当前位置:首页>科技圈>液态金属>

绝对罕见 看液态金属打造本本终极散热

    【IT168 应用】近年来,双核+独显的全能学生机十分流行。在享受高性能的同时,笔记本电脑的散热却总不能让我们满意。苛刻的玩家,总是不满足于原厂的设计,只要有一点点提升的空间,我们就要自己动手改造散热,其中的乐趣,是旁人无法体会的。……

专题: 电脑液态金属散热系统 液态金属散热器 简普科技 财报 系统的黑科技 

    【IT168 应用】近年来,双核+独显的全能学生机十分流行。在享受高性能的同时,笔记本电脑的散热却总不能让我们满意。苛刻的玩家,总是不满足于原厂的设计,只要有一点点提升的空间,我们就要自己动手改造散热,其中的乐趣,是旁人无法体会的。

笔者曾经对笔记本改造散热乐此不疲,今天就给大家分享一点经验。今天我们主要从硅脂的角度,来讨论一下改造散热这个话题。此次实验,所测试的硅脂类导热介质有:倍能事达白色硅脂、信越7783纳米硅脂、3M导热垫、固态硅脂、液态金属。

后面我们测试了他们的极限温度,回归温度(也就是到达极限温度后的空负载最低温度)。测试结果如下:

笔记本硅脂替换测试成绩

对于改造笔记本的散热有兴趣的朋友,请点击下一页,看看详细的过程。

首先,来分析一下笔记本散热系统,我们就会发现一些问题。一个典型的散热系统,是一个串行的体系。热量从源头,通过热传递导出到外界空气的过程,要经过如下介质:芯片DIE、导热硅脂、铜吸热面、焊锡、热管、焊锡、散热鳞片。

串行散热体系

其中,芯片的DIE,就是芯片晶圆的硅制外壳,它可以保护内部精密的晶体管电路不受氧化和磨损,更重要的是,能把内部电路产生的热量传导到表面。

从上图可以看出,热量从芯片内部产生后,要经过7层介质,才会散发到周围的空气中。类比电路,我们可以看出,这里的热量传导,是一个串行的体系。各种介质,导热的能力,有一个物理常量来衡量,那就是导热系数,又称导热率。下面,我们就对于这些介质进行分析。 

热导率定义为单位截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量。

导热率ρ=ΔQ*L/S*ΔT*t

ΔQ:传递的热量,L:长度,S:截面积,ΔT:两端温差,t:时间。

常见的介质导热率如下:

常见材料导热率

这里,笔者把液态金属的导热率也列了出来,因为等下要进行液态金属的实验。顺便说一下,芯片DIE硅材料的导热率可大500以上。

从上表可以看出,我们CPU所用的导热硅脂,也就“传统导热膏”的导热率,是最大的瓶颈。但是,为什么我们还要用导热硅脂呢?

因为不同介质之间,往往接触是不完好的,缝隙中混入了空气,空气的导热率更低。这样会造成很大的接触热阻(热阻是导热率的倒数)。所以我们必须在芯片表面涂上导热硅脂。

导热硅脂必须存在,但是,这不可避免的,会造成了散热体系中的瓶颈。瓶颈的存在,导致了它的前端介质不断的堆积热量,也就导致了芯片的温度持续升高。

玩DIY的朋友,应该对于白色的导热硅脂很熟悉。我们通常所说的导热硅脂,应该被称为硅膏,成分为硅油+填料。

硅油,又称二甲基硅油,无味无毒,具有生理惰性、良好的化学稳定性、电缘性和耐候性,粘度范围广,凝固点低,闪点高,疏水性能好,并具有很高的抗剪能力,可在50~180oC温度内长期使用,广泛用做绝缘、润滑、防震、防尘油、介电液和热载体,有及用作消泡、脱膜、油漆和日用化妆品的添加剂等。

填料为磨得很细的粉末,成份为ZnO/Al2O3/氮化硼/碳化硅/铝粉等。硅油保证了一定的流动性,而填料填充了CPU和散热器之间的微小空隙。

普通硅脂

这样的导热硅脂,价格便宜,稳定性好,广泛用于我们的笔记本电脑里。这样的硅脂,笔者把他称为液态硅脂,因为它是呈流体状的。

液态硅脂,还有一些添加银粉和其他添加剂制程的高端硅脂,例如信越7783,就含有纳米级的银粉,导热率从普通硅脂的0.5-2w/mk提升到了7w/mk,实际导热效果从后面的测试来看,确实很明显。

高温的笔记本里,经常会发现,显卡芯片上方有一块比较厚的固态硅脂,这不同于之前的液态硅脂,它的导热能力更差。

它唯一的存在理由,就是能够降低成本,因为它能够让一根热管照顾两个芯片。另外,不易压碎芯片的缓冲特性,很适应笔记本电脑的批量生产组装。因此,单热管的双核+独显笔记本,往往都有固态硅脂这样不利于我们散热的东西存在。

固态硅脂

固态硅脂的导热率和普通的液态硅脂差不多,但是由于厚度往往在毫米级别,远远大于接触面之间的缝隙,所以热阻比液态硅脂要大10倍以上,导热效果就可想而知了,在后面的测试中,也验证了这一点。

固态硅脂类导热介质,笔者还找到了3M导热垫,常常用于给显存贴金鱼片用。如果用于CPU导热,效果怎么样,笔者也很感兴趣。所以后面也附加了3M导热垫的测试。 

为了填充芯片和铜接触面的缝隙,除了使用廉价的液态硅脂,或者固态硅脂外,DIY发烧友们,早就开始使用液态金属了。

设想一下,以上缝隙,如果用焊锡焊死,是否导热率的瓶颈就不存在了呢,但是焊锡的熔点在200-300℃,用来导热工艺上很难实现。或者,用一种导热率高于焊锡,熔点大大低于焊锡的金属来填充。汞的流体性太强,并且有毒,所以不能用于导热。于是液态金属就诞生了。

酷冷博液态金属

作为导热用途的液态金属,这里特指酷冷博的液态金属导热垫这款产品。液态金属导热垫,具有良好的浸润性,能够与现在市面上所有材质的散热器配合使用,如铝、铜散热器。官方称仅含有金属,无任何有害的化学添加剂。其熔点为59℃,沸点高于1350℃,不溶于水和有机溶剂,不易燃。

酷冷搏液态金属导热垫是铟、铋和铜三种金属的合金,其中铋的作用主要是降低熔点,铟的作用主要是让合金具有较强的延展性(能压成薄薄的金属片),另外也可以降低合金的熔点,而铜的作用主要是加强合金的导热能力。

铟(Indium)金属显银白,光泽亮丽,熔点低(156.6℃),沸点高(2080℃),传导性好,延展性好,可塑性强,可压成极薄的金属片。合金中每加1%铟,可降低熔点1.45℃,是制造低熔点合金的良兵利器。

铋(Bismuthum)的熔点低(271℃),很早就被用来制作易熔合金(熔点在45-100℃),含铋的易熔合金被广泛应用于防火、防电设备以及一些蒸汽锅炉的安全塞上,一旦发生火灾时,一些水管的活塞会“自动”熔化,喷出水来。

但是铋的导热性比较差,在金属中排倒数第二(仅强于汞),因此酷冷搏液态金属导热垫中加入了导热能力出众的铜(Copper),以强化导热垫的传热能力。

下面,笔者就对液态金属的低熔点,进行一下实验,顺便看看它和铜的浸润性如何。

热风枪输出80摄氏度的热风

液态金属这个温度下,马上就熔化了。

 

液态金属熔化了

在液态金属熔化后,笔者用镊子拨它,发现此时的液态金属,因为铜的保温关系,仍然呈现液态,但是很稠,几乎不具有流动性,说明了它用于散热时是很安全的。

背面状况

抠下这片液态金属,可以发现它的背面,完全融化后已经渗入了铜片表面的缝隙中,纹理清晰可见,说明了它对铜的浸润性是很好的。接触面之间的缝隙,再也不用担心了。

 

 

下面,笔者对各种硅脂(包括液态金属、固态硅脂),在笔记本上进行替换测试。首先进行倍能事达白色硅脂的测试。

测试硅脂

测试用的笔记本是笔者的SONY SZ26,它的CPU散热器,很方便拆装,CPU和铜吸热面,是直接接触的,可以很好的体现硅脂的性能。另外,T2500的CPU,也是个发热大户,可以拉开测试数据的差距。

SONY SZ系列的散热器非常好拆装

测试软件,笔者选用了现今普及率非常广的鲁大师,温度曲线可以非常清楚的表现温度的变化。因为刚开机时,散热器本身就很冷,所以CPU温度普遍偏低,所以待机温度,笔者选择在极限温度测试后,以回归温度为准。

最后以极限温度、回归温度,为两个测试数据,来对比各类硅脂在笔记本电脑里表现出来的性能。

液态硅脂,这里测试两种:倍能事达白色硅脂和信越7783含银硅脂。

卸下散热器,用卫生纸清理干净铜吸热面和芯片表面。再涂上硅脂,上紧螺丝,并且统一把后盖安装回去。

涂好硅脂

之后,开机允许鲁大师的“温度测试”项目。在15分钟后,截图,保存数据。白色硅脂的温度曲线如下:

最高88度

关闭测试窗口,不运行任何程序,等待笔记本自然降温。15分钟后,取得回归温度:

最低48度

这个成绩,就是笔记本原厂的水平,最低温度为48度,完全符合所谓的出厂要求,但是最高温度88度,虽然不会损坏CPU,但高温会加剧芯片的老化,让人很不满意。

再替换上信越7783,注意涂匀了。

测试成绩如下:

最高温度79度

最低温度45度

不愧是信越7783,作为中端含银硅脂,可以让最高温度下降9度,最低温度也下降了3度,它的性能具有指导意义。

下面我们来测试一下固态硅脂和3M的导热垫的导热性能。在HP的老笔记本里,笔者取得了一片固态硅脂作为测试用品。3M的导热垫笔者是从淘宝上10元购得。

固态硅脂

由于固态硅脂具有很强的弹性,所以不必担心接触不良的问题。安装比较简单,测试数据如下:

最高温度100度,CPU自动降频了

 

最低温度52度

固态硅脂的导热性能不出笔者所料,在CPU满负载的情况下,温度直奔100度,要不是CPU自动降频,这个上限还不知道是多少。最低温度52度,可以看出,在CPU空负载的情况下,还是具有导热作用的。这样的东西,不知道用在多少台笔记本上,给显卡芯片导热,真是悲剧。下面是3M的导热垫:

3M的导热垫的性能,大大出乎笔者的预料,看样子这类产品,只能给显存、北桥等发热不大的芯片来导热了。测试数据如下:

最高温度100度

最低60度

这样糟糕的成绩,我只能以“比空气导热要好”来形容了。看来只要是固态硅脂,不管什么货,都不要委以重任,给显存贴贴还差不多!

终于到了最压轴的最终环节了,最贵的液态金属登场了。这次实验用的液态金属,是笔者用130元,从淘宝上购得。 

剪一片液态金属压住CPU

由于CPU核心面积比一整张液态金属小多了,所以本着节约的精神,按照CPU核心的面积,剪一小片就足够了。测试数据如下:

最高温度71度

 

最低温度45度

测试的成绩,实在是太好了。笔者实在好奇,此时的液态金属是一个什么状况,于是把散热器又拆开了。让大家也满足一下眼瘾。

液态金属

看起来,液态金属在使用中,已经完全熔化了,接触面之间的微小空隙已经完全被填充了。70W/mk的导热率,可以最大化的发挥出来了。

 

按照笔者的经验,笔记本的原厂散热,几乎都是有改进余地的。下面给出本次测试的成绩:

做完这些工作后,笔者不禁高呼:改造散热,从硅脂做起!

用液态金属替换硅脂,毫无疑问已经达到了完美的效果,但是也是最贵的方案。液态硅脂里,含银的信越7783,也不错,18块钱,性价比高。

如果你的CPU和显卡芯片上有固态硅脂,那你就得小心了。对于这样的机器,改造散热势在必行,下一期节目里,笔者会以实际案例,来教大家更进一步的改造散热的方法。

本文关键字: 液态金属    散热    

您至少需要输入5个字