IT產品導熱與散熱漫談專輯系列(三) 降溫新觀念：除了導熱還要散熱！ 如何解決電腦、遊戲機過熱當機？
- 徐漢高
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凡是用過電腦或玩過遊戲機Game Machine的人都知道，操作使用過久就會當機停在那裏或是速度變慢。桌上型電腦內部空間大，散熱模組及風扇猛力的散熱還比較少發生過熱當機，但是如果是玩家用超頻的時候，超久了就不行，速度越來越慢，到最後魔獸拿著大刀砍過來時，玩家還來不及跑呢! 筆記型電腦還沒辦法有桌上型電腦那麼好的散熱設備與環境，這麼多年來，筆記型電腦的CPU與桌上型電腦配備上，始終有個規格落差。其理就在於筆記型電腦散熱條件與要求更為嚴苛，要採用更低電壓，更加省電的CPU規格，這樣一來其效率就追不上桌上型電腦。遊戲機更不用講了，不管是日系名牌或是美國名牌，大家都聽過遊戲機過熱，亮起紅燈不動，玩家還得關機降溫重開再玩。原因就在於遊戲機的視訊處理不亞於電腦，輕薄型設計讓內部空間更窄，機殼用合金但是外部又加上鋼琴烤漆，整個機台被封成像火爐一樣，試問機台內的熱度揮散不出去，怎麼不會讓系統當機呢?
目前業界的機板及系統散熱模式主要是將中央處理器CPU、顯示卡處理器GPU、晶片組Chipset等高發熱元件的熱度，透過封裝陶瓷表層將熱先轉移至散熱金屬鰭片，再透過熱管Heat pipe傳導至散熱模組上 (如風扇、散熱片等) 將熱排出。CPU、GPU、Chipset的上的，廠商都會施加散熱錫膏用以黏著高發熱元件的表層，以與高熱傳導係數的鋁合金散熱鰭片接著傳導出熱，上方再安裝風扇，用來增加空氣對流，以達到散熱效益。然而這種行之有年的散熱方法，有一定的盲點存在。也就是這些盲點至今未解，才會讓系統屢有當機難以超頻的現像發生。盲點例如黏著CPU、GPU、Chipset與散熱鰭片或風扇的散熱錫膏本身材質。不管是散熱錫膏或是散熱墊片，本身都有矽油軟化材質，其目地是填補各種接著元件表面上粗糙不平的孔隙，讓空氣被擠出不會形成熱阻。但是一方面這種材質不能100% 填補細微孔隙；另一方面矽油頂多一年就會揮發殆盡，讓散熱材料硬化變粉末碎裂，原本的熱傳導散熱功能就會喪失，導致溫度無法降溫反倒上升造成當機。其次當熱量經由這許多組件予以排出時，傳導過程要接觸許多個零組件，每一次的接觸就等於是一次熱阻抗的增加，造成熱阻的零件增加、成本相對提高，散熱片大多數是由鋁合金所製造，熱傳導性僅能算勉強可用程度，鋁合金鰭片外部又加了陽極處理防止氧化，卻又把熱度封鎖住了。以上可說是眼前散熱錫膏、散熱鰭片、熱導管等散熱模組上，面對目前元件發熱功率越來越高的情況，有應付不來的情形發生。現階段可行性的作法是用微黏性的軟陶瓷導熱膏取代傳統散熱錫膏，軟陶瓷導熱膏軟度夠軟，可以有效填滿接著原件的細微孔隙，它不會揮發不會硬化，讓熱傳導的效率維持不變，避免了傳統散熱錫膏的先天性缺陷。
新材料工法解決基板散熱瓶頸
傳統FR4玻纖電路板確實是個價廉物美的基板，但卻有點像個遲暮美人無法應付英雄的需要。英雄指的就是現在高功率要求的電腦、遊戲機、輕薄型筆記型電腦的高溫散熱需求。從電路板上的電解電容這個關鍵性被動元件來看，操作溫度一高過限制它就爆漿，即使廠商改用單價更高的日系固態電容也一樣無解。(未完，後續散熱工法將於12月2號專欄系列四刊登)
本文作者 冠品化學研發部葉聖偉博士
