Koppar har fått bättre värmeledningsförmåga.

Aluminium - \ $ \ mathrm {200 \ frac {W} {m \ cdot K}} \ $
Koppar - \ $ \ mathrm {400 \ frac {W} {m \ cdot K}} \ $
(från här, även här)

Men värmeledningsförmåga i det fasta materialet är bara en del av berättelsen. Resten av berättelsen beror på var man vill dumpa värmen.

Flytande kylvätska

Kopparens kylfläns (man kan också kalla det värmeöverföringsblock) kommer att prestera bättre än aluminium.

Luft med tvungen konvektion

Med andra ord blåser det en fläkt på kylflänsen. Kopparflänsar fungerar bättre än aluminium.

Luft med naturlig konvektion

Jag har sparat bäst för sist. Det ser också ut som om det är OP: s fall.

Med naturlig konvektionsluft fungerar kopparflänsen endast marginellt ¹ bättre (i ° C / W) än aluminium. Detta beror på att flaskhalsen inte finns i överföringen med metall. När du har luft med naturlig konvektion är flaskhalsen i överföringen mellan metall och luft, och det är detsamma för Al och Cu.

¹ _{Jag kan tillägga att den marginella ökningen är ofta inte värt kostnaden för Cu.}

Denna kurva visar det icke-linjära sambandet mellan värmeöverföring och materialets värmeledningsförmåga. Kurvan är generisk. Det gäller alla applikationer som har både lednings- och konvektionskomponenter för den totala värmeöverföringen. [Strålning är vanligtvis liten och ignoreras i denna beräkning.] Kurvens form är densamma oavsett applikation. De kvantitativa värdena på axlarna visas inte eftersom de beror på effekt, delstorlek och konvektiva kylförhållanden. De blir fasta för alla applikationer och villkor. Det framgår av kurvans form att värmeöverföring beror på materialets värmeledningsförmåga men det finns också en punkt, ett knä i kurvan, där ökande värmeledningsförmåga ger försumbar förbättring av värmeöverföringen .
( källa, betoning min NA)

Phil har redan länkat en ECN-artikel som jämför aluminium och koppar i luft med naturlig konvektion . Här är en annan grepp: vad händer om vi jämför aluminium med ett material med lägre värmeledningsförmåga (till skillnad från koppar). Det finns ett företag som tillverkar värmeledande plast. Den har \ $ \ mathrm {20 \ frac {W} {m \ cdot K}} \ $ konduktivitet, men det är mycket för en plast. De har jämfört det mot aluminium i luft med naturlig konvektion.

E2 är plasten ( källa)

Det är en komplex fråga med många faktorer. Låt oss titta på några fysiska egenskaper:

• värmeledningsförmåga ( \ $ \ mathrm {W \ over m \ cdot K} \ $ )
  • koppar: 400
  • aluminium: 235
• volymetrisk värmekapacitet ( \ $ \ mathrm {J \ över cm ^ 3 \ cdot K} \ $ )
  • koppar: 3,45
  • aluminium: 2,42
• densitet ( \ $ \ mathrm {g \ over cm ^ 3} \ $ )
  • koppar: 8,96
  • aluminium: 2,7
• anodiskt index ( \ $ \ mathrm V \ $ )
  • koppar: -0,35
  • aluminium: -0,95

Vad betyder dessa egenskaper? För alla jämförelser som följer, överväg två material med identisk geometri.

Kopparens högre värmeledningsförmåga innebär att temperaturen över kylflänsen blir mer enhetlig. Detta kan vara fördelaktigt eftersom extremiteterna på kylflänsen kommer att bli varmare (och därmed effektivare utstrålning), och den heta punkten som är fäst vid den termiska belastningen blir svalare.

Coppers högre volymvärmekapacitet betyder att det tar en större mängd energi för att höja kylflänsens temperatur. Detta innebär att koppar kan "jämna ut" den termiska belastningen mer effektivt. Det kan innebära att korta perioder med termisk belastning resulterar i en lägre topptemperatur.

Kopparens högre densitet gör det uppenbarligen tyngre.

Det olika anodiska indexet för materialen kan göra ett material mer gynnsamt om galvanisk korrosion är ett problem. Vilket som är mer fördelaktigt beror på vilka andra metaller som är i kontakt med kylflänsen.

Baserat på dessa fysiska egenskaper verkar koppar ha överlägsen termisk prestanda i alla fall. Men hur översätts detta till verklig prestanda? Vi måste inte bara ta hänsyn till kylflänsmaterialet utan också hur detta material samverkar med den omgivande miljön. Gränssnittet mellan kylflänsen och dess omgivning (luft, vanligtvis) är mycket viktigt. Dessutom är kylflänsens speciella geometri också betydelsefull. Vi måste överväga alla dessa saker.

En studie av Michael Haskell, Jämförelse av effekterna av olika kylflänsmaterial på kylprestanda utförde några empiriska och beräkningstester på aluminium, koppar och grafitskum kylflänsar med identisk geometri. Jag kan helt enkelt förenkla resultaten: (och jag kommer att ignorera grafitskumkylflänsen)

För den specifika geometrin som testades hade aluminium och koppar mycket liknande prestanda, med koppar bara lite bättre. För att ge dig en idé, vid ett luftflöde på 1,5 m / s var kopparnas termiska motstånd från värmaren till luften 1.637 K / W, medan aluminium var 1.677. Dessa siffror är så nära att det skulle vara svårt att motivera extra kostnad och vikt för koppar.

Eftersom kylflänsen blir stor jämfört med den sak som kyls, får koppar en kant över aluminium på grund av dess högre värmeledningsförmåga . Detta beror på att koppar kan bibehålla en mer enhetlig värmefördelning, drar värmen ut till extremiteterna mer effektivt och använder mer effektivt hela strålningsområdet. Samma studie gjorde en beräkningsstudie för en stor CPU-kylare och beräknade termiska motstånd på 0,57 K / W för koppar och 0,69 K / W för aluminium.

Du har mycket bra information från användarna ovan! Tänk på mitt svar som viktig och viktig bit komplementär till de råd du redan har:

Det termiska gränssnittsmaterialet (TIM) kan betyda lika mycket och enkelt, ännu mer än det material du väljer för din kylfläns! Jag säger detta av erfarenhet och personligen testat dussintals typer och sorter av gränssnittsmaterial. Din budget, bifogade metoder och andra designperametrar kommer troligen att begränsa dina val för en viss typ av TIM. Till exempel: en pasta kräver att kylflänsen är mekaniskt fäst och ett lim inte. Vissa material är röriga och svåra att använda men fungerar bra och vissa saker där ute är nästan värdelösa i dess prestanda och kan eller inte kan vara lätta att använda.

Jag skulle säga med mycket förtroende att TIM du använder lätt kan betyda mycket mer än om du använder koppar eller aluminium. Inte i alla fall men prestationsskillnaderna kan vara förvånande.

Att söka efter populära och väl granskade material för CPU / kylflänsar kan ge dig några bra alternativ att välja mellan.

Lycka till!

Värmekonduktiviteten hos koppar är nästan 60% högre än aluminiumens. Detta innebär att en kopparfläns kommer att vara ganska effektivare för att ta bort värme än en aluminium.

Vilket du väljer är en kompromissfråga: aluminiumkylflänsar är billigare och lättare, och så är det första valet för design för allmänt ändamål. Däremot, där du måste ta bort stora mängder värme i lite utrymme, kan koppar vara att föredra.

Det är dock inte möjligt att göra en absolut jämförelse mellan de två materialen utan att känna till den specifika applikationen och de andra begränsningarna av den specifika designen måste kylflänsen anpassas till.

Det finns andra faktorer att tänka på (inklusive miljön där kylflänsen måste "leva").

Koppar kan leda värme bättre än aluminium, men termisk koppling mellan värmekälla och kylfläns, och även mellan kylfläns och "yttre världen" bör övervägas.

Är till exempel kylflänsen kopplad med fri luft genom små fenor? Eller är det kopplat till någon form av flytande kylvätska som flyter i ett rör? Är konvektion involverad i värmeavlägsnande, eller är värmestrålning den primära mekanismen (tänk på rymdsonder som ett extremt fall). Är det troligt att miljön orsakar korrosion (apparater under vattnet, enheter i någon kemisk reaktor)? Vissa legeringar är mer motståndskraftiga mot vissa typer av korrosion än andra.

Koppar har ungefär 50% och dubbelt så mycket värmeledningsförmåga som aluminium beroende på legering, så för en given prestanda kan en kopparfläns vara "hälften" lika stor som en aluminium.

Kopparär mycket dyrare än aluminium och något svårare att tillverka, så det är dyrare att producera.I vissa fall är den lilla storleken värt att betala för.