散熱元件與材料的技術發展分析

前言： 由於即將推出的Windows 7，較目前的作業系統更強調影音效能，因此對處理器效能及相關散熱方面的設計自然會提高，無論從2008年成為話題的Netbook產品，或是在今年下半年PC相關新產品AIO PC、強調輕薄且長時效性的CULV等將擴大散熱市場需求…

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Netbook對散熱要求的提高，薄型化趨勢對設計，散熱相關元件如熱管以及風扇設計更加重要，而這些需求將帶動散熱設備相關業者的產能。除以各種技術監控溫度外，如何有效率的將熱排除機體外，維持機器正常運作所依靠的，就是各式各樣散熱元件與材料。無論是哪種尺寸的電腦，在運作期間，各種內部硬體產生大量熱能，最主要的熱能來源，來自各式各樣的組件，例如：中央處理器、晶片組、顯示卡、電源供應器和硬碟等。

為使各部組件在安全操作溫度中運作，除了要監控溫度外，還必須有一套散熱系統將熱散逸出去，因為電腦硬體過熱不但會減低使用壽命並造成當機，甚至會導致系統崩潰等問題。目前最常見的解決方案為加裝散熱器以達到維持安全溫度，目前最常見的散熱系統，主要靠使用金屬散熱片增加散熱面，再加上風扇以加速氣流，吸入冷空氣並排出熱氣。

被動式散熱解決方案

最普及的電腦散熱方案為金屬散熱片，這種散熱方式被歸類為「被動性散熱元件」，材料的熱傳導係數可作為材料散熱能力的評斷標準，因此在散熱領域中，高熱傳導係數仍是技術發展的主要方向，以導熱性佳、質輕、易加工之金屬如鋁或銅，熱傳導效果更佳的銀則過於昂貴，通常不會採用。

所謂的主動性散熱、被動性散熱，主要是以需不需要提供額外的電力，才能執行散熱作為界定，散熱片是最典型的被動性散熱元件，除此之外熱導管(heat pipe)也是近年來日益普及的被動性散熱元件，至於相對的主動式散熱元件，則有散熱風扇、水冷循環等方式。

為了強化散熱片的散熱效率，還會與其他散熱材質結合，例如在發熱源與散熱片間塗抹「導熱膏」，不採行直接貼附接觸，導熱膏能夠加強熱傳導的速率，與兩金屬直接貼觸相比效果更佳，另一則是增加散熱片的散熱面積，增加面積的方式即是將散熱片以溝槽化方式設計，以溝槽來增加散熱面積，目前增加散熱面積的做法各家發展出許許多多的樣式，以配合不同的晶片與機體。

熱導管則是另一種較常見被動方式的散熱解決方案，熱導管是一種具有快速均溫的特殊材料，其中空的金屬管體，使其具有質輕的特點，而其快速均溫的特性，則使其具有優異的熱傳導特性，熱導管的運用範圍相當廣泛，最早期運用於航太工業，現今普及運用於各式熱交換器、冷卻器等不同的應用領域，扮演熱傳與散熱的角色。

部分類型的熱導管不單只是金屬管腔，內部還加入工作流體於封閉腔體，藉由腔體內工作流體因熱源，所引發持續循環的液氣二相變化，於吸熱端及放熱端間的往復對流，使腔體表面呈現快速均溫的特性而達到熱傳導的功能。熱導管須藉由管體結構形成封閉中空管體，管體須具有承受內外壓差的能力，也要具備良好的傳熱能力，實用熱導管之管體材料均為金屬，運用於電子散熱業界的小形熱導管，其管體材質大多為銅，也有因為價格或重量考量而採用鋁管或鈦管。

若管體內部以一般流體如空氣做為填充物，因這些雜質氣體並無液氣相變化循環，除了會造成啟動溫度升高外，在熱導管作動時，會被氣相作動流體壓縮至冷凝端，而佔據一定的腔體空間，造成應該均溫的管體，在有效作動段與不凝結氣體段造成顯著溫差，而影響其導熱效能，有效解決的法為將導管內部抽真空，並防止管體隙縫空氣洩入早成腔體不潔，與作動流體或管壁反應產生 。

主動式散熱解決方案

最常見的主動式散熱，是利用馬達帶動扇葉的風扇裝置，除了最常見到的電腦機殼、電源供應器上加裝外，與散熱片、熱導管組合成複合式的散熱裝置，則廣泛被應用在顯示卡、中央處理器等重要電腦處理器上。除了上述的應用，隨著周邊產品線路的擴展，硬碟散熱、筆電散熱墊、筆電夾式散熱器，手腕固定散熱器與外掛式遊戲機散熱器，則是近年來開發的新應用。

風扇的基本構成，扇葉、外框、馬達與軸承，外框與扇葉材質通常為塑料材質，如PBT、ABS、PC等，少部分特殊需求則採用金屬鋁，塑料材質中以PC最佳，PBT與ABS可依照等級與需求，添加其他元素提高物性與化性，但業界有時為了成本考量，將射出成型時的廢料，回填重新射出，如此一來便降低成品的品質，但一般消費者很難察覺，通常業界回填比例最高可達30%。

散熱器的扇葉設計部分，常見以單數如7、9、11作為扇葉數，風扇的角度與型狀都會影響風壓與風量，而這兩項則會明顯影響風扇的散熱效果。影響風壓與風量除了扇葉，馬達與軸承是另一個參考指標，馬達大小與內含線圈數會影響轉速與馬力，此外相連於馬達的軸承則影響整體使用壽命。

軸承軸心的分類，從較傳統的油封、油封加滾珠、滾珠以及最新的磁力氣壓軸承，不同軸承所帶來的影響，除了在運轉時所造成的震動與噪音不同外，最重要就是壽命，油封壽命最短，原因是內部的油會隨著時間與溫度影響而散逸，其後雖然加入滾珠做為改良但效果並不佳，所以目前最常見的為滾珠式壽命也較長久。

筆電散熱墊、筆電夾式散熱器，手腕固定散熱器與外掛式遊戲機散熱器，都是以風扇為主要機構的散熱新品，透過風扇的對流，達到散熱效果，雖然是最簡單的原理，也加入些許新元素，例如風向可以自由調整，電力來源改為usb迎合比電需求、加裝喇叭讓散熱器有多功效果等，都是散熱器的多元化趨勢。