散熱設計之——吸熱設計
院 散熱片的吸熱效果主要取決于散熱片與發熱物體接觸部分的吸熱底設計。性能優秀的散熱片，其吸熱底應滿足四個要求：吸熱快、儲熱多、熱阻小、去熱快。
吸熱快，即吸熱底與發熱設備間熱阻小，可以迅速的吸收其產生的熱量。
為了達到這種效果，就要求吸熱底與發熱設備結合盡量緊密，令金屬材料與發熱設備直接接觸，最好能夠不留任何空隙。
儲熱多，即在去熱不良的狀態下，可以吸收較多的熱量而自身溫度升高較少。
提出此要求的目的是為了應付發熱設備功率突然提升，或風扇停轉等散熱器性能突然喪失的狀況。眾所周知，CPU、顯示核心等高速半導體芯片在滿負荷工作時所產生的熱量較閑置狀態下大幅增加；散熱器失效時，發熱設備所產生的熱量無法及時散失，情況更是危險。此類狀況中，如果散熱片吸熱底沒有一定的儲熱能力作為熱量的緩沖，散熱片與發熱設備本身的溫度都會迅速升高，輕則由于溫度的迅速變化加快設備老化，重則未能及時發動過溫保護機制導致設備燒毀。因此，散熱片的儲熱能力就是其抑制發熱設備溫度激增的能力，對散熱效果并沒有直接的影響。
熱阻小，即傳導相同功率熱量時，吸熱底與發熱設備及鰭片兩個介面間的溫差小。
散熱片的整體熱阻就是由與發熱設備的接觸面開始逐層累計而來，吸熱底內部的熱傳導阻抗是其中不可忽視的一部分。由于計算機風冷散熱器所針對的發熱設備通常體積較小，為了將吸收的熱量有效地傳導到盡量多的鰭片上，因此還需要吸熱底有較好的橫向熱傳導能力。
去熱快，即能夠將從發熱設備吸收的熱量迅速的傳導到鰭片部分，進而散失。
吸熱底與鰭片部分間的結合情況，即結合面積與熱傳導的介面阻抗，對能否達成此要求起著決定性的作用。
既然已經提出要求，在設計方面應該采取哪些措施來滿足它們呢？
1.為了提升吸熱能力，希望散熱片與發熱設備緊密結合，不留任何空隙，可惜這是無法實現的。吸熱底與發熱設備之間必然存在一定的空隙，如果空隙中是高熱阻的空氣，必然無法得到良好的導熱效果，因此，應采用具有較低熱阻及較佳適應性的材料填充其中的空隙，這便是導熱膏的用武之地。但導熱膏的熱阻始終要高于加工散熱片的金屬材料，使用它只是權宜之計，并非真正的解決之道，要想根本上提高散熱片吸熱底的吸熱能力，就必須提高其底面平整度。平整度是通過表面最大落差高度來衡量的，通常散熱片的底部稍經處理即可達到0.1mm以下，采用銑床或多道拉絲處理可以達到0.03mm，而CNC銑床或研磨則可以達到更好的效果，我們將在后文進行具體介紹。總之，散熱片的吸熱底越平整，越有利于熱量吸收，但由于無法做到完美，涂抹導熱膏成為了安裝散熱器的必須步驟。
2.為了滿足儲熱的要求，就需要利用各種物質的一項重要特性——比熱容。以散熱片常用材質銅、鋁而言，銅的比熱容為385J/kg*K，鋁的比熱容（由于配方材料所占成分比例很少，鋁合金的比熱容與純鋁并無太大差距）則為903 J/kg*K，即令1kg的銅溫度升高1K需要吸收385J的熱量，而令1kg鋁溫度升高1K則需要吸收903J的熱量。那么是否采用鋁質吸熱底的散熱片可以獲得更好的儲熱效果呢？并非如此！因為具體物體的儲熱能力還決定于其質量，具體到散熱片的吸熱底，相同體積下，就決定于材質密度——銅的密度為8933 kg/m^3，鋁的密度為2702 kg/m^3。不妨依下述公式計算一下銅與鋁的體積比熱容：
Cv＝ρ x Cm
銅的體積比熱容＝8933 kg/m^3 x 385J/kg*K≈3.44 x 10^6 J/ m^3*K
鋁的體積比熱容＝2702 kg/m^3 x 903J/kg*K≈2.44 x 10^6 J/ m^3*K
結果很清楚了，相同體積的銅與鋁材（包括各種鋁合金），發生相同的溫度變化時，銅可以比鋁多吸收約40％的熱量，即可以更好的抑制發熱設備溫度的激增。這正是中高端散熱器即便不采用全銅設計，也要采用銅鋁結合的吸熱底設計的原因。
除了材質上選擇具有更高“體積比熱容”的材料外，還可以在吸熱底的形狀設計上進行發揮——保持吸熱底厚度不變，增大底面積，或者保持底面積不變，增加吸熱底的厚度，都 可以增大吸熱底體積，進而提高熱容量。
3.要降低吸熱底內部熱阻，采用熱傳導系數更高的銅的確是比鋁合金更好的選擇，也正是目前許多中高端散熱器所采用的方法。確定了吸熱底的材質，還可以通過調整吸熱底的形狀設計改變其熱阻。此時，就面臨著吸熱底縱向與橫向熱阻的平衡問題。
根據熱傳導的基本常識——截面積越大，熱阻越小，厚度越大，熱阻越大。具體到吸熱底的形狀設計——面積越大，厚度越薄，縱向熱阻越小；相反，厚度越厚，橫向熱阻越小，越鰭片的有效連接面積越大。縱向與橫向熱阻分別對吸熱底的形狀提出了互相矛盾的要求，這就需要設計者在其中作出權衡，選擇合適的面積、厚度與形狀，令縱向與橫向熱阻都可達到要求，如果沒能尋找到合適的平衡點，則可能出現一些對導熱甚至散熱片整體性能造成嚴重不利影響的情況：
厚度大，面積小——橫向熱阻小，可有效利用連接其上的鰭片，但縱向熱阻大，增加了散熱片的整體熱阻，不利于整體性能提高。
厚度小，面積大——縱向熱阻小，但橫向導熱截面（與底面垂直）狹小，橫向熱阻大，外圍大量與底面連接的鰭片無法發揮作用，形同虛設，實際縱向導熱面積并不大。
上文只是針對傳統的平板型吸熱底+直立鰭片設計，目前可以說已經被設計人員完全“吃透”了，通常產品設計都采用了適當的面-高比。但隨著性能需求的提高，設計人員開始跳出這種設計的限制，采用一些更符合熱力學原理的吸熱底形狀設計，減小熱阻，并針對集中發熱位置（例如CPU核心），采用大熱容量的特別設計。例如一些銅鋁結合散熱片的銅柱+放射狀鰭片，以及一些在原有平板型基礎上進行改進的弧形或“屋檐”形吸熱底等。
4.為了滿足去熱快的要求，就需要吸熱底與鰭片間的連接面積盡量大，熱傳導介面阻抗盡量小，同樣要令吸熱底與鰭片盡量緊密的結合，需要較好的介面平整度。吸熱底與鰭片的結合方式與連接面積將在下文的導熱設計中介紹；結合程度則基本上取決于散熱片整體成形或吸熱底與鰭片間的結合工藝，將在稍后的工藝部分中詳細介紹。
從吸熱底的設計中，就可以看到整個散熱片設計的訴求——快進、快出、低阻抗，以及所面臨的問題——多種因素間矛盾的平衡。
單就吸熱底設計而言，吸熱與去熱的要求是越快越好，局部并不存在與之矛盾的因素,只需盡力在材料與工藝方面進行改進即可；為了減小熱阻，增大與鰭片間的有效連接面積，必須要面對厚度與面積間的矛盾；儲熱能力的要求看似只要增大體積，實際對導熱能力同樣存在影響，難免產生矛盾。不但形狀設計，吸熱底材料的選擇同樣需要顧慮到重量、尺寸等條件的限制。
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