热管技术在电脑上的应用
处理器高速发展，发热量也与日俱增
在过去几年里，得益于Intel和AMD的竞争，CPU前进的步伐从未停止过，从单核发展到双核，再到四核，频率从几百MHz提升到数千MHz，用户在感觉科技日新月异的同时，两家也赚得盆满钵盈。然而在残酷的你追我赶性能竞争中，CPU功耗的增长甚至比频率的提升更为迅速，从早期的十数W（TDP）增长到现在的上百W（TDP)。
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小知识：TDP TDP的英文全称是“Thermal Design Power”，中文翻译为“热设计功耗”，是反应一颗处理器热量释放的指标，它的含义是当处理器达到负荷最大的时候，释放出的热量，单位为瓦（W）。 CPU的TDP功耗并不是CPU的真正功耗。功耗（功率）是CPU的重要物理参数，等于流经处理器核心的电流值与该处理器上的核心电压值的乘积。而TDP是指CPU电流热效应以及其他形式产生的热能，他们均以热的形式释放。显然CPU的TDP小于CPU功耗。 TDP功耗越小越好，越小说明CPU发热量小，散热也越容易。 |
CPU在前进着，伴随着它的是发热量的剧增看下英特尔和AMD旗下两个处理器的数据：
◆ AMD AM2 FX-62 Daul Core 2.8G TDP 125W（2006年发布）
◆ Intel Pentium 4 Extreme Edition 3.73G TDP 115W（2005年发布）
英特尔和AMD为了甩开对手，屈从于利益，功耗往往是性能之后的考虑。所幸的是，TDP在达到了100多W这样恐怖的数值时，英特尔和AMD都意识到单纯增加频率已经很难有所突破，功耗已经成为性能提升的瓶颈。实际上，制约CPU发展的一个重要问题就是散热问题。目前的台式机CPU，TDP功耗超过100W基本是不可取的，比较理想的数值是低于50W。
英特尔和AMD开始改良架构，设计新的核心，2006年英特尔发布的Conroe系列开始有了大幅改善，Core 2 Duo TDP只有65W，改进的Core 2 Quadro TDP为95W。AMD Socket AM2也为小型系统设计了TDP功耗为35W和65W的版本。
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在主流CPU市场，TDP的增加暂时得到了控制，但在高端市场，仍不容忽视，AMD的代号K10的发烧平台Phenom FX，其TDP将达到120W，而Intel Core 2 Extreme QX6850，会在今年第三季度发布，TDP高达130W。
实际上CPU的真实功耗要比TDP值大得多，CPU巨大的发热量最后都是谁来买单呢？答案是很明显的，买单的只能是我们这些用户。我们不得不付出更多的精力和金钱，去安抚那颗足以“煎鸡蛋”的处理器。
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《春田花花》中的鸡蛋就是CPU“煎”出来的有人愁自然有人喜。也许散热器厂商们真的需要好好谢谢Intel以及AMD在追求处理器高频率路上的不断努力，处理器功耗的不断增加，让那些PC散热器厂商着实喜出望外。它们想尽办法改进散热方式，推出各种各样的散热器。散热器的制造技术和工艺显然不能和CPU相比，但也和TDP变化一样，几年来有了非常长足的进步。最显著的变化当然是体积上的几何级增长，从最初的CPU上的小铝片长大为结构复杂、重达近千克的巨无霸。
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热管风冷，当前中高端主流散热方式
为了应付处理器不断增长的散热需求，散热器的发展也日新月异，先前是以开发散热片的材质为主导，从铝材发展到铝＋铜，再到纯铜散热器。然而当处理器TDP达到一定高度后，仅靠改善散热片制造原料和增加散热器体积来提升散热效率，很难再有提高和突破。各大生产散热器厂家开始以散热方式为技术变革的方向，从风冷、半导体制冷到热管，再到水冷、水+冰冷甚至更极端的干冷和液氮制冷。
在2003年，业界就有人提出“风冷还能坚持多久”的疑惑，挤压热表面，实现高低不等能量体传递能量，这几乎是当时风冷散热一致性的散热传导模式，普通的风冷模式确实跟不上处理器TDP发展的脚步。而当水冷散热器刚刚显身之时，因为其良好的散热能力，人们似乎一下发现了新大陆，纷纷预测未来将是水冷的天下。
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几年时间过去了，水冷仍然只在少部分玩家中使用，一直未跻身主流行列。虽然从散热性能上看还是以水冷占优势，但是它价格偏高，安装不易，占空间大，且安全性低，另外水(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，热管式风冷是目前主要的散热方式。
值得我们注意的，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的怪物级主流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，从目前的中高端市场进入低端市场，被更多用户选择。
热管技术简析
热管散热是一种利用相变过程中要吸收/散发热量的性质来进行冷却的技术，1963年由美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover发明，并率先由IBM最初引入笔记本中。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/主板散热器，大到机箱，我们都可以看到热管的身影。
热管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。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。
◆ 热管工作原理
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热管工作示意图从技术角度看，热管的核心作用提高热传递的效率，将热量快速从热源带离，而非一般意义上所说的“散热”——这则涵括与外界环境进行热交换的过程。热管的动作温度范围十分宽广。从零下200度 ～1000度均可使用热管导热。
热管的工作原理很简单，热管分为蒸发受热端和冷凝端两部分（具体到产品上，受热端就是和散热器底座接触的部分）。当受热端开始受热的时候，管壁周围的液体就会瞬间汽化，产生蒸气，此时这部分的压力就会变大，蒸气流在压力的牵引下向冷凝端流动。蒸气流到达冷凝端后冷凝成液体， 同时也放出大量的热量，最后借助毛细力回到蒸发受热端完成一次循环。
典型的热管是由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽到的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据需要可以在两段中间布置绝热段。
◆ 烧结热管和沟槽热管
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%。
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烧结式热管，其毛细结构是通过高温下铜粉烧结制造而成的。我们最常见的水介质烧结式热管制造流程大致为：选取99.5％纯度的铜粉，铜粉单体粒径控制在75～150微米。使用工具将外径5mm红铜管内部清除干净，去除毛刺，接着将铜管放到稀硫酸中使用超声波清洗。清洗干净之后我们将得到一根内外壁皆十分光滑、无氧化物的铜管。此时将一根细钢棍插到铜管里（需要工具精确地将钢棍儿固定在铜管的中央，以方便铜粉均匀填充），将铜管底部用铜片暂时封闭。接着就可以把纯铜粉倒入铜管了。装填完毕之后就可以拿到烧结炉进行烧结。在烧结过程中，温度的把控也很重要。烧结完成之后使用一个辅助工具把铜管加紧，使用工具把钢棍抽出即可。
严格按照上述流程制造的烧结式热管，每个部分的毛细结构渗透率都应该大致相同，铜粉烧结块分布厚度大致均匀。当我们拆开热管仔细观察，就可以发现该热管的烧结工艺是否过关了。
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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。
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，基本上沟槽式的，因此性能必然不会像高端热管那样优秀，不能对这种产品的散热性能抱以过多的希望。
◆ 热管的弯曲
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。
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比较好的弯曲处理方式，无明显变形(Thermalright Ultra 120 Extreme)沟槽热管在这方面非常敏感，当沟槽管弯曲90度，导热性能大降，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。而烧结式热管在弯曲时的敏感度就小多了，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。
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）。
◆ 热管的直径
以热管长度均为150mm计算，经过有关权威机构测试，直径为3mm的热管其热阻值为0.33（测试物体温度变化区间60～90度）。而直径为5mm的时候，热阻立刻降到了0.11，已经可以满足绝大部分场合对导热的要求了。而当热管直径扩大到8mm的时候，热阻竟然达到了0.0625，这是大部分金属材质散热器难以企及的热阻。
不同直径的热管，最大导热量区别有多大呢？台湾某研究所给出了一组参考数值。直径为3mm的正品热管，2.8个标准热传递周期中只能传递15W（15焦耳/s）的热量。而直径为5mm的热管，在1.8个热传递周期最大热量传递达到了45W，是3mm热管的3倍！而8mm的热管产品只需0.6个周期就可以传递高达80W的热量。如此高的传热量，如果没有良好的散热片设计和风扇配合，很容易导致热量无法正常发散。
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显然，热管的直径对传热有很明显的影响，越大效果超好，目前中高端热管散热器中多采用6mm的热管，也有个别是用的8mm产品。
◆ 热管与鳍片的结合
热管有着优秀的热传导能力，能将处理器的热量很快的转移走，但要依靠热管那小小的散热面积将热量转到空气中是不可能，必须借助更多的散热鳍片。因此热管与鳍片如何完美结合，是非常关键的。目前主要有两种方式，焊接和穿fin。
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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。焊接过程中产生的气泡和不均匀都会导致散热效率受损。
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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。富士康的冲压铆接技术与穿fin类似。
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。
当前中高端风冷散热器特点
中高端风冷散热器，足以应付现在的主流CPU散热需求。最显著的特点是热管的全面应用，并且是多热管方式（4根以上），热管普遍采用烧结式热管，直径多为6mm。除了成熟的热管技术应用外，还有些其它特点：
◆ 侧向吹风
有些事件在悄悄改变，比如散热器风扇的安装方式。传统的散热器安装方式是风扇在顶部，气流朝下，即垂直于CPU。现在多数在改进风道设计，风扇改为侧向吹风，让气流的方向平行于CPU。
侧向吹风的首要好处是彻底解决风力盲区，因为气流是平行通过散热鳍片的，气流截面的四条边上的气流速度最快，而CPU的发热点正好位于一条边上。这样CPU散热底座吸收的热量可以被及时带走。另外一个好处是没有反弹的风压（通常向下吹风时，一部分气流冲至散热底面并反弹，这会影响散热器内的气流运动方向，使的热交换的效率受到损失）。热交换效率要高于向下吹风。
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现在更多的是侧向吹风方式(ZEROtherm BTF90)当然侧面吹风的也有缺点，就是不能直接吹到到热源——底面。所以，侧面进风的关键就是如何尽快的把底面的热量带到风道。这就给热管有了发挥的舞台，热管+密集散热鳍片的配置，让底部的热量尽快传递到散热鳍片上。
◆ 多平台适应
以前的散热器，也分为英特尔和AMD两个阵营，散热器应用空间窄。发展到今天，厂商为了抢得更多市场份额，争取更多的用户，基本上可以多平台应用，一方面保护了消费者的投资，另一方面又增加了自己的潜在用户。
◆ 更加人性化的低噪音工作
除了散热效果之外，风扇的工作噪音也是人们普遍关注的问题。现在的中高端风冷散热器在保障散热能力之外，开始采用低速的大风扇（满速时2000转左右），以降低噪音。90mm的风扇被广泛使用，更甚至120mm，最终目的都是为了降噪。
风扇噪音与摩擦力、空气流动有关。风扇转速越高、风量越大，造成的噪音也会越大，另外风扇自身的震动也是不可忽视的因素。当然高品质的风扇的自身震动会很小，但前面两个者却是难以克服的。要解决这个问题，我们可以尝试使用尺寸较大的风扇。应在在风量相同的情况下，大风扇在较低转速时的工作噪声要小于小风扇在高转速时的工作噪声。
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能够装在前置面板的风扇调速器(GT Igloo 5700MC) 有时在环境温度较低时，不需要风扇满速工作，一些厂商特意设计出可调节风扇转速的散热器，分手动和自动两种。手动的主要是让用户可以在使用低转速获得低噪音，使用高转速获得好的散热效果。自动类调温散热器一般带有一个温控感应器，能够根据当前的工作温度（如散热片的温度）自动控制风扇的转速，温度高则提高转速，温度低则降低转速，以达到一个动态的平衡，从而让风噪与散热效果保持一个最佳的结合点。
◆ 4Pin PWM风扇接口较少
Intel推出的新4Pin风扇接口，这比传统的3Pin风扇接口要多出了一针。
设计上4Pin和3Pin的插头/插座都可以互相兼容，多出来的一脚是用来传输风扇转速控制信号的。
典型的4Pin PWM电路应用图，使用了ICH8系列南桥新增加的Fan Hub部件（其他南桥则一般使用LPC芯片集成的相应电路），按照Intel的规范，4Pin PWM的频率为21kHz-28kHz，Intel建议使用25kHz的频率。使用PWM信号的方式，整个系统可以更精确地按照CPU给出的温度信息控制风扇的工作状态，这个控制的精度要比以往的3Pin 模拟调压的方式更为精确，而且可以避免一些风扇并不兼容调压工作状态的现象（一些风扇电机要求稳定的12V供电）。
新的Intel主板基本都应用了4Pin PWM风扇电路，甚至AMD平台上也开始出现，而目前中高端散热器中使用4Pin风扇产品显得略少。
◆ 过于夸张的体积和重量
为了固定散热器，就需要使用扣具，Intel给出了官方散热器扣具的详细设计图，然而大多数风扇因为更大更重而使用了更稳固的固定方式，一些用于兼容多平台的风扇则不可避免地跳过官方散热器扣具设计。
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为了保护CPU和主板，按照Intel使用的弹性扣具，散热器的总重量被限制在550克以下，然而现在很多高端处理器为了取得更好的散热效果，不少都超出了这个重量。虽然良好设计的扣具可以负担更大的重量，然而对主板本身的应力（剪切力）却难以避免，在注意重量的同时我们还要注意到散热器的结构分布——即是为了注意重心的位置，重心离主板越远，在竖立的状态下（一般的主板在放入机箱之后都是如此）产生的力矩就越大，对主板的应力就越大。因此低矮外形的散热器在这方面就更有优点。
◆ 华而不实的LED灯
很多散热风扇开始流行使用发光二极管营造色彩，在黑夜里看起来炫目多彩，的确有时候能吸引不少眼球，厂家以此作为一个卖点，本也无可厚非。
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但是电脑作为实用主义的东西，尤其是风扇这种消耗品，过多的在其上增加二极管并没有什么真正的意义，甚至有可能影响风扇的转速。从这里我们似乎又看到了后DIY时代华而不实的风格。