液態金屬散熱膏誰最強？最好？最推薦？5+1 款產品集體評測、原理懶人包一網打盡

「一般散熱膏添加金屬微粒提升熱傳導係數，那麼散熱膏全部都是金屬該有多好！」自從 Intel Haswell 世代產品帶起開蓋上液金的風潮，液態金屬散熱膏（導熱膏）至今已蓬勃發展，PCADV 電腦王這篇除了產品比較測試，更有原因與原理的深入探討，突破都市傳說迷思。

流動性、熱導率

高效能晶片通常也會伴隨著廢熱，若是此廢熱無法依靠晶片封裝與電路板自然散發至空氣之中，我們就會替這個晶片加裝散熱片，加大與空氣接觸的面積。若是加大面積仍無法應付接連產生的廢熱，則可加上風扇加強空氣對流。無論是一般的氣冷/空冷散熱器，或者是水冷散熱器，都脫離不了這基本原理。

由於晶片與散熱器相互接觸的介面並不完美，導致廢熱並無法很好地傳遞，因此多數時候均會塗佈稱之為散熱膏（導熱膏）的熱介面材料。一般而言，散熱膏主要成分為矽油和氧化矽的混合體，也就是大家經常看到俗又大碗的白色散熱膏。若要加強熱傳導效率，可於散熱膏混入其它磨成粉末狀的材質，如銅、銀、金、鑽石、石墨……等。

▲ 一般散熱膏成分為矽油和氧化矽，因此外觀呈現白色，若是加入其它金屬氧化物加強熱導率，則大多呈現灰黑色。

若想將熱傳導率最大化，那是不是將散熱膏當中的金屬成分最大化即可？金屬成分最大化的情況，就是內容物百分百由金屬組成；金屬成分最大化，需要解決的問題即為易用性，絕大多數金屬於常溫呈現固態，少數金屬或合金於常溫下為液態，這些材質才適合交由消費者於實際應用時塗抹。

液態金屬≠液態金屬

許多人對於液態金屬的印象，除了俗稱水銀的汞以外，應該都是從乳摸傳得沸沸揚揚的 iPhone 外殼而來，這個都市傳說結果僅有於 SIM 退卡針使用。在正式進入本篇主題之前，有必要先釐清坊間這個「液態金屬」是什麼東西？以免和本篇主題傻傻混在一起，總是搞不清楚。

一般所謂的「液態金屬」，指的是在室溫或是接近室溫呈現液態的金屬，如汞（熔點−38.83°C）、銫（熔點 28.44°C）、鎵（29.76℃）、銣（39.31℃）等，iPhone 包裝附贈的 SIM 退卡針拿在手中顯然不會熔化，那為什麼可以稱之為「液態金屬」？這得要從該金屬合金的製備法說起。

多數金屬或是合金需要加熱至熔融狀態，或是加熱至接近熔融的溫度，才方便於製造過程塑型，冷卻定型後方便使用。一般製程的冷卻時間較長，金屬緩慢降溫時內部會逐漸形成晶格固定下來，但原子與原子之間形成晶格同時於多處發生，因此金屬緩慢冷卻後，內部晶格方向並不一致。冷卻速度越快，金屬內部晶格越小，具有較佳的剛性、較低的延展性；冷卻速度越慢，內部晶格越大、具有較低的剛性、較高的延展性。

▲ 金屬緩慢冷卻過程中，於內部多處同時形成晶格，晶格的大小可以影響該金屬冷卻後的性質。

了解金屬、合金內部具有晶格狀態特性後，讓我們把焦點移回 iPhone 的 SIM 退卡針，該退卡針採用特殊的合金配方（以鋯為基礎），使其內部更不易形成晶格結構，稱之為 amorphous 非晶質，因此具有比鈦更為堅硬的特質。

發明該合金成分比例的機構為加州理工學院，而後組成 Liquidmetal Technologies 公司，該合金則被稱為 Vitreloy，因此 Liquidmetal Technologies 所製造的金屬在常溫下並不是液態，Liquidmetal 僅作為行銷名詞之用，雖然中文都稱之為液態金屬，但跟本篇所要探討的東西完全不同。

汞、銫、鎵、銣選誰好？

說到室溫下為液態的金屬，多數人的第一個想法均為俗稱「水銀」的汞，不過汞對於生物而言具有毒性，將其密封於玻璃管的水銀溫度計已甚少使用，更別說是可能直接接觸到人體的散熱膏，因此汞雖然符合作為散熱膏的要件，卻因為其毒性而被排除在外。

如上所言除了汞之外，鹼金屬的熔點通常較低，例如銫、鎵、銣等 3 種金屬為潛力股，熔點分別為 28.44°C、29.76℃、39.31℃（鍅的熔點為 24℃，但是半衰期只有 22 分鐘，放射性極高！）。首先評估各金屬的毒性，銫對生物具有少量的毒性，銣雖然會被生物吸收，但並沒有明確的利用機制；安全性反而是銫與銣實際應用最大的缺陷，這 2 種金屬活性相當好，暴露在空氣中容易氧化，銫甚至能夠自燃，因此僅剩下對生物沒有毒性、使用上也較為安全的鎵。

▲ 由於鎵合金熔點可低至 10℃ 以下，使用上也比較安全，成為市面多數液態金屬散熱膏的首選。

鎵的熔點為 29.76℃，若要作為散熱膏使用則略高，總不能在夏天組裝電腦，冬天放假半年吃自己（又不是薑母鴨），幸好已知鎵與其它許多種金屬的合金能夠降低熔點（常見的材質為銦、錫），熔點也可以經過調整合金配方比例微調，於是乎目前市面上所有的液態金屬散熱膏，幾乎都是採用以鎵為基底的合金成分。

▲ 不同比例的鎵合金熔點列表。

Intel 成液態金屬散熱膏推手

鎵合金熔點比室溫 25℃ 還要低的特性，並不是這幾年才被世人所發現，市場上卻是近期才由多家廠商推出液態金屬散熱膏，箇中原因得拜 Intel 之賜。Intel 於 Haswell 微架構世代桌上型處理器，處理器封裝內部晶粒與 IHS（Integrated Heat Spreader）接觸的 TIM（Thermal Interface Material）熱介面材料，過往使用低溫焊錫，該世代卻使用一般的矽基散熱膏。

▲ 目前 AMD 和 Intel 於中、低價位產品，處理器封裝內部晶粒與 IHS 金屬上蓋均有使用矽基散熱膏。

雖然說 Haswell 世代產品的發熱量，封裝內部熱介面材料變更為矽基散熱膏也足以應付，但消費市場仍有 K 版超頻、S 版被動散熱的需求，遑論 TDP 不變的情況之下，製程微縮發熱密度更集中。有需求就有供給，加上一般消費者不容易控制低溫焊錫所需環境，遂以鎵合金液態金屬散熱膏替代之，也開啟了「開蓋上液金」的風潮。

豬怕肥、鋁怕鎵

液態金屬散熱膏優點多多，不僅熱傳導係數更高，同時保有矽基散熱膏室溫即可塗抹施作的優點，對於生物也沒有什麼毒性（接觸皮膚時會變黑，請以清水沖洗即可），但總該有些缺點，否則消費市場早就被液態金屬散熱膏所佔據，矽基散熱膏早該洗洗睡下架去。

液態金屬散熱膏顯而易見的缺點，即是金屬本身的導電性，一旦洩漏至電路板，甚至比水冷系統漏水更為致命。實務建議做法為確實塗抹，使用棉花棒推開液態金屬散熱膏，直到完整覆蓋整個晶片，而非傳統矽基散熱膏的中央一粒米法則。液態金屬散熱膏塗抹完畢之後，最好同時於晶片四周塗抹 1 圈矽基散熱膏，作為液態金屬不幸外洩時的第一道防火牆。

▲ 由於液態金屬散熱膏具備導電性，建議於塗抹施作區域外圍再加上 1 圈矽基散熱膏，避免液態金屬外溢碰觸到電路板裸露的接點。

另外一個缺點則是與液態金屬的特性有關，當液態鎵碰觸到固態鋁時，會引起鋁的脆化現象，從外部施加應力時，鋁金屬便會粉碎，而非一般可以觀察到的形變。目前這種現象尚未出現經過證實的學說，但綜合多數科學家的看法，大多認為液態金屬與固態金屬互溶的過程當中，破壞原本固態金屬原子與原子間的應力，讓固態金屬失去原本的延展性，一捏就碎。

鋁與鎵互溶時，可以觀察到相當明顯的脆化現象，因此建議玩家至少要選擇銅底散熱器；但由於含量 99.9％ 以上的金屬銅相當軟，可能無法長期應付散熱器扣具壓力而變形，因此散熱器銅底大多為銅的合金，倘若此合金製備過程不完善，內部合金比例不太均勻，碰到液態金屬散熱膏也有機會觀察到一個個小圓洞侵蝕。最為保險的方法，在玩家選擇銅底散熱器的同時，銅底區域最好另行鍍鎳或是其它金屬保護層。

▲ 當鋁碰到鎵，在鋁金屬身上可以觀察到脆化現象，失去原本的延展性特質。

▲ 除了液態金屬散熱膏，部分廠商也會調整合金材質，推出在室溫下呈現固態的散熱膏「片」，安裝後須燒機至一定溫度才會熔化。由於不含鎵，因此也可以使用在鋁散熱器。

 

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