产生过大风阻,阻碍

“旋风〞的形成。那么是否需要采用圆形的柱状鳍片呢?没有必要,同时也受工艺限制不易

实现。根据众所周知的几何常识——一样面积的多边形,圆形的周长是最短的,对应柱状鳍

片的情况,即圆柱鳍片的侧面积最小。而且为了获得圆形外表需要比多边形花费更多的工序

与时间,圆形物体的固定难度又要比方形等平边多边形大得多,都是制约产能的不利因素。

柱状鳍片散热器的柱体形状关系到性能、工艺等多方面的因素,因此也正是设计中最为关注

的。 此类散热片通常具有大量、密集的柱状鳍片,片间距离短,保存空间少,而且在各

个鳍片周围都会形成一定的湍流,往往风阻很大。不过得益于较大的外表积,以及充分的热

交换,即便风量较小也可获得不错的散热效果。实际使用中通过对风扇进展控制,可在性能

与静音间自由选择,缺点那么是往往重量较重,且价格不菲。柱体形状: 与片状鳍片那

相对单一的形状不同,虽说都是柱状鳍片,但既然不需要统一到圆柱形,不同的设计间就会

存在着一些差异。多边形: 鳍片的形状为多边形底面柱体,较常见的也只有方形与六边

形。 方形柱状散热器多数为切削而成,即在具有片状鳍片的形材上进展切削,开出横向

沟槽,将较厚的“片〞分割为具有更大外表积的“柱〞。典型代表为曾名噪一时的“无酸素

铜〞散热片——Kanie Type-W。 切削而成的588根铜柱在当时造就了一代王者传说。

六边形底面的柱状鳍片那么是Alpha的独门绝技,采用同样罕有采用的冷锻工艺〔后文将详

细介绍〕而成,比方形底面柱体更加平滑。Alpha 8045/8942的名气有多大就不用笔者描述

了,有许多人都是通过它才见识到柱状鳍片设计的性能优势。圆形: 实际产品中极少有

采用纯圆柱形鳍片的散热片,一般都会对其进展一定改进。 螺丝型鳍片〔正式名称为“螺

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旋面插指〞〕就是Swiftech的独门绝技〔专利哦~〕了,应用于其品牌下MCX系列散热器

上。此种设计由螺旋面插指旋入铜质吸热底之中,替代传统的柱状鳍片。相比纯圆柱与多边

形底面柱体鳍片,螺旋面插指可以提供更大的外表积,而且螺旋状的侧面更加有利于“旋风〞

的产生。 从北桥芯片到CPU,从Socket-370到Socket-940,Swiftech的产品相当全面,

甚至还有搭配制冷片的型号。至于性能,就无需笔者在此多言,各种评测中的优异表现充分

说明了其专利设计的效果。 另一种在圆柱形鳍片根底上进展的改进的产品为管形鳍片,

典型产品为中光电器出品的空心管散热器A462U。 整体设计类似于Alpha 8045,但采

用了中空的铜管代替实心铝合金鳍片。中空的铜管那外表虽然增加了相当多的外表积,但由

于内部空间狭小,不便于空气流动,实际有效面积几可忽略,对性能影响甚微。采用中空铜

管的目的主要是保证与铝合金相当的内部导热能力同时,尽量控制散热片的重量。此外,铜

管较实心的圆柱鳍片还具有另一点优势——更加便于生产、固定与结合,大幅降低了制造难

度。排列方式: 柱状鳍片设计中,鳍片的排列方式相对种类较少,主要只有矩阵、三角

与放射状三种。 矩阵排列即鳍片整齐的排列在横行与纵列之中。典型的产品代表即Kanie

Type-W与Swiftech的早期产品MCX-370等。 三角排列即鳍片列于3排互成120°的

直线上,摆放位置与可铺满平面的六边形一样。典型产品即Alpha的六边形鳍片系列以及后

续产品。 柱状鳍片的放射状排列与片状鳍片有所不同,只是将环形严密排列的鳍片向外

围倾斜一定角度,角度向外逐层增大。典型产品即Swiftech的后续MCX-V系列产品。 矩

阵排列形式根据鳍片的高度与吸热底面积可以选择顶吹与侧吹。三角排列形式通常采用顶置

风扇,可根据风扇性能、导流罩设计与使用需求选择吹风或吸风方式。放射状排列形式的产

品那么根本都采用顶吹式风扇,且需要风扇中心与鳍片排列中心重合,以保证风力分布更加

均匀,有效利用所有鳍片的外表积。另类: 原本这项只是随便列出,并没有想到什么确

实的产品可称得上“另类〞,但日前偶然间想起了这款真个可称另类的产品——Kuthtec

KTM2001。Kuthtec KTM2001采用回流焊结合的铝质鳍片,热缩嵌入的铜质柱状吸热底,顶

吹风扇,单看任何一项都是较为常见的技术,单它的组合形式却非常怪异——鳍片与吸热底

面平行,即铜柱垂直嵌入平行的鳍片中,类似上文的Akust Pipe Tower,但它又在外层增加

“导流罩〞,将风道的两端封闭。那岂不就是一个封闭的盒子,失去了空气流动的通道么?

Kuthtec也真算别出心裁,竟然打出了贯穿众多层叠平行鳍片的小洞,以此作为空气流动通

道。 想到它,笔者不免茫然……这应算作平行片状鳍片,还是利用内外表散热的柱状鳍

片?且不管其性能如何,这种独树一帜的想象力就足以令我们耳目一新了!设计局部小结:

看过关于散热片设计的介绍,相信很多读者都会感到混乱,这局部由始至终都在说明几种互

相矛盾、冲突的参数或特性的作用,其中的每一项都希望有更好的表现,但偏偏都是“牵一

发而动全身〞的互相影响着,很难令所有表现全面提高,即便做到了,也一定会面临着加工、

本钱等方面的制约,只能尽量在混乱中寻求一种平衡。这就是目前的散热片设计者们所面临

的处境。 目前而言,普通用户对于散热片的设计仍然是无能为力,只能根据一些较易获

取的特征信息对其性能进展大致判断。但由于散热片各种参数间这种混乱的关系,只通过散

热片的外形与材质准确判断其性能是不可能的,我们前述的建议也只是由经历与一些浅显理

论而来,仅供参考。更何况,有了优秀的设计,散热片能否获得强悍的性能,还要取决于实

际的制造工艺。 材料、散热面积这两个要素,其本质都是由机械加工工艺决定的。这些

工艺的种类繁多,新工艺也层出不穷,也就导致目前散热器产品的丰富多彩。

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2024年5月9日发(作者:稽秀丽)

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所谓散热片,将热量散失掉是其最根本的目的,因此之前的吸热、导热设计都是为散热的目

的而效劳的。不管是被动散热的空冷散热片,还是需要风扇强制导流辅助的风冷散热片,鳍

片的职责都是通过与周围环境〔空气〕的接触将由吸热底传导来的热量散失出去。为了履行

此职责,要求鳍片满足四项要求,每项要求又对应着鳍片的一项参数:1.可迅速吸收热量,

即吸热底与鳍片间的热传导,对应与吸热底的连接面积〔连接比例〕。2.可大范围扩散热量,

即能够将吸收的热量传导到可与环境进展热交换的每个角落,对应鳍片内部的热传导能力

〔横截面积、形状〕。3.散热面积大,即提供更多与环境进展热交换的场所,对应鳍片的外

表积〔数量〕。4.空气容积大,风阻小,即鳍片间为空气留有足够的空间,可通过足够的空

气,对应鳍片的间距。 要想鳍片获得优秀的效能,此四项要求必须同时满足,但对应的

参数又同时受到散热片总体积、重量以及彼此的制约。在一体成形鳍片中,连接比例、内部

导热能力与外表积得益于鳍片的横截面积与数量的增加,但难免影响到鳍片间距与重量;假

设限定体积,鳍片的横截面积和数量又与间距相矛盾;假设限定重量,鳍片的横截面积与数

量互相抵触;假设鳍片形状、数量不变,增加间距那么对体积提出了要求,又会降低连接比

例…… 就算采用后续结合方式,甚至辅以热管等特殊手段,鳍片的设计中仍然难免需要

处理两个甚至几个互相矛盾的因素之间的平衡问题。正是这种令人混乱的复杂制约关系,为

设计者们提供了发挥的空间,才有今天这多种多样的鳍片设计。下面,就为大家介绍一下几

种常见的鳍片形式。鳍片形状: 鳍片的设计不管多么“诡异〞,根本都可归入两大类之

中——片状与柱状,每一类又可根据单体形状与排列方式细分出多种不同子类,当真可称

“把戏百出〞。片状: 片状鳍片是非常典型的形状设计。利用片状“宽广〞的侧面与“薄

弱〞的厚度,可以在相对狭小的空间内获得更大的外表积。平行: 平行排列是片状鳍片

非常典型的排列方式,是“经典中的经典〞。平行排列的鳍片,片间距离均匀,空间连贯,

利于空气通过。平行排列的片状鳍片最大的优势在于各鳍片形状一样或相似,排列整齐、规

律,成形与结合工序相对简单,适合于工业化大规模生产。风槽式: 鳍片与吸热底面垂

直相连,空气由顶部进入,侧面流出〔吹风〕,或由侧面流入,顶部抽出〔吸风〕。空气由

鳍片与吸热底形成的槽道中通过,且其间流动方向会发生变化,故而将之称为“风槽式〞。

目前市场上绝大多数的散热片均系采用此种设计。 价格由高端到低端,材质由纯铜到铝

合金,工艺由精细切削到铝挤压,都可见到风槽式鳍片设计的产品,可以说是“最经典〞的

设计。 风槽式鳍片设计的目标同样是增大散热面积,除了增大吸热底面积外,最重要的

手段就是提高“瘦长比〞——即鳍片高度与鳍片底部厚度的比值。在不增大吸热底面积,不

改变连接比例的情况下,瘦长比的提高可以增加鳍片的数量或高度,都可以加大鳍片总外表

积。当然,考虑到鳍片内部热量传导的要求,瘦长比也不应无限制的提高,当其超过一定限

度时,鳍片的末端已经不能计入有效散热面积之内了。这个限度确实定需要考虑到鳍片材质

的热传导能力,例如铜质鳍片就可以比铝合金鳍片采用更高的瘦长比。 根据所采取的不

同制造工艺,有的可以把鳍片间距做到很小,鳍片做到很薄而大幅增加鳍片数量,将散热片

体积控制在较满意的范围内;有的那么受到工艺限制,鳍片数量无法大幅增加,只能尽量增

加鳍片高度,但散热片体积也随之增大。如果考虑到对散热器工作噪音与风阻的影响,顾虑

到风扇的性能,鳍片的数量与高度都不应过分增加,同样需要寻求一个性能最正确的平衡点。

此种风槽式经典设计已被沿用多年,而且目前及之后的一段时间内也是市场产品的绝对主流,

但它却存在着一项设计者们一直寻求解决的弊端:不管是吹风也好,吸风也好,在散热片的

中心区域都会形成一个空气流动较少的高压区〔吹风〕或低压区〔吸风〕,如果再加上轴流

风扇轴心风力盲区的影响,此区域的范围有时可以到达散热片底面积的20%以上,倘假设

又遇到风扇性能不济,甚至可能整个鳍片底部区域的空气流动都非常微弱。此处的空气受两

侧气流的影响,运动非常混乱,虽然所形成的紊流可以与鳍片进展更多的热交换,但由于流

动不畅,热量无法排出散热片外;而且,此处往往是发热设备〔例如CPU核心〕所处位置,

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是散热片热量最为集中的局部,如不加以处理,会对性能造成相当不利的影响。虽然可以采

用更大风压、更小甚至无盲区的风扇,尽量减小高压区〔或低压区〕的范围,但难免造成耗

电的增加与噪音的增大,影响散热器整体的易用性。 针对这一问题,一些厂家采取了改

进型的设计——增加吸热底中心位置的厚度,在空气沿鳍片流动的方向上形成坡道,既能够

形成类似风道的导流作用,消除高压区〔或低压区〕,又能够增加吸热底的热容量,并利用

增大的连接面积将热量更加均匀的扩散到鳍片上。ThermalRight的SLK系列就是此种设计的

代表,其优秀的性能已经充分证明了设计的合理性。此外也有利用热管将热量由吸热底中心

直接传导到鳍片末端的设计: 同是出自ThermalRight的SP系列,曾经是一代风冷王者,

当今热管散热器的盛行也不可否认有它的功绩在。 当然也可以在原本根底上进展简单改

变而取得不错的效果,例如这种在平行鳍片的侧面开出几道风槽,令中心的高压〔低压〕区

可以与外部空气连通,气流走向更接近于下文中采用柱状鳍片的情况,代价那么是减少了外

表积。实际产品都是在外表积与空气流动间进展权衡后,才确定侧面风槽数量、宽度与排列

位置的。一般而言,对应发热设备的中心位置都会开出一条或对称的两条风槽,以到达中心

“卸压〞的目的。 作为最经典的一种鳍片设计,采用的产品也是目前市场上的绝对主流,

涵盖各种档次与品牌,用户应改对判断其设计水平与特点的几大因素有所了解:1.瘦长比

——既然是设计中的诉求点,实际选购时自然也应关注,通常情况下越高越好,但不应超过

一定限度。2.连接比例——涉及到具体制造工艺间的差异,此处不便详细说明,但连接比例

过小,即鳍片稀疏而薄弱的产品无法提供较大的外表积,性能通常难以令人满意。3.特殊设

计——针对上文提到的弊端,如果实际产品能够采用一些特殊手段解决,在性能上必然能够

取得较大的提升。4.风扇搭配——根据鳍片的高度与密度,会对所搭配风扇提出一定要求:

鳍片高度高、密度大,那么需要风扇具有较大的风压;鳍片数量多、厚度薄,那么会产生较

多的风噪,不利于满足静音需求。风道式: 鳍片与吸热底可以采用多种方式连接,包括

一体成形、直接连接,或者通过热管等手段间接连接;相对位置可以平行、垂直,或者置于

与吸热底有相当距离的位置;共同点为,空气由一侧进入平行排列的鳍片所构成的风道,流

过鳍片间的空隙,并与之进展热交换,再由另一侧排出。鳍片的另外两侧闭合,或采用导流

罩限制,空气流动过程中无法从其它途径流出,只能沿鳍片方向由一端流至另一端,故而将

之称为“风道式〞。目前采用此种设计的产品主要是侧进风散热器、别离式热管散热器〔即

利用热管传热,鳍片与吸热底不直接结合〕、及液冷、压缩机等的独立散热排。相对而言,

采用风道式设计的散热片定位较高。 采用大管径热管的Akust Pipe Tower,热管+风道

式鳍片+侧吹风扇的典型产品。风道式设计通常采用非常细薄的铜或铝合金片层叠焊接而成,

片间距离可以非常小,因此可在小空间内安装大量的鳍片,获得巨大的外表积。虽然鳍片数

量众多,间距较小,但平行排列,且空气通过时无需改变方向,整体风阻很小,可轻松获得

较大的风量。 此种设计由于鳍片细薄,内部导热能力缺乏,往往需要多个热量“输入点〞

才能发挥大外表积、大风量的优势,因此目前的产品中风道式鳍片设计主要配合热管或弯折

的液体导管〔液冷、压缩机等〕使用。能否有效利用巨大的外表积与风量正是风道式鳍片设

计的重点所在,也是用户选购时应该注意的问题。如果不能有效的将热量传导到鳍片的每个

局部,那么众多大面积鳍片的末端局部就只是“摆设〞,对散热效果起不到值得称道的帮助。

放射状: 鳍片与中心位置面积相对较小的吸热底连接,呈放射状向四周延伸,正是因此

而得名。空气由顶部流入,直接通过伸展而出的鳍片,或者在中心位置转为横向流动通过四

周环绕的鳍片。空气在流动过程中虽然可能发生方向改变,但转向角度并不大,且没有明显

的阻碍,鳍片间的空隙也相对均匀、平顺,整体风阻较小。采用放射状鳍片设计的散热片并

不少见,从早年风行一时,Pentium III玩家标配的“涡轮〞,到现今正当红的Socket-T原

配“太阳花〞散热器,以及“花儿〞一样的Zalman PS7000系列,都当归为此类。 此

外,还有一种将平行排列与放射状相结合的设计,被我们的一位编辑戏称为“鱼刺型〞,细

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细看来,倒也确实贴切。 放射状鳍片设计通常而言具有一个较为明显的特点——具有小

而厚实的吸热底。所有散热片都会会聚至此,可以保证一定的储热能力,又可令热量均匀的

传导到四周的鳍片上,有效利用鳍片的外表积。 根据空气流动那么可分为纵向与横向两

类——纵向气流方式的代表即“太阳花〞与“鱼刺〞,所采用轴流风扇的轴心局部正对吸热

底位置,扇叶所带动气流直接通过四周的鳍片,直至遇到PCB板等阻碍才改变方向;横向

气流方式的代表即早期的“涡轮〞与Zalman PS7000系列等,置于鳍片中间的轴流风扇将

气流推向靠近吸热底相对密集的鳍片,一局部气流受到阻碍而转为横向流动,经过周围鳍片

的直立局部。 放射状鳍片最大的优势在于对气流的干扰、限制很少,空气从各个角度沿

鳍片的伸展方向流出,产生的风噪很小。因此,放射状鳍片设计更加适合制造效能不俗的静

音型散热器。CoolerMaster的F71、Zalman 的PS7000系列都是其中典范。“太阳花〞更

是在驾驭Prescott的同时将噪音控制在不错的水平。环形: 在内置风扇的放射状鳍片设

计之上稍加变通,将鳍片改为套在风扇外侧的环形片状,并通过热管与吸热底相连,就得到

了这种独特的环形片状鳍片设计。目前采用此种设计的只有一线板卡大厂技嘉在“闲暇之余〞

推出的3D-Cooler一款。3D-Cooler将风扇由传统的轴流风扇换为了出风更加平顺的涡轮扇

叶。没有导流罩的涡轮扇叶将顶部进入的空气依靠离心效应抛甩出去,经过环绕其周围的环

形片状鳍片。由于鳍片特殊的排列方式,无法与吸热底直接连接,为此,它采用了2根热管

将热量由底部传导到鳍片的四角,令其均匀分布,有效利用众多鳍片的较大外表积进展热交

换。柱状: 柱状鳍片是与片状并驾齐驱的另外一种典型鳍片形状设计。柱状鳍片与片状

相比,在外表积上毫不示弱,而且可具有更大的截面积,内部导热能力更强,更有效的发挥

大外表积的优势。 柱状鳍片相对片状最大的劣势在于鳍片单体成形复杂,造成加工本钱

过高,质量控制困难,不利于大量生产。 柱状鳍片设计较通常的片状鳍片可以获得更好

的性能,这除了得益于更大的外表积与更好的内部导热能力外,更主要是来自柱状鳍片周围

空气流动方式的优势。 在柱状鳍片周围,空气的流动不同于片状鳍片,受到鳍片的阻隔,

只能在鳍片间沿一定方向流动,而是在密集的柱状鳍片间流动,会在每个鳍片周围形成一个

小型的“旋风〞,令鳍片的整个侧外表都成为有效散热外表积。 既然要利用柱状鳍片周

围形成的小“旋风〞增强散热效果,柱体的侧面就不应过于“粗糙〞,产生过大风阻,阻碍

“旋风〞的形成。那么是否需要采用圆形的柱状鳍片呢?没有必要,同时也受工艺限制不易

实现。根据众所周知的几何常识——一样面积的多边形,圆形的周长是最短的,对应柱状鳍

片的情况,即圆柱鳍片的侧面积最小。而且为了获得圆形外表需要比多边形花费更多的工序

与时间,圆形物体的固定难度又要比方形等平边多边形大得多,都是制约产能的不利因素。

柱状鳍片散热器的柱体形状关系到性能、工艺等多方面的因素,因此也正是设计中最为关注

的。 此类散热片通常具有大量、密集的柱状鳍片,片间距离短,保存空间少,而且在各

个鳍片周围都会形成一定的湍流,往往风阻很大。不过得益于较大的外表积,以及充分的热

交换,即便风量较小也可获得不错的散热效果。实际使用中通过对风扇进展控制,可在性能

与静音间自由选择,缺点那么是往往重量较重,且价格不菲。柱体形状: 与片状鳍片那

相对单一的形状不同,虽说都是柱状鳍片,但既然不需要统一到圆柱形,不同的设计间就会

存在着一些差异。多边形: 鳍片的形状为多边形底面柱体,较常见的也只有方形与六边

形。 方形柱状散热器多数为切削而成,即在具有片状鳍片的形材上进展切削,开出横向

沟槽,将较厚的“片〞分割为具有更大外表积的“柱〞。典型代表为曾名噪一时的“无酸素

铜〞散热片——Kanie Type-W。 切削而成的588根铜柱在当时造就了一代王者传说。

六边形底面的柱状鳍片那么是Alpha的独门绝技,采用同样罕有采用的冷锻工艺〔后文将详

细介绍〕而成,比方形底面柱体更加平滑。Alpha 8045/8942的名气有多大就不用笔者描述

了,有许多人都是通过它才见识到柱状鳍片设计的性能优势。圆形: 实际产品中极少有

采用纯圆柱形鳍片的散热片,一般都会对其进展一定改进。 螺丝型鳍片〔正式名称为“螺

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旋面插指〞〕就是Swiftech的独门绝技〔专利哦~〕了,应用于其品牌下MCX系列散热器

上。此种设计由螺旋面插指旋入铜质吸热底之中,替代传统的柱状鳍片。相比纯圆柱与多边

形底面柱体鳍片,螺旋面插指可以提供更大的外表积,而且螺旋状的侧面更加有利于“旋风〞

的产生。 从北桥芯片到CPU,从Socket-370到Socket-940,Swiftech的产品相当全面,

甚至还有搭配制冷片的型号。至于性能,就无需笔者在此多言,各种评测中的优异表现充分

说明了其专利设计的效果。 另一种在圆柱形鳍片根底上进展的改进的产品为管形鳍片,

典型产品为中光电器出品的空心管散热器A462U。 整体设计类似于Alpha 8045,但采

用了中空的铜管代替实心铝合金鳍片。中空的铜管那外表虽然增加了相当多的外表积,但由

于内部空间狭小,不便于空气流动,实际有效面积几可忽略,对性能影响甚微。采用中空铜

管的目的主要是保证与铝合金相当的内部导热能力同时,尽量控制散热片的重量。此外,铜

管较实心的圆柱鳍片还具有另一点优势——更加便于生产、固定与结合,大幅降低了制造难

度。排列方式: 柱状鳍片设计中,鳍片的排列方式相对种类较少,主要只有矩阵、三角

与放射状三种。 矩阵排列即鳍片整齐的排列在横行与纵列之中。典型的产品代表即Kanie

Type-W与Swiftech的早期产品MCX-370等。 三角排列即鳍片列于3排互成120°的

直线上,摆放位置与可铺满平面的六边形一样。典型产品即Alpha的六边形鳍片系列以及后

续产品。 柱状鳍片的放射状排列与片状鳍片有所不同,只是将环形严密排列的鳍片向外

围倾斜一定角度,角度向外逐层增大。典型产品即Swiftech的后续MCX-V系列产品。 矩

阵排列形式根据鳍片的高度与吸热底面积可以选择顶吹与侧吹。三角排列形式通常采用顶置

风扇,可根据风扇性能、导流罩设计与使用需求选择吹风或吸风方式。放射状排列形式的产

品那么根本都采用顶吹式风扇,且需要风扇中心与鳍片排列中心重合,以保证风力分布更加

均匀,有效利用所有鳍片的外表积。另类: 原本这项只是随便列出,并没有想到什么确

实的产品可称得上“另类〞,但日前偶然间想起了这款真个可称另类的产品——Kuthtec

KTM2001。Kuthtec KTM2001采用回流焊结合的铝质鳍片,热缩嵌入的铜质柱状吸热底,顶

吹风扇,单看任何一项都是较为常见的技术,单它的组合形式却非常怪异——鳍片与吸热底

面平行,即铜柱垂直嵌入平行的鳍片中,类似上文的Akust Pipe Tower,但它又在外层增加

“导流罩〞,将风道的两端封闭。那岂不就是一个封闭的盒子,失去了空气流动的通道么?

Kuthtec也真算别出心裁,竟然打出了贯穿众多层叠平行鳍片的小洞,以此作为空气流动通

道。 想到它,笔者不免茫然……这应算作平行片状鳍片,还是利用内外表散热的柱状鳍

片?且不管其性能如何,这种独树一帜的想象力就足以令我们耳目一新了!设计局部小结:

看过关于散热片设计的介绍,相信很多读者都会感到混乱,这局部由始至终都在说明几种互

相矛盾、冲突的参数或特性的作用,其中的每一项都希望有更好的表现,但偏偏都是“牵一

发而动全身〞的互相影响着,很难令所有表现全面提高,即便做到了,也一定会面临着加工、

本钱等方面的制约,只能尽量在混乱中寻求一种平衡。这就是目前的散热片设计者们所面临

的处境。 目前而言,普通用户对于散热片的设计仍然是无能为力,只能根据一些较易获

取的特征信息对其性能进展大致判断。但由于散热片各种参数间这种混乱的关系,只通过散

热片的外形与材质准确判断其性能是不可能的,我们前述的建议也只是由经历与一些浅显理

论而来,仅供参考。更何况,有了优秀的设计,散热片能否获得强悍的性能,还要取决于实

际的制造工艺。 材料、散热面积这两个要素,其本质都是由机械加工工艺决定的。这些

工艺的种类繁多,新工艺也层出不穷,也就导致目前散热器产品的丰富多彩。

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