热管散热器技术原理

热管散热器技术原理

现在的CPU、显卡、硬盘，甚至主板芯片组的发热量都大得惊人。普通风冷散热器已经发展到极限了，要想继续提高散热性能只能寻求新的散热技术。好在业界早已开发出诸如热管、液冷、半导体制冷等技术。虽然这些技术里不乏高性能得散热方式，但是最贴合实际应用的还非热管莫数了。

热管应用于PC上还是近几年里的事，真正开始普及也就一年左右。随着热管技术的成熟和大规模使用，现在的热管散热器已经走下神台，价格也是一落千丈，从最初的500以上，到现在不足百元的售价，的确让很多玩家为止欣喜。但是，你知道为什么同样的热管散热器价格会有从几千元到几十元这么大的差价么？你知道热管散热器里面的各种技术和制造工艺么？下面我就和大家一起探讨一

下关于热管散热器的方方面面。

热管是一种具有极高导热性能的传热元件，1964年发明于美国洛斯-阿洛莫斯国家实验室（L os Alamos National Laboratory）并在上世纪60年代末达到理论研究高峰于70年代开始在工业领域大量应用。它通过在全封闭真空管内工质的汽、液相变来传递热量，具有极高的导热性，高达纯铜导热能力的上百倍，有“热超导体”之美称。工艺过关、设计出色的热管CPU散热器，将具有普通无热管风冷散热器无法达到的强劲性能。

热管工作状况示意图

PC散热器中应用的热管属常温热管，工艺成熟，热管内工质为水。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端。当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体。液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止。热量由热管一端传至另外一端，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

理论上的导热系数优势转化到散热器设计方面，体现在可比同散热水平的全铜质散热片大幅减轻重量、实用型最终成品的效能领先，以及更为灵活的散热区域调整。前两种优势很容易理解，更为灵活的散热区域调整的典型实例是通过热管将CPU热量传递到稍远且不在同一平面上的机箱背部散热片处，由机箱风扇负责将热量带走，成功减少整机风扇数量，使机箱内部空气更加合理顺畅。这种方案在准系统和国外品牌整机中较为常见，如下图：

更为极端的设计由Zalman制成，其CNPS系列概念机箱将整个金属机箱作为和空气进行热交换的换热器，机箱内部所有需要散热的元件都使用热管与机箱壁连接，将发出的热量及时传出：

Zalman CNPS机箱内部细节

由热管以及均质金属传导出来的热量，最终需要和空气进行热交换散发出去，这项工作由大量金属散热片来完成，我们通常形象的称之为“鳍片”。综合材料的密度、热容、延展性等本质特性以及相关成本，金属铝和铜是被广泛应用在PC散热器中制作散热片的材料。铝的密度是2.7g/mm³,热容是900J/kg°C，铜的这两项参数分别为8.9g/mm³和390 J／kg°C，通过这两个参数进行简单计算可以很容易的得出结论：相同质量下铝可以存储更多的热量，而在相同体积的情况下，铜在储热方面占优；另外需要注意的参数是导热系数，对应铝和铜的数值分别为735KJ/(M.H.K)和1386KJ/(M.H.K)，这意味着铜材质可以更快的吸收和传导热量。

理解到以上结论对散热片进行分析就会变得容易：在相同的条件下，热容更大的散热片更容易以较低的温度和外界达到热平衡，而导热快的散热片更容易较快的在散热片局部达到热平衡。如果不考虑重量和成本原因，纯铜是理想的散热片材质，在相同散热表面积（通常对应相同体积）下有更大的储热和导热能力；铝则是次而求其次的选择，绝对储热能力不弱，但导热能力稍差。

热管散热器的基本构造

通常我们接触到的热管散热器的基本构造由：“储热模块＋导热模块＋散热模块”组成。储热模块就是我们通常说的散热器底座。储热模块一般由纯铝或纯铜打造。纯铝的模块有重量

轻，成本低，便于加工的优点，但是热容没有铜高，对于一些突发热量非常大且散热面积小的CPU（比如Socket A接口的Athlon XP）来说，往往效果不理想。纯铜的储热模块热容高，对于高热量的CPU有较好的突发储热能力和较强的热传导能力，但是成本较高且分量较重。目前大多数热管散热器均使用铜质储热模块。

导热模块就是热管啦。常见的热管分为烧结式热管和沟槽式热管。虽然同为热管，但是沟槽管的成本要比烧结管低不少，是低价散热器中常见的热导管。沟槽管的缺点非常明显，就是其指向性非常强，在直线传导的时候，性能和烧结管相当，但是每当沟槽管弯曲90度，导热性能变大大下降，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。而烧结管则没有这种问题，虽然弯曲后性能也会有部分下降，但是并不明显。一般高端的热管散热器中可以见到烧结管的身影。

烧结管内部

沟槽管内部

大家在选购热管散热器的时候要多留意了。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）。选购时尽量选购烧结管的散热器。

散热模块

散热模块一般是由纯铝或纯铜打造的非常薄的鳍片，由热管从中间贯穿而过，把热管传导到这些散热鳍片上，然后靠风扇或机箱内的对流风道来散热。

由于铜的储热能力强，而铝的散热速度快的关系，对于散热鳍片，我们不必过分追求纯铜，而是要注意鳍片和热管的贴合程度，这一点很容易看出厂商的工艺水平的。

3热管还是6热管？

目前市面上的热管散热器从单热管到6热管的都有。主流的一般多为2－4热管散热器。很多朋友认为热管越多，散热效果越好，这种看法是片面的。U型热管相对于L型热管来说，导热途径要多一倍，这样一来，3U型管的散热器效果会和6热管的接近了。L型热管只有单一的导热通道，而U型管可以从中间开始，向两端传导热量。这一点和LCD中的U型灯管技术类似。但是有一点要注意的是，有些散热器虽然也是采用U型管，但是其发热端是在U型管的一头（一边），这样的U型管等同于L型管，而且由于弯曲近180度，所以导热效果反而不如L型管。当然，这一点并非绝对，因为除了热管之外，影响散热器性能的还

有很多因素。