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“挖矿”专用导热垫？

最近，一款外表平平无奇的导热垫片突然就在几个显卡大厂那里成了“网红”。

某品牌 putty pad 凝胶级导热垫片

事情源于这轮比特币的前段时间的大牛市，搞得众多电脑发烧友都忍不住把自己打游戏的显卡也拿来“挖矿”。

结果就是高强度的哈希运算让大量普通玩家的显卡在短时间内密集“阵亡”！

所以为了劝退那些用游戏显卡挖矿的普通网友，某数码大V就专门用一块普通的RTX3090挖了七天的矿，想让大家直观地感受一下显卡会被摧残成什么样子。

结果七天后一看，除了电子元件的老化，更惨不忍睹的反而是显卡导热垫的“渗油”问题。

这个情况引来了网友的一片吐槽，大家都说现在显卡都卖到一两万了，怎么厂商还是舍不得用好一点的导热垫！

挖矿七天的显卡（B站@硬件大玩家）

其实，这次网友们还真就喷错了。因为一般能进到显卡大厂BOM表的导热垫片都是不会太差的“牌子货”，平常打个游戏什么的肯定都是OK的。

现在之所以出现这么严重的“渗油”，也只能怪“挖矿”运算太过繁重，动不动就让显存上到100℃的高温状态！再加上显卡一挖起矿来都是24小时连轴转，这就相当于把实验室的高温加速老化箱搬到了自己家里啊！

在如此严苛的环境下持续工作，就算再好的导热垫片也是难逃被“烤出油”的命运了吧！

挖矿七天的显卡（B站@硬件大玩家）

就在显卡厂商对此一筹莫展之际，他们收到了材料大厂某品牌送来的几张新款导热垫片……

putty pad 导热垫片

其实刚拿到这些垫片样品的时候，工程师们还是持保留意见的。

主要是这个垫片实在是太软了，(邵氏00) 5的硬度与其说是垫片，倒不如说它就是压成片的“凝胶”！

毕竟从材料技术的角度来看，想让导热垫片获得一个非常低的硬度并不太难，问题是这样做会牵一发动全身，其它更关键的性能必然就要做出牺牲了！

正因如此，虽然从应用的角度来说，导热垫片是越软越好，可是各大材料厂商依然很克制的把硬度都控制在了(邵氏00) 20以上。

几种邵氏硬度的粗略对照，非精确数据仅作参考

但是当125℃、48小时的“渗油量”数据出来后，之前还不以为然的工程师们就开始认真起来了！

大幅改善“渗油”问题的某品牌导热垫片

等到一圈测试的结果都跑出来，更是直接让众人直呼“真香”！

因为无论是定量的热失重还是上机的实测，这款新垫片都展现出了拔群的热稳定性能！

这个结果甚至让工程师们觉得，多年来一直都搞不定的显卡“渗油”问题，没准这次还真就要取得重大突破了！

大幅改善“渗油”问题的某品牌导热垫片

那么问题就来了，所谓导热垫的“渗油”问题究竟难在哪里？怎么就把各路专业人士困扰了这么多年呢？

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无解的“渗油”

其实，基于现有的有机硅理论，导热垫片的“渗油”是不可能彻底杜绝的，原因很简单，因为导热垫片本身就是由“硅油小分子”构成的。

如果把导热垫比作一个房子，那么硅油小分子就是盖房子用的砖头；而“交联剂”则相当于把砖头砌成房子的水泥，它能和硅油小分子的官能团发生反应，把这些短链小分子都连接在一起，形成具有立体网络结构的超大分子集团。

这个化学反应体现在宏观层面，就是液态的“硅油”在“交联剂”的作用下最终变成了固态的“导热垫片”。

导热垫片的微观构成（简化示意图）

也就是说，交联剂是让“硅油”变成“垫片”的关键角色。

如果交联剂没加够量，就会有部分硅油小分子一直游离在垫片的主体结构之外。一旦温度升高，热力学的“熵增”定律就会驱使这些硅油小分子向着导热垫的表面扩散。

从宏观角度来看，就是导热垫片“渗油”了。

交联密度与渗油量的关系

如此说来，要想降低渗油量，是不是只要多加交联剂就行了啊？

的确如此，有研究人员就按照这个思路做过实验。发现在相同条件下，交联密度12%的导热垫片的渗油量，要比交联密度6%的垫片少了240%。（导热有机硅复合材料的制备与应用性能研究_王亚龙）

可以说只要舍得放交联剂，“渗油”问题立刻就能得到控制。

交联密度与渗油量的关系 （导热有机硅复合材料的制备与应用性能研究_王亚龙）

但遗憾的是这个办法属于“按下葫芦起了瓢”，因为随之而来的问题就是垫片的硬度大幅度上升。

关于这个现象也有研究人员做过实验，他们发现当交联剂的添加量增加8%，导热垫片的硬度就会从(shore 00) 21.8一下子飙升到80.9。（低挥发超柔软高回弹有机硅导热垫片的研制_叶恩洲）

交联剂添加量越大，垫片硬度越高 （低挥发超柔软高回弹有机硅导热垫片的研制_叶恩洲）

那么把这两个实验整合一下就能得出一个结论：

• 交联密度越高，渗油量就越少，但付出的代价是垫片会变得硬邦邦。
• 而如果交联密度降低，垫片会变得更柔软，但是渗油量又会增加！

如此看来，做为导热垫片，天生的底子就是如此，这也就决定了在相同条件下，它很难一边让自己变得更软，而另一边又把渗油量降得更低！

“更低渗油”与“更低硬度”难以兼得

那么作为材料厂商来说，也只好两害相权取其轻。毕竟显卡里面那么多的CTQ需求也是有轻重缓急的，所以大家都是先把垫片做得足够柔软，然后再回头想办法控制渗油问题……

如此看来，某品牌那款让显卡厂商直呼“真香”的导热垫还真就属于一个“异类”了——

• 一方面把渗油量降到了极低的水平；
• 但是同时硬度也被降低到了凝胶级别；

如此赤果果地无视“交联密度”的各种制约，难不成这个软得像“凝胶”一样的导热垫，真实身份其实就是穿着垫片“马甲”的凝胶？

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“凝胶级”导热垫片

“凝胶”这种材料最大的优势就是“软”，软到自己都没有一个固定的形态。

不管是与多脆弱的电子元器件接触，肯定都是导热凝胶靠改变自己的形状来迁就对方。所以使用了导热凝胶的电路板一般都不用担心受到什么“回弹应力”的压迫！

而它之所以能做到这么软，主要是因为构成凝胶的硅油小分子交联起来的形态是线性的长链。这些长链互相缠绕在一起，就像一碗泡好的方便面——看起来是很实秤的一坨，但是其实身段柔软得很，自然也不会有什么压缩回弹应力了！

“凝胶”的微观结构

相比起来导热垫片的内部结构就比较“刚”了。

如果说凝胶像泡面，那么垫片就比较像刚出锅的馒头——硅油小分子们被交联成了稳定的三维立体架构，摩尔数量级的小分子们会彼此支撑共同对抗外界作用力。

体现在宏观，就是所有垫片都应该具备的压缩回弹应力！

“垫片”的微观结构

如此说来，要想判断一块高分子导热复合材料究竟是“凝胶”还是“垫片”其实非常简单——只要拿测试仪压它一下，看看有没有压缩回弹应力（残余应力）就行了！

压缩形变测试

数据不会说谎，在压缩测试的“瞬时应力”项目中，这款垫片与对照组凝胶的曲线非常接近。

这个数据反映的是材料被压缩过程中展现出来的应力，差不多可以理解为我们一般所说的“硬度”。

所以在“硬度”方面，这款垫片的确和凝胶非常接近。

压缩形变测试的瞬时应力数据（honeywell）

但是在“5分钟残余应力”项目中就能看出差别了——

凝胶不管被压缩了多少，静置5分钟后的残余应力自始至终都是0 psi！

这个数据很好地诠释了什么是不主动、不拒绝！不管你怎么挤我，我顶多就是和你“贴着”，想让我给你来个应力的反馈那是不可能的！

这种状态平时倒也不会有啥问题，不过如果突然遇到外界的扰动，就难保凝胶和元器件之间不会出现罅隙了。

压缩形变测试的5min残余应力数据（honeywell）

而这款垫片的表现就很有“垫片”的样子了！不管被压缩30%还是70%，5分钟后做为弹性体该有的“残余应力”始终都在。

但是更为难得的是，相较于主流的导热垫片，这款垫片的“残余应力”要低很多。

这种特性会让垫片在平时就如凝胶那般对组件温柔以待；但是在遇到外力扰动时又能有力撑住发热元器件，始终保持一个比较低的界面热阻！

如此看来，也难怪这个新推出的产品线要叫做“Putty Pad 凝胶级导热垫片”了。

所以说，材料的进步都是被用户的需求倒逼出来的，比如有机硅材料的大爆发就全靠上世纪中叶人类频繁的航天活动。

导热垫片是越软越好，但“软”的代价是难解的“弹性缺失”与“高温渗油”！所以应该感谢比特币“矿机”的极端需求，终于倒逼材料厂商突破技术瓶颈开发出了极低硬度、极低渗油的“凝胶级导热垫片”。

这么说来，这次某材料大厂能在凝胶级导热垫片方面取得如此突破，就该归功于刻苦“挖矿”的广大电脑玩家了吧！

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