在當初採用銅底鋁鰭片時，很多人對於這樣的設計，提出了『經典』的見解。像是銅吸熱快散熱慢，但是鋁的吸熱慢但散熱快....姑且不論這種說法正不正確，我們先來談談什麼是快？什麼是慢？
小明跑一百公尺只花了10秒，跑好快。小華跑一百公尺，花了16秒，跑得比較慢。老張一小時內完成了200個產品，動作好快。老李一小時內只完成80個產品，動作有夠慢。什麼是快？什麼是慢？很明顯的，與時間搭上邊的才有快慢之分。
所以，很明顯的，這種解釋方法，在先天上就不是一個很嚴謹的說法，有快慢之說，是存在於暫態的現象，也就是溫度是時間的函數，而暫態的過程，則主要在於避免瞬間的熱衝擊就導致失效，所以才會有材質在吸熱快慢的考量。但在穩態的情況下，固體內就只有熱傳導係數會影響散熱器的性能。
一個完整固體內的能量方程式：
（自己找，懶得貼）
很明顯的，和時間項綁在一起的有密度與熱容，當考慮穩態時，時間項消失，所以密度與熱容的影響是不存在的，唯一有影響的只剩下熱傳導係數。所以，在穩態下固體內的熱傳導，銅是勝過鋁的，也就是，在散熱器本體的部份，使用銅材質的熱阻是小於鋁材質的。用什麼快慢來解釋這種現象是不適當的。
因此，很單純的，銅底鋁鰭片只是為了節省成本與重量所採用的一種設計，這種設計的結果（外型相同），其熱阻將介於全銅與全鋁的散熱器之間。
在最後，稍微說明一下暫態的過程，畢竟在電子的散熱設計過程中，很少需要考慮暫態的過程，例如電源產品，個人電腦等，除非在暫態過程中有散熱的 Issue，否則都是僅考慮穩態的散熱能力。但對於照相機所使用的閃光燈之類的，則會有暫態散熱的問題。前面說過，暫態時的物理量是時間的函數（應該反過來說，物理量是時間的函數稱為暫態）。假設熱源以 30W 的熱傳向散熱器底部。可以想像在散熱器底部某一體積內有熱量傳入，此時，該單位體積會吸部分的能量造成此單位體積內的溫升，但同時亦將一部分的能量往四周溫度較低的區域傳遞出去。所以這時候有兩個現象同時發生，一個是自己的溫升，一個是能量向外傳遞。影響自己的溫升是密度與熱容，影響向外的傳遞是熱傳導係數。所以，有另外一個參數叫做熱擴散係數，其為熱傳導係數除以密度與熱容的乘積。他是一個比較，當熱擴散係數愈大，表示熱傳導能力遠勝於自身的溫升，所以在隨時間變化的過程中，溫度分布較均勻。反之，則與熱源接觸的地方，容易產生 Hot Spot。也就是可能會有熱衝擊的可能。
3 則留言:
前輩好 :
剛剛我從我司電子工程師聽到"銅傳熱快，鋁散熱快"的觀念
我一時不知道該如何系統化的回答他
在參考了前輩的文章，我的回覆如下
如我有任何表達不到位的地方，想請前輩給予一些指導 :
在我們的散熱模擬之中，由於我們是使用穩態 (Steady State)
所以我們只會看到最後的結果溫度，而中間的傳熱過程我們會忽略不看
除非我們今天是使用暫態 (Transient State)，比熱容的因素才會加入，進而影響散熱過程中的過程 (但不影響結果)
根據文章如下 :
http://electronic-cooling.blogspot.com/2014/10/blog-post.html
在穩態模擬中，銅導熱比鋁快
所以熱量可以被很快的從熱點帶出，然後經由冷卻風流將熱帶走
(Q = h*A*dT))
如果冷卻風流不明顯，銅的溫度上升率也大於鋁，所以會造成一個比較大的溫差
根據熱對流公式，dT越大 (溫差越大)，其他條件不變的狀況下，Q就會上升
如果今天看鋁的話，鋁比熱容較銅為大，也就是每單位質量溫度上升一度需要更大的熱量
相同的熱量含量之下，”鋁散失的能量大於銅”
我想您講的狀況應該是這樣
但是我還是那句老話，因為在穩態模擬中，比熱容的影響是被忽略的
我們看到的只是最終的結果，而不是過程
最終的結果來自於導熱速率，所以銅會比鋁要好
我覺得我們可以再討論釐清一下~
謝謝您~
以上是我的回覆，謝謝前輩指教~
基本上，這可能是對 快 慢 在定義上的不同。
以我個人對 快 慢 的定義，是與時間相關，也就是暫態的考慮下，才有所謂的快慢。例如，這物體溫升很快，表示說，單位時間內，溫度增加很多。這物體降溫很慢，表示單位時間內，溫度的降幅很小。
所以，和時間相關的物理量，才可以定義出快慢。
如果在穩態的情況下，就不應該有所謂的快慢的說法。例如，今天有一個晶片，在穩定的情況下，消耗功率是 20W，如果用銅散熱器，那麼，銅散熱器也只會幫晶片散 20W 的熱，不會多也不會少。如果用鋁散熱器，鋁散熱器也還是只能幫晶片散 20W 的熱。既然兩種散熱器在相同的時間內，都散相同的能量，那麼，哪來的快慢之說? 只有好壞之分(如果用溫度高低來定義好壞)，或者熱阻值大小之分。
但在暫態下，材料密度，比熱，熱傳導就會影響晶片溫度增加的幅度。這時候，你可以想像，能量進入散熱器某控制體積，這時候一部分能量會被保留在控制體積內，這部分會造成控制體積的溫度升高，一部分的能量會傳遞給周遭的控制體積。簡單說，以前朝廷撥款震災，結果中央官員到地方官員層層中飽私囊。暫態過程，就有點類似這種意味。
以上是我的看法。
後來想想，有一個方法確實可以解釋銅的導熱比鋁快。
要在穩態解釋銅的導熱比鋁快，必續用溫度相同，而不要用功耗相同，就可以解釋通了。
假設，銅散熱器與鋁散熱器的外型是相同的(尺寸相同)，環境溫度也相同。那麼當散熱器底部也相同時，銅的熱傳導係數比較高，所以熱通量比較高。
在相同的尺寸下，銅可以傳遞更多的能量，所以銅的導熱比較快。這樣就可以解釋銅的導熱比較快了。
之前在功耗上打轉，換個方式就可以解釋了。
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