散热片材质是指散热片所使用的具体材料。每种材料其导热性能是不同的，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，钢。不过如果用银来作散热片会太昂贵，故好的方案为采用铜质。虽然铝便宜得多，但显然导热性就不如铜好（大约只有铜的百分之五十多点）。
常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜散热器都超过了CPU对重量的限制），热容量较小，而且容易氧化。而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。 对于普通用户而言，用铝材散热片已经足以达到散热需求了。
实际上，任何类型的散热器基本上都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧不同罢了。比如普通的CPU散热器，CPU散热片与CPU表面直接接触，CPU表面的热量通过热传导传递给CPU散热片；散热风扇产生气流通过热对流将CPU散热片表面的热量带走；而机箱内空气的流动也是通过热对流将 CPU 散热片周围空气的热量带走，直到机箱外；同时所有温度高的部分会对周围温度低的部分发生热辐射。
当热量传到散热器的顶部后，就需要尽快地将传来的热量散发到周边环境中去，对风冷散热器而言就是要与周围的空气进行热交换。这时，热量是在两种不同介质间传递，所依循的公式为Q=α X A X ΔT，其中ΔT为两种介质间的温差，即散热器与周围环境空气的温度差；而α为流体的导热系数，在散热片材质和空气成分确定后，它就是一个固定值；其中重要的A是散热片和空气的接触面积，在其他条件不变的前提下，如散热器的体积一般都会有所限制，机箱内的空间有限，过大会加大安装的难度，而通过改变散热器的形状，增大其与空气的接触面积，增加热交换面积，是提高散热效率的有效手段。要实现这一点，一般通过用鳍片式设计辅以表面粗糙化或螺纹等办法来增大表面积。
热量从CPU核心散发到散热片表面，是一个热传导过程。对于散热片的底座而言，由于直接与高热量的小面积热源接触，这就要求底座能够迅速将热量传导开来。散热片选用较高热传导系数的材料对提高热传导效率很有帮助。通过热传导系统对照表可以看出，如铝的热传导系数237W/mK，铜的热传导系数则为401W/mK，而比较同样体积的散热器，铜的重量是铝的3倍，而铝的比热仅为铜的2.3倍，所以相同体积下，铜质散热器可以比铝质散热器容纳更多的热量，升温更慢。同样厚度的散热器底座，铜不但可以快速引走热源如CPU Die的温度，自己的温度上升也比铝的散热片缓慢。因此铜更适合做成散热器的底面。
扦焊是采用熔点比母材熔点低的金属材料作为焊料，在低于母材熔点而焊料熔点的温度下，利用液态焊料润湿母材，填充接头间隙，然后冷凝形成牢固接合界面的焊接方法。主要工序有：材料前处理、组装、加热焊接、冷却、后处理等。常用的扦焊方式是锡扦焊，铝表面在空气中会形成一层非常稳定的氧化层(AL2O3)，使铜铝焊接难度较高，这是阻碍焊接的大因素。要将其去除或采用化学方法将其去除后并电镀一层镍或其它容易焊接的金属，这样铜铝才能顺利焊接在一起。
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