絕佳散熱要素 不只溫度低、熱阻值更低
- 周維棻
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電腦設備運作時，零組件高速運轉的過程中會產生大量集中且不易散去的熱能，稱為廢熱。若廢熱不能有效散去，累積產生的高溫容易造成工作設備及週邊元件的損毀，電腦執行效率受到影響，甚至無法使用。散熱器即是用來解決廢熱堆積的問題，藉由熱力學中的熱傳遞原理，將熱能從設備傳到散熱器再傳到空氣中，以達散熱效果；如散熱鰭片(fin)、熱管(heat pipe)、導熱背板(base)、風扇(fan)、冷卻排(radiator)等零件，都直接或間接對散熱及導熱有影響，使電腦機殼內的熱源CPU、GPU、RAM、Chipset、HDD、PSU等，保持穩定的溫度，確保工作效率。市面上產品眾多，良好的散熱器應具備哪些要素？本文將進一步探討如何判斷散熱器的良莠(以CPU空冷散熱器為主)，以提供消費者更加客觀的選購參考。
一般消費者都是以CPU的溫度來判定散熱器的效果，但隨著測試環境及參數設定的不同，由客觀的熱阻係數來評斷效能是較佳的選擇。Rth=(Tc-Ta)/Power，熱阻值=熱源與環境的溫度差/熱功率，在固定的熱功率及環溫下，CPU的溫度越低越好，而熱阻值越低則表示散熱效果越好。
目前安耐美(Enermax)的ETS-T40已達到0.09°C/W，在CPU發熱功率達95W的情況下，CPU僅比環境溫度(如機殼內40°C)高出8.55°C；若採用Intel原廠散熱器的CPU溫度60°C，熱阻值為0.21°C/W，即可得知0.09°C/W的優異散熱效果。散熱器應具備哪些要素來達到0.09°C/W的優異效能呢？依熱傳導公式：G=λ*(A/l)，熱導率=散熱物質的導熱係數*(熱量穿越面積/熱量的傳導距離)，若導熱係數及熱量穿越面積越大、傳導距離越小，則導熱率越高，意指廢熱傳導到散熱器各零件的速度越快，也就是說熱能相對容易被帶到空氣中，或被風流帶走。要達到如此優異的表現，散熱鰭片、熱導管、導熱背板的設計及面積就變得非常重要。
散熱鰭片(fin)是以銅、鋁為主的高導熱金屬材料所製成，其中鋁鰭片佔70%以上。散熱鰭片的面積越大，在散熱效果的表現上就越好，只是鰭片面積及堆疊數量會受限於機殼的內部空間、北橋及記憶體的干涉、風流的順暢。因此，我們可以從鰭片的設計來影響散熱效果，例如安耐美ETS-T40及ETD-T60鰭片上的開孔VGF(Vortex Generator Flow，渦流產生器)可破壞風流的邊界層，獨特的擾流板設計能使外界冷空氣能進入導管後方的無風區，加快52片散熱鰭片的空氣交換率，相較於傳統樣式帶走更多的熱能。
又如SEF(Stack Effect Flow，煙囪效應)藉由熱空氣上升至較高的區域，冷空氣補入較低的空間，來加速鰭片的熱能交換；鰭片折邊形成風道VEF(Vacuum Effect Flow，真空效應)的設計，能增加進入散熱器的空氣，提升風流量，使熱對流循環最佳化。
熱管(heat pipe)是熱傳導的主要元件，利用冷熱端的溫度差，使接觸熱源端的內部流體蒸發成汽態後到熱管的另一端，再由較冷的環境使工作流體由汽態冷凝成液態，將液體回傳到底部，形成冷熱交替循環。安耐美採用複合熱管，兼具溝槽管快速帶熱及燒結管不受重力限制的兩項特性，使熱傳導的效果達到最高效益。根據Fourier定律，兩者之間的距離越短，熱傳導的效率越高，應用HDT(熱管直接接觸技術)原理，配合銅的高導熱特性，讓熱管直接接觸到CPU表面，迅速帶走熱，不透過其他介質如導熱底板做二次傳導，增加散熱效率。在下吹式散熱器中，因底板到鰭片的距離較遠，使得熱管的傳導時間較長，散熱效果較側吹式散熱器差。而安耐美突破傳統模式，採用雙邊穿入設計，大幅提升兩側鰭片的帶熱量，並以精密的焊接技術使導管、鰭片與底座緊密結合，發揮最佳的熱交換效率。
為了確保散熱器發揮效用，需透過扣具才能將散熱器穩固在CPU上，單一扣具及通用型扣具的不同選擇，則是為滿足Intel、AMD不同的CPU高度、下壓磅數以及孔位。通用型扣具包括：主機板強化背板、轉換架 / 扣具、彈簧螺絲，適用於Intel LGA2011/1366/1156/1155及AMD AM3+/AM3/AM2+/AM2所有平台，甚至免拆主機板即可安裝。然而，為符合所有平台，安耐美的通用型扣具將彈力設計應用至AAP(Auto-Adjustable-Pressure，智慧型自動調壓系統) 螺柱上，為CPU與散熱器之間提供最適當的接觸，大幅降低散熱器因下壓力不足所導致的散熱不佳，或下壓力過大導致主機板損壞的風險。
結合CPU散熱器的鰭片、熱管、扣具等各部件的最佳化，能使CPU在最低的工作溫度下正常運作，是發揮散熱效果的必備元素；而判定散熱效果最客觀的方法為熱阻值，越低的數值表示CPU與環溫的溫度越接近，因此，散熱效果的最佳判斷指標不只要溫度低，更要熱阻值低！(本文由保銳科技散熱產品課陳盈慈課長提供)
