超齐全散热膏横向评测.docx
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超齐全散热膏横向评测.docx
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超齐全散热膏横向评测
超齊全散熱膏橫向評測
想了想,本刊好久沒有做散熱膏專題了,一來現今零組件發熱設計得宜,散熱問題早已不可同P4噴火龍時代而語;二來現今網路發達,口耳相傳的「神膏」已不復見,散熱膏原理與材料講穿了也不過幾句話,消費者變聰明了,
廠商自然少了施力空間。
即便如此,對散熱膏這玩意充滿疑惑的讀者仍不在少數,到底價差相差許多的高價散熱膏是不是真有神效?
什麼時候才需要更換散熱膏?
又應該怎麼塗抹散熱膏才是最適當的?
本著DIY精神,我們特意搜集了市面上常見的、買取得的散熱膏,總數多達27款,並且一一加以評測,希望給大伙儿有一個參考的方向與依據。
■散熱膏的功用
簡單來說,散熱膏只為了一個目的而存在──作為熱源與散熱器中間熱傳導的「介質」。
這邊我們就以系統一大熱源-CPU來說好了,CPU產生的廢熱傳送途徑是這樣的:
第一內部晶片運作所產生的熱度,會先傳導至CPU外蓋,外蓋再傳導至散熱器底座接觸面,不同形式的散熱器再經由不同的傳導方式(熱導管、銅、鋁、水冷液),傳導至一片一片的鰭片上,鰭片最後再與冷空氣進行熱交換,達成散熱的目的。
由於外蓋以下的熱傳導處理方式我們無法得知,因此CPU廢熱所見的第一道關卡确实是外蓋,讀者應該看過CPU外蓋長什麼樣子,CPU外蓋除打上型號、代號、時脈等資訊之外,還滿佈了許多肉眼可見的直線髮絲紋研磨痕跡,表面處理相當不平整。
而且即便是GPU或是PCH等沒有外層金屬外蓋的晶片,也不會是完全滑腻的表面。
圖/CPU外蓋充滿了許多肉眼可見的研磨痕跡
再來,确实是與外蓋接觸的散熱器底座了,拆裝過散熱器的讀者必然明白,很明顯的,底座接觸面平整度並不比CPU外蓋要來得好上多少。
即便許多廠商推出標榜鏡面的底座接觸面,但以高倍數顯微鏡來看,仍然充滿了細小的溝槽和间隙,不可能完美無缺。
因此,當CPU
與散熱器底座兩個異質材料、而且凹凸不平的接觸面相貼之後,即便施加的扣具壓力再大,中間還是存在著許多縫隙,而這些縫隙当中,便充滿著許多「空氣」。
圖/具有HDT設計的底座接觸面,间隙與溝槽加倍明顯。
如此一來,從CPU到底座的熱傳導路徑,便會受到熱傳導係數低落的空氣阻礙,造成接觸熱阻(contactresistance)上升,降低到終端的散熱效率。
假设不明白為什麼空氣會阻礙熱傳導的讀者,下面會以簡單的數學公式闡釋,但能够先想一想,生活中的熱水瓶為什麼能够隔絕溫度?
确实是靠著一層空氣不是嗎?
(當然更高級的熱水瓶會依賴真空)因此,這确实是為什麼需要加上一層散熱膏的缘故,我們需要一個高熱傳導係數(至少要比空氣高),又能夠變形的熱介面材料(thermalinterfacematerials)來填補這些间隙。
圖/空氣的熱傳導值相當差,幾乎能够忽略不看,因此需要一層熱介面材料幫助傳導。
■必也正名乎?
講到這裡,想必聰明的讀者看得出來,所謂「散熱」膏,目的是作為「傳導熱量」的中介,用途並非作為熱能傳導終點的「散熱」,它可不像涼膚霜或是肌樂一樣,擦在身體就會自然吸熱發涼了。
因此,若是真要講究,稱作「導熱膏」會是比較精確的說法。
但本刊畢竟不是國文課本,鑽牛角尖在名詞之上筆者認為沒成心義,否則防摔衣也不防摔、嬰兒油沒有嬰兒。
既然約定俗成、通俗稱之,以下我們還是以順口的「散熱膏」作為稱呼。
換個角度想,既然散熱膏是為「散熱系統」的一部份,稱作散熱膏亦沒有問題,能夠明白它的功用和時機才是最重要的。
■從公式看起散熱膏
在繼續往下講以前
,需要了解一些簡單的物理化學名詞,這有助於更多的明白得。
第一,小學就明白熱能的傳播方式有三種:
傳導、對流和輻射。
我們這邊所談的熱能路徑,都是固體與固體之間進行的熱交換,也确实是依賴三者當中的「傳導」,這很容易明白。
接著我們要了解物理材料所謂的熱傳導係數,也确实是俗稱的「K值」。
熱傳導係數代表材料傳導熱能的效率,單位為W/mK(K是熱力學中的開爾文溫度,亦也可直接換算成W/m℃),數值越大代表材料導熱效率越好,能夠越快速的把熱從A點傳導至B點。
要提示的一點是,「熱傳導」與「比熱」是完全不一樣的物理關係,比熱能够看做材料容納熱能的能力,而熱傳導則是材料傳遞熱能的能力,兩者無絕對換算關係。
除熱傳導係數之外,有的散熱膏在包裝上還會標記另外一項「熱阻值」,俗稱「R值」。
熱阻值代表材料在單位面積下,熱量能夠穿過的能力,單位為m2K/W。
R值越高,代表材料阻止熱量通過的能力越好,因此就散熱膏而言,R值是越小越好。
圖/一样散熱膏在外包裝上都會標示K值與R值,但實際成效還是得測了才明白。
最後,我們需要明白熱傳導的數學公式
Q=KA△T/L
Q是傳導熱流量(W)
K為熱傳導係數(W/mK)
A是傳導面積(m2)
L是傳導距離
△T表示點與點之間的溫度差
由於我們這邊討論的是散熱膏,因此把散熱系統化為最簡單來看,Q是整個散熱系統的熱流量;K為散熱膏之熱傳導係數;A為散熱膏塗布面積;L的話,由於電腦散熱系統牽扯許多材料與因素,因此我們將之摒除(譬如散熱器样式、材質、熱導管效率blabla……),純粹把它看做散熱膏的厚度就好;△T方面,由於這邊討論的不是單一材料,因此能够略過不談。
因此說,假设要追求解熱能力最大值(Q),以中間介質的角度來看,确实是採用更高K值的散熱膏、最大的塗布面積(A),和最薄的散熱膏厚度(L)。
■影響畢竟有限
好啦回到正題,既然熱源與散熱器中間充滿溝槽與空氣,需要散熱膏填補;也從公式明白,散熱膏K值必須越高越好,最好高過CPU外蓋的金屬材質,乃至是底座接觸面的銅或鋁,才不會成為整組散熱系統的拖油瓶。
但世界總是沒有這麼美好,實際上再好的散熱膏,熱傳導係數也遠遠低於底座的金屬材質。
舉例來說,常見的金屬材質在室溫27度時(因為K值會隨著溫度變化),銀的熱傳導係數為429W/mK、銅為401W/mK、鋁237W/mK、鎳為90W/mK,而散熱膏只有2~8W/mK罢了,空氣當然更悲劇,只有0.024~0.026W/mK……。
因此結論是,散熱膏影響能力極為有限,因此我們能够下課回家了……。
當然不是這樣!
雖然散熱膏影響能力有限,可是在錙銖必較的超頻玩家手中,一、二度的差異都可能是過與不過的瓶頸;對一样玩家來說,更是想要明白高價散熱膏是不是真有神效;而且,即便影響不大,不代表沒有成效,一切必須透過實際測試,才明白真功夫!
圖/有的廠商會標榜採用奈米添加物,號稱比一样散熱膏擁有更好的填補縫隙成效。
■散熱膏的材質
再來我們聊聊材質部份,散熱膏的基材其實确实是矽油(siliconeoil),矽油再經過二次加工之後,成為矽膏或稱矽脂(siliconegrease),說起來和你家浴室用來填補防水的矽利康确实是同一種材質。
矽油擁有相當優異的耐熱性,不因溫度、濕度產生化學變化;氧化作用低、疏水、又無腐蝕性,容易寄存;加上絕緣且擁有理想流動性與粘性的特性,不需高壓即可均勻擴散,讓矽油化合物成為超级適合作為填補縫隙導熱的介質(還有另外一個缘故是,它很廉價……)。
為了增加更好的熱傳導性質,除基材的矽油,也會添加其它金屬粉末,譬如銀粉(Ag)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋁(Al2O3)、氮化硼(BN)等等,而這些添加物大部份都能够在包裝當中得知。
之因此散熱膏會有不同的黏度、流動性與顏色,即是不同的添加物而成。
孰好孰壞並不必然,各家成份與添加比率也不必然,因此還是必須實際測試才能分辨一二。
圖/之因此散熱膏會有不同顏色,即是來自於不同的添加物。
■更換散熱膏的時機與清除方式?
既然這篇是教導大伙儿在炎炎夏日,能够認識散熱膏,而且自己動手DIY更換,那麼要如何有效率的把舊有散熱膏清除就很重要了。
以筆者個人經驗,一样來說,擁有金屬添加物的灰色、銀色散熱膏都相當穩定,一年半載都不會有明顯質變、乾硬的情形發生。
兩年以上,或是手癢想清理風扇的時候再順手補一下就好。
可是白色散熱膏壽命,通常(但不是絕對)就遠不如灰色散熱膏了,不到一年就能够够看到明顯硬化、粉化、產生裂縫的情形,因此最好是能够一年補上一次,動手DIY清理一下散熱系統,換來更長久的壽命何樂而不為?
另外,由於顯示卡的工作溫度較高、接觸面積也較小,越容易發生散熱膏變質的情形,因此更換時機最好是比CPU散熱器要來得勤奮一點。
清理上,只要去路邊加油站買一瓶環保去漬油(50元一瓶),先倒一點在衛生紙上,就能够够很容易地用去漬油浸濕的衛生紙,擦去舊有散熱膏。
若是舊有散熱膏已經乾化變質,能够先用沾了去漬油的衛生紙將硬化散熱膏沾濕,再利用非尖銳物品(譬如竹筷),警惕翼翼的把硬化散熱膏給「摳」下來。
最後,再利用吹球將衛生紙殘留的棉絮吹去,就能够够看到亮麗的晶片表面,輕鬆補上散熱膏了。
圖/有些廠商附上了一包清潔棉片,幫助清理接觸面。
■塗布的技术
塗抹散熱膏的技术能够說是人人都有一套心得,有人喜歡九宮格或是X型塗法,再靠扣具壓力自然壓平;有人喜歡用小刮刀或是指套先抹平表面,再把散熱器蓋上去。
筆者個人偏好於九宮格塗布,將散熱器壓上之後再轉一轉(但不要舔一舔),利用散熱膏的延展性自然填補縫隙。
因為利用刮刀或是指套抹平,在施工過程當中必然會不可幸免的把空氣帶入(想像一下水泥攪拌的畫面),產生降低成效的疑慮。
無論是哪一種塗法,記得先前提到的熱傳導公式:
Q=KA△T/L,力求最大的塗布面積(A),和最薄的散熱膏厚度(L)。
因此用量適當就好,我們要的只是填補间隙,而不是厚厚一層,免得喧賓奪主、適得其反,影響散熱成效。
圖/筆者偏好九宮格點法,再靠散熱器扣具的下壓力取得均勻塗布。
■實際上陣!
本刊這一回特意蒐集了三十條不同的散熱膏,進行一場集體大評測。
有一大罐用到天荒地老用不完,號稱人情膏的信韓Y-500,也有小小一條3
公克就要價將近四百元的高價散熱膏。
也順便提示夏天即將要到了,大伙儿不妨來個大清潔,把硬化變質的散熱膏清除,換上新的散熱膏吧!
測試用CPU選用熱度無話可說的SandyBridge-Ei7-3960X,之因此不選用溫度更高的IvyBridge,是由於IvyBridge的高熱瓶頸,是來自於內部過小的晶片與外蓋接觸面積,前端都塞車無法讓熱源快速通過了,後端路再大條也沒有效,因此不用i7-3770K進行測試。
散熱器為ThermalRightVenoMousX,因為在本刊172期當中,我們測試了散熱器鏡面底座的差異,因此當時刮花了底部的VenomousX十分適合作為用來評斷散熱膏的散熱器。
風扇則是採用安耐美Enermax推出的T.B.APOLLISH,並將轉速固定在最高的1800轉,快速排除廢熱,幸免散熱器成為散熱系統的瓶頸。
圖/刮花了底部,充滿細小溝槽的VenomousX,用來評斷散熱膏更有鑒別度。
測試地點為室溫為固定20度C的空調房間(連筆者吃泡麵都得離開房間),幸免外在環境因素影響測試結果。
分別測試系統待機五分鐘,和燒機十分鐘之後的溫度變化。
電腦DIY測試平台
處理器
IntelCorei7-3960X@3.3GHz
主機板
ASRockFatal1tyX79Profesional
顯示卡
SapphireHD6970GDDR52GB
記憶體
KingstonHyperXDDR3-16002GB
主要硬碟
OCZVERTEX3120GB
作業系統
Windows7UltimateSP164-bit
電源供應器
ThermalTake850W80PLUS金牌
■結論
看到最後的測試結果,能够說意外,也能够說不意外。
意外的是,即便是市價價差數倍的散熱膏,在高熱量CPU上進行比較,取得的差距仍然小得出奇,燒機最高溫之溫差不過3℃左右罢了。
這點遠出乎筆者對於i7-3960X的預期,筆者原先認為動用了最高溫的CPU,這差距是會更大的。
沒想到結果還不超過5℃。
那麼合理推論,更低階CPU的話,這差距會再縮小一點。
不意外的是,散熱膏對於整體散熱系統所影響的,果然極其有限。
散熱膏與金屬高達數百倍的K值差距實在太遠,再好的散熱膏也彌補不回來,整體散熱好壞還是得看後端散熱器才行。
這層熱介面材料先求有即可,優劣却是第二,與其更換高價散熱膏,不如先升級散熱器會更來得有成效。
而且經過測試,也令筆者對於平價人情膏更具有信心一點,果然廉价又有成效,一年記得重上一次确实是了。
經過測試能够取得兩個簡單的結論;第一,除散熱器表現出相當高水準的解熱能力之外,即便是最廉价的散熱膏也都盡了本分,能夠快速把熱量傳遞到底座之上,發揮散熱效能。
因此每每清理電腦內部時,記得更換散熱膏以维持成效。
第二:
那我們能不能說,追求散熱膏是沒有意義,乃至浪費的呢?
筆者認為當然不是,即便對一样人來說這差距
很小,可是對於追求超頻或是極致的玩家來說,3℃的差異仍然不能忽略。
唯有講究每一個小細節,最後才有理想的成效。
尤其對像筆者一樣愛護自己親手打造的電腦的利用者來說,每一部份都會想用最好的,即便成效差距不大,內心滿足度還是加分啦!
圖/ArcticSiliver便表示,AS5需要200小時以上的磨合,才能發揮最正确效能。
最後,這邊也必須說,測試上終究有其限制。
譬如i7-3960X算得上相當熱情的CPU,可是在GPU眼前,也不過小菜一碟。
因此若是用上顯示卡進行比較的話,或許成效會更顯著。
只不過一样利用者並不會拆解到顯示卡風扇這一部份,袒露的GPU晶片一旦拆裝不正確,也有崩角的風險,因此還是選擇簡單的CPU作為施工範例。
而且,這項測試並沒有考慮到每一項產品的「磨合」時間,許多散熱膏其實需要一段時間的高溫催化,才會達到更好的效能表現。
譬如這一次測試成績平平的AS5,官方便表示需要至少200小時的磨合,才能發揮最高成效。
但有沒有可能每款散熱膏都磨合個幾天?
這想必有執行上的困難。
另外,即便筆者再警惕翼翼,還是無法保證每一項產品都有相同的用量和塗布面積,這點也會影響到最後的結果。
因此這篇測試,說來還是給讀者參考參考就好,讀者們實際DIY清理、更換一下散熱膏,而且多玩玩每條散熱膏的不同,才是有趣的地址不是嗎?
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