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补齐系统散热短板,华硕游戏笔记本开始大规模应用液态金属

2020-07-29 14:04:24

据外媒Techpower up 4月6日报道,华硕(ASUS)宣布决定在其2020年ROG系列游戏笔记本中使用新型的液态金属导热剂,替代传统的硅脂导热膏,提升散热性能。这种革命性的热界面材料,能大幅提高CPU与散热模组间的热传递效率,其高达73W/m·K的导热系数,降低系统热阻,补齐了笔记本系统散热短板。

液态金属

液态金属导热剂涂布在CPU上,图片来源:华硕


电子元器件因高功耗产生的热量会缩短元器件的使用寿命,并随着时间的推移降低其性能。目前普遍采取的办法是在发热器件与散热器间使用导热硅脂或硅胶垫等热界面材料,降低界面热阻,以便元器件散热减缓老化过程。液态金属导热剂(简称液金)是目前所能找到的具有较高导热系数的工业化热界面材料。


据悉早在2019台北Computex上,华硕率先宣布在ROG Mothership游戏笔记本上导入液金散热。华硕现场演示,与标准导热膏相比,Thermal Grizzly 的液态金属化合物可将CPU温度降低高达13°C。而为了防止液态金属导热膏的泄漏,华硕在CPU上方设计了一个特殊的内部栅栏区块,防止液金随着时间推移发生泄漏。

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华硕在玩家国度ROG Mothership笔记本上率先导入液金散热



液态金属导热剂

液态金属导热剂,其较大的优势便是导热系数高,在单位时间单位面积能够传导更多的热量。当用于CPU芯片上时,能更快速地将CPU产生的热量传导至散热模组上。

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液态金属导热剂,图片来源:华硕


液态金属沸点高,而传统导热硅脂具有挥发性,使用一段时间后会固化,所以液态金属导热剂耐用性更强。

目前液态金属导热剂一般采用镓金属合金构成,镓原子最外层只有3个电子,原子之间相互束缚力很弱,镓金属熔点只有29.8℃,所以镓金属合金熔点更低,在常温下显液态。

相比目前常用的硅脂导热剂,液态金属目前导热系数能够达到73W/m·K,是传统硅脂的10数倍。


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华硕ROG笔记本采用德国暴力熊液态金属导热剂


液态金属导热剂如何与散热器匹配

镓基合金液态金属能够腐蚀常见的金属材料,铝制散热器会被腐蚀的很厉害产生脆裂,铝制散热器不能搭配液金材料;

铜底散热器在使用一至两年后,也会被液金腐蚀,但程度比铝制散热器低;而目前来说,镀镍处理的铜质散热器受液金影响较小。



华硕如何克服液金的应用难题

液态金属导热剂在DIY市场已存在多年,但其价格昂贵,流动性高,导电,且腐蚀金属等缺点,商业化应用推广难度很大。

如何均匀的将微量液金涂布在CPU表面,且长时间使用液金不存在泄漏风险,是考验笔记本结构设计及制造施工的难题。且看华硕是如何做到的:


1、17道反复涂刷

华硕工程师使用机械臂把浸润了液态金属导热剂和基层材料的刷子,在CPU表面上反复来回滑动17次,施工后CPU表面覆盖薄层液金及基层材料,基层材料的加入增大了涂层的表面张力。为了阻止液态金属渗透到非施工区域,他们使用了抗液金腐蚀不锈钢模具限定涂布区域。

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2、施加液态金属

采用不锈钢注射头将精准计量的液金,滴在CPU表面,由于第①道工序增强了涂层的表面张力,CPU表面的液态金属液滴能够铺展开来。

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3、粘贴防泄漏泡棉


低粘度的液态金属比导热膏有更好的流动性,为防止其渗出导致周围电路短路,华硕工程师在散热器及CPU之间添加一层包含0.1mm泡棉的围栏,泡棉有着合适的厚度与密度,一方面确保散热器与CPU良好接触,一方面阻止液金散热剂泄漏。


补齐散热系统短板,TIM材料面临变革

制约高端笔记本性能发挥的短板就是散热,近年来,各大品牌厂家的高端笔记本都极其重视散热设计。笔记本的散热模组,热管的数量在逐年增加,散热风扇的转速在提升,散热性能更好的均热板(vober champer)散热器也在加快应用。可以说,散热模组的解热能力已得到不断提升,但CPU与散热模组间的热界面材料停滞不前跟不上的话,必然产生系统散热短板。

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热界面材料(TIM)导热系数不足,产生系统散热短板


宏碁(ACER)于2019德国消费性电子展览IFA上展示了新型的热界面材料,并计划将其应用在笔记本中。这种宏碁称为Predator PowerGem的新型TIM材料热导率约为1500 W/mK左右,媲美金刚石,能帮助现有CPU提升12.5%效能,也能将解热上限由90W拉至160W。目前尚没有Predator PowerGem材料成分的确实信息,业界猜测其组分包括具有极高导热系数的新型半导体材料砷化硼晶体。

碳纤维导热垫也是种具有较高导热系数,应用场景广阔的热界面材料。Thermal Grizzly联合日本厂家推出的碳纤维导热垫在笔记本上不乏应用案例。这种通过强磁场作用下轴向高度排列的高导碳纤维复合材料,导热系数高于60W/mk,是硅脂的数倍,且柔软可压缩,能很方便的切成片状贴附在CPU与散热模组间。


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