M漂生活

超齐全散热膏横向评测电脑DIY

特别企划超齐全散热膏横向评测想了想,本刊好久没有做散热膏专题了,一来现今零组件发热设计得宜,散热问题早已不可同P4喷火龙时代而语;二来现今网路发达,口耳相传的「神膏」已不复见,散热膏原理与材料讲穿了也不过几句话,消费者变聪明了,厂商自然少了施力空间。即使如此,对散热膏这玩意充满疑惑的读者仍不在少数,

M漂生活2020.05.22

特别企划
  • 超齐全散热膏横向评测

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    想了想,本刊好久没有做散热膏专题了,一来现今零组件发热设计得宜,散热问题早已不可同P4喷火龙时代而语;二来现今网路发达,口耳相传的「神膏」已不复见,散热膏原理与材料讲穿了也不过几句话,消费者变聪明了,

    厂商自然少了施力空间。

    即使如此,对散热膏这玩意充满疑惑的读者仍不在少数,到底价差相差许多的高价散热膏是不是真有神效?什幺时候才需要更换散热膏?又应该怎幺涂抹散热膏才是最适当的?本着DIY精神,我们特地收集了市面上常见的、买得到的散热膏,总数多达27款,并且一一加以评测,希望给大家有一个参考的方向与依据。

    ■ 散热膏的功用

    简单来说,散热膏只为了一个目的而存在──作为热源与散热器中间热传导的「介质」。这边我们就以系统一大热源-CPU来说好了,CPU产生的废热传送途径是这样的:首先内部晶片运作所产生的热度,会先传导至CPU外盖,外盖再传导至散热器底座接触面,不同形式的散热器再经由不同的传导方式(热导管、铜、铝、水冷液),传导至一片一片的鳍片上,鳍片最后再与冷空气进行热交换,达成散热的目的。

    由于外盖以下的热传导处理方法我们无法得知,因此CPU废热所见的第一道关卡就是外盖,读者应该看过CPU外盖长什幺样子,CPU外盖除了打上型号、代号、时脉等资讯以外,还满布了许多肉眼可见的直线髮丝纹研磨痕迹,表面处理相当不平整。而且即使是GPU或是PCH等没有外层金属外盖的晶片,也不会是完全光滑的表面。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / CPU外盖充满了许多肉眼可见的研磨痕迹

    再来,就是与外盖接触的散热器底座了,拆装过散热器的读者一定知道,很明显的,底座接触面平整度并不比CPU外盖要来得好上多少。即使许多厂商推出标榜镜面的底座接触面,但以高倍数显微镜来看,依然充满了细小的沟槽以及空隙,不可能完美无缺。因此,当CPU与散热器底座两个异质材料、而且凹凸不平的接触面相贴之后,即使施加的扣具压力再大,中间还是存在着许多缝隙,而这些缝隙之中,便充满着许多「空气」。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 具有HDT设计的底座接触面,空隙与沟槽更加明显。

    如此一来,从CPU到底座的热传导路径,便会受到热传导係数低落的空气阻碍,造成接触热阻(contact resistance)上升,降低到终端的散热效率。若不明白为什幺空气会阻碍热传导的读者,下面会以简单的数学公式阐释,但可以先想想,生活中的热水瓶为什幺可以隔绝温度?就是靠着一层空气不是吗?(当然更高级的热水瓶会依赖真空)所以,这就是为什幺需要加上一层散热膏的原因,我们需要一个高热传导係数(至少要比空气高),又能够变形的热介面材料(thermal interface materials)来填补这些空隙。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 空气的热传导值相当差,几乎可以忽略不看,因此需要一层热介面材料帮助传导。

    ■ 必也正名乎?

    讲到这里,想必聪明的读者看得出来,所谓「散热」膏,目的是作为「传导热量」的中介,用途并非作为热能传导终点的「散热」,它可不像凉肤霜或是肌乐一样,擦在身体就会自然吸热发凉了。因此,如果真要讲究,称作「导热膏」会是比较精确的说法。

    但本刊毕竟不是国文课本,钻牛角尖在名词之上笔者认为没有意义,否则防摔衣也不防摔、婴儿油没有婴儿。既然约定俗成、通俗称之,以下我们还是以顺口的「散热膏」作为称呼。换个角度想,既然散热膏是为「散热系统」的一部分,称作散热膏亦没有问题,能够明白它的功用以及时机才是最重要的。

    ■ 从公式看起散热膏

    在继续往下讲以前,需要了解一些简单的物理化学名词,这有助于更多的理解。首先,小学就知道热能的传播方式有三种:传导、对流以及辐射。我们这边所谈的热能路径,都是固体与固体之间进行的热交换,也就是依赖三者当中的「传导」,这很容易明白。

    接着我们要了解物理材料所谓的热传导係数,也就是俗称的「K值」。热传导係数代表材料传导热能的效率,单位为W/mK(K是热力学中的开尔文温度,亦也可直接换算成W/m℃),数值越大代表材料导热效率越好,能够越快速的把热从A点传导至B点。要提醒的一点是,「热传导」与「比热」是完全不一样的物理关係,比热可以看做材料容纳热能的能力,而热传导则是材料传递热能的能力,两者无绝对换算关係。

    除了热传导係数以外,有的散热膏在包装上还会标记另外一项「热阻值」,俗称「R值」。热阻值代表材料在单位面积下,热量能够穿过的能力,单位为m2K/W。R值越高,代表材料阻止热量通过的能力越好,因此就散热膏而言,R值是越小越好。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 一般散热膏在外包装上都会标示K值与R值,但实际效果还是得测了才知道。

    最后,我们需要知道热传导的数学公式

    Q=KA △T/L
    Q是传导热流量(W)
    K为热传导係数(W/mK)
    A是传导面积(m2)
    L是传导距离
    △T表示点与点之间的温度差

    由于我们这边讨论的是散热膏,因此把散热系统化为最简单来看,Q是整个散热系统的热流量;K为散热膏之热传导係数;A为散热膏涂布面积;L的话,由于电脑散热系统牵扯许多材料与因素,因此我们将之摒除(譬如散热器款式、材质、热导管效率blabla……),纯粹把它看做散热膏的厚度就好;△T方面,由于这边讨论的不是单一材料,因此可以略过不谈。

    所以说,若要追求解热能力最大值(Q),以中间介质的角度来看,就是採用更高K值的散热膏、最大的涂布面积(A),以及最薄的散热膏厚度(L)。

    ■ 影响毕竟有限

    好啦回到正题,既然热源与散热器中间充满沟槽与空气,需要散热膏填补;也从公式知道,散热膏K值必须越高越好,最好高过CPU外盖的金属材质,甚至是底座接触面的铜或铝,才不会成为整组散热系统的拖油瓶。

    但世界总是没有这幺美好,实际上再好的散热膏,热传导係数也远远低于底座的金属材质。举例来说,常见的金属材质在室温27度时(因为K值会随着温度变化),银的热传导係数为429W/mK、铜为401 W/mK、铝237W/mK、镍为90W/mK,而散热膏只有2~8W/mK而已,空气当然更悲剧,只有0.024~0.026 W/mK……。

    因此结论是,散热膏影响能力极为有限,所以我们可以下课回家了……。当然不是这样!虽然散热膏影响能力有限,但是在锱铢必较的超频玩家手中,一、二度的差异都可能是过与不过的瓶颈;对一般玩家来说,更是想要明白高价散热膏是否真有神效;而且,即使影响不大,不代表没有效果,一切必须透过实际测试,才知道真功夫!

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 有的厂商会标榜採用奈米添加物,号称比一般散热膏拥有更好的填补缝隙效果。

    ■ 散热膏的材质

    再来我们聊聊材质部分,散热膏的基材其实就是硅油(silicone oil),硅油再经过二次加工之后,成为硅膏或称硅脂(silicone grease),说起来和你家浴室用来填补防水的硅利康就是同一种材质。硅油拥有相当优异的耐热性,不因温度、湿度产生化学变化;氧化作用低、疏水、又无腐蚀性,容易存放;加上绝缘且拥有理想流动性与粘性的特性,不需高压即可均匀扩散,让硅油化合物成为非常适合作为填补缝隙导热的介质(还有另外一个原因是,它很廉价……)。

    为了增加更好的热传导性质,除了基材的硅油,也会添加其它金属粉末,譬如银粉(Ag)、氧化锌(ZnO)、氧化铝(Al2O3)、氮化硼(BN)等等,而这些添加物大部分都可以在包装当中得知。之所以散热膏会有不同的黏度、流动性与颜色,便是不同的添加物而成。孰好孰坏并不一定,各家成分与添加比率也不一定,因此还是必须实际测试才能分辨一二。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 之所以散热膏会有不同颜色,便是来自于不同的添加物。

    ■ 更换散热膏的时机与清除方法?

    既然这篇是教导大家在炎炎夏日,可以认识散热膏,而且自己动手DIY更换,那幺要如何有效率的把旧有散热膏清除就很重要了。以笔者个人经验,一般来说,拥有金属添加物的灰色、银色散热膏都相当稳定,一年半载都不会有明显质变、乾硬的情形发生。两年以上,或是手痒想清理风扇的时候再顺手补一下就好。

    但是白色散热膏寿命,通常(但不是绝对)就远不如灰色散热膏了,不到一年就可以看到明显硬化、粉化、产生裂缝的情形,因此最好是可以一年补上一次,动手DIY清理一下散热系统,换来更长久的寿命何乐而不为?另外,由于显示卡的工作温度较高、接触面积也较小,越容易发生散热膏变质的情形,因此更换时机最好是比CPU散热器要来得勤奋一点。

    清理上,只要去路边加油站买一瓶环保去渍油(50元一瓶),先倒一点在卫生纸上,就可以很容易地用去渍油浸湿的卫生纸,擦去旧有散热膏。如果旧有散热膏已经乾化变质,可以先用沾了去渍油的卫生纸将硬化散热膏沾湿,再利用非尖锐物品(譬如竹筷),小心翼翼的把硬化散热膏给「抠」下来。最后,再利用吹球将卫生纸残留的棉絮吹去,就可以看到亮丽的晶片表面,轻鬆补上散热膏了。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 有些厂商附上了一包清洁棉片,帮助清理接触面。

    ■ 涂布的技巧

    涂抹散热膏的技巧可以说是人人都有一套心得,有人喜欢九宫格或是X型涂法,再靠扣具压力自然压平;有人喜欢用小刮刀或是指套先抹平表面,再把散热器盖上去。笔者个人偏好于九宫格涂布,将散热器压上之后再转一转(但不要舔一舔),利用散热膏的延展性自然填补缝隙。因为利用刮刀或是指套抹平,在施工过程当中一定会不可避免的把空气带入(想像一下水泥搅拌的画面),产生降低效果的疑虑。

    无论是哪一种涂法,记得先前提到的热传导公式:Q=KA △T/L,力求最大的涂布面积(A),以及最薄的散热膏厚度(L)。因此用量适当就好,我们要的只是填补空隙,而不是厚厚一层,免得喧宾夺主、适得其反,影响散热效果。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 笔者偏好九宫格点法,再靠散热器扣具的下压力得到均匀涂布。

    ■ 实际上阵!

    本刊这一回特地蒐集了三十条不同的散热膏,进行一场集体大评测。有一大罐用到天荒地老用不完,号称人情膏的信韩Y-500,也有小小一条3公克就要价将近四百元的高价散热膏。也顺便提醒夏天即将要到了,大家不妨来个大清洁,把硬化变质的散热膏清除,换上新的散热膏吧!

    测试用CPU选用热度无话可说的Sandy Bridge-E i7-3960X,之所以不选用温度更高的Ivy Bridge,是由于Ivy Bridge的高热瓶颈,是来自于内部过小的晶片与外盖接触面积,前端都塞车无法让热源快速通过了,后端路再大条也没有用,因此不用i7-3770K进行测试。

    散热器为ThermalRight VenoMous X,因为在本刊172期当中,我们测试了散热器镜面底座的差异,因此当时刮花了底部的Venomous X十分适合作为用来评断散热膏的散热器。风扇则是採用安耐美Enermax推出的T.B.APOLLISH,并将转速固定在最高的1800转,快速排除废热,避免散热器成为散热系统的瓶颈。

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / 刮花了底部,充满细小沟槽的Venomous X,用来评断散热膏更有鑒别度。

    测试地点为室温为固定20度C的空调房间(连笔者吃泡麵都得离开房间),避免外在环境因素影响测试结果。分别测试系统待机五分钟,以及烧机十分钟之后的温度变化。
     

    电脑DIY测试平台

    处理器

    Intel Core i7-3960X @ 3.3GHz

    主机板

    ASRock Fatal1ty X79 Profesional

    显示卡

    Sapphire HD 6970 GDDR5 2GB

    记忆体

    Kingston HyperX DDR3-1600 2GB

    主要硬碟

    OCZ VERTEX 3 120GB

    作业系统

    Windows 7 Ultimate SP1 64-bit

    电源供应器

    ThermalTake 850W 80PLUS金牌


    超齐全散热膏横向评测电脑DIY 

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY


     

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY


     

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    ■ 结论

    看到最后的测试结果,可以说意外,也可以说不意外。意外的是,即使是市价价差数倍的散热膏,在高热量CPU上进行比较,得到的差距依然小得出奇,烧机最高温之温差不过3℃左右而已。这点远出乎笔者对于i7-3960X的预期,笔者原先认为动用了最高温的CPU,这差距是会更大的。没想到结果还不超过5℃。那幺合理推论,更低阶CPU的话,这差距会再缩小一点。

    不意外的是,散热膏对于整体散热系统所影响的,果然极其有限。散热膏与金属高达数百倍的K值差距实在太远,再好的散热膏也弥补不回来,整体散热好坏还是得看后端散热器才行。这层热介面材料先求有便可,优劣倒是其次,与其更换高价散热膏,不如先升级散热器会更来得有效果。而且经过测试,也令笔者对于平价人情膏更具有信心一点,果然便宜又有效果,一年记得重上一次就是了。
     

    经过测试可以得到两个简单的结论;第一,除了散热器表现出相当高水準的解热能力以外,即使是最便宜的散热膏也都尽了本分,能够快速把热量传递到底座之上,发挥散热效能。因此每每清理电脑内部时,记得更换散热膏以保持效果。

    第二:那我们能不能说,追求散热膏是没有意义,甚至浪费的呢?笔者认为当然不是,即使对一般人来说这差距很小,但是对于追求超频或是极致的玩家来说,3℃的差异依然不能忽略。唯有讲究每一个小细节,最后才有理想的效果。尤其对像笔者一样爱护自己亲手打造的电脑的使用者来说,每一部分都会想用最好的,即使效果差距不大,内心满足度还是加分啦!

    超齐全散热膏横向评测电脑DIY

    图 / Arctic Siliver便表示,AS5需要200小时以上的磨合,才能发挥最佳效能。

    最后,这边也必须说,测试上终究有其限制。譬如i7-3960X算得上相当热情的CPU,但是在GPU面前,也不过小菜一碟。因此如果用上显示卡进行比较的话,或许效果会更显着。只不过一般使用者并不会拆解到显示卡风扇这一部分,裸露的GPU晶片一旦拆装不正确,也有崩角的风险,因此还是选择简单的CPU作为施工範例。

    而且,这项测试并没有考虑到每一项产品的「磨合」时间,许多散热膏其实需要一段时间的高温催化,才会达到更好的效能表现。譬如这一次测试成绩平平的AS5,官方便表示需要至少200小时的磨合,才能发挥最高效果。但有没有可能每款散热膏都磨合个几天?这想必有执行上的困难。另外,即使笔者再小心翼翼,还是无法保证每一项产品都有相同的用量以及涂布面积,这点也会影响到最后的结果。因此这篇测试,说来还是给读者参考参考就好,读者们实际DIY清理、更换一下散热膏,而且多玩玩每条散热膏的不同,才是有趣的地方不是吗?
     

  • 上一篇: 下一篇:

    相关阅读

    猜你喜欢