本文作者：R3默秒全
前言及提前结论
CPU在工作过程中的功耗最终全部转换为热量排出。一般情况下，CPU的主要散热通道为核心→钎焊层→顶盖→硅脂→散热器→换热介质。其中硅脂的换热系数、涂法一直是图拉丁关注的问题。硅脂做孔隙填充用，提高功能是提高CPU顶盖和散热器底座的接触面积，主要溶剂为二甲基硅油，填料为50%-70%的金刚石、氧化铝、氧化硅、石墨、碳化硅等微米级粉末。如果有DIY硅脂的意向，请注意购买原料的粒径、纯度和配比，不然会和LTT、PoorPlayers一样失败告终。
市售的硅脂从9.9元/25g到800元/2g跨越巨大，标称换热系数3~13 W/(mK)不等，多数商家号称能明显降低CPU温度。先不论标称参数是否可信，CPU散热器的硅脂导热系数真的影响那么大吗？我在半假期模式下花了大半天时间做了单塔散热的几个近似模拟，具体看下面的模型。
提前给出结论：
（1）3W/(mK)和13W/(mK)的硅脂在60-90W功耗下能有10℃的温度差；
（2）1-5W/(mK)的硅脂对导热系数敏感性比较高，5-10W/(mK)的变化已经不太明显，>10W/(mK)感知不强。
（3）硅脂不是特别特别差的情况下，硅脂涂抹质量、机箱排气、鳍片回流焊等影响能轻易盖过硅脂的影响。
CPU无积热2D简化模型
模仿百元单塔散热模型进行2D建模简化，鳍片总高度12cm，鳍片数量48片，材料为铝。热管直径6mm，位于鳍片中心。热管下端弯曲后直触硅脂层，硅脂物性参数取自淘宝商品详情。硅脂下方为锐龙规格的CPU顶盖。
该模型有以下假设：1.固体之间为完美接触；
2.热管为均匀高热导率介质；
3.CPU无积热，die到顶盖无热阻无横向传热时间;
4.完美开放机箱，环境温度恒温25℃；
5.风扇持续满转
边界条件：（1）空气接触界面为强制对流边界，使用平板均匀传热系数，平板长度按鳍片尺寸用4cm，空气流速按AS120风扇最大流量近似为3m/s;（2）热通量边界直接放于顶盖下端，通量大小为TDP/面积。
单参数跑一下，收敛性极佳，结果比较正常。
然后对不同的TDP、不同热导率进行参数扫描，取点绘图。
乍一看还行，传热障碍主要由硅脂导致。事实真是这样吗？为什么单塔垃圾硅脂可以压住125W功耗呢？不对啊不对啊！改！
小面积die接触2D简化模型
实际CPU核心是小die（切割好的晶圆，锐龙IO-die独立）和顶盖的接触传热。所以改一下模型，2D die大小为换算尺寸，厚度根据Intel广告定位500-800μm。
假设：（1）die和顶盖完美接触；（2）CPU内仅固体传热，其他边界为绝热条件。
继续跑参数化，看看结果曲线。同时划定95℃参考线，可以发现>3 W/(mK)的硅脂能够压住100W以下功耗。3D模型会略有差别。
硅脂/钎焊die接触2D简化模型
除了die接触面积的影响，die和顶盖之间实际还填充有钎料和硅脂。这里继续增强填充层，计算不同顶盖封装的性能。钎料参数来自于S-Bond 220，硅脂U参数两倍于普通高性能硅脂。
继续跑参数化扫描，这次对比钎焊U和硅脂U的散热曲线。仍然保留95℃参考线。
硅脂U和钎焊U的温度差得非常多，而且可以发现热障由散热器硅脂转移到了CPU封装填充层。钎焊YES！下图为硅脂U的温度场截图。
最终结论就不放了，个人总结观点已经放在本文开头部分。下一步有两个计划，一个是用手头的原料自制硅脂，另一个是想测一下市售硅脂的实际热导率，有兴趣合作的旁友可以联系我。
