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改变散热行业的液态金属导热剂!
2022年01月18日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

众所周知,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。而目前市面上普遍采取的办法就是在发热器件与散热器间使用热界面材料,降低界面热阻,以便元器件散热减缓老化过程。

提到这些用于电子产品的散热产品,你第一时间想到的想必是绝缘的导热硅脂或硅胶垫等产品对吧?不过这几年里,有一位重量级选手已经站上了赛道,它不仅不绝缘,就连形态也是那么的与众不同,它就是“液态金属”中国化工网okmart.com

改变散热行业的液态金属导热剂! 中国化工网,okmart.com

能流动的金属


01 液态金属导热剂的应用


其实液金并不是什么新鲜东西,此前一直在高端领域活跃,近几年才出现在大众的视线里。在民用之前,液态金属导热剂常用与高能量密度的界面,比如舰载激光炮,激光切割器,又或者在核电站里作为换热液体。而近几年产出的比特币矿机有的也在用液态金属导热剂在界面上。

改变散热行业的液态金属导热剂! 中国化工网,okmart.com

比特币矿机

不过现在时代不一样了。随着科技的进步,以及人们对智能设备散热需求的提升,液态金属在电脑等常用的电子产品中已开始受到重视,目前在CPU开盖上应用最广,目的是强化硅芯片与顶盖之间的导热介质性能,以追求极致的性能和散热。而且应用范围不仅限于DIY台式电脑整机,目前市面上也已经有采用液态金属散热方案的笔记本整机,如ROG超神2s、超神X,以及惠普幻影精灵X。另外值得一提的是,索尼的PS5游戏主机在系统处理芯片上也采用液态金属热界面材料。

索尼在PS5拆机视频中展示了液态金属


02 液态金属有何优势?


那液态金属导热剂到底都有什么优势呢,让它即使有着“导电”这个大隐患,却依旧能在电子用散热产品中占据一席之地呢?

众所周知,导热系数是衡量导热剂性能好坏的一个重要指标,导热系数的单位是W/m·K,指在稳定条件下,1m厚的物体,两侧表面温差为1℃时,在1h内通过1m²面积所传导的热量。导热系数越大,材料的导热性越强。

与目前最常见的导热材料——硅脂相比,目前最高导热系数的硅脂也仅能达到11W/m·K,而液态金属导热剂的导热系数能够达到73W/m·K,是传统硅脂的数倍。因此液态金属可以更快、更有效地传导出更多的热量。


硅脂被广泛应用于GPU、CPU散热模组中,它能填满电子元器件与散热模组之间的缝隙,以达到迅速传递热量的效果

由于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℃,因此镓金属合金熔点更低,在常温下显液态,所以能够更好地渗透到CPU和散热模组之间的缝隙中达到更好的填充效果,迅速将CPU产生的热量传导至散热模组,从而有效控制机身温度,为用户们带来更加出色的散热性能——目前不论CPU还是GPU散热都有过实例,不同情况下温度能降低5-10℃,比如RadeonVII显卡换了液态金属就能降低5℃。

同时,液态金属还具有更高的沸点,而传统硅脂具有挥发度,使用一段时间后会固化。所以液态金属导热剂耐用性更强。


03 液态金属就没有缺点吗?


谈完优点,就来说说液态金属的劣势。相较于采用绝缘性良好的金属氧化物与有机硅氧烷复合而成的硅脂,液态金属最大的劣势便是其具有导电性,一旦泄露到主板上便会造成不可挽回的后果。

同时,镓基合金制成的液态金属导热剂与铝制品接触会产生互溶,互溶产生的混合物会导致铝制品出现脆裂,所以镓基液态金属导热剂无法应用于铝质散热器上,一般只能用于铜质散热器,不过也无法完全避免侵蚀。再者,因为液态金属具有一定的流动性,所以如果未能良好密封,在震动、摇晃设备后,可能出现液态金属泄漏。


镓和铝合金发生反应

最后还有一个缺点,贵。当然这种情况下我们也可以调侃说:贵不是产品的问题,而是用户的问题。不过认真来说,成本确实是产品是否能够得到推广的重要因素,因此这点确实是需要考虑的。


04 改善液态金属应用性能的措施


不过呢,液金以上的一些缺点,其实不无改善的可能性。比如说容易泄露这点,许多厂商在使用液态金属导热剂上都有着自己的独门秘诀来避免损坏元器件。比如说华硕就已经为液态金属的自动化涂抹处理工艺申请了专利,这些方法可以精准涂抹适量的液态金属,同时还避免液态金属渗出并导致周边电路短路。


华硕的液态金属自动化涂抹处理工艺

再比如说镓基合金制成的液态金属容易侵蚀散热器,也是就有办法能解决的,像索尼就采用了“镀镍”的方式来保护散热器。同时索尼还有介绍说,采用液态金属导热剂也有助于降低散热系统的整体成本——举例来说,假设某系统原本采用10日元的TIM搭配1000日元的散热器,现在换成100日元的TIM搭配500日元的导热剂也能达成相同散热效果的话,则总成本就能从1010日元降低至600日元。因此液态金属虽然单价贵,但实际应用中的散热系统成本却不一定会高。


散热器与液态金属TIM接触的部分采用电镀处理以防止腐蚀


总结


说了那么多,很显然液态金属是一个优势劣势都很明显的产品。不过相信在未来,随着液态金属使用方式的研究更加成熟,会有越来越多需要散热的消费级或企业级的设备会选择液态金属作为导热剂,从而将设备性能极限压榨出来,得到更小、更强的产品。

标签:技术中心今日头条精细化学品仪器设备
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