流動性、熱導率
高效能晶片通常也會伴隨著廢熱，若是此廢熱無法依靠晶片封裝與電路板自然散發至空氣之中，我們就會替這個晶片加裝散熱片，加大與空氣接觸的面積。若是加大面積仍無法應付接連產生的廢熱，則可加上風扇加強空氣對流。無論是一般的氣冷/空冷散熱器，或者是水冷散熱器，都脫離不了這基本原理。
由於晶片與散熱器相互接觸的介面並不完美，導致廢熱並無法很好地傳遞，因此多數時候均會塗佈稱之為散熱膏（導熱膏）的熱介面材料。一般而言，散熱膏主要成分為矽油和氧化矽的混合體，也就是大家經常看到俗又大碗的白色散熱膏。若要加強熱傳導效率，可於散熱膏混入其它磨成粉末狀的材質，如銅、銀、金、鑽石、石墨……等。
若想將熱傳導率最大化，那是不是將散熱膏當中的金屬成分最大化即可？金屬成分最大化的情況，就是內容物百分百由金屬組成；金屬成分最大化，需要解決的問題即為易用性，絕大多數金屬於常溫呈現固態，少數金屬或合金於常溫下為液態，這些材質才適合交由消費者於實際應用時塗抹。
液態金屬≠液態金屬
許多人對於液態金屬的印象，除了俗稱水銀的汞以外，應該都是從乳摸傳得沸沸揚揚的 iPhone 外殼而來，這個都市傳說結果僅有於 SIM 退卡針使用。在正式進入本篇主題之前，有必要先釐清坊間這個「液態金屬」是什麼東西？以免和本篇主題傻傻混在一起，總是搞不清楚。
一般所謂的「液態金屬」，指的是在室溫或是接近室溫呈現液態的金屬，如汞（熔點−38.83°C）、銫（熔點 28.44°C）、鎵（29.76℃）、銣（39.31℃）等，iPhone 包裝附贈的 SIM 退卡針拿在手中顯然不會熔化，那為什麼可以稱之為「液態金屬」？這得要從該金屬合金的製備法說起。
多數金屬或是合金需要加熱至熔融狀態，或是加熱至接近熔融的溫度，才方便於製造過程塑型，冷卻定型後方便使用。一般製程的冷卻時間較長，金屬原子緩慢降溫時內部會逐漸形成晶格固定下來，但原子與原子之間形成晶格同時於多處發生，因此金屬緩慢冷卻後，內部晶格方向並不一致。冷卻速度越快，金屬內部晶格越小，具有較佳的剛性、較低的延展性；冷卻速度越慢，內部晶格越大、具有較低的剛性、較高的延展性。
了解金屬、合金內部具有晶格狀態特性後，讓我們把焦點移回 iPhone 的 SIM 退卡針，該退卡針採用特殊的合金配方（以鋯為基礎），使其內部更不易形成晶格結構，稱之為 amorphous 非晶質，因此具有比鈦更為堅硬的特質。
發明該合金成分比例的機構為加州理工學院，而後組成 Liquidmetal Technologies 公司，該合金則被稱為 Vitreloy，因此 Liquidmetal Technologies 所製造的金屬在常溫下並不是液態，Liquidmetal 僅作為行銷名詞之用，雖然中文都稱之為液態金屬，但跟本篇所要探討的東西完全不同。
汞、銫、鎵、銣選誰好？
說到室溫下為液態的金屬，多數人的第一個想法均為俗稱「水銀」的汞，不過汞對於生物而言具有毒性，將其密封於玻璃管的水銀溫度計已甚少使用，更別說是可能直接接觸到人體的散熱膏，因此汞雖然符合作為散熱膏的要件，卻因為其毒性而被排除在外。
如上所言除了汞之外，鹼金屬的熔點通常較低，例如銫、鎵、銣等 3 種金屬為潛力股，熔點分別為 28.44°C、29.76℃、39.31℃（鍅的熔點為 24℃，但是半衰期只有 22 分鐘，放射性極高！）。首先評估各金屬的毒性，銫對生物具有少量的毒性，銣雖然會被生物吸收，但並沒有明確的利用機制；安全性反而是銫與銣實際應用最大的缺陷，這 2 種金屬活性相當好，暴露在空氣中容易氧化，銫甚至能夠自燃，因此僅剩下對生物沒有毒性、使用上也較為安全的鎵。
鎵的熔點為 29.76℃，若要作為散熱膏使用則略高，總不能在夏天組裝電腦，冬天放假半年吃自己（又不是薑母鴨），幸好已知鎵與其它許多種金屬的合金能夠降低熔點（常見的材質為銦、錫），熔點也可以經過調整合金配方比例微調，於是乎目前市面上所有的液態金屬散熱膏，幾乎都是採用以鎵為基底的合金成分。
Intel 成液態金屬散熱膏推手
鎵合金熔點比室溫 25℃ 還要低的特性，並不是這幾年才被世人所發現，市場上卻是近期才由多家廠商推出液態金屬散熱膏，箇中原因得拜 Intel 之賜。Intel 於 Haswell 微架構世代桌上型處理器，處理器封裝內部晶粒與 IHS（Integrated Heat Spreader）接觸的 TIM（Thermal Interface Material）熱介面材料，過往使用低溫焊錫，該世代卻使用一般的矽基散熱膏。
雖然說 Haswell 世代產品的發熱量，封裝內部熱介面材料變更為矽基散熱膏也足以應付，但消費市場仍有 K 版超頻、S 版被動散熱的需求，遑論 TDP 不變的情況之下，製程微縮發熱密度更集中。有需求就有供給，加上一般消費者不容易控制低溫焊錫所需環境，遂以鎵合金液態金屬散熱膏替代之，也開啟了「開蓋上液金」的風潮。
豬怕肥、鋁怕鎵
液態金屬散熱膏優點多多，不僅熱傳導係數更高，同時保有矽基散熱膏室溫即可塗抹施作的優點，對於生物也沒有什麼毒性（接觸皮膚時會變黑，請以清水沖洗即可），但總該有些缺點，否則消費市場早就被液態金屬散熱膏所佔據，矽基散熱膏早該洗洗睡下架去。
液態金屬散熱膏顯而易見的缺點，即是金屬本身的導電性，一旦洩漏至電路板，甚至比水冷系統漏水更為致命。實務建議做法為確實塗抹，使用棉花棒推開液態金屬散熱膏，直到完整覆蓋整個晶片，而非傳統矽基散熱膏的中央一粒米法則。液態金屬散熱膏塗抹完畢之後，最好同時於晶片四周塗抹 1 圈矽基散熱膏，作為液態金屬不幸外洩時的第一道防火牆。
另外一個缺點則是與液態金屬的特性有關，當液態鎵碰觸到固態鋁時，會引起鋁的脆化現象，從外部施加應力時，鋁金屬便會粉碎，而非一般可以觀察到的形變。目前這種現象尚未出現經過證實的學說，但綜合多數科學家的看法，大多認為液態金屬與固態金屬互溶的過程當中，破壞原本固態金屬原子與原子間的應力，讓固態金屬失去原本的延展性，一捏就碎。
鋁與鎵互溶時，可以觀察到相當明顯的脆化現象，因此建議玩家至少要選擇銅底散熱器；但由於含量 99.9％ 以上的金屬銅相當軟，可能無法長期應付散熱器扣具壓力而變形，因此散熱器銅底大多為銅的合金，倘若此合金製備過程不完善，內部合金比例不太均勻，碰到液態金屬散熱膏也有機會觀察到一個個小圓洞侵蝕。最為保險的方法，在玩家選擇銅底散熱器的同時，銅底區域最好另行鍍鎳或是其它金屬保護層。
（下一頁：5+1 款液態金屬散熱膏介紹）
5+1 款散熱膏齊聚
PCADV 電腦王編輯部在過去 1 年當中，透過一些管道取得 5+1 款液態金屬散熱膏，其中包含與開蓋風潮一同竄起的老先覺 Coollaboratory Liquid Ultra、經常在德國超頻玩家 Der8auer 影片當中出現的 Thermal Grizzly Conductonaut，玩家之間暱稱暴力熊，以及近期加入的台灣廠商 Thermalright Sliver King。
除了上述能夠在台灣通路買得到的產品，這次也從中國淘寶買來 2 款，其一為 Ausbond A8 液態金屬散熱膏，另一款為 SuperMetal。原先預計將淘寶所見的液態金屬散熱膏全部購置，但官方禁運政策的解讀見仁見智，範圍很寬，部分產品可以寄送，部分款式卻被擋了下來，沒有辦法參與測試實屬遺憾。
液態金屬散熱膏要價不菲，1g、1ml 換算下來通常是新台幣數百元不等，但說破了其實就是鎵銦錫合金，各廠商再依據熱傳導性、塗抹便利性、熔點微調配方，因此筆者這次也直接購入不以散熱膏為宣傳主軸的鎵 75.5％+銦 24.5％合金（重量比），熔點約為 16℃，作為另類的選擇、比較。
Ausbond A8 液態金屬導熱膏
- 容量：0.3ml
- 比重：7g/cm3
- 熱傳導係數：＞128W/mK
- 工作溫度：-50℃～600℃
首先是來自中國廠商 Ausbond 奧斯邦 A8 液態金屬導熱膏，該公司主要生產產品以膠體為主。A8 液態金屬導熱膏包裝內容算是較為用心的廠商之一，除了容量 0.3ml 的液態金屬散熱膏，另外還附贈 1 條負責防止液態金屬外露的矽基散熱膏。
包裝內部塗抹工具也附贈 2 種，1 種為經常能夠看見的小型刮刀，另外一種則是用來突破液態金屬表面張力的小刷子。淘寶網的販售價格為人民幣 58.6 元，折合新台幣約為 252 元，1ml 售價約為 840 元。（匯率以 4.3 計，以下皆同）
Coollaboratory Liquid Ultra
- 容量：0.2ml
- 比重：6.85g/cm3
- 熱傳導係數：38W/mK
- 工作溫度：未標示（熔點 8℃）
跟上開蓋風潮的玩家，一定都聽過 Coollaboratory 這個牌子，記不住英文廠商名的人，也都會認得這個淺藍色包裝，因為這是當是市面上唯一一家推出液態金屬散熱膏的廠商。目前 Coollaboratory 共推出 Liquid Pro、Liquid Ultra、Liquid Extreme 3 種產品，熱傳導係數分別為 79WmK、38W/mK、41W/mK，但可能是塗抹容易度的關係，台灣市場比較容易買到 Liquid Ultra，價格大約是新台幣 450 元，1ml 為 2,250 元。
Coollaboratory 推出之時亦提供安全性報告，報告中指出該 Liquid Ultra 主要成分為鎵、銦，以及少部分的銠、銀、鋅、錫、鉍等元素。頗為特別的是，包裝附屬產品除了清潔棉片以及塗抹用小刷子，另外還有片菜瓜布，讓該散熱膏於金屬表面結晶時，有個移除的工具。
SuperMetal
- 容量：0.5ml
- 比重：未標示
- 熱傳導係數：未標示
- 工作溫度：未標示
這款 SuperMetal 液態金屬散熱膏有著精品級的包裝，一條針筒放置於紙盒中央，外部使用 1 張貼紙標示該產品於美國設計，並申請專利中，只是當筆者收到產品之後，淘寶賣場隨之關閉，其餘店家似乎也沒有販售，推測可能是賣家自行向工廠訂製，一定數量賣完即收。
與 SuperMetal 一同寄送的配件包括 1 個清潔棉片、塗抹棒，以及 1 罐容量不少的華能智研 HY510 矽基散熱膏，塗抹 Ryzen Threadripper 十次以上也沒問題。SuperMetal 液態金屬散熱膏容量也大方給，人民幣 65 元可以買到 0.5ml，折合新台幣約為 280 元，1ml 只需 560 元。
Thermal Grizzly Conductonaut
- 重量：1g
- 比重：6.24g/cm3
- 熱傳導係數：73W/mK
- 工作溫度：10℃～140℃
德國知名超頻玩家 Der8auer 在自己的處理器開蓋影片當中，經常使用 Thermal Grizzly Conductonaut 液態金屬散熱膏，因此 Conductonaut 也開始變得家喻戶曉。不過暴力熊價格部份就不是這麼親民，1g 包裝要價新台幣約 550 元，換算後大約只有 0.16ml，1ml 價格高達 3,438 元！
配件隨著高昂價格也隨之豐富起來，清潔棉片和塗抹用黑色棉花棒均附上 2 組，Conductonaut 液態金屬散熱膏針頭也有 2 種，其一為塑膠尖頭，其一為金屬尖頭，後者更容易掌握擠出量不至於浪費。
Thermalright Silver King
- 重量：1g
- 比重：6.77 g/cm3
- 熱傳導係數：79W/mK
- 工作溫度：-3℃～140℃
電腦王編輯部在策畫此一專題測試之時，正好耳聞國內廠商 Thermalright 也會推出 1 款液態金屬散熱膏，於是也把這款 Silver King 產品納入評測之中。台灣市場 Silver King 售價約為新台幣 280 元，容量約為 0.148ml，1ml 售價約為 1,895 元，其實也不算太便宜。
由於是後起之秀，包裝內容物融合前輩們的優勢，提供 1 個清潔棉片、2 支棉花棒、1 支小刷子、1 個金屬擠出頭。較為特別的是，官方宣傳品特地指出此款液態金屬散熱膏適合銅鍍鎳散熱器底座，可能針對此一材質略為調整合金比例。
Ga 75.5+In 24.5 合金
- 重量：10g
- 比重：6.35 g/cm3
- 熱傳導係數：20W/mK
- 工作溫度：16℃ 以上
由於液態金屬散熱膏的主成分為鎵、銦、錫，筆者在好奇心驅使之下，另外購買鎵、銦比例為 75.5％、24.5％的液態合金，加入這次的比較測試行列。之所以選擇這個比例，主要考量到鎵銦錫合金的熱導率與熔點，鎵比例越高熔點越高，接近 30℃ 的熔點不適合台灣地區冬天施作，銦、錫比例越高熔點越低，但合金熱傳導係數也會跟著降低。
由於這款液態合金直接由工廠出貨，不以散熱膏為市場宣傳術語，10g 售價只需要人民幣 35 元，約為新台幣 151 元，1ml 售價不到 100 元相當便宜。至於導熱能力與其它廠牌液態金屬散熱膏特調配方的比較，就請讀者移往下一頁一探究竟。
（下一頁：搭配 AMD Ryzen 7 3800X 與 Intel Core i9-10980XE 測試）
實驗設計也是學問
液態金屬散熱膏集體測試，筆者於多年前就想測試一番，但礙於 Intel 高階處理器內部熱界面材料仍為矽基散熱膏，僅於 IHS 與散熱器底座之間塗抹液態金屬散熱膏沒有太大的意義；若要開蓋將熱界面材料替換成液態金屬，那麼每測試一款產品，就要連帶更換處理器封裝內部以及 IHS 金屬上蓋與散熱器底座之間 2 個區域，工序繁複，更怕測試中途換裝多次讓處理器駕鶴歸西。
Intel 主流市場處理器直到 Core i9-9900K、Core i9-9900KS 又再度將封裝內部熱介面材料，換為低溫焊錫。此時為了與 AMD 產品拚搏，時脈設定得相當高，AVX2 指令集燒機測試經常可以突破 100℃，觸發 T state 反而不容易觀察各款液態散熱膏之間的差異。
Intel 於去年年底推出 Core i9-10000X 系列 HEDT 平台處理器，封裝內部使用低溫焊錫作為熱介面材料，AVX-512 指令集燒機時也不會過熱，於是乎 Intel 陣營代表就由 Core i9-10980XE 出任。
AMD 推選測試代表的方式較為簡單，Ryzen 系列處理器從第一代開始即使用低溫焊錫，作為封裝內部與 IHS 的熱介面材料（G 系列部分型號例外）。近期發售的第三代 Ryzen 桌上型系列處理器，經過一番測試，可以發現 Ryzen 7 3800X AVX2 指令集燒機溫度比起 Ryzen 9 3900X/3950X 更高一些，但還不到觸發 T state 的程度，因此就由 Ryzen 7 3800X 做為測試代表。
散熱器搭配環節，AMD 平台選用 MSI Core FORZR L 空冷/風冷散熱器，Intel 平台則是使用 Asus ROG RYUJIN 240 一體式水冷。為了避免主機板風扇溫控機制增加變因，上述散熱器風扇、幫浦均設定為 100％ 轉速。
除了 Ausbond A8 液態金屬導熱膏這款產品以外，其餘 4+1 款液態金屬散熱膏表現相當接近，各款差異僅有 1～2℃ 的空間。綜合 4+1 款 Windows 10 桌面待機與 AIDA64 FPU 10 分鐘燒機數據，Thermalright Silver King 於桌面待機時僅有 29℃（室溫 22℃），在 AMD 平台先行取得優勢。
將鏡頭拉往 Intel 平台，由於 HEDT 平台處理器晶粒、封裝較大，5+1 款產品差異也稍微拉大一些。各款 Windows 10 桌面待機表現相差無幾，Coollaboratory Liquid Ultra AIDA64 FPU 10 分鐘燒機數據稍高來到 55℃，Ausbond A8 液態金屬導熱膏則還在一旁劃圈圈，燒機溫度為高得多的 66℃。給予 Ausbond A8 第二次機會，重新塗抹後表現仍相當一致，在此可以確定這款產品於 Intel 平台表現同樣不佳。
SuperMetal、Thermal Grizzly Conductonaut、Thermalright Silver King、Ga 75.5+In 24.5 合金這 3+1 款液態金屬散熱膏，於 Intel 平台表現差異相當少，可以視為同一效能區間產品，Thermalright Silver King 在此以燒機溫度 52℃，對比其它產品降低 1℃，繼續拔得頭籌。
慎選液態金屬散熱膏
「江湖一點絕，說破不值錢！」藉由本文的詳細說明與實際測試比較，讓各位電腦王讀者理解，液態金屬散熱膏其實並不是紫裝+100 神奇的東西，合金主要成分多為鎵、銦、錫，並依據各家廠商智慧再調整比例。
譬如 Coollaboratory Liquid Ultra 添加許多額外的金屬粒子，能夠大幅度降低液態金屬的表面張力，讓該產品略為呈現膏狀、泥狀，即便在 5+1 款產品測試表現非首位，卻十分容易塗抹，與大部分玩家習慣的矽基散熱膏差不多，相當建議初心者購買，其餘產品的表面張力則有可能讓你塗到懷疑人生。
對於熟練的重度玩家而言，使用液態金屬散熱膏就是追求極致導熱表現，Thermalright Silver King 無愧於「銀王」產品名稱，於 AMD 平台、Intel 平台均以些微差距勝過其它產品，1g 售價為新台幣 280 元，1ml 單位售價也低於 Coollaboratory Liquid Ultra 和 Thermal Grizzly Conductonaut，在此獲得編輯推薦。
令人訝異的是，Ga 75.5+In 24.5 合金表現能夠擠進前段班，1ml 單位售價單位售價也不到新台幣 100 元，相當適合好人大量業務使用，若是有公司願意於一般通路上市，或許能夠如同 Y-500 矽基散熱膏的便宜大碗形象，成為每位 DIY 玩家的必備良藥。
最後筆者需再一次提醒，液態金屬散熱膏具有導電性，塗抹時請特別注意作好防護，施作四周另行塗上矽基散熱膏防止溢流。若是塗佈區域四周具有金屬焊點或是電子零件（如裸晶封裝四周經常安排陶瓷基層電容），也可以塗上保護漆進行絕緣，透明指甲油是個不錯的選項（別被女友發現特殊色指甲油怎麼少了一點……）。
延伸閱讀
測試平台
- AMD
- 處理器：AMD Ryzen 7 3800X
- 散熱器：MSI Core FORZR L
- 主機板：GIGABYTE X570 AORUS Master
- 記憶體：Micron Ballistix Elite DDR4-4000 8GB x 2 @DDR4-3200
- 顯示卡：NVIDIA GeForce GTX 2080 Ti Founders Edition
- 系統碟：GIGABYTE AORUS NVMe Gen4 SSD 2TB
- 電源供應器：Seasonic Platinum 1000W
- 作業系統：Microsoft Windows 10 Pro 64bit 1909
- Intel
- 處理器：Intel Core i9-10980XE
- 散熱器：Asus ROG RYUJIN 240
- 主機板：Asus Prime X299 Edition 30
- 記憶體：Kingston HyperX Fury RGB DDR4-3466 8GB x 4 @DDR4-2933
- 顯示卡：NVIDIA GeForce GTX 2080 Ti Founders Edition
- 系統碟：Plextor M9Pe(G) 512GB
- 電源供應器：Seasonic Platinum 1000W
- 作業系統：Microsoft Windows 10 Pro 64bit 1909
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