CPU散热器的选择？铜？铝？高导热铜-石墨复合材料问世

     作为电脑的大脑，CPU是我们需要着重保护的部件。中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。主要包括运算器（ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机五大核心部件。这个主要由沙子制造的小块块在运行时会发出极大的热量，因此散热器和散热风扇是必不可少的。今天我们要说的，就是这个散热器。市场上的散热器有很多种，外型颜色各异，但最基本的是，这玩意的材质不是铜就是铝，再不就是两者都有。那么，问题是，铜和铝，哪一种更适合做成散热器呢？在了解散热器的同时，我们先了解下CPU是怎么发热的？

  
CPU是怎么发热的？

    现在的CPU设计得越来越复杂，其中的电路总长度相比最初的CPU有极大的增加。这意味着，如今的CPU需要更多的电流才能驱动。在CPU通电的瞬间，所有的电路都要参与工作，需要很大的启动电流，而如此多的电能，都要转换为热能排放出去。Intel最新的ATX12V 2.3电源供应规范相对于2.2版本提高了瞬间输出电流的要求，说明今后的CPU在启动时散发的热量会更加惊人。这就要求散热器能迅速带走CPU的热量，避免热量堆积。而在CPU运行时，CPU的热量散发没有刚启动时那么剧烈了，但热量的散发会一直持续。这时需要散热片有足够大的比热容，能够吸收大量热量并降低温度的上升，才能保证热量一直从温度较高的CPU传递到温度较低的散热片。

     由以上的分析可以知道，CPU的散热器首先需要快速传递热量。根据热传导的基本公式“Q=K×A×ΔT/ΔL”（其中Q代表热量，也就是热传导所产生或传导的热量，K为材料的热传导系数，A代表传热的面积或是两物体的接触面积，ΔT代表两端的温度差，ΔL则是两端的距离），我们可以看到，要提升传热的量Q，则需要提升与之成正比的K、A、ΔT，或者是减少ΔL的数值。对于CPU散热器而言，ΔL是恒定的，而A再大也不能大过CPU顶盖的面积，能够让我们动手脚的就只有K了。金属材料的导热系数是恒定的，纯铜的导热系数约390-402W/m-k，银和铝分别在420W/m-k和220W/m-k左右。因此从传热速度来看，铜相比铝提高了至少70%，当然是一个更好的选择。

    不过，传热效率更高的铜也更容易达到较高的温度，铜的比热容为0.39J/kgK，而铝的比热容为0.9J/kgK，也就是说，要让铜材料达到同样的温度，只需要铝材料不到一半的热量。这意味着，铜材料制造的散热器所能存储的热量比铝制散热器要少。看来，无论是纯铜还是纯铝，都不是制造散热器的最佳选择。好的散热器怕是得铝壳铜芯才行。

    等等！！我们似乎搞错了一点。比热容的单位是焦每千克摄氏度，也就是说，比热容应该和材料的质量而不是体积相关。而似乎同样体积的铜会比同样体积的铝重很多，因为铜的密度是8.9g/cm3，而铝是2.7g/cm3。根据公式不难算出，1000cm3的铜，比热容为3.47；而同样体积的铝，比热容只有2.43，相当于铜的70%。因此可以得出结论，铜能够快速吸收热量并存储大量热能，是制造散热片的最佳材质。 

    既然我们已经知道，无论是从导热还是热能存储的角度，铜都是仅次于银的最佳选择。那么自然在选择散热片的时候，我们就应该选择类似李元霸手中那种大铜疙瘩以达到最佳的散热效果。不过相信你也知道，这么大一砣铜一来价值不菲（期货市场上的铜价现在高达6万多每吨），二来会把你的CPU连同主板压得稀巴烂。因此综合质量、效果和价格三个因素，在CPU发热量不太恐怖时，铜底的铝制散热器也是可以接受的选择。当然，如果你对CPU所标榜的低功耗特别有信心，也可以考虑使用铝制散热器。

    目前铜铝结合是一个很好的散热器解决方案。而市场中流行的铜铝结合工艺（用铜来做散热器底部的吸热端，用铝来做散热端）主要有“嵌铜”、“压固”、“插齿”、“锻造”等，几种工艺都是通过在铝质散热器底部加入铜质吸热片或者铜芯来改散吸热能力。“嵌铜”主要是将铝散热器加热后塞入铜柱，等待铝冷却后将铜柱紧紧抱住，这种工艺成本较低，实际效果也不错；“压固”则是通过螺丝将铜块与铝质散热器结合，成本低，但结合介面热阻难以控制；“插齿”是通过在铜底上插上数量众多的铝质鳍片来增加散热面积；“锻造”相对高端，主要是将铝质散热器加压到降伏点，然后加入铜底与之紧密结合，效果最好但成本最高。

     如今，美国北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出了铜-石墨导热技术的新材质，可以用于CPU冷却系统的导热元件，这种用铜和石墨复合的材料在导热性能上实测提升了25%。并且制造这种铜-石墨复合材料被认为是成本低且工艺简单，特别适合大批量生产的电子设备，和用昂贵的纯铜导热相比，这种材料让成本降低了许多。有关这种材质的研究论文已发表在Metallurgical and Materials Transactions B.这种新型的高导热铜-石墨复合材料可以用于散热器的制造。是代替传统铜、铝散热器的最佳选择。