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補齊系統散熱短板,華碩游戲筆記本開始大規模應用液態金屬

2020-07-29 14:04:24

據外媒Techpower up 4月6日報道,華碩(ASUS)宣布決定在其2020年ROG系列游戲筆記本中使用新型的液態金屬導熱劑,替代傳統的硅脂導熱膏,提升散熱性能。這種革命性的熱界面材料,能大幅提高CPU與散熱模組間的熱傳遞效率,其高達73W/m·K的導熱系數,降低系統熱阻,補齊了筆記本系統散熱短板。

液態金屬

液態金屬導熱劑涂布在CPU上,圖片來源:華碩


電子元器件因高功耗產生的熱量會縮短元器件的使用壽命,并隨著時間的推移降低其性能。目前普遍采取的辦法是在發熱器件與散熱器間使用導熱硅脂或硅膠墊等熱界面材料,降低界面熱阻,以便元器件散熱減緩老化過程。液態金屬導熱劑(簡稱液金)是目前所能找到的具有較高導熱系數的工業化熱界面材料。


據悉早在2019臺北Computex上,華碩率先宣布在ROG Mothership游戲筆記本上導入液金散熱。華碩現場演示,與標準導熱膏相比,Thermal Grizzly 的液態金屬化合物可將CPU溫度降低高達13°C。而為了防止液態金屬導熱膏的泄漏,華碩在CPU上方設計了一個特殊的內部柵欄區塊,防止液金隨著時間推移發生泄漏。

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華碩在玩家國度ROG Mothership筆記本上率先導入液金散熱



液態金屬導熱劑

液態金屬導熱劑,其較大的優勢便是導熱系數高,在單位時間單位面積能夠傳導更多的熱量。當用于CPU芯片上時,能更快速地將CPU產生的熱量傳導至散熱模組上。

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液態金屬導熱劑,圖片來源:華碩


液態金屬沸點高,而傳統導熱硅脂具有揮發性,使用一段時間后會固化,所以液態金屬導熱劑耐用性更強。

目前液態金屬導熱劑一般采用鎵金屬合金構成,鎵原子Z外層只有3個電子,原子之間相互束縛力很弱,鎵金屬熔點只有29.8℃,所以鎵金屬合金熔點更低,在常溫下顯液態。

相比目前常用的硅脂導熱劑,液態金屬目前導熱系數能夠達到73W/m·K,是傳統硅脂的10數倍。


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華碩ROG筆記本采用德國暴力熊液態金屬導熱劑


液態金屬導熱劑如何與散熱器匹配

鎵基合金液態金屬能夠腐蝕常見的金屬材料,鋁制散熱器會被腐蝕的很厲害產生脆裂,鋁制散熱器不能搭配液金材料;

銅底散熱器在使用一至兩年后,也會被液金腐蝕,但程度比鋁制散熱器低;而目前來說,鍍鎳處理的銅質散熱器受液金影響較小。



華碩如何克服液金的應用難題

液態金屬導熱劑在DIY市場已存在多年,但其價格昂貴,流動性高,導電,且腐蝕金屬等缺點,商業化應用推廣難度很大。

如何均勻的將微量液金涂布在CPU表面,且長時間使用液金不存在泄漏風險,是考驗筆記本結構設計及制造施工的難題。且看華碩是如何做到的:


1、17道反復涂刷

華碩工程師使用機械臂把浸潤了液態金屬導熱劑和基層材料的刷子,在CPU表面上反復來回滑動17次,施工后CPU表面覆蓋薄層液金及基層材料,基層材料的加入增大了涂層的表面張力。為了阻止液態金屬滲透到非施工區域,他們使用了抗液金腐蝕不銹鋼模具限定涂布區域。

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2、施加液態金屬

采用不銹鋼注射頭將精準計量的液金,滴在CPU表面,由于第①道工序增強了涂層的表面張力,CPU表面的液態金屬液滴能夠鋪展開來。

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3、粘貼防泄漏泡棉


低粘度的液態金屬比導熱膏有更好的流動性,為防止其滲出導致周圍電路短路,華碩工程師在散熱器及CPU之間添加一層包含0.1mm泡棉的圍欄,泡棉有著合適的厚度與密度,一方面確保散熱器與CPU良好接觸,一方面阻止液金散熱劑泄漏。


補齊散熱系統短板,TIM材料面臨變革

制約高端筆記本性能發揮的短板就是散熱,近年來,各大品牌廠家的高端筆記本都極其重視散熱設計。筆記本的散熱模組,熱管的數量在逐年增加,散熱風扇的轉速在提升,散熱性能更好的均熱板(vober champer)散熱器也在加快應用。可以說,散熱模組的解熱能力已得到不斷提升,但CPU與散熱模組間的熱界面材料停滯不前跟不上的話,必然產生系統散熱短板。

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熱界面材料(TIM)導熱系數不足,產生系統散熱短板


宏碁(ACER)于2019德國消費性電子展覽IFA上展示了新型的熱界面材料,并計劃將其應用在筆記本中。這種宏碁稱為Predator PowerGem的新型TIM材料熱導率約為1500 W/mK左右,媲美金剛石,能幫助現有CPU提升12.5%效能,也能將解熱上限由90W拉至160W。目前尚沒有Predator PowerGem材料成分的確實信息,業界猜測其組分包括具有極高導熱系數的新型半導體材料砷化硼晶體。

碳纖維導熱墊也是種具有較高導熱系數,應用場景廣闊的熱界面材料。Thermal Grizzly聯合日本廠家推出的碳纖維導熱墊在筆記本上不乏應用案例。這種通過強磁場作用下軸向高度排列的高導碳纖維復合材料,導熱系數高于60W/mk,是硅脂的數倍,且柔軟可壓縮,能很方便的切成片狀貼附在CPU與散熱模組間。


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