小角色发挥大作用——谈谈CPU导热介质
技术大讲堂
说到CPU的散热系统，很多人想到的是风扇和散热片。其实，他们忽视了一个并不起眼、但却发挥着重要作用的媒介物——导热介质。
CPU为何需要导热介质
可能有人会认为，CPU表面或散热片底部都非常光滑，它们之间不需要导热介质。这种观点是错误的！由于机械加工不可能做出理想化的平整面，因此在CPU与散热器之间存在很多沟壑或空隙，其中都是空气。我们知道，空气的热阻值很高，因此必须用其他物质来降低热阻，否则散热器的性能会大打折扣，甚至无法发挥作用。于是导热介质就应运而生了，它的作用就是填充处理器与散热器之间大大小小的空隙，增大发热源与散热片的接触面积。因此，热传导只是导热介质的一个作用，增加CPU和散热器的有效接触面积才是它最重要的作用。
导热介质有哪些
1.导热硅脂
导热硅脂是目前应用最广泛的一种导热介质（图1），它是以硅油为原料，并添加增稠剂等填充剂，在经过加热减压、研磨等工艺之后形成的一种酯状物，该物质有一定的黏稠度，没有明显的颗粒感。导热硅脂的工作温度一般在-50℃～180℃，它具有不错的导热性、耐高温、耐老化和防水特性。
在 CPU 散热过程中，经过加热达到一定状态之后，导热硅脂便呈现出半流质状态，充分填充CPU 和散热片之间的空隙，使得两者之间接合得更为紧密，进而加强热量传导。通常情况下，导热硅脂不溶于水，不易被氧化，还具备一定的润滑性和电绝缘性。
2.导热硅胶
和导热硅脂一样，导热硅胶也是由硅油添加一定的化学原料，并经过化学加工而成。但和导热硅脂不同的是，在它所添加的化学原料里有某种黏性物质，因此成品的导热硅胶具有一定的黏合力。
导热硅胶最大的特点是凝固后质地坚硬，其导热性能略低于导热硅脂。目前，市面上有两种导热硅胶：一种在凝固后为白色固体，另一种在凝固后为黑色带有光泽的固体。一般厂商都习惯用第一种硅胶作为散热片和发热物体之间的黏合剂，它的优点是黏性非常强，可这又恰恰成了它的缺点。我们往往在费尽九牛二虎之力将黏合的CPU和散热器分离后，会发现两者的接触面上残留大量的固体白色硅胶，这些硅胶相当难以清除干净。
相比之下，第二种硅胶优势就比较明显：一来它的散热效率要高于第一种，二来它凝固后生成的黑色固体较脆，残留物很容易清除。不管怎样，导热硅胶的导热效能不强，而且容易把CPU和散热器“黏死”，因此除非特殊情况才推荐用户采用。
3.石墨垫片
这种导热介质较为少见，一般应用于一些发热量较小的物体之上。它采用石墨复合材料，经过一定的化学处理，导热效果极佳，适用于电子芯片、CPU等产品的散热系统。在早期的Intel盒装P4处理器中，附着在散热器底部上的物质就是一种名为M751的石墨导热垫片（图2），这种导热介质的优点是没有黏性，不会在拆卸散热器的时候将CPU从底座上“连根拔起”。
除上述几种常见的导热介质外，铝箔导热垫片、相变导热垫片（外加保护膜）等也属于导热介质，但是这些产品在市面上很少见。
导热硅脂也有性能参数
由于导热硅脂属于一种化学物质，因此它也有反映自身工作特性的相关性能参数。我们只要了解这些参数的含义，就可以判断一款导热硅脂产品的性能高低。
1.工作温度
工作温度是确保导热硅脂处于固态或液态的一个重要参数，温度过高，导热硅脂会因黏稠度降低而变成液态；温度过低，它又会因黏稠度增加变成固态，这两种情况都不利于散热。导热硅脂的工作温度一般在-50℃～180℃。对于导热硅脂的工作温度，我们不用担心，毕竟通过常规手段很难将CPU的温度超出这个范围。
2.热传导系数
导热硅脂的热传导系数与散热器的基本一致，它的单位为W/mK，即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文（1K＝1℃）时的热传导功率。数值越大，表明该材料的热传递速度越快，导热性能越好。目前主流导热硅脂的热传导系数均大于1.134W/mK。
3.热阻系数
热阻系数表示物体对热量传导的阻碍效果。热阻的概念与电阻非常类似，单位也与之相仿（℃/W），即物体持续传热功率为1W时，导热路径两端的温差。热阻显然是越低越好，因为相同的环境温度与导热功率下，热阻越低，发热物体的温度就越低。热阻的大小与导热硅脂所采用的材料有很大的关系。
4.介电常数
对于部分没有金属顶盖保护的CPU而言，介电常数是个非常重要的参数，这关系到计算机内部是否存在短路的问题。普通导热硅脂所采用的都是绝缘性较好的材料，但是部分特殊硅脂（如含银硅脂等）则可能有一定的导电性。现在许多CPU都加装了用于导热和保护核心的金属顶盖，因此不必担心导热硅脂溢出而带来的短路问题。目前主流散热器所用导热硅脂的介电常数都大于5.1。
5.黏度
黏度即指导热硅脂的黏稠度。一般来说，导热硅脂的黏度在68左右。
三种常见的导热硅脂
喜爱超频的DIY发烧友都知道，仅拥有一颗“善跳的芯”和一款性能强大的散热器还不足以充分挖掘CPU的潜力，我们还必须使用高品质的导热硅脂。目前市场上的导热硅脂也是多种多样，要选择适合自己CPU的产品并不容易。
1.普通硅脂
这是市场上最常见的一种导热硅脂（图3），价格较为便宜，但性能一般，对于普通的应用环境都可胜任，它也是当前应用范围最广的产品。这里要强调，在购买导热硅脂的时候，一定要向商家说明是用于CPU散热的，因为有很多工业用硅脂是不导热的，一旦用错产品，后果不堪设想。
2.Arctic Silver北极银雪
Arctic Silver的北极银雪属于高密度混合散热膏（图4），含氧化铝、氮化硼及氧化锌等成分，而且不含任何导电物质，完全绝缘，它的导热性能比普通导热硅脂的要好很多。如果你的处理器正处于超频环境下，使用这种导热硅脂后，处理器的温度将会明显降低。
3.Arctic Silver 5
Arctic Silver5纯银导热硅脂就更夸张了，88％的成分为纯银粉，虽然采用了三种不同形状和大小的纯银粉，但它做到了完全不导电（图5）。当然，它的售价也很高，3.5g容量的报价就接近100元。
市面上还有一些其他品牌的含银硅脂，用户一定要注意检查它们是否完全绝缘，切不可将它们与其他导热硅脂混用，否则很容易出现短路现象。
导热硅脂的涂抹
在使用硅脂的时候，可以通过下列几个步骤来进行：
1.使用一定的方式将CPU顶部及散热片的底部擦拭干净，尤其注意去除氧化层。
2.根据CPU与散热片接触部分的大小，在擦拭好的CPU顶部以及散热器底部的合适位置分别挤上一块豆粒大小的硅脂（见图6和图7）。
3：接下来便是戴上塑料手套（例如兼容墨水所提供的）或者用一个塑料袋包裹住自己的手指（图8），轻轻涂抹散热器底部的导热硅脂，直到导热硅脂均匀分布在散热器底部与CPU接触的区域。在这个过程中，可采用往复圆周运动，以保证导热硅脂可以完全填满散热器底部的沟壑。
注意：不能用手指接触导热硅脂，并进行涂抹。导热硅脂要均匀、适量，不可过少，更不可过量。
4：涂抹均匀以后，用无绒纸（例如擦拭相机镜头的布）将散热器底部的导热硅脂轻轻擦去。此时你会发现涂抹过导热硅脂的地方的颜色稍显不同，这是由于硅脂已经填满了散热器底部的沟壑。对于CPU核心的导热硅脂，采取同样的方式进行涂抹即可（也可以使用刀片等辅助工具）。
注意：针对不同的CPU，导热硅脂的涂抹方式不一样。AMD的K7系列CPU（图9），由于缺乏金属顶盖的保护，因此只要将导热硅脂均匀地涂抹到核心上即可，避免将导热硅脂（尤其是一些含银硅脂）涂抹到CPU电路基板上，否则可能出现短路现象，甚至造成CPU损坏。而对于带顶盖的CPU（如P4，见图10）来说，则可放心涂抹。
5．涂抹均匀后，确认散热器底座和CPU核心表面没有异物，然后将散热器放到CPU上，放平轻压即可。
写在最后
在很多人看来，导热硅脂并不是一个很重要的东西，但是它在散热系统中确实起到了很大的作用。使用不同的硅脂，性能也有较大的差别。比如我们在测试中发现，普通的导热硅脂就无法在P4 660这种高端CPU上使用，满负荷状态下CPU核心温度会超过70℃。而一旦换用了含银硅脂，温度会立刻降低10℃以上。因此，对于CPU主频在3.2GHz以上的用户来说，导热硅脂的选择必须要重视。
当然，我们也不能完全迷信导热硅脂的神奇作用。对于普通用户而言，没有必要去追求纯银硅脂等发烧级产品，普通导热硅脂就能保证系统的正常运行。此外，大多数普通导热硅脂在使用一年后会出现“干化”或“硬化”现象，大大影响散热效果。因此，要保证系统长期稳定地工作，我们必须养成定期清理并更换导热硅脂的习惯。