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为什么一些英特尔CPU放弃硅脂改用钎焊？
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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：
为什么一些英特尔CPU放弃硅脂改用钎焊？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
英特尔公司大概不会喜欢“牙膏厂”这个称呼，但在玩家看来英特尔这几年来的处理器升级真的是在挤牙膏，特别是14nm节点之后，已经推出了四代使用14nm工艺的酷睿处理器了。不光是挤牙膏，有时候大家还调侃英特尔牙膏挤多了又给缩回去了，特别是在硅脂导热这件事上，许多玩家在这个问题上已经纠结了6年了，超能网的文章评论经常可以看到有人吐槽“硅脂U不买”，好在今年的九代酷睿处理器上，英特尔狠狠挤了一大管牙膏，不仅给主流处理器升级了8核16线程，还重回使用了钎焊导热工艺。
导热硅脂：
关于硅脂，很多玩家都很熟悉了，这里就不详细介绍了，因为超能网11年前做过一次硅脂横评，这篇文章对硅脂的用途、作用有过详细介绍，迄今依然不过时。
沙场秋点兵，16款导热硅脂大比武
钎焊
英文是solder，写过这么多关于处理器的钎焊导热的文章，solder这个可以说一种工艺，也可以理解成一种材料，特别是对应硅脂的时候。这里就引用维基百科的一些解释：
通常为锡的合金，故又称焊锡，为低熔点合金，在焊接的过程中被用来接合金属零件， 熔点需低于被焊物的熔点。一般所称的焊料为软焊料，熔点在摄氏90~450度之间，软焊广泛运用于连接电子零件与电路板、水管配线工程、钣金焊接等。手焊则经常使用烙铁。使用熔点高于摄氏450度的焊料之焊接则称为硬焊（hard soldering）、银焊（silver soldering）、或铜焊（copper brazing）。
上面是通用的解释，至于处理器中所用的钎焊还有别的不同，它使用的材质多数含有铟（In），有的是纯铟，也可以是金铟，也可以是铟锌铋等等。含铟焊料的优点如下：
·铟具有良好的延展性与可锻性，仅使用中等压力，就能使其变形并填满两个配合件之间微小的不平缝隙。·这种延展性和可锻性在超低温下仍得以保持，因此组合件即使在恶劣的环境中也能保持有效密封。·铟的导热率较高（在85°C时为86W / mK），因此被广泛应用在热管理应用中，散发电子元件产生的热量。·在绑定不同的元件时，铟能补偿不同的热膨胀系数（CTE）。·即便只含有少量铟，电子装配中使用的焊料的热疲劳性能也能得到改善。·某些含铟合金的熔点低于180°C，因此非常适合多次焊接或者需要较低回流温度的焊接。·铟的蒸汽压力低，适合高真空焊接。·铟合金焊料在跌落试验中的耐抗程度优于其他低熔点合金。
不同焊料的特性及导热系数
处理器的散热结构：从核心到散热器的两道坎
从散热角度来说，处理器核心与散热器底座无缝贴合的话，散热效率是最高的，但是晶圆厂生产出的芯片太脆弱了，所以需要一层金属盖保护，这就是IHS（Integrated Heat Spreader，集成散热反变形片），它可以保护CPU核心，但是多了IHS就相当于多了一层散热结构，所以CPU安装散热器的时候需要涂抹硅脂在顶盖上以提高导热效率（相对空气而言），这部分就是TIM（Thermal interface material，热界面材料），最常见的TIM材料就是硅脂，高级点的有液态金属等。
处理器内部的导热介质（图片来源于Wikichip）
具体来说，TIM还分为两层，我们安装散热器涂抹的那一层TIM是TIM2，IHS与CPU核心的那一层是TIM1，这个就是现在的PC玩家杯葛了六年多的硅脂（Thermal Paste）vs钎焊（solder）事件的冲突核心。
英特尔处理器从钎焊到硅脂再到钎焊导热的旅程
为了更好的散热，处理器通常都是钎焊导热的，AMD哪怕是在比较低端的CPU及APU上都在坚持钎焊导热，英特尔之前也是如此，一直坚持到Sandy Bridge架构的酷睿i7-2600K这一代上，但是从2012年的22nm工艺的Ivy Bridge处理器，也就是酷睿i7-3770K处理器开始，英特尔开始“堕落了”，放弃钎焊开始使用硅脂，先是在主流处理器上这样做，接着发烧级平台的Core X系列处理器也遭到了黑手，然后Xeon处理器也一样开始用硅脂，直到九代酷睿处理器重新使用钎焊，前后历时六年时间。
酷睿i7-3770K开盖，开始用硅脂了（图片来源）
这是硅脂导热的8代酷睿处理器
开盖后的酷睿i9-9900K处理器（图片来源）
这个过程没什么可说的了，老玩家应该多少了解一些，过去六年中DIY玩家提到这个问题就满脸的不满，一是因为从焊料到硅脂，两种材质的导热系数可是天渊之别，硅脂典型的导热系数是2W/m·K，焊料因为还有多种金属元素，导热系数要高得多，不同成分下50-80W/m·K的导热系数都是有的。
不管怎么算，从钎焊到硅脂都是导热能力的极大下降，理论上导热效率损失90%都是可能的，而且硅脂的成本更低，工艺也更简单，所以很多人把英特尔这次改变视为奸商抠门之举，刚好2012年的时候AMD的处推土机处理器已经失利，英特尔没有竞争压力了，所以这个说法是最流行的。
千古之谜：英特尔为何冒大不韪用硅脂？
在放弃钎焊换用硅脂的六年中，英特尔官方对这种转变一直没有公开解释，在一些玩家看来，被骂了6年也不敢解释更坐实了英特尔是为了省钱才换的说法——不怪人民群众喜欢阴谋论，从钎焊到硅脂确实可以节省成本，就算减少1美元的成本吧，英特尔一年出货量的处理器数量在2.5亿左右，算下来也要2-3亿美元，虽然相对每年一百多亿美元的净利来说不值一哂，但蚊子肉也是肉啊。
上面这个解释合情，但我个人并不认同这种猜测，省了钱是英特尔改用硅脂导热的结果，但不是英特尔这么做的原因，这事应该不是从商业角度考虑的，而是背后有技术原因。
当年酷睿i7-3770K开盖事件频发时，还有一个解释听上去更合理——英特尔改用硅脂导热的节点是22nm的IVB处理器，相比32nm的酷睿i7-2600K，酷睿i7-3770K的核心面积在更先进的工艺下从216mm2直降到160mm2（4核+GT2核显级别），之后的4代、5代、6代及7代酷睿处理器的核心面积越来越小，酷睿i7-6700K只有122mm2，而钎焊过程中核心越小，工艺难度越大，所以英特尔开始改用硅脂导热了。
非洲的冲突有可能影响处理器的钎焊，这又是蝴蝶效应的一个例子（图片来源）
除了这个原因之外，还有一种说法与环保有关，欧盟2006年开始全面推行RoHS标准，禁用了有污染的含铅工艺，英特尔在2007年就表态45nm及之后的处理器已经是无铅工艺了。此外，英特尔之前也开展了无冲突矿产行动（冲突矿产百科），2009年首次对合作伙伴的冶炼厂进行审查，涉及金、钨、锡、钽四种矿产，而金、锡金属正是钎焊中的重要材料。
从英特尔发布的无冲突矿产报告来看，他们加入并完成这个承诺的时间段正好是在2012年前后，受此影响而在IVB处理器那一代弃用金属焊料工艺也是有可能的。
当然，这样的话又不能解释为什么九代酷睿处理器又能用钎焊工艺了，除非这两年英特尔搞定了无冲突矿产行动中受影响的供应链。
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