评论

钎焊式导热的解析!

提到CPU处理器,大部分玩家关注的主要是性能、价格两个因素,从性价比的角度来评定处理器等级,但从厂商的角度来看,这两个指标并不是唯一重要的,功耗、发热等问题更为棘手。

在当前CPU工艺不断迈进10nm甚至7nm、5nm的情况下,漏电流引发的发热问题才是阻碍CPU性能、能效提升的关键,如何做好热管理是CPU厂商的头等大事,发热大的话会引发各种连锁后果,不得不降频,性能是没法保证的。

解决CPU的发热问题,一方面要靠厂商优化改良工艺,改进能效,另一方面则要从提高散热效率入手,因为在CPU核心与外层的金属盖之间需要填充导热材料,它本意是提高CPU核心的散热效果,但现实中往往因为不同材料的选择会有不同的结果。

目前来说,在CPU内部的导热材料及工艺上,存在两种选择,一个是硅脂,一个是钎焊,前者工艺简单,成本低廉,后者工艺比较复杂,有软钎焊、硬钎焊之分,成本也会更高,但是散热效率会更高

之前的酷睿i7-8086K采用的就是硅脂具体有什么区别?简单来说,硅脂是最常见的导热材料了,使用简单,成本低廉,不过导热系数一般在10W/mK内,而钎焊材料的导热系数约为80W/mK,好的普遍超过100W/mK。

酷睿i9-9900K处理器就是钎焊工艺。在过去几代处理器中,酷睿三代到酷睿八代都使用了硅脂导热,而在酷睿九代处理器中,Intel随着CPU核心数的增多,又回到了钎焊导热的怀抱中。

就像Intel官方在酷睿i9-9900K处理器PPT中介绍的那样,钎焊导热的STIM技术提高了CPU与ISH金属盖之间的散热效率,热量挥发的快,这就可以提高处理器热管理的潜力,进而提高处理器的频率,也就是睿频、超频从中受益。

继续深究CPU,无论是知乎,还是B站,你都会发现很多有趣的名词,比如“开盖” “翻车”?

开盖,顾名思义,就是打开盖子,那这个盖子其实就是CPU的金属顶盖。而之所以会有这般神操作,主要是因为核心die与金属顶盖之间是有间隙的,如果仅仅是空气,热阻会比较大,由此会降低CPU的工作效能。而开盖操作的动机主要就是此处填充这个空气间隙的导热介质是硅脂,导热率不仅比较低,而且硅脂在长期运用下,忽冷忽热的温差变化还会慢慢变干变硬,影响CPU的运用寿命,而用户为了完美的提升使用感受,就会“铤而走险”的进行开盖操作,以更换导热介质“硅脂”为“液态金属”。

翻车,其实就是开盖后更换原来的导热介质硅脂为液金,相对于硅脂,液态金属的导热系数虽然很高,但如上所述,有导电的风险,更换液金的同时,需要同步做好防护,如果防护不到位,就会造成电脑的短路,甚至挂机,也就是翻车。

金属顶盖CPU结构简化图

那么除了硅脂CPU,还有一种叫钎焊CPU。如前所述,CPU的核心die与金属顶盖之间是有一层空隙的,填充导热介质为硅脂的称之为硅脂U,那如果导热介质更换为钎焊,那就是钎焊CPU。什么是钎焊?

钎焊实际上是一种工艺,是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后,利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。

据了解,钎焊U采用的是铟作为核心与顶盖之间的填充物,然而,并不是单纯的铟加热到一定的温度就可以直接进行焊接的,实际情况要复杂得多

首先,作为CPU金属顶盖的核心材质实则是铜,但铜会在空气中发生氧化反应,所以,为了可靠性要求,铜盖表面做了表面处理,镀了一层镍;

其次,镍是一种无法跟铟直接结合的材料,所以为了保证与铟的完好结合,中间还得添加一层金,没错,就是黄金层;

然后,核心die的材质为硅,铟与硅的长期接触后会侵入到CPU内部,进而损坏CPU的功能,于是,核心die的硅层上方还设置了两层防护,分别是钛层与镍钒合金层最后,为了让铟融化后能均匀铺开,在铟和钛之间又添加了黄金层。

于是,你得到了一个如下图所示的钎焊多层夹心板 :

CPU 钎焊层示意图

接下来将工件升温到各焊料层融解形成铟镍金合金并渗入焊件表面缝隙,等温度降下来焊料凝固后焊接就完成了。

钎焊工艺形成的焊料的导热系数约为80W/mK,而普通硅脂的导热系数一般在6W/mK内,相较而言,在TIM1这块的导热效率钎焊必然会高出很多,只是各种贵金属的加入,钎焊的成本想必也是非常高。

这也许也是英特尔为何在2代i7钎焊后,接下来的产品大都是硅脂U的原因

九代酷睿处理器中,K系列的不锁频型号全都是钎焊导热的,高端的酷睿i9-9900K及最新的酷睿i9-9900KS处理器自然也没跑,这两款处理器一个是单核、双核睿频加速5.0GHz,一个是8核全速5.0GHz,高频下的压力不小,但因为有钎焊导热辅助,所以温度控制上很优秀

根据TPU网站的测试,在搭配猫头鹰U12S风冷散热器的情况下,酷睿i9-9900K在负载下的温度也只有66°C,与友商的6核、8核处理器相当,但5GHz的频率要明显高于友商的4.5GHz。

全核5.0GHz的酷睿i9-9900KS处理器温度表现也让人意外,本以为8核5GHz的温度会很高,但实际上负载温度也只有77°C,比9900K高了11°C,但是这个差距完全可以接受,要知道友商在全核3.8GHz下温度也要79°C了,最高加速也不过4.6GHz,依然不敌Intel的8核处理器。

得益于九代酷睿处理器更优秀的散热能力,酷睿i9-9900K处理器在超频上表现出色,风冷5GHz只是一个小目标,超频高玩们拿它来冲击了各种世界超频记录,最高频率已经超到了7.6GHz以上了。

在九代酷睿处理器中,Intel在不锁频的K系列上全面升级了钎焊导热工艺,使得酷睿i9-9900K处理器在超频、散热等问题上更上一层楼,它本身的性能已经足够强大,但超频依然有潜力可挖,风冷5.2GHz是很多玩家的基本盘,水冷5.5GHz也是可以拼一拼的,而液氮下超过7.5GHz才能问鼎一流超频高手的行列。返回搜狐,查看更多

责任编辑:

平台声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
阅读 ()