散热那些事 篇二：热管烧结、丝网、沟槽，你了解热管的工艺吗？

上期回顾：散热那些事：鳍片篇—穿Fin Or 回流焊？

上期介绍了散热鳍片的两种连接技术。本期我们将继续深入，讲讲与鳍片紧密相连的“热”门选手—热管（Heat pipe）的内部工艺与原理。

目录

一.热管的作用

二.热管的原理

三.热管的工艺

热管的作用？

热管在散热领域中可谓随处可见，你了解它们的作用吗？

与一些新人玩家们的认识相反，在散热系统中，热管并不起直接散热作用。它在散热系统中的的职责是将底座（芯片）的热量吸收，并快速传导给负责散热的鳍片。

用通俗的话说，就是“我们不散去热，我们只是热量的搬运工”。

热管的原理

电脑散热器所使用的，一般是毛细热管。

1963年，航天器的散热需求与日俱增，传统材料导热能力此时已不能满足需求。而当时的“热管”是借助重力工作的，在太空中无能为力。

为解决航天器在微重力环境下的散热问题，NASA同LosAlamos实验室联合研发了能在微重力环境下工作的导热材料——毛细作用热管。

热管诞生地—— LosAlamos国家实验室

毛细作用在生活中相当常见。将细吸管插入水中，我们将会看到吸管中的液面高于水面，这其中便发生了毛细作用：使管内液面逆于重力的力量正是毛细力。这正是热管内冷却液的回流原理。

浸润液体在细管里升高、不浸润液体在细管里降低的现象，便是毛细现象。

抽成负压的铜管中注有冷却液。当有温度差存在的时候，冷却液在较热一端受热蒸发，内部气压的带动它流到冷端。

冷端装有散热装置，温度较低，冷却液凝结放热，将热量传导。此后，冷却液通过毛细作用，沿热管壁流回热端，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

具体到散热器上，热端自然是与芯片紧密接触的底座，而冷端则是散热鳍片。

热管原理示意（来自网络）

纯铜的导热系数为401W/m.K，铝则低一些，为217.7W/m.K。而热管的导热系数高达1500—50000W/m.K！导热效率如此强大，还无需重力甚至可以逆重力工作，还有这种好事？！于是乎，随着芯片发热的增加，毛细热管开始大范围地应用在电脑散热之中。

热管的工艺！

从左到右依次为：烧结、沟槽、丝网工艺热管

毛细原理是热管工作的核心，各种工艺的目标便是将毛细力最大化。热管内部主要分为三种工艺结构，首先介绍的是使用最广、最为常见的粉末烧结热管（Powder）

粉末烧结热管剖面

粉末烧结热管占据了近80%的行业份额。顾名思义，这种热管的毛细结构是由铜粉在高温下烧结而成的。

将铜管以稀硫酸洗净，往里注入超高纯度、约75—150μm直径的铜粉微粒，放进炉具烧结。烧结完成的铜管经过特制工具加紧、封闭后，便成为了我们所使用的烧结热管。

一条好的烧结热管，每个部分的毛细结构渗透率应该尽量相同、烧结块分布均匀。铜粉的配比、烧结工艺也将直接决定导热效果。正因对微观结构的极高要求，烧结热管的制造成本较高、技术含量不低。因此，市场上还有一种成本低廉的替代方案——沟槽热管。

沟槽热管(Groove)

沟槽热管由整体成型工艺制造，无需细密铜粉与烧结过程的它，成本仅为烧结热管的2/3，占据行业近20%的份额。

沟槽热管剖面

沟槽热管的一大优点是热阻较小。由于没有铜粉填料的阻碍，沟槽热管的冷却液渗透率表现更好。热管长度越长，沟槽式设计的优势就越明显。在理想直通条件下，沟槽热管优于粉末烧结热管。

但是，沟槽热管有一个致命的缺点：易受重力影响。沟槽热管的方向性很强，依靠一条条预先规划好宽度与深度的沟槽，严格限制毛细力的方向。但在实际使用中，热管往往需要经历90度、180度乃至回转的弯折，散热器本体也会存在倾斜的情况，这些都是对沟槽热管的致命打击。最恶劣的情况下，沟槽热管的效率甚至不足1/3。

弯折是对沟槽热管的致命打击

当然，烧结式热管的效率同样会受到弯折的影响。大量的弯折会破坏热管的毛细结构，使冷却液回流受阻。不恰当的弯折还会破坏热管壁的完整性，使冷却液挥发、热管失效。

因此，对于散热器而言，无论角度与次数，热管弯折应是越少越好。在选购散热器时，切忌抱有“多就是好，粗就是强”的想法。热管的弯折情况、直径、工艺等都是需要考虑的因素。

由于太空中少有重力干扰，沟槽式热管被广泛用于空间飞行器中。部分低端散热器也会使用这种热管。

沟槽热管被广泛应用在航天器中

丝网/网芯热管（Screen）

丝网热管靠紧贴管壁的多层丝网提供毛细力。这种工艺的冷却液回流阻力大、径向热阻大，且工艺重复性差、仍然不耐弯折。

在散热器领域，网芯工艺已被沟槽、粉末烧结所取代。

展望：复合热管

沟槽热管的热阻小，而粉末烧结热管更耐弯折。有没有一种工艺，让我们能够“我全都要”？将沟槽工艺同粉末烧结相结合的复合热管应运而生。

某品牌“风之力”复合热管示意

Assassin III的复合热管剖面图

一些风冷厂商已经在尝试使用沟槽与粉末烧结相结合的复合热管，这种热管兼具两家之长。除去“风之力”显卡散热外，Assassin III首发时也曾使用七条复合工艺热管。

Deepcool Assassin III

可是，由于技术有待成熟，热管的性能较不稳定。在实验性应用了一段时间后，后续批次的Assassin III上撤回了这项技术，转而使用改进的烧结工艺，不得不说是一个遗憾。

相信在不远的将来，会有更多厂商加入到这种先进热管的探索中来，以技术层面的改进，为散热器的发展添砖加瓦。

下期预告：热管和鳍片技术之后，更新底座工艺吧！

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