眼花缭乱的散热鳍片工艺

在挑选CPU散热器时,眼花缭乱的名词让人目不暇接。相信你曾着有这样的困惑:穿Fin、扣Fin、折Fin……各式各样与“Fin”有关的名词,各自代表着什么含义?它们之间又应该如何区分?

本篇文章就将介绍有关“Fin”的那些名词,从理论与实际相分析,为这些问题给出答案。

“Fin”为何物?

英文“Fin”一词,意即“鳍片”。在散热领域,通常指的是散热器上的薄金属片。

眼花缭乱的散热鳍片工艺

或许,很多新玩家玩家会想当然地认为,热管在散热器中起到直接散热的作用,实则并非如此。

热管仅仅是将底座(芯片)的热量传导至鳍片,而鳍片“Fin”才真正将热量同空气交换、完成散热的“最后一公里”。纵有一条条粗壮的热管,却缺少足够大面积的鳍片,也无法发挥出全部的散热潜力。

如今人们更多关注“热管”,而很少看“鳍片”,往往会忽略掉“鳍片”这位散热的幕后功臣。殊不知在这小小的鳍片之上,其实也隐藏着不少工艺玄机。

穿Fin特点

所谓“穿Fin”,是指鳍片与热管相连接的方式。从本质上看,它接近于“过盈配合”:通过外力作用和材料间的弹性,使热管得以牢牢“嵌入”鳍片之中。

形象而不严谨地说,穿Fin就像是“大力出奇迹”——如同将大尺寸零件强行塞入小尺寸孔位中一样,工厂用同样的方式,通过外力使鳍片生生“穿”入热管之间。令热管与鳍片紧密贴合。

眼花缭乱的散热鳍片工艺

相较于传统的连接方式——焊接而言,穿Fin无需焊料和高温,因而物料成本更低、工序更为简单,也更为环保

工序更少、成本更低,既然这样,穿Fin工艺听上去似乎非常完美。然而,事实真的如此吗?

“低成本”是相对而言的。除去物料成本外,穿Fin还有着良品率的制约因素。正是因穿Fin“过盈配合”的工艺本质,“成本”与“性能”的平衡,都决定在那小小的公差之间。

“低公差”意味着低良品率:穿Fin一旦失败,很难从头重来。良品率会因严格的公差限制而大受影响,成本会因此而大幅提升。

然而,“大公差”也是玩家们所不愿意看到的:放宽公差要求后,成本将会大幅下降,但鳍片和热管之间的接合又会变得松松垮垮

在传统的焊接工艺中,鳍片与热管之间有一层焊锡负责导热,而穿Fin则完全依赖鳍片与热管的紧密接触传导热量。穿Fin公差一旦增大,鳍片与热管间的热阻便会急剧提升,最基本的“导热效果”也就可想而知了。

雪上加霜的是,由于铜与铝的热膨胀系数存在差异,散热器又需要频繁经历高、低温的变换。长时间使用后,铜、铝之间的缝隙也可能变大,使原本紧密的鳍片松动,导致散热效率下降。

穿Fin的上下限差距如此之大,因而经常能见到穿Fin工艺同时在“廉价产品”与“风冷之王”上出现的“奇观”:著名的风冷王者,台湾利民的SliverArrow“银箭”就使用穿Fin工艺。

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穿Fin的普及势必需要平衡成本与公差的矛盾,同时也为提升鳍片的坚固程度、使散热效率更加持久而稳定。此时,就轮到与“Fin”相关的鳍片加固工艺大显身手了。

折Fin工艺

正是由于穿Fin的“过盈配合”式结合不够牢固,折Fin工艺被大量应用。

顾名思义,所谓“折Fin”,便是在鳍片边缘进行弯折,形成塔体侧面一排排整齐划一的折边“长条”。

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这些折Fin的“长条”,使得原本独立的鳍片相互连接,构成鳍片组合,能够互相分担外力,避免了被“各个击破”的情况。折Fin显著提升了散热器的结构强度,一定程度上弥补了穿Fin的短板。

因此,在穿Fin工艺的散热器上,往往少不了折Fin工艺的身影。

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然而,早期的穿Fin实在是太不成熟。不要说热管与鳍片间的冷热交替,就算是运输中的物流颠簸,甚至是拆装过程中的人为外力,都能干扰鳍片同热管的接合

由此,另一种更为强大的加固方式:扣Fin应运而生。

扣Fin工艺

在折Fin的基础上,扣Fin更进一步。顾名思义,扣Fin工艺是在鳍片上加工出锁扣的造型,从而扣合鳍片

扣Fin工艺令塔体的牢固程度进一步提升。在外观上,扣Fin同折Fin的最大不同,便在于侧面扣合的形式。不同于折Fin那“光滑”的长条,扣Fin工艺有了更复杂的结构,鳍片上的卡扣清晰可见。

眼花缭乱的散热鳍片工艺

扣Fin与折Fin并非是穿Fin散热器的专利。事实上,为了提升结构强度、确保鳍片间距整齐划一,不少回流焊散热器也会应用一些加固措施。如利民的FS140焊接散热器上,就使用了扣Fin工艺。

折Fin与扣Fin工艺并不冲突,成熟的散热塔体可以不做选择,扣Fin与穿Fin“我全都要”,从而最大限度地提升塔体强度。

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“大霜塔”上就同时运用了这两种工艺。

早期穿Fin的良品率低下,厂商们为提升强度可谓绞尽脑汁,无所不用其极。因此,鳍片加固工艺在穿Fin散热器上尤为常见。

当然,扣Fin与折Fin虽然能提升整体强度,但更多地是亡羊补牢。穿Fin自身的做工水准,才是决定强度与性能的关键因素。

不同的取舍

在工艺日渐成熟的当下,扣Fin/折Fin工艺已不仅仅是单纯的“鳍片加固措施”,它们不但能提升塔体的强度,更具备压榨性能的潜力。在顶级品牌的设计之间,我们不难一窥各自不同的取舍。

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猫头鹰U12A是回流焊散热器,那大面积的扣Fin/折Fin组合,是为了压榨气流的效能鳍片的折边具有导流功能,能够避免气流从塔体侧面泄露,进一步提高散热器的气流利用效率。此外,鳍片以折Fin或扣Fin相互连接,客观上还有利于热量在鳍片间的纵向传导。

但是,从散热器上泄露的气流,也并非全部白费。它们对周边部件的散热同样有积极意义:散热器泄露的气流减少,意味着流经主板供电、M.2硬盘等周边元件的气流同样减少。CPU温度略有下降,而周边元件则大为升温。

因此,也有一些厂商反其道而行之,以刻意减少折Fin或扣Fin面积的方式,增加散热器的气流泄露,从而辅助周边元件进行散热。

眼花缭乱的散热鳍片工艺

如前所述的“风冷王者”利民IB-E银箭,正使用了穿Fin工艺,按常理来说,鳍片亟待扣Fin与折Fin等技术进行加强。但是,“银箭”的塔体侧面却没有任何加固痕迹。

眼花缭乱的散热鳍片工艺

虽为穿Fin工艺,却不使用折Fin或扣Fin技术加固鳍片,这便是“风冷王者”对穿Fin公差把控的自信,更体现出老一辈散热器对周边部件散热的重视。时至今日,这等自信也少有后人企及。

更有甚者,将折Fin工艺用出了花样。在HR-02、HR-22与Macho系列的多款被动散热器上,台湾利民在鳍片上设计了一排排垂直孔。

眼花缭乱的散热鳍片工艺

作为被动散热器,这些开孔不但能提升气流通过的效率,增加被动散热效果,更能兼顾“折Fin”的本职。

加固鳍片与增强性能合而为一,这样的设计成就了一代经典。

市面上产品采用何种工艺?

随着穿Fin工艺的成熟,它正越来越成为主流。目前,九州风神的旗舰产品阿萨辛、“大霜塔”等,都采用了穿Fin工艺,鳍片加固自然必不可少。

“冰立方”系列使用了扣Fin与折Fin相结合的手法,扣Fin面积较小,专职加固鳍片;而折Fin面积更大,兼顾引导气流。

在相对低端的穿Fin散热器上,追风者就只使用了折Fin工艺。并且折Fin面积较小,效果有限。

回流焊散热器相对较为牢固,但为了提升良品率,加固工艺也不可或缺。

大陆利民在FS140/FC140上就使用了扣Fin工艺。每塔体三条扣Fin的组合,确保了鳍片的牢固。

设计优良的产品,更会有意识地利用加固工艺来引导气流,这是“猫头鹰”产品的惯用手法。在D15与U12A上,我们都能见到大面积、连续不断的鳍片加固措施。

需要注意的是,回流焊和高性能不能划等号,需要警惕市场上“浑水摸鱼”的低质量焊接产品——有时,那还不如高质量的穿Fin呢。

后记

塔体侧面的小小折边里,既隐藏着鳍片技术的秘诀,也有着散热效能的取舍;穿Fin工艺的分毫公差之间,不仅是成本控制的平衡,更决定着性能的高低。

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