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。即使如此，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，我們特地收集了市面上常見的、買得到的散熱膏，總數多達27款，並且一一加以評測，希望給大家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：首先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法我們無法得知，因此CPU廢熱所見的第一道關卡就是外蓋，讀者應該看過CPU外蓋長什麼樣子，CPU外蓋除了打上型號、代號、時脈等資訊以外，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。而且即使是GPU或是PCH等沒有外層金屬外蓋的晶片，也不會是完全光滑的表面。圖/CPU外蓋充滿了許多肉眼可見的研磨痕跡再來，就是與外蓋接觸的散熱器底座了，拆裝過散熱器的讀者一定知道，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。即使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，依然充滿了細小的溝槽以及空隙，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，即使施加的扣具壓力再大，中間還是存在著許多縫隙，而這些縫隙之中，便充滿著許多「空氣」。圖/具有HDT設計的底座接觸面，空隙與溝槽更加明顯。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。若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，但可以先想想，生活中的熱水瓶為什麼可以隔絕溫度？就是靠著一層空氣不是嗎？（當然更高級的熱水瓶會依賴真空）所以，這就是為什麼需要加上一層散熱膏的原因，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）來填補這些空隙。圖/空氣的熱傳導值相當差，幾乎可以忽略不看，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，如果真要講究，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有意義，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」的一部分，稱作散熱膏亦沒有問題，能夠明白它的功用以及時機才是最重要的。■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，這有助於更多的理解。首先，小學就知道熱能的傳播方式有三種：傳導、對流以及輻射。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，也就是依賴三者當中的「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，也就是俗稱的「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。要提醒的一點是，「熱傳導」與「比熱」是完全不一樣的物理關係，比熱可以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。除了熱傳導係數以外，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/一般散熱膏在外包裝上都會標示K值與R值，但實際效果還是得測了才知道。最後，我們需要知道熱傳導的數學公式Q＝KA△T/LQ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（譬如散熱器款式、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，因此可以略過不談。所以說，若要追求解熱能力最大值（Q），以中間介質的角度來看，就是採用更高K值的散熱膏、最大的塗布面積（A），以及最薄的散熱膏厚度（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；也從公式知道，散熱膏K值必須越高越好，最好高過CPU外蓋的金屬材質，甚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而已，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，所以我們可以下課回家了……。當然不是這樣！雖然散熱膏影響能力有限，但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；對一般玩家來說，更是想要明白高價散熱膏是否真有神效；而且，即使影響不大，不代表沒有效果，一切必須透過實際測試，才知道真功夫！圖/有的廠商會標榜採用奈米添加物，號稱比一般散熱膏擁有更好的填補縫隙效果。■散熱膏的材質再來我們聊聊材質部分，散熱膏的基材其實就是矽油（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就是同一種材質。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，容易存放；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，讓矽油化合物成為非常適合作為填補縫隙導熱的介質（還有另外一個原因是，它很廉價……）。為了增加更好的熱傳導性質，除了基材的矽油，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，而這些添加物大部分都可以在包裝當中得知。之所以散熱膏會有不同的黏度、流動性與顏色，便是不同的添加物而成。孰好孰壞並不一定，各家成分與添加比率也不一定，因此還是必須實際測試才能分辨一二。圖/之所以散熱膏會有不同顏色，便是來自於不同的添加物。■更換散熱膏的時機與清除方法？既然這篇是教導大家在炎炎夏日，可以認識散熱膏，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，一般來說，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。但是白色散熱膏壽命，通常（但不是絕對）就遠不如灰色散熱膏了，不到一年就可以看到明顯硬化、粉化、產生裂縫的情形，因此最好是可以一年補上一次，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，就可以很容易地用去漬油浸濕的衛生紙，擦去舊有散熱膏。如果舊有散熱膏已經乾化變質，可以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），小心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，就可以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。■塗布的技巧塗抹散熱膏的技巧可以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，在施工過程當中一定會不可避免的把空氣帶入（想像一下水泥攪拌的畫面），產生降低效果的疑慮。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），以及最薄的散熱膏厚度（L）。因此用量適當就好，我們要的只是填補空隙，而不是厚厚一層，免得喧賓奪主、適得其反，影響散熱效果。圖/筆者偏好九宮格點法，再靠散熱器扣具的下壓力得到均勻塗布。■實際上陣！本刊這一回特地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。也順便提醒夏天即將要到了，大家不妨來個大清潔，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，之所以不選用溫度更高的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用，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，避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），避免外在環境因素影響測試結果。分別測試系統待機五分鐘，以及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，可以說意外，也可以說不意外。意外的是，即使是市價價差數倍的散熱膏，在高熱量CPU上進行比較，得到的差距依然小得出奇，燒機最高溫之溫差不過3℃左右而已。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便可，優劣倒是其次，與其更換高價散熱膏，不如先升級散熱器會更來得有效果。而且經過測試，也令筆者對於平價人情膏更具有信心一點，果然便宜又有效果，一年記得重上一次就是了。經過測試可以得到兩個簡單的結論；第一，除了散熱器表現出相當高水準的解熱能力以外，即使是最便宜的散熱膏也都盡了本分，能夠快速