图1：PS 5外观图
PS5- 这款日本索尼公司2020年10月上市的游戏机，是它引领着我走入了如今的热设计领域，吸引我的并不是身为游戏爱好者，而是这款产品中第一次听说的“液态金属”。
跟钣金打交道，金属料件的SECC，SGCC，SUS都是耳熟能详，可是“液态金属”还是头一遭，好奇心驱使，耐心的看完了整个PS5的拆解，老高的心中对GPU和液态金属的样貌也有了一个基础认识。
图2：PS 5拆解图之PCBA
从拆解视频中可以直观的看到，PS5所用的GPU核心die是直接裸露在外的，从散热的角度，这样可以保证热量更加有效的传输到散热器中，提高热能的转换效率。
而涂抹在核心die上面的就是液态金属，流动性可见，似水一般。
据了解，液态金属在常温常压下呈液体状态，可流动，具有较高的热导率，但同时也有导电性，这可能也是为什么核心die周边可以看到泡棉类防护材料的原因，据说索尼公司为验证此密封效果耗时2年。
相比较任天堂Wii这类游戏机，PS5的尺寸可以用“巨型”来形容，而仔细查看其散热器及风扇，也就不奇怪为何如此之大了。搭载350KW功率的电源，想要降低随之而来的热量以保护CPU的正常运行，这应该也是设计所需。
图3：PS 5拆解图之热管散热器模组
图4: 350W电源搭载28W的12047风扇
除了PS5的裸die CPU，好奇的小伙伴肯定要说怎么我们平时看到的CPU都是有一层银灰色盖板？
图5: 银灰色金属顶盖的英特尔 AMD之CPU
原来，CPU在业界本身就有带盖和不带盖之分，金属顶盖是为了保护CPU的核心die不被压坏，比较多见于台式机及其它搭配不同散热器的电子产品，为了保证散热器与CPU上盖之间的良好接触，通常都会有很大的压力作用于此，如没有这层金属顶盖，CPU的核心是有可能会被压坏的。
图6：带金属顶盖CPU 塔式散热器
继续深究CPU，无论是知乎，还是B站，你都会发现很多有趣的名词，比如“开盖” “翻车”？
开盖，顾名思义，就是打开盖子，那这个盖子其实就是CPU的金属顶盖。而之所以会有这般神操作，主要是因为核心die与金属顶盖之间是有间隙的，如果仅仅是空气，热阻会比较大，由此会降低CPU的工作效能。而开盖操作的动机主要就是此处填充这个空气间隙的导热介质是硅脂，导热率不仅比较低，而且硅脂在长期运用下，忽冷忽热的温差变化还会慢慢变干变硬，影响CPU的运用寿命，而用户为了完美的提升使用感受，就会“铤而走险”的进行开盖操作，以更换导热介质“硅脂”为“液态金属”。
翻车，其实就是开盖后更换原来的导热介质硅脂为液金，相对于硅脂，液态金属的导热系数虽然很高，但如上所述，有导电的风险，更换液金的同时，需要同步做好防护，如果防护不到位，就会造成电脑的短路，甚至挂机，也就是翻车。
图7：金属顶盖CPU结构简化图
除了硅脂CPU，还有一种叫钎焊CPU。
如前所述，CPU的核心die与金属顶盖之间是有一层空隙的，填充导热介质为硅脂的称之为硅脂U，那如果导热介质更换为钎焊，那就是钎焊CPU。
什么是钎焊？
钎焊实际上是一种工艺，是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。据了解，钎焊U采用的是铟作为核心与顶盖之间的填充物，然而，并不是单纯的铟加热到一定的温度就可以直接进行焊接的，实际情况要复杂得多。
首先，作为CPU金属顶盖的核心材质实则是铜，但铜会在空气中发生氧化反应，所以，为了可靠性要求，铜盖表面有做了表面处理，镀了一层镍；
其次，镍是一种无法跟铟直接结合的材料，所以为了保证与铟的完好结合，中间还得添加一层金，没错，就是黄金层；
然后，核心die的材质为硅，铟与硅的长期接触后会侵入到CPU内部，进而损坏CPU的功能，于是，核心die的硅层上方还设置了两层防护，分别是钛层与镍钒合金层
最后，为了让铟融化后能均匀得铺开，在铟和钛之间又添加了黄金层。
于是，你得到了一个如下图所示的钎焊多层夹心板 ：
图8：CPU 钎焊层示意图
接下来将工件升温到各焊料层融解形成铟镍金合金并渗入焊件表面缝隙，等温度降下来焊料凝固后焊接就完成了。
钎焊工艺形成的焊料的导热系数约为80W/mK，而普通硅脂的导热系数一般在6W/mK内，相较而言，在TIM1这块的导热效率钎焊必然会高出很多，只是各种贵金属的加入，钎焊的成本想必也是非常高。这也许也是英特尔为何在2代i7钎焊后，接下来的产品大都是硅脂U的原因。
写到这里，希望各位小伙伴跟我一样，对液金/CPU都有了一个新的认识，人生就是在这样的路上不断得成长，共勉！！关注我，我是导热材料专家，氪星纪元-老高。
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