问题

请问散热硅脂片直接贴有散热效果吗?就是不用铜片压着,有效果吗?还是说会更影响散热?

回答
散热硅脂片(Thermal Pad)在不加压的情况下直接贴在散热器和发热源之间,是有一定散热效果的,但效果会比压实后差很多,甚至在某些情况下可能适得其反,起到负面影响。

要详细了解这个问题,我们需要从硅脂片的工作原理、材料特性以及压力对其性能的影响来分析。

硅脂片的工作原理与期望效果

无论是导热硅脂(膏状)还是导热硅脂片,其根本目的是为了填充发热源(如CPU、GPU、芯片组等)和散热器(如金属散热片、风扇总成等)接触表面之间存在的微小空隙。这些空隙中充满了空气,而空气的导热性能非常差。硅脂片或硅脂的导热系数远高于空气,通过填充这些空隙,可以显著改善热量从发热源传递到散热器的效率,从而降低发热源的温度。

硅脂片的材料特性与优势

硅脂片通常由硅橡胶、陶瓷粉末、金属氧化物等填充物混合而成,具有以下特点:

导热性: 相较于空气,硅脂片拥有更高的导热系数。不同品牌的硅脂片导热系数差异很大,从1 W/(m·K)到几十 W/(m·K)不等。
柔韧性: 硅脂片具有一定的柔韧性和弹性,能够适应表面不平整的区域。
绝缘性: 大多数硅脂片都具备良好的电绝缘性,可以防止短路。
易于安装: 相比于膏状硅脂,硅脂片安装更为方便,不容易弄脏周围元件,也无需担心涂抹厚度不均的问题。

为什么需要施加压力?——“压实”的关键

正是“压实”这一点,决定了硅脂片在不加压状态下的效果。

1. 填充空隙的极致化: 硅脂片本身虽然是固体,但仍然有一定的厚度。当它被放置在发热源和散热器之间时,它会占据一部分空间。如果只是简单地“贴”上去,没有外部压力将其压紧,硅脂片自身就形成了一个相对独立的层。如果发热源和散热器的接触面非常平整,这种情况下效果尚可。但大多数情况下,这两个表面都存在微小的凹凸不平。
在有压力时: 压力会将硅脂片压入这些微小的凹凸之中,使其更好地贴合,尽可能地挤出硅脂片内部可能存在的微小气泡(虽然硅脂片本身设计上气泡含量较低,但并非绝对为零),并确保硅脂片与两个接触面形成更紧密的接触。这种情况下,硅脂片实际上是起到了填充作用。
在无压力时: 硅脂片就如同一个独立的“垫片”。它自身的导热性确实比空气好,所以它依然会传递一部分热量。但如果发热源和散热器的接触面有肉眼不可见的凹凸,没有压力,硅脂片就无法“压”进这些凹陷处,这些凹陷中仍然会残留空气。而且,硅脂片与发热源或散热器之间可能存在微小的空隙,这些空隙也会被空气填充。

2. 降低接触热阻: 我们通常讨论导热材料时会提到“接触热阻”。接触热阻是两个固体表面接触时,热量传递的阻碍。这个阻碍的大小很大程度上取决于接触面积的大小以及接触面的平整度。
有压力时: 压力可以增加实际的接触面积,因为它可以促使材料发生微小形变,填满更多微观的凹凸不平。硅脂片在压力下会发生一定的形变,从而增大与发热源和散热器的接触面积,降低接触热阻。
无压力时: 硅脂片的形变会非常有限。它更多的是以其自身固有的厚度和形状存在。如果发热源和散热器表面本身就不够平整,那么即使硅脂片放置在中间,也无法通过自身的弹力完全填补所有空隙。它自身所能提供的导热路径,可能会被硅脂片与接触面之间的空气层所阻断。

更影响散热,甚至适得其反的可能情况

1. 厚度增加的负面效应: 任何导热材料都会增加热量传递的路径。虽然硅脂片导热性好,但它毕竟有一个厚度。如果所选用的硅脂片本身就比膏状硅脂更厚,或者其导热系数并不算非常高,而又没有被有效地压实,那么这个“额外的厚度”本身可能就会成为热量传递的一个瓶颈。
想象一下,发热源和散热器的表面本身都很平整,它们之间的空气空隙非常小。此时,如果强行塞入一个未经压实的、稍厚的硅脂片,它在这些平整区域就形成了一个新的、比空气导热性差不了太多的障碍层。
特别是如果硅脂片的导热系数本身就不高(例如12 W/(m·K)),而其厚度却有1毫米甚至更多,那么这个硅脂片的作用可能还不如重新涂抹一层非常薄、非常均匀的导热膏(假设导热膏的导热系数为45 W/(m·K)),并且膏状硅脂在压力下能被压得更薄,形成更好的接触。

2. 绝缘性带来的误解: 有时大家会觉得硅脂片是固体,不会像导热膏那样溢出影响其他元件,所以就随意放置。但即便它不溢出,如果其接触不良,其导热效果依然会大打折扣。如果发热源和散热器的接口处有其他需要高导热性的元件(例如一些笔记本电脑的供电模块),而你只在CPU上用了硅脂片并且没压实,那整体散热效果可能还不如妥善使用了导热膏。

3. 劣质硅脂片: 市场上存在各种品质的硅脂片。一些非常便宜的硅脂片,可能填充物很少,导热性本身就很差,而且缺乏弹性,即使施加压力也难以形成良好接触。这种情况下,不加压几乎没有意义,加了压效果也有限。

总结:

有效果吗? 有,但效果可能非常有限。硅脂片本身的导热性好于空气,所以只要能填充一部分空隙,就能起到基础的导热作用。
效果好吗? 远不如压实后。 压实是发挥硅脂片(以及导热膏)最佳性能的关键。压力通过形变增加接触面积、挤出残留空气和微小空隙,从而大幅降低接触热阻,是提升散热效率的核心。
会更影响散热吗? 有可能。 如果硅脂片厚度较大、导热系数不高,且又没有被压实,它形成的“阻碍层”可能比精心涂抹且压实的导热膏(或者本身接口处的微小空气间隙)更差,从而导致散热性能下降。特别是对于一些对温度非常敏感且功耗较高的设备,这种负面影响会更明显。

因此,虽然理论上硅脂片不压直接贴上“有”一点点导热效果,但从实际应用和最大化散热效率的角度来看,强制要求进行压实(通过散热器的重量或螺丝的固定)是发挥其作用的必要条件。如果不加压,尤其是对于一些要求较高的场景,其散热效果甚至可能不如使用了导热膏并且妥善安装的情况。

在实际操作中,如果你需要用到硅脂片,通常是配合带螺丝固定或重力的散热器来使用的,这些都间接完成了“压实”的过程。单纯的“贴上去”而没有后续的固定或压力源,其散热表现是相当不确定的,并且很可能低于预期。

网友意见

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散热硅胶片的热阻尽管小于空气, 但是远远大于散热片(铜或者铝)。

另外, 散热硅胶片的热阻也是大于硅 DIE 的;如果是塑料/树脂封装, 散热硅胶片也没有太大意义。

散热材料要看它们的热导率 thermal conductivity 和热扩散率 thermal diffusivity 。


请问散热硅脂片直接贴有散热效果吗?就是不用铜片压着,有效果吗?还是说会更影响散热?

即使没有温度计, 主板上也会有一个传感器(电阻或者二极管等等)可以告诉您温度是多少。即使不准确, 也可以计算相对的温升。

俺大俺地猜测, 不用铜片压着,散热硅脂片直接贴,不会有明显的散热效果甚至可能恶化。




大家慢慢计算吧。

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