達鉅 創伴電子報 Vol.006 - 彈簧螺絲與 Push Pin 固定方式相比，誰更影響散熱效能？
散熱模組固定方案選型指南
彈簧螺絲 vs 彈簧式 Push Pin
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一、前言：固定方式對散熱效能的影響
延續前一期對散熱結構與導熱介面材料（TIM）的介紹，本期將進一步探討固定機構設計對散熱效能的影響。
在散熱模組設計中，熱源與散熱器之間的接觸品質，將直接影響整體熱傳效率，而其中的關鍵因素之一，即為接觸壓力（Contact Pressure）。
常見的散熱模組固定方式包含：
- 螺絲固定（Screw Mounting）
- 彈簧螺絲（Spring Screw）
- Push Pin（扣件式固定）
- Clip（彈片 / 扣具）
- 黏著固定（Thermal Tape / Adhesive）
不同固定方式在壓力控制能力、組裝效率與應用場景上各有差異。
本篇將聚焦於目前散熱模組中最具代表性的兩種方案：
- 彈簧螺絲（Spring Screw）
- 彈簧式 Push Pin（Spring-loaded Push Pin 或稱 Push Pin with Compression Springs）
並進一步探討其在接觸壓力、TIM 搭配及實際應用上的差異。
二、固定機構設計說明
1. 彈簧螺絲（Spring Screw）
彈簧螺絲結構由**螺絲（Screw）及其螺桿結構與壓縮彈簧（Compression Spring）**組成，透過鎖付過程產生預壓力（Preload）。
接觸壓力主要由壓縮彈簧提供，其大小取決於彈簧特性（Spring Rate）與壓縮量（Deflection），並可透過螺絲鎖付過程（Torque）進行調整；搭配背板（Backplate）設計亦可降低 PCB 變形風險。
特點：
- 可精準設計與調整接觸壓力
- 壓力穩定且一致性高
- 適用高功耗與高可靠度應用
- 可重複拆裝，維護性佳
2. 彈簧式 Push Pin（Spring-loaded Push Pin / Push Pin with Compression Springs）
彈簧式 Push Pin 為塑膠扣件結合彈簧之結構，透過插入 PCB 並由彈簧提供預壓力完成固定。
相較傳統無彈簧扣件，其已具備基本壓力能力，並保有快速組裝優勢。
特點：
- 安裝快速、免工具
- 具備一定預壓能力
- 成本較具優勢
- 壓力控制能力有限（受彈簧與結構限制）
三、固定方式比較
|
項目 |
彈簧螺絲 |
彈簧 Push Pin |
|
壓力控制能力 |
穩定且可調整之預壓力 |
預壓力受彈簧與結構限制 |
|
接觸穩定性 |
高 |
中 |
|
散熱效能 |
高 |
中 |
|
組裝效率 |
中 |
高 |
|
成本 |
較高 |
中等 |
|
維修性 |
高 |
中 |
|
適用應用特性 |
高熱流密度 / 高可靠度應用 |
中低熱流密度 / 組裝效率導向應用 |
四、固定方式與導熱介面材料（TIM）之搭配應用
固定方式與 TIM 需一併設計，因為不同材料對壓力與壓縮條件的需求差異顯著。
TIM 對壓力的需求特性
|
TIM 類型 |
對壓力依賴 |
設計重點 |
|
Thermal Paste（導熱膏） |
中 |
需足夠且均勻的壓力，使其鋪展形成薄且連續的熱傳界面 |
|
PCM（相變材料） |
中 |
需壓力與溫度啟動填充 |
|
Thermal Pad（導熱墊） |
中～高 |
需壓縮（Compression），並依材料規格達到設計壓縮量 |
|
Thermal Tape（導熱膠帶） |
低 |
黏著與填隙 |
搭配建議
1. 彈簧螺絲（Spring Screw）
適合搭配需穩定、均勻或可控壓力之 TIM：
- Thermal Paste（導熱膏）
需足夠且均勻的壓力，使其鋪展並形成極薄且連續的熱傳界面層，多餘材料會被擠出至邊緣區域；彈簧螺絲可提供穩定預壓控制，適合熱阻要求較高或長時間運作應用。 - PCM（相變材料）
在加熱後軟化並填補界面，需穩定壓力維持接觸 - 高壓縮率 Thermal Pad / Gap
Filler（例如 50% 以上，依材料厚度與壓力條件而定）
需足夠壓力與壓縮行程控制，確保材料達到設計壓縮量
適用高功耗與高熱流密度應用
2. 彈簧式 Push Pin（Spring-loaded Push Pin）
由於具備一定預壓能力，在適當條件下亦可搭配部分 TIM：
- Thermal Paste（導熱膏）
可應用於中低功耗或熱阻要求較不嚴苛的情境，但需確認 Push Pin 提供之彈簧力足以使導熱膏均勻鋪展 - Thermal Tape（導熱膠帶）
對壓力需求低，適合輕量化與快速組裝 - 低壓縮量 / 薄型 Thermal Pad（需依材料規格確認）
僅在材料可於低壓條件下有效工作的情況下適用
關鍵觀念
固定方式決定「可施加的壓力範圍」，而 TIM 決定「在該壓力條件下的熱傳效率」。
五、接觸壓力與熱阻關係
散熱效能與接觸壓力之間存在明確關聯：
- 低壓 → 接觸不良，熱阻高
- 中壓 → 接觸改善，熱阻快速下降
- 高壓 → 效益趨於飽和，且容易造成板彎。
此外：
- 彈簧式 Push Pin → 壓力區間有限
- 彈簧螺絲 → 可進入最佳壓力區
在高功耗應用中，固定方式將直接影響散熱性能上限。
六、應用建議（工程條件導向）
固定方式的選擇應依據系統熱設計條件與機構需求進行評估，而非單純依產品類型區分。
✔ 建議採用 彈簧螺絲（Spring Screw）
適用於以下條件：
- 高功耗或高熱流密度應用
- 需搭配 Thermal Paste 或 PCM
- 需精準控制接觸壓力以降低熱阻
- 長時間運作或對可靠度要求高
例如：
Server、AI、High-performance IPC、Mobile CPU、Embedded 高功耗平台
✔ 建議採用 彈簧式 Push Pin（Spring-loaded Push
Pin）
適用於以下條件：
- 中低功耗應用
- 使用低壓縮需求或薄型 TIM
- 對接觸壓力控制要求較低
- 重視組裝效率與成本
- 空間受限或需免工具安裝
例如：
部分 Embedded / Networking 模組、周邊
IC 散熱、低功耗系統
七、結論
彈簧螺絲與彈簧式 Push Pin 並非互相取代，而是針對不同應用條件所設計的固定方案。
固定方式的選擇，本質上是在以下三者之間取得平衡：
- 壓力控制能力
- 散熱效能
- 成本與組裝效率
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