重装CPU、GPU时代下的机内散热设计
在电子设计的热管理当中,散热片（Heat Sink）绝对是最基础、基本的一项运用,在一般自然对流无法及时散热的情况下,且尚无必要使用电动风扇的强制对流散热前,绝大多数是使用散热片来因应。
即便到了要使用电动风扇（Fan）进行散热的程度,散热片也不会因此而废弃,事实上现有的作法多是让散热片与电动风扇相辅搭配,以最常见的机内处理器为例子,处理器是先透过散热膏（或称：热导膏）与散热片相连,之后才在散热片上端加装电动风扇,以此来加速散热,而非有了电动风扇后,就完全不再使用散热片。
同样的,近年来积极运用的热导管（Heat Pipe）技术,也依然需要与散热片搭配,热导管一端接触处理器晶片的封装表面,另一端则接触散热片,透过散热片将热消散。除此之外,在其他类型的散热技术、散热设计上,也多会运用与搭配散热片。因此,本文以下将针对「散热片」进行更多的技术讨论。
▲即便是已采行电动风扇,甚至是热导管,也多半仍需散热片的搭配辅助,图为笔记型电脑等机内低矮空间限制时的散热设计模型,除了风扇外,在气流的进出口位置也有设置散热片。
■散热片的制程类型
以何种方式来制造、形成散热片,此对于散热片的散热性能、成本有着极大的直接关连,以下我们逐一介绍各种散热片的制法,以及各种制法的特性差异。
1.压印法（Stamping）：将散热金属透过机械压印方式压印成想要的散热片形体,此种作法的程序简单、成本低廉,但散热效果有限,今日许多存储器模组所用的散热片多采行此种方式。
2.挤制法（Extrusion）：将散热金属以高压方式推挤,推挤后金属会依据模孔的形体而变形,如此即形成所要的散热片形体。推挤方式是目前最常用的散热片制法,一般而言散热效果较压印法理想。要注意的是,铜金属因本身特性不易加工,因此不能使用挤制法,挤制法多用在较好塑形加工的铝质散热金属上,因此有时也称为铝挤法、铝挤式散热片。
3.铸造法（Casting）：将散热金属先用高温加以融化,融成液状后再注入到铸模中,再经过冷却即可形成所要的散热片形体。可想而知的,铸造法必须先将金属热融,光能源与治具开销就让铸造法成本居高不下,不过此法的塑形及散热效果也更佳。要提醒的是,在金属冷却成形的过程中,倘若金属内有气体、气泡存在,使金属均质性变差,连带也会影响散热片的热导传性。
▲威立达公司（ATake）的PipeTower散热器,该散热器内已设置一个垂直放置的热导管,但导管外部仍有设置散热片,此外散热器的侧面也可装设电动风扇,以侧吹方式加速散热。
4.接黏法（Bonding）：有别于前述的一体成形法,接黏法是分开制出散热片的「底部」与散热片的「鳍部」,之后再以接黏方式将「底」与「鳍」相连成形。接黏法的好处是可以制出比前述作法更高的散热鳍（Fin）,鳍愈高意味着有更大的散热表面积,能增进散热效果。
不过,接黏法也考验接黏所用的黏剂,必须使用热导性高的黏剂才行,否则导热、散热效果会打折扣。就一般来说,接黏法通常使用导热胶或焊锡作为黏剂,黏剂一方面要讲究热传导性,另一方面也要够低廉,近年来的新改良作法是用「铝充填胶」做为黏剂,此有助于降低制造成本。
5.折叠法（Folding）：折叠法与接黏法相同,皆非一体成形的作法,折叠法的鳍部是以金属片折叠而成,透过折叠方式来增加散热表面积,然后再将「鳍」以焊锡或铜焊接的方式与「底」相连。由于作法与接黏法相近,因此折叠法的弱处也与接黏法类似：两段式成形（分底部与鳍部,再加以合併）,增加制造程序与成本,以及接合处的热传导性较受考验。然优点也相近：较佳的散热率。
6.改良式铸造法（Modified die-casting）：前述的铸造法为一体成形法,而此处的铸造法则与接黏法、折叠法相同,属于两段式成形法,鳍部与底部分开制造,但底部在铸模内即将冷却成形时,将鳍部与底部浸触,如此即可自然地冷却接黏,此种接法的优点即在于热传导性高,因为是金属融合,没有用上其他的接黏用介材,同时分开制造时可尽量增加鳍的高度,使散热表面积增加,进而增加散热效率。至于缺点则是成本比一体成形的铸造法还要再高。
