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楼主 |
发表于 2007-12-26 07:27
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就大家回复里提到的一些问题,综合谈谈在下的看法.
首先看看铜和铝的问题.
"铜导热快,铝散热快",这一结论成立的条件是有非常大的局限性的,说穿了不过是JS耍的嘴皮计,我们就不浪费时间在密度/体积/热容/导热率,等等等等里面做文字游戏了.很简单的道理,一个设计正常的纯铜散热器,拿同样的铝散热器是不可能可替代的.mission impossible!而铝散热能做到的不会有用铜做不到的(某些极特殊的牵涉金属化学要求的场合除外).唯一的问题,只有成本.不用质疑,铜的性能是铝望尘莫及的.同样形状大小的散热器,只消把厚铝换成很薄的铜,就能轻松完胜.市面出现的一些铜铝结合的散热器,如小型强制风冷散热器里的cpu嵌铜风扇,并不是真的因为铝比铜散热快,不过是成本在作祟而已.
归根结底,只怪铜太贵,所以大多数情况只能退而求其次用上铝.也正因如此我们这里讨论的也只能是大型铝散热器.
再说热容.
个人认为这是我们的大散热器无需计较的一个东西,就算它变成我们能自由调节一个值,一样只是个高了无益,低了无害的东西.它影响的只是系统初始达到热平衡的时间长短,一旦达到热平衡以后,它不会给散热器的性能带来任何坏处或好处(当然它不能太小或为0,但实际这不可能发生).事实上,热容是一个随着材料质量多寡既定的一个参数值,根本无需我们自作多情去理会它(一些其它特定的散热器才需考虑,如小体积间歇强制风冷散热器).这里更无需凭"热容量"去比较或争论铜和铝的各自优点.
我们要讨论的真正问题最终还是"导热"和"散热",有人提出"均热"的问题,个人认为它与导热是在一个范畴里面的,不能够剥离对待.(也不应该将散热器基板部分划分开导热板,均热板两个部件分别看待).
一个高效的散热器的组成,在下认为只可以将其分成两部分看待,
1,导热基板,主要负责迅速将热源的热能传递到各个翼片.同时也起到均衡各个热源的温差的作用.也就是说,良好的导热基板本身就是良好的均热板.
2,散热翼片,主要负责将自身获得的热能通过大面积空气对流,传递到空气中去.
热量在散热器内是金属原子间传递的,速度是很快的(当然,严格来说,热流是不能计"速度"的,只能计热流量).这就进一步要说到两个参量了,"导热率"和"热阻".导热率没有什么好说的,不过是不同材质各自的一个常量参数而已.我们重点来看看"热阻".
热阻根据导热方式不同分很多种,显然固体液体气体3种形态物质的3种不同传热方法就可分出"传导热阻/对流热阻/辐射热阻"3种热阻.这里我们只浅谈一下固体"传导热阻"和另一种热阻"接触热阻".
当热量在物体内部以热传导的方式传递时遇到的热阻,称为"传导热阻"(多数教科书内的这个名词为"导热热阻",所以我们下面还是用"导热热阻"这个名字好了).
导热热阻的计算公式也很简单:
材料A面端至B端面的导热热阻=AB间材质距离/(热导率*截面积)。
这只是简单固定截面材质的计算,事实上我们散热器的热阻分布远比这个复杂.所以不需也不必去计算.即使真的准确计算出来也是个很小的值.因为大型散热器自身的导热热阻本确是不会很大的.
我们要说热阻的重点是这个---
当热量流过两个相接触的固体的交界面时,界面本身对热流呈现出明显的热阻,称为"接触热阻"。
产生接触热阻的主要原因是,任何外表上看来接触良好的两物体,直接接触的实际面积只是交界面的一部分,其余部分都是缝隙。缝隙处热量依靠内气体的热传导和热辐射进行传递,而它们的传热能力远不及一般的固体材料。
接触热阻固有的一个明显特性是:当热流流过交界面时,沿热流方向,温度会发生突然下降。
坏就坏在这个温度突然下降.最大的问题就在这里产生!也就是本帖前述的"温差损耗".
尽管我们可以采取补救措施尽量减小接触热阻,诸如增大接触面压力产生材质型变减小缝隙增大接触面,在接触面涂较高导热能力的导热脂等,也只能缓解接触热阻,降低温度损耗的幅度,但是无论如何也不可能将这个接触热阻降低到散热器材质"导热热阻"的数量级.
在功放散热形式的选取安装中,功率管和散热基板的接触面是无法消除的,也就是这一道"接触热阻"是我们无法避免的,只能以尽量使用导热热阻低的绝缘垫,涂覆优质散热脂,加大安装紧固度的措施来缓解.
若再要画蛇添足增加"均热板"一块,哪怕是纯铜板,其增加的一道接触热阻必将带来恶劣后果.加装紫铜均热条或均热板,不过只是一厢情愿落入了美丽的泥沼而已.均热板和原散热基板形成一块"三明治"------"复合基板",事实上也就是基板原本的低热阻导热路径中间被无谓的硬生生剖断,插入一个"接触热阻".
只有两种情况这样加铜板的做法可能比原来的散热好,散热器是拼装,大管无法均匀安装.或者是原来的散热器是"残疾",基板极薄导热能力严重不足.
另一种情况是本来用了不错的散热器,再不惜重金装巨型宽厚纯铜板,花大力气精心安装,结果最终实际性能跟不装铜板没有太大差别.
说到这里可能有人要不乐意了,要是加铜不比全铝好,为什么会有嵌铜风扇?怎么说铜板导热也比铝好多了,加了铜板就是散热好处没捞到,管子均热总好些吧?
嵌铜风扇最大的特点是空间条件有限的情况下用密度换空间,这种做法也只在小体积强制风冷散热器上效果较好,且嵌铜工艺的接触压强是大面积叠加安装远远达不到的.
如果加铜板后对比均热性能真有明显提高,只能是说明原散热器基板根本不合格,功率管参数离散过大.真是这样的话,与其花预算到紫铜板上,何不用这个"冤大头预算"去筛选配对管子?
回头试想,到底值不值得花重金上"紫铜均热板"?还是用整块优质铝散热划算?
很明显的道理,要更好的散热性能,用紫铜板的预算去挑选更大块的优质铝散热来得更好.紫铜再好,导热能力再强,能让"复合基板"接触面后半的铝板温度增高么?整块的宽铝材现在根本就不难买到.价格方面,虽不能算很便宜,但是综合面积/重量比和总体性能来看,仔细一算就会发现,预算根本不比某些鸡肋拼装散热高.
归根结底,本人的意见就是:
用合理的预算挑选大块优质铝散热器是正道,加紫铜均热板是美丽的错误,白花钱还不讨好,选拼装散热用加铜板是误入歧途.
如是加铝板而非铜板,就更不用说了. |
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