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
目前铜铝结合的散热底座设计有塞铜柱和铝材底部加设铜片这两种。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,{zh1}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,采用这种工艺制作的产品能够成功迅速占领市场的原因就是成本低廉,散热效能在确保制作工艺的前提下非常出色,甚至可以超越纯铜或者是某些热导管制作的产品,是当前非常适用于中xxCPU搭配使用的平民贵族散热产品。
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,{zh1}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。
常用的加工工艺有扦焊、螺丝锁合,热胀冷缩结合,机械式压合等方式。
(1). 扦焊
扦焊是采用熔点比母材熔点低的金属材料作为焊料,在低于母材熔点而高于焊料熔点的温度下,利用液态焊料润湿母材,填充接头间隙,然后冷凝形成牢固接合界面的焊接方法。主要工序有:材料前处理 、组装、加热焊接、冷却、后处理等工序。常用的扦焊方式是锡扦焊,铝表面在空气中会形成一层非常稳定的氧化层(AL2O3),使铜铝焊接难度较高,这是阻碍焊接的{zd0}因素。必须要将其去除或采用化学方法将其去除后并电镀一层镍或其它容易焊接的金属,这样铜铝才能顺利焊接在一起。
散热片上的铜底是进行热的传导,要求的不仅是机械强度,更重要的是焊接的面积要大(焊着率要高),才能有效地提升散热效能,否则不断不会提升散热效能,反而会使其比全铝合金的散热片更加糟糕。目前市场上的采用铜铝焊接的散热片最为严重的就是焊着率低,或品质不稳定,几乎所有采用焊接技术的散热片连焊着率的检验手段及检验标准都没有,只从外观是不能检查出焊接质量好坏的。
(2). 螺丝锁合:
经过测试发现:在铝散热片底部与铜块之间使用高性能导热介质,施加80Kgf的力压紧后用螺丝将其锁紧,其散热效果竟与铜铝焊接的效果相当,同样达到了预计的散热效能提升幅度。
这种方式较焊接简单,而且品质稳定,制程简单,投入设备成本较焊接低。 主要工序有:铜片裁切、校平(平面度小于0。1mm、钻孔、涂抹导热介质钻孔、攻牙、清洗、强力预压程序、两段式锁合作业、定扭力锁螺丝。
其制程中主要控制好铜、铝平面度和粗糙度,以及锁螺丝的扭力等因素,即可得到一定的效能提升,是一种不错的铜铝结合方式。
如果使用的导热介质性能低劣,或是铜块平整度不良,热量就不能顺利地传导至铝的散热片表面,使散热效果大打折扣。另外,螺丝的锁合力和铜材的纯度,都是不良的影响因素。
(3).热胀冷缩结合:
在铝的散热片底部加工一个直径ψ=D1的圆孔,另外做一个直径ψ=D1+0。1MM的铜柱(如下图),将铝质散热片加热至400℃,其受热膨胀圆孔直径扩张至D1+0。2MM以上。利用专门机器在高温下将常温铜柱快速塞入铝质散热片之圆孔内,待其冷却收缩后,铜柱与铝质散热片就能紧密结合一体。这也是一种可靠的方法,其铜铝稳定性很高,结合紧密度{zj0}。但要注意铜柱和圆孔的直径尺寸及表面粗糙度的品质控制,这些会对其散热效果有一定的影响。
(4).机械式压合:
机械式压合方式是将一块直径尺寸大于铝孔径的铜块,通过机械的方式,将其压合在一起,因为铝有延展性,所以铜可以在常温下与铝质散热片结合,这种方式的结合的效果也是比较可观,但有一个致命的缺点就是铜在被挤压进入铝孔的过程中,铝孔内表面容易被铜刮伤,严重影响热的传导。这要通过合理搭配过盈量以及优化设计铜块的形状来避免此类问题的产生。
总之,铜铝结合的方法还有很多,但都是要保证铜与铝的热接触面的结合品质。否则其散热效果还不如全铝合金散热片。新的制程是需要不断验证,不断改进,最终才会达成预期的效果,在选用铜铝结合的散热器时切不可只看外观,千万要实测对比,才能买到一个品质优良的铜铝结合散热器。
3. 压固法散热片
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{zd0}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{zd0}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xx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,{zd0}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{zd0}热传面积
8、铜热导管(copper Heatpipe)技术
热管工艺, 热管一般是中空的圆柱形管,当中一部分空间充有易于蒸发的液体。管中始终保持真空状态,而当中的液体的蒸发温度与环境温度相近。当热量被挥发层吸收后,液体就迅速被加热到沸点,然后就开始沸腾,产生蒸气,蒸气上升到冷却层,当热量被释放后,蒸气重新凝结成液滴,由于受到重力作用或者是其他的内部作用,液滴重新回到挥发层,继续被蒸发,然后被冷却,这就形成一个周而复始的循环,推动这一循环的就是热源,也就是热管工艺原理所在了。
不能不提的是,热管技术是充分体现了未来散热器的发展趋势。其散热效果好,噪音低,使用寿命长。所以,热管工艺必将成为未来主流散热器产品,将会成为下一代主流工艺的{sx}。此一技术目前已广泛运用于航天科技,军事科技上,散热效果非常的出色,铜热导管可以和铜或者是铝等材质相结合,但是制作成本过高的原因导致应用此技术的产品很难在散热器上普及使用,目前只是应用于一些价格不菲的xx散热器上。
HeatPipe也有不同的种类设计,主要分为Fine Fiber、Screen Mesh及Grooved。
Fine Fiber:
优点: 世界专利构造, 于弯曲或扁平加工时, 仍能维持{zd0}的蒸气流断切面积,
并保护及维持液体单向回流. 因此较不易受音速/飞散/毛细等限制.
缺点: 因构造较复杂, 本体制造较不容易, 单价成本较高.
规格(3mm*20mm): {zd0}热传量13W, 最小弯角R=9mm, 扁平加工成2mm=>90%效能.
用途: 于 2.1~8mm的微热导管最易发挥成本效能.
适用于 热量大/弯曲角度大/需扁平加工/高低差大 的设计.
Screen Mesh:
优点: 价格合宜, 易于加工制造, 不易受飞散/毛细等限制.
缺点: 内网易因弯曲而变型, 影响蒸气流断切面积, 液体回流较不容易(扩散).
规格(3mm*20mm): {zd0}热传量6~10W, 最小弯角R=12mm, 扁平加工成2mm=>80%效能.
用途: 于 10~25mm的微热导管最易发挥成本效能. 适用于轻工业及热交换器.
Grooved:
优点: 价格{zpy}, 生产最容易, 不易受音速限制.
缺点: 沟渠因弯曲而堵塞, 影响液体回流的效果.
规格(3mm*20mm): {zd0}热传量4~7W, 最小弯角R=12mm, 扁平加工成2mm=>70%效能.
用途: 于 30mm以上的微热导管最易发挥成本效能. 适用于重工业工程环境.