摘要：基于爆炸焊接工艺的铜铝复合cpu散热片，以炸药为能源，实现了铜和铝间的无介质连接，整合了铜和铝的优点，具有较高的
结合强度，达到了更好的散热效果，有效地解决了cpu散热问题。在热传导理论和散热过程分析的基础上，采用有限元热分析技术对
散热片进行数值模拟． 通过试验测试，研究了散热片底部厚度对散热性能的影响，并对散热片结构进行了优化。合理选择铜层厚度，
减轻了散热片质量． 降低了生产成本，提高了产品的性价比。
关键词：散热片；铜铝复合；爆炸焊接；有限元；优化设计
中图分类号：tg456．6 文献标识码：a
cpu晶体管数量的增加提升了处理器的执行效率。但也导
致了其功耗及发热量的直线上升。若不能有效解决散热问题，
系统的稳定性将受到严重的影响，从而成为阻碍cpu发展的一
大瓶颈。
目前。主要的散热技术有3种方式：风冷散热、热管散热
和水冷散热，其中风冷散热 其安装简便、成本较低、散热效
果明显、适应性强、产品更新换代灵活等特点成为当今散热技
术的主流。
风冷散热器由散热风扇、散热片、扣具、导热介质4部分
构成。由于散热片直接与cpu的表面相接触，其散热能力的大
小直接影响到整体的散热效果，因此，散热片是整个散热系统
的关键部件。
散热片所处的位置要求其必须满足两个基本要求：一是在
短时间内能尽可能多地吸收cpu释放的热量。即瞬间吸热能
力；二是应当具备足够的储热能力， 即较大的热容量。
因此。散热片应选用热导率高的材料。铜的热导率是铝的
近2倍，但热容量较铝的小，而且全铜散热片造价高。自身质
量大。不耐腐蚀。鉴于全铝散热器和全铜散热器自身难以克服
的缺点。随着散热需求的提高。兼顾性能与成本的铜铝复合散
热片应运而生。散热片底部采用纯铜，而鳍片部分采用铝合金
片。通过钎焊、螺丝锁合、热胀冷缩结合、机械式压合等工艺
复合成一体，利用铜的高热导率的特点，铜底把热量快速传导
至铝鳍片，然后由铝鳍片将热量散发出去。既保证了散热片自
身质量不超标，又可控制生产成本，也取得了很大的效能提
升。
但采用上述工艺生产的铜铝复合散热片。普遍存在成本
收稿日期：2007—05—10
基金项目：德州市科技攻关计划项目(030701)
高、工艺复杂、结合强度低等缺点。因此，仅应用在高档微机
中．而未能在普通微机中得到普及应用
本文介绍了一种采用爆炸焊接技术生产铜铝复合散热片的
工艺，在热传导理论和散热过程分析的基础上，探讨了散热片
底部厚度对散热性能的影响。并采用有限元热分析技术和试验
测试的方法对散热片结构进行了优化。
1 cpu散热片的铜铝爆炸复合
爆炸焊接，亦称为爆炸复合，是一种特殊的焊接技术，其
采用炸药为能源．利用爆炸作用推动2个或多个金属体产生高
速碰撞来实现焊接。爆炸复合的最大特点是能将常规焊接方法
无法焊接的2种金属材料牢固地焊接在一起。众所周知，铝与
铜、钛与钢等金属之间的焊接性很差， 常规方法焊接困难。即
使采用一些特殊的工艺将之焊接在一起。其焊接质量也往往难
于保证。而采用爆炸复合则很容易使之迅速而牢固地复合在一
起，形成一种兼有2种金属(合金)性能的复合材料，而且结
合界面处的抗拉强度通常大于母材强度。从而大大扩展了现有
金属(合金)的性能及应用范围。
cpu散热片的铜铝爆炸复合。是应用爆炸焊接技术。采用
可控的爆炸力产生倾角碰撞．在铜片和全铝散热片的交界面喷
出金属射流，清除交界面污垢，进行高压熔合。将一定厚度的
铜片焊接在已成形铝散热片的底部。试验装置如图1所示，复
板为铜片，基板为成形纯铝散热片，炸药为粉状硝铵⋯。图2
为爆炸复合后的铜铝散热片结合界面的金相照片。从图中可看
出，其界面呈现为均匀细小的正弦波形，是一种理想的界面状
态[ 。
爆炸复合技术实现了铜铝间的无介质连接。而且结合强度
高，具有导热性能好、在热处理和机加工等条件下确保复合层
不分离的优点。
36 ·工艺与新技术· 焊接技术 第36卷第5期2007年10月
图1 cpu散热器铜铝
爆炸复合示意图
炸药
铜片
散热片
图2 铜铝爆炸复合cpu
散热器界面金相照片
2 散热片底部厚度对散热能力的影响
散热片与cpu接触，由于存在温差，因此产生了热传导．
而导热量与材料厚度成反比。
但现在的散热片底部厚度一般在4—1