【X220/X230改造之二——CPU散热系统深入研究与改造，by如风2013】
本帖最后由 rfeng 于 2016-2-16 14:28 编辑【提示】
如风改造的是X220，但是本文所有改造内容同样适合X230。
【目录】
0）前言
1）X220笔记发本CPU散热原理研究；
2）X230几款可用风扇散热器对比；
3）使用信越导热硅脂+纯铜片加强热传导；
4）机器进排风改造加强；
5）风扇气流优化性能改造；
6）测试结果和结论。
【前文链接】
【如风出手，X220硬盘扩容改造方案完美版 SSD（加强散热）+1T西数】 http://www.ibmnb.com/thread-1360361-1-1.html
【前言】
前些天在华强北淘了一台二手X220，CPU是i5-2537M低功耗版本，风扇是缩水版的，ips屏幕，我给它更换了标准X220的散热风扇，上了镁光M4-128G msata的SSD，改造了一下D壳以后上了西数1T的蓝盘（改造过程具体见上面链接）。整机感觉很好，速度可以，十分清凉（平时上网使用的时候温度不会超过50度），被好友看中（他被笔记本的热折磨得不行，对cpu要求不高），让我帮忙给他找一个同样的X220，于是花了几天时间搜罗配件给他组了一台X220，但是低功耗主板找不到，于是我把我的主板给他用，我再淘到一个X220主板，这次我尝试了顶配，cpu是i7-2640M，这块cpu虽然很快，但是热量也很大，平时使用的时候温度达到了60度，和i5-2537M没法比，心里不爽，开始研究如何增强散热。
首先考虑有没有好用的散热风扇模组可以替代，某宝搜到了X220可用的风扇有好几款，有X220原装标准散热风扇，有AVC出品的兼容风扇，还有一款是号称X230的原装扇，干脆统统买下来测试吧。信越的导热硅脂、风扇润滑油、3M导热贴也买了，又采购了一堆各种厚度的纯铜片用于改善南桥散热垫的效果，从此开始对X220的散热进行了一个星期的认真研究，最后得出很多宝贵的经验，写成这个作业和各位黑友分享。
我的改造原则很简单，不能给笔记本带来额外的耗电，也不外挂别的东西，保持X220的轻便小巧的基础上，让它更加清凉。至于降低CPU性能换来温度下降的做法不再我的考虑之内，因为我要改造的是X220的本身的散热能力，我要让它不管在什么方式下都可以快速散热，我很追求完美，我很BT呵呵。
【1）X220笔记发本CPU散热原理研究】
动手改造之前先要研究X220散热的途径和方式，这里借用网上的图说话，CPU发出的热量散热的途径是：热量通过紧密接触CPU核心的带导热硅脂的铜板，传递到热管上，通过热管传递到X220左上角的风扇附近的纯铜散热鳍片上并加热附近空气，风扇再对散热鳍片吹冷风，热量由此排出到机器的外部。X220的南桥芯片热量是通过一个散热的软垫传递到热管，然后和CPU一起通过上面的途径散出，属于借道散热的做法。
传统的改造散热的方式主要是对散热的第一个过程改造，更换好的导热硅脂，用铜片等来加强南桥散热，降低热阻，让热量传递更为通畅。这个改造方式对散热不好的老本子效果很明显，对于新本子来说提升作用很小，不过也是一个办法，我也针对它做了研究，尤其重要的是用铜片来替换散热垫，为了确定铜片的厚度我买了10多种厚度的铜片挨个实验，确认了X220替代南桥散热垫的铜片最佳厚度为0.3mm（注意铜片两面都是要涂抹信越导热硅脂的，至于信越的好处大家可以百度了，不多说了，是很好的导热硅脂）。
还有一种增强散热的方式是加强风冷，比如徐氏父子的外挂式抽风设备，仔细研究原理就知道这是针对散热最后的一个步骤来加强的，就是热量传递到纯铜的散热鳍片上之后，由强力的风扇把热量带走，这个原理非常的简单，但是却是很多人忽略的，我不打算用徐氏父子的这类外挂降温装置（因为风扇的噪音和耗电都是问题，而且便携性受到影响），但是它的原理启发了我，我开始研究X220的进风出风口的改进，具体见第四节。
总的来说，改造X220的散热的主要思路是
a）换用好的风扇散热器来提高散热能力；
b）更换好的导热硅脂和纯铜铜片用来降低热阻，提高热传导效率；
c）改造进风和排风，提高风扇风冷效率；
d）改进风扇内部空气分流方式，提高风扇风冷效率；
下面来看我的改造过程：
【2）X230几款可用风扇散热器对比】
除了i5-2537M自带的一个比较弱的风扇（功率5v 0.33A）以外，我又在某宝先后淘了四款220可用的风扇，分别是X220原装风扇（台达出品，功耗5V 0.30A）、X230兼容风扇（AVC出品，功耗5V 0.45A）、X230原装老款风扇（东芝出品，功耗5V 0.25A）和X230原装新款风扇（东芝出品，功耗5V 0.29A）。首先看看这五个风扇的图片。值得注意的是这几款风扇耗电电流不同，东芝老款最低，0.25A，avc最高0.45A。
这几款风扇的热管品质也不一样，至少从表面工艺上来看，AVC的相对糙，其他三款差不多，不过X220原装扇热管品质显然更好。热管最粗的是AVC和东芝的扇。
这几款风扇的南桥部分接触片材质不同，弱扇和avc用的是铁片或者是铝片看不出，X220原装扇和东芝的是铜片，显然铜片散热效率最高,东芝新款用的是镀铜的铝片。
这几款风扇的叶片设计形状也不同，avc是涡流方式，其他都是风轮的那种形状，个人倾向于后者，这样比较兜风的感觉。
这几款风扇的散热鳍片大小和密度不同，弱扇甚至是铝材质的，其他款都是纯铜鳍片，比较不错，X230原装扇的散热鳍片密度最高。
注意这五款风扇，最后测试结果是X220原装扇效果最好，所以请多记住X220原装扇的样子吧。
几款风扇的横向评测都是在同一个环境同样的硬件基础上的，都是开机就打开fantool监控风扇转速，用鲁大师进行温度压力测试，cpu占用率大约为70%，测试三分钟左右散热稳定的时候截屏，通过综合分析温度和风扇转速来判断散热能力的好坏。
因为第一款弱扇从各个方面看都缩水很多，因此不在评测范围之列，放上它纯属让大家开眼一下呵呵。
第二款风扇X220的原装扇效果最佳，以后的改造都是在它的基础上来的。注意这个时候的测试结果是没有全部改造完成的结果。
AVC出品的风扇虽然是全新的，看起来也很结实，不过实际测试中表现平平。
东芝的原装扇表现很一般，这可能跟风扇不是全新，热管有变形有关。
X230原装扇的表现也一般，出乎我的意料，这个扇我看起来应该是最好的才是，测试结果发现此扇热管部分的热传导效率很高但是风扇风冷散热效率低下，散热鳍片太密集，风扇的风力不够大是它的主要问题。
全部测试图在本文最后的测试结果里可以看到。
【3）使用信越导热硅脂+纯铜片加强热传导】
测出最给力的风扇散热器以后（X220原装扇，台达出品，功耗也低），开始解决南桥散热垫的替换问题。原来X220原装扇利用的是软的导热垫，效率不高，利用纯铜片代替它可以使散热更好，不过要格外注意的是铜片的厚度。我在淘宝买到七八种厚度的纯铜片，要找到最合适的厚度可是费了一些功夫。我首先去掉了四个风扇固定螺丝，这样可以直接用手把铜散热板按在cpu核心，更好感受它和核心的接触状态，然后在南桥上换用各种厚度的纯铜片，最后发现用0.3mm的纯铜片最合适，不高不矮，可以保证CPU和南桥都跟散热器紧密接触。如果用太厚的铜片就会把整个热管抬起来，cpu核心的接触就不好了。反之太薄的话也一样接触不良。
信越导热硅脂是品质很高的一款硅脂但是比较浓稠不好涂抹，我用的工具是美工刀片的一节，用刀锋配合适当的力度，把导热硅脂抹平，厚度适中，涂满整个散热板，这样可以达到比较好的效果。因为没有其他的对比，就不做单独评测了。
南桥位置使用0.3mm纯铜片+信越导热硅脂来替代，散热效果很好。
【4）机器进排风改造加强】
这个灵感来源于徐氏父子的外置风冷加强散热模块，简单的装置，很好的效果使得他们的产品广受好评。经过分析，我觉得风力是很关键的因素，cpu的热量最终一定是要散发到机器外部才可以的，而当我们用了好多办法加速热传导，热量集中在散热鳍片的时候，一个给力的风扇就成为关键，在我所购买的所有风扇里，我最欣赏的就是X220的原装风扇，叶片弧度比较好，转起来出风效率很高。
不过，我仔细研究X220的进风口和出风口的时候发现了问题。首先，X220设计上没有明显的进风口，风扇直接安放在D壳里，并未考虑它的入风口，有些人说从机器后面进风，这是不可能的，一般的风扇都是叶片旋转方向都是出风口，在风扇的轴向才是自然吸的入风口，X220风扇的轴向方向上，下面是D壳，上面是键盘，只有从缝隙里吸取一些风来吹出去，效率自然低下。其次，出风口的栅格相对比较粗，影响出风效果，我找了网上其它几款小黑的出风口栅格做个对比图大家就可以看出来了，X220和X230的出风口栅格过分粗了些，比较挡风。
改造风路的思路也由此出来了，分两步。第一步，在D壳对应风扇圆形缺口的位置用手电钻打上两圈孔，有些复杂但是难度不算高。用coreldraw设计好圆孔的数量和直径，打印在A4贴纸上，剪下来贴在D壳的相对位置上，再用手电钻从小到大地打孔（从小到大可以防止孔打的太歪了，也降低出现风险的概率），最后用大钻头手工加工一下毛刺的地方，一个相对漂亮的入风口就改造完成了(设计图在施工的时候稍微转了一个角度以获取最佳的进风效果)。
第二步，出风口那里用电磨片把栅格全部锯断形成一个比较大的窗口，打磨好断茬，用油性笔涂上黑色，就齐活了。这样改造了以后增加了排风口的出风效率，只是以后要注意不要戳到了散热鳍片，散热鳍片是铜制，相对柔软。
改造了进排风对散热有明显的改进作用，为了科学对比我特地购买原装D壳进行此单项的对比测试，70%负载时，使用改造后的D壳，可以使CPU最高温度降低7度以上。
【2013-7-2更新】
有网友建议做防灰处理，我觉得有必要，购买了黑色金属丝网重新给进风口做了个防灰处理，觉得好看一些了，另外排风口栅格即使去掉也没那么难看的啦，一起补充几张图：
【5）风扇气流优化性能改造】
这个思路来自于我在网上搜风扇改造的时候偶尔发现，有高人通过修改风扇里面的气流分配，提高了散热效率降低了CPU温度。
拆开X220的原装扇仔细研究，如下图，CPU热量由两根热管传递到左侧的主散热鳍片，温度是下面的部位最高，所以X220设计的出风方向也是这个位置风力最大，越往上，由于角度问题出风量就小了很多。
修改风流，也就是在上面安装挡风片，加强左侧气流的强度，从而把尽可能多的热量从左侧提前散出，而机器背后的出风口位置本来也只有单热管，风力有所降低也没有太大关系。
仔细斟酌，我用了0.3mm纯铜片制作了易于拆卸的挡风片，一共设计了三个，最下面还增加了散热鳍片。这个是我想当然的设计，在实际测试中发现挡风片过多反而降低了风速，散热性能反而变差，于是去掉两个挡风片，只留了最上面的，这样气流有回旋空间，就形成了较为稳定强劲的流动，散热效率提升。针对挡风片的散热测试结果是安装挡风片可以使CPU温度降低3度左右。
【6）测试结果和结论】
先贴上各种情况的鲁大师测试截图，请大家自己看图，注意其他客观条件都是一样的，包括室温，摆放位置，启动时间，电源模式（最高性能）、电源（90W版本）等等，目的就是为了让对比更加科学真实。
经过了这些研究和测试，我对目前市面上X220和X230适用的所有散热风扇算是比较了解了，同时也对整个散热过程有了更深刻的认识。大家经常做的散热改造很多集中在CPU或者南桥的热量传递这个环节，例如使用高级导热硅脂、液态金属、相变材料或者是纯铜片都是为了加快CPU的热传导，而选用合适的风扇（X220原装扇质量最为优异）则不但可以加速热传导（更有效率的热管和散热鳍片），同时还能加速热量从机器内部的散发，使用不同类型风扇CPU温差可以有10度左右差别（70%负载），而D壳进排风的加强是有效降低CPU温度的手段，只是加工难度还是有的。风扇的风流改造也可以帮个小忙，加工难度也不小呵呵。在炎热的夏天到来的时候，我终于算是可以用上速度又快，又相对清凉的X220了！
说一点题外话，我的T500已经好几年没动过散热了，最近温度一直有60度开外，趁着这次改造，我拆开它更换了散热硅脂（用的信越的），装机以后CPU温度降低到40度以内，十分凉爽。这说明对于太长时间没有搞过散热的老本子，更换新的导热硅脂是非常有效果的。T500的主板设计相对不错，CPU距离风扇比较近，所以散热效率是X220不能比的。
发布此文之前我针对X220的mSATA是否能升级到SATA3做了无数的改造尝试最后都失败了，原因在于sata3对于信号的要求极高，手工飞线的工艺完全达不到标准，稍微长一点就会导致大量校验错，效率反而降低，保持原来的状态反而是最好。
可能是上升在处女座的缘故我对于这个本子的改动算是很精益求精了，甚至因为wifi天线长度不合适，多出来的部分不好折叠，就果断拆屏，重新把天线拆下调整长度再焊接回去……虽然花了很多功夫，不过用上了舒服的本子，心里是很开心的！相信各位喜欢小黑的黑友可能会理解我的感受！
【针对跟贴网友的回应】：
第13楼 网友 Lzz0591说：个人觉得楼主破坏了D壳结构会导致主板部分散热不良。主板密封的那部分是为了是机内空气加速流动带走元器件传导给主板的热量。
如风说：首先D壳我开孔附近也有不少进气孔的，第二，主板和D壳之间的缝隙很小，风扇不可能强大到可以把机内的空气抽出来的程度，主板热量主要还是通过键盘散发出去的，目前键盘表面温度33度还可以的。第三，如果担心D壳开孔破坏气流，我可以把D壳开的孔用贴纸贴上也就在气流上恢复原样了，这样对比测试也就能知道对主板散热是否有效果了呵呵，有空我会试试看，但是先别管主板，贴上进气口，cpu的温度就上来了……谁更热呢……
第15楼网友 caoyannay 说：不过去掉出风口的挡板实在太丑了; 还有DIY的进风口, 太容易吃灰了。
如风说：丑陋没办法了，我的手工还不到可以完美瘦身挡板的程度，看习惯就好了呵呵，进灰的问题是要考虑的，以后看情况吧，因为气流强劲了，肯定会累积不少灰尘，定期清理吧呵呵。
第24楼网友 Gurian 说：lz防尘的话你可以试下垫pvc的防尘网 类似于在d面钻孔处上、下、右的东东 就是不知道厚度是否合适 台式上用它压防尘海绵 好用 推荐下。另外D壳钻孔的地方也涂黑。
如风说：确实，很好的建议，我会搜索一下，原装的我注意到了好像是黑色铁丝网，加这个防尘效果可能会好不少，感谢提醒，等我更新了就更新此帖，散热孔涂黑也可以做一下试试看效果呵呵。
前一阵子入手了CNC雕刻机，重新用CNC雕刻机加工了D壳，现在变得很漂亮，更新几张图吧：
[ Edited byrfeng on 2013-7-2 15:27 ]
这么专业的文章竟然没人顶下 技术流，，， 喜欢这样的技术文 我就想着 楼主一定是处女座。。。 沙发我的……正在整理图片上传，各位别着急。 有意思！支持！ 天啊……才发几分钟沙发没有了，你们等我把所有图片都更新好了再看吧，明天就行了。 很好的技术贴。 精华帖，先加亮，等完善了再加分奖励。 专业文章必须顶 留名！！ 个人觉得楼主破坏了D壳结构会导致主板部分散热不良。
主板密封的那部分是为了是机内空气加速流动带走元器件传导给主板的热量。
[ Edited byLzz0591 on 2013-6-29 23:20 ] 钻D壳和风扇上弄挡风片，LZ好手艺:P 不错, 方法值得借鉴.
不过去掉出风口的挡板实在太丑了;
还有DIY的进风口, 太容易吃灰了 这个太技术流了！风扇都能加导流板 技术贴mark了 顶了卧槽！绝对牛逼 厉害，支持^c^ Posted by likesnowin on 2013-6-29 22:18 http://www.ibmnb.com/images/common/back.gif
我就想着 楼主一定是处女座。。。
我是狮子座的，不过上升星座在处女座，年龄愈大越像处女座的了，凡事确实和处女座一样瞎讲究，对自己要求很高，经常因为有一个突然的改造想法就睡不着觉起来折腾，不管成功还是失败，折腾过，我才爽了呵呵。 好久没有这样的技术性文章了 太厉害了~ 不错的思路，给后续改造一个指引。
回复 #1 rfeng 的帖子
lz防尘的话你可以试下垫pvc的防尘网 类似于在d面钻孔处上、下、右的东东就是不知道厚度是否合适
台式上用它压防尘海绵 好用 推荐下
回复 #1 rfeng 的帖子
另外侧面处去掉的栅网可用平小锉锉平 然后用油性笔描几下上下色 同理 d面开孔也描黑 ^v^ 好帖帮顶 技术贴，顶顶更健康 散热的根源在CPU,SNB和IVB平台的CPU已经很清凉了。LZ,精神可嘉，不如研究下X201的散热 不错，我的X230玩游戏时常到90度左右，是不是也该改造下 精益求精，牛！