液金这个名词玩硬件的玩家应该很熟悉，很多人可能并不是很了解。
液金
液金其实很简单，就是液态金属。与之区别的是硅脂，金属和硅脂最大的区别就是导热率不同，很明显就是液金的导热效率更高，但是也要知道的是液金是金属，是导电的，这会导致短路，甚至烧毁电子设备。
在目前只有 INTEL 和 AMD 两家可以生产 x86 的处理器。
- INTEL 的
[K][X][XE]后缀的处理器支持超频 - AMD 的
[X]后缀的处理器支持超频
比如：INTEL 的 DT 平台的 i9-9900K / i9-9900KF / i9-9900KS 和 HEDT 平台的 i9-9980XE 等，AMD 的 R9-3950X 、R9-3900X、 R9-3800X、 R7-3700X 等。
超频一般会拉高处理器核心电压，因此发热会更加严重，此时就是液金施展拳脚的时候了，因为有更高的导热系数，因此可以更好的散热。
材料
液金是什么呢？目前常用的液金都是低熔点镓基合金。
镓基合金是以镓为基础，加入其他的金属，比如钨、钴、钛、铁等金属，做成镓为基础的合金。
钎焊
那么处理器上常用的“钎焊”是指什么呢？钎焊实际上一种工艺，其相对的是硅脂，理解这个其实很简单，实际上目前的处理器是一个多个部件组成的整体。
处理器的核心叫 Die ，为了让 Die 的热量更好的散发出去，因此需要将顶盖和 Die 进行更好地接触，以便将热量散发出去，所谓的钎焊实际上是“液金”的一种。
早期的 CPU 上面并没有顶盖
Die 是由一团黑色的填充物 Underfill 固定在基板上，再在上面涂上硅脂然后上加上散热片。随着 Die 产生的热量越来越多，加上很多人为了让散热片更紧密的和 Die 贴合而压坏，于是英特尔开始在 Die 上面加上保护盖，形成目前看到的台式机 CPU 的基本模样：
它由很多层组成：
IHS（Integrated Heat Spreader，集成散热器）。它就是我们看到银色盖子。有人以为它是铝做的，实际上它的主体材料是铜，因为铜的导热性高。它是银色的是因为表面镀上了一层镍。用镍做表面可以和上面的硅脂更有亲和性。
在铜盖上面的导热材料叫做 TIM2(Thermal Interface Material)，在铜盖下面的导热曾叫做 TIM1。铜盖可以将 Die 的热量带到更大的范围，并通过 TIM2 将热量带到更大规模的散热系统（Heat Sink）中，方便散热。
- TIM1：它是Die和IHS的导热材料，也就是我们今天的主角。Intel在之前更多的是采用Solder的形式，用钎焊将Die和铜盖贴合在一起。在为超频爱好者开盖带来麻烦（开盖有奖）的同时，也能够更好的将热量从Die带到IHS上，并散发出去。
硅脂
英特尔不断地提高制程，追逐着摩尔定律。制程提高，单位面积的 Wafer 可以做出更多的晶体管，而且单位晶体管的发热也会降低，从而可以提高主频，更多的挖掘计算潜力。综合来看，英特尔的 CPU 晶体管的数目符合摩尔定律，但 Die 的尺寸却在不断缩小
| CPU Die Size Comparison Numbers in table are to nearest degree of known accuracy Data from Intel or Trusted Sources (Chipworks/PCWatch) |
||||||
| CPU | Year | Process Node |
Die Size 2C or 2+2 |
Die Size 4C or 4+2 |
Die Size 4+3/e (no eDRAM) |
Die Size (other) |
| Intel Kaby Lake | 2017 | 14+nm | 98.68 | 126.15 | - | |
| Intel Skylake | 2015 | 14nm | 98.57 | 122.40 | 234 | - |
| Intel Broadwell | 2014 | 14nm | 82 | *** | 241.50 | 133 (2+3) 246.24 (10C) 306.18 (15C) 456.12 (24C) |
| Intel Haswell | 2013 | 22nm | 130 | 177 | 264 | 181 (2+3) 355.52 (8C) 492 (12C) 662 (18C) |
| Intel Ivy Bridge | 2012 | 22nm | 118.09 | 159.82 | - | 256.5 (6C) 341 (10C) 541 (15C) |
| Intel Sandy Bridge | 2011 | 32nm | 149 | 216 | - | 435 (8C) |
| Intel Westmere (GPU on 45nm) |
2009 | 32nm | 81 (Core) 195* (+GPU) |
276** | - | 248 (6C) 513 (10C) |
| Intel Nehalem | 2008 | 45nm | - | 263 | - | 296 (HEDT) 684 (8C) |
| Intel Yorkfield | 2007 | 45nm | 107 | 220 | - | - |
| Intel Kentsfield | 2007 | 65nm | - | 280 | - | - |
| Intel Conroe | 2006 | 65nm | 145 | - | - | - |
从红色曲线，可以看出从 Westmere 开始，Die 尺寸逐渐变小，在 Skylake 时达到最小值。
而 CPU 功耗不变或者略有提高，整体下来热密度上升很快。热密度上升了，不是更应该加速散热吗？
CPU Die的热膨胀系数 CTE（Coefficient of Thermal Expansion）低于基板（参考资料2），温度提高后，变形小于基板，热密度上升很快后，Die 会变长一点，而基板则变得更长一点。而 IHS 铜盖则因为和散热系统接触，比较坚硬，变形很小。他们之间伸缩比不同，焊锡 TIM1 形成的硬连接会造成 CPU 基板变形，可能毁坏基板或者 Bump：
更糟糕的是焊接中留有的肉眼看不见的气泡，会大大加剧这种变形，随着 CPU 使用，焊锡中可能出现的裂痕也会加重这种效果。就像火车轨道会留下伸缩缝，硅脂 TIM1 连接可以为不同伸缩比的 Die 和铜盖留下缓冲的空间，从而消除这种危险。
大点的 Die 可以让热量更好的散布到基板和 IHS 上，单位面积形变也小。而小的 Die 则会加剧这种现象，更容易出现问题。
钎焊连接难度很大，如何将硅材料焊接在铜盖上是个很大的问题。材料不得不做多次处理，才能保证有效贴合，即使这样，钎焊也会对成品率和生产成本造成负面影响。加之热密度上升造成的钎焊工艺难度加大，芯片厂家不等不寻找替代方案。所以我们看到自IvyBridge这个Die变得很小的点开始，硅脂TIM1登上台面并越用越广。
用硅脂做TIM1对一般用户没有任何影响，所有的CPU在TDP之内都工作十分出色，这是由封测保证的。于此同时又降低了成本，降低了风险，何乐而不为呢？
对超频玩家来说，硅脂TIM1让开盖无忧，可以自行尝试各种TIM1材质，结合强劲的散热系统，可以挑战更高的频率，也是好事一件。不过要提醒一般用户，开盖后没有了质保，高温影响寿命，要谨慎从事。
附录
参考链接
- 为什么CPU越来越多地采用硅脂而不是焊锡散热？ - 知乎
- The Truth about CPU Soldering - Overclocking.Guide
- The Haswell Review: Intel Core i7-4770K & i5-4670K Tested - AnandTech
- The Intel Core i3-7350K (60W) Review: Almost a Core i7-2600K - AnandTech
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最后编辑时间： 2020-06-20 17:24 PM