转自06年石头之作：热管技术与应用浅析

ABC毒药 · 发表于 2011-10-25 00:02

本帖最后由 ABC毒药于 2011-10-25 00:19 编辑

热管的出现已经有数十年的历史，而在PC散热领域被广泛采用还是近些年的事，但发展迅猛。小到CPU散热器、显卡散热器，大到机箱，我们都可以看到热管的身影。从使用角度看，热管可以称作热量的超导体，具有热传递速度极快的优点，安装至散热器中可以有效的降低热阻值，增加散热效率。

　采用热管的散热器比起传统的风冷散热器有成倍的效能提升，打破了风冷极限。热管还可以让散热器设计成任何形状，不必再担心与其他配件发生干涉。热管在热传递上的高效能，也让设计者不必大量采用价格昂贵的铜材，只需轻薄的铝片帖合热管外壁，既能达到理想散热性能。

　热管在PC散热器中的应用越来越多，目前各大散热器制造厂出货的CPU散热器中，已经有15％以上的产品采用热管，尤其是在高端产品上几乎无一例外。为了能让用户更熟悉热管，我们总结了一些资料，希望能对热衷技术的读者起到参考作用。 热管原理简介 热管技术的原理其实很简单，就是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量。将铜管内部抽真空后充入工作流体，流体以蒸发--冷凝的相变过程在内部反复循环，不断将热端的热量传至冷却端，从而形成将热量从管子的一端传至另一端的传热过程。关于热管更深层次的原理，互联网上已经有很多文字介绍，这里我们就不赘述了，感兴趣的读者可以自行查找这方面的资料。本文重点讲述热管工艺与应用方面的知识。

目前在世界范围内生产热管的厂商主要有五家，分别为 AVC / 业强 / 古河 / TC / 华科 / 藤仓；热管在PC领域的应用以AVC为首，份额约30%。这些企业的热管制造技术都源自日本，本质没有区别。就具体的热管制造工艺来说则比较复杂，需经上百道工序。但随着工业化的发展，热管的批量生成也不是难点，同时价格也越来越低。热管所采用的主要材料，也就是外壁的密封容器，一般有钢、铝、铜，PC用散热器中的热管大部分采用的是铜作为主要材料。PC用散热器的热管规格绝大部分都是直径为6mm的，也有直径8mm产品被采用，但是数量很少，九州风神就曾经推出过采用8mm热管的散热器。

成品热管的长度一般在100～300mm之间，售价方面一根也只有几美元，因此热管散热器的成本较传统风冷产品不会高许多。

ABC毒药 · 发表于 2011-10-25 00:03

本帖最后由 ABC毒药于 2011-10-25 00:12 编辑

液体冷凝的过程会采用到毛细原理，因此毛细结构是一根合格热管产品的核心。它主要有三个作用：一是提供冷凝端液体回流蒸发端的通道，二是提供内壁与液体/蒸气进行热传导的通道，三是提供液气产生毛细压力所必须的孔隙。毛细结构分为四种：丝网、沟槽、粉末烧结与纤维四种。在PC散热器上，大部分都是沟槽与粉末烧结两类结构，POWDER（烧结热管）占80% ；GROOVE（沟槽热管）占20%。

从左到右依次为丝网结构,纤维结构,沟槽结构,烧结结构。
沟槽式热管是热管毛细结构中比较制造简单的一种，采用整体成型工艺制造，成本是一般烧结式热管的2/3。沟槽式热管生产方便，但缺点十分明显。沟槽式热管对沟槽深度和宽度要求很高，而且其方向性很强。当热管出现大弯折的时候，沟槽式方向性的特性就成了致命缺点，导致导热性能大幅度下跌。而烧结式热管则生产工艺相对比较复杂，成本也比较高。热管烧结对铜粉质量、纯度，单铜粉颗粒直径、烧结温度、烧结均匀度都提出了很高的要求。因此制造一根优异的烧结式热管并非容易的事情。不同工艺和成本制造的烧结热管，热传导能力也是不一样的。目前市面中有些廉价的热管散热器，这其中也包括了某些显卡散热器，虽然采用了热管，但外壁往往用的是铝材，而且内部的毛细工艺也几乎不可能采用粉末烧结工艺，因此性能必然不会像高端热管那样优秀。选购的时候，我们不能对这种产品的散热性能报以过多的希望。
热管成片的长度一般在100mm～300mm，而PC散热器中可能无法用到这么长的热管，这时候就需要将其切断，再将切头封住以让热管重新发挥效能，切断的位置就叫做缩尾。缩尾端都是无法导热的，因此也叫做无效端。
这些都是缩尾端。
缩尾无法进行热传递，因此就不能参与到热传递通路当中。但是有些散热器为了降低制造成本，往往也会把无效的缩尾端做进去。比如在吸热底中，无效端占据了其中很长一段，这样无助于发挥热管的真正效能；或是缩尾端埋在散热鳍片中，与无效端连接的鳍片就不会得到热管传递过来的热量.值得庆幸的是，目前我们还未见到这种偷工减料的散热器产品。在Tt的Mini Typhoon这款产品中，我们会看到如下图中的状况，不过细分析起来应该不会对热传导产生影响，但这种热管的使用方式也确实少见。

ABC毒药 · 发表于 2011-10-25 00:13

本帖最后由 ABC毒药于 2011-10-25 00:15 编辑

虽然热管有无与伦比的热传导性能，但是如果热量发散不出去，也无法起到散热效果，这就需要动用热管与鳍片结合的工艺。
焊接：
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。
穿Fin：
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。实际上，穿Fin工艺是AVC的专利技术，使得AVC散热器既能有强大的散热性能，还可保持相对低廉的售价。刚才已经说过，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。用户应根据自身的消费能力确定选购方向。

ABC毒药 · 发表于 2011-10-25 00:16

本帖最后由 ABC毒药于 2011-10-25 00:18 编辑

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。 其他类型热管 热管不一定非要是管状。笔记本内就有一些是扁平形状热管。根据应用场合的不同，热管也可以被设计成多种形状，这也是热管本身的一个突出优点。

在水冷散热器刚出现的阶段，有些厂商预测未来将是水冷的天下。但是经过了这么长时间，水冷仍然只在少部分玩家中使用，并未跻身主流行列。虽然从散热性能上看还是以水冷占优势，但是它价格偏高，占空间大，且水(或者其它替代液体)会有变质和内部材料氧化的问题。除水冷自身缺点以外，使它衰落的另一个原因则是热管的出现。当热管进入到PC领域后，传热材料的散热技术获取了突破从而令人们放弃了水冷，所以水冷的发挥空间正在逐渐变小，未来将慢慢淡出市场，风冷仍是主要的未来产品。还有一个重要因素，就是CPU的发热量增加速度已经放缓，预计未来3年内TDP功率超过130W的怪物级PC用CPU不会再出现，而目前的热管风冷技术已经足够满足CPU的散热需求。随着热管产能增加与工艺的成熟，我们预计热管散热器的售价也会进一步下调，从而进入中低端市场，被更多用户选择。

wdh182 · 发表于 2011-10-25 09:16

技术帖支持了

无意邂逅 · 发表于 2011-10-25 20:05

不错啊,学到了些知识

火炎焱燚 · 发表于 2011-11-1 15:31

这个是详细的热管介绍。
我转的驱动之家的 “流言终结者！图解热管的正确摆放方向” 相当于实际测试。
http://bbs.pceva.com.cn/thread-28867-1-1.html

BING0923 · 发表于 2012-6-19 22:35

热管其实还有另外一种的，那就是热管的进化版：均热板。具备扩展热阻低、均匀的热通量、热量快速扩散、重量轻等优点。没有固定形状，是可定制化的产品，且做任何的弯曲也不会造成效能的降低。是很理想散热材料。
由于成本问题现在只应用在高端设备。有兴趣的可以去睇下。其散热效能比热管有大幅度的提高。
http://baike.baidu.com/view/4186561.htm

石头 · 发表于 2012-6-20 00:07

BING0923 发表于 2012-6-19 22:35
热管其实还有另外一种的，那就是热管的进化版：均热板。具备扩展热阻低、均匀的热通量、热量快速扩散、重量 ...

原理应该是一样的吧。把热管摆成一排也就是均热板了……

junweb · 发表于 2012-6-20 15:54

收藏的家底啊，很受用哦

meiwenyong · 发表于 2013-4-26 20:33

小白围观

超级小清新 · 发表于 2013-4-30 00:06

汽车有没有用热管散热的啊

davidtc · 发表于 2013-4-30 15:24

笔记本早就使用热管了效果还是不错的空间占用比较少

转自06年石头之作：热管技术与应用浅析

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