◆ 热管技术的几个细节
作为在高端散热器中出镜率达100%的热管,通过相变来实现热量传递,具体原理以前也讲过很多,不再赘述,但有些细节还是值得我们关注的。
·热管的弯曲
热管直通的状态下具有最好的热传递效能,但是在实际使用中,热管经常要被弯曲。弯曲后的热传递性能会出现不同程度的下降,这也与工艺好坏有密切联系。热管弯曲有一点必须要注意:在弯曲部位要尽量保持直径无变化,或是变化很小。如果出现严重形变,比如本来圆柱形的外壁变成扁平形状,则会大幅降低热传导性能,因为过大的形变会导致热管内部的毛细结构部分中断。
比较好的弯曲处理方式,无明显变形(Thermalright HR-03 GT) |
沟槽热管在这方面非常敏感,当沟槽管弯曲90度,导热性能大降,甚至只能达到原来性能的1/2。部分采用沟槽管的散热器甚至将其弯曲180度,那样的效果可想而知了。而烧结式热管在弯曲时的敏感度就小多了,虽然弯曲后性能也会有部分下降,但是并不明显,好在高端的热管散热器差不多都是烧结式热管。
如果价格非常低 (双热管或以上)并且弯曲角度很小 (最多90度)的,大多数都是采用沟槽管的。多道弯曲的都是采用烧结管 (当然并不绝对,但是基本如此)。
·热管的直径
以热管长度均为150mm计算,经过有关权威机构测试,直径为3mm的热管的热阻值为0.33 (测试物体温度变化区间为60~90度)。而直径为5mm的时候,热阻立刻降到了0.11,已经可以满足绝大部分场合对导热的要求了。而当热管直径扩大到8mm的时候,热阻竟然达到了0.0625,这是大部分金属材质散热器难以企及的热阻。
不同直径的热管,最大导热量区别有多大呢?台湾某研究所给出了一组参考数值。直径为3mm的正品热管,2.8个标准热传递周期中只能传递15W (15焦耳/s)的热量。而直径为5mm的热管,在1.8个热传递周期最大热量传递达到了45W,是3mm热管的3倍!而8mm的热管产品只需0.6个周期就可以传递高达80W的热量。如此高的传热量,如果没有良好的散热片设计和风扇配合,很容易导致热量无法正常发散。
ZALMAN FC-ZV9的热管直径仅有5mm |
显然,热管的直径对传热有很明显的影响,直径越大则效果超好,目前高端热管显卡散热器中多采用6mm的热管,也有个别用的是5mm产品。
·热管与鳍片的结合
热管有着优秀的热传导能力,能将处理器的热量很快地转移走,但要依靠热管那小小的散热面积将热量传到空气中是不可能的,必须借助更多的散热鳍片。因此热管与鳍片如何完美结合,是非常关键的,目前主要有两种方式——焊接和穿fin。
热管与散热鳍片采用焊接方式(ZALMAN GV1000) |
热管与鳍片最常见的连接工艺就是焊接,界面热阻值较低,但是成本较高。比如铝鳍片与铜热管焊接,则需要先将热管表面电镀镍,方可与铝鳍片焊接到一起。焊接热管的工艺都有一个很明显的特征,就是在热管上方有焊孔。焊接过程中产生的气泡和不均匀都会导致散热效率受损。
热管与散热鳍片采用穿fin方式(AC Accelero S1 Rev.2) |
穿fin就是通过机械手段让热管直接穿过鳍片。这种工艺成本很低,工序简单,但是对工艺本身的技术要求较高,否则很容易使热管与鳍片之间的接触不紧密而导致界面热阻过高。合格的穿fin工艺加工出来的散热器,热管与鳍片截面热阻几乎完全等同于焊接,但成本却能大幅降低。
焊接与穿fin在性能上基本没有差别,但是在成本方面,焊接会比穿Fin高出每热管1美元左右的幅度,所以焊接工艺的热管散热器价格普遍都比较高。