本文成文于2025年8月底，本次专栏的缘由其实是霍尼韦尔已经开始“公测”其下一代相变导热材料——PTM6880。宣传语非常唬人：“PTM6880让泵出成为过去式”（无论几次看着宣传语，我都觉得有点过于狂妄了）。这就让我想到一个问题：导热材料厂是如何测试其材料的抗泵出能力的？所以就有了本次专栏。又由于要说明白此问题，内容多且复杂，遂决定还是分成上下两期。
对于本次的问题，最简单的找答案方式肯定是去材料厂的测试报告里寻找，比如我这次主要的参考资料就是从本世代口碑最好的抗泵出材料——霍尼韦尔PTM7950相变的可靠性报告。但这是下期专栏要分析的内容。
在此之前，对于泵出现象，我来做点背景介绍
1. 泵出现象是啥？
答：这个词汇特别形象，看图便知道效果了。一切的缘由都可以归到“热胀冷缩”，让芯片头顶变得尖尖的。
当安装导热材料的时候，芯片不通电也不发热，温度接近室温，此时芯片非常平整，散热器也很平整，对应作为填冲缝隙功能的导热材料在两者间的厚度也会比较平整。
而芯片工作的时候开始发热，芯片比较大幅度的膨胀，而此时芯片底板（Substrate）的PCB膨胀幅度的小，散热器也只有小幅度的膨胀。专业说法叫做热膨胀系数（CTE）不匹配。
几个材料形变不一致的结果是，芯片明显相对往上拱，专业术语叫芯片翘曲（Warpage）。中间高发热区域和散热器的间隙变小了，低发热区域的间隙变大了，高发热区的导热材料受迫往低发热区的移动。
长此往复的这种冷热循环，明显就会让核心高发热区和散热器间的导热材料慢慢变少变薄，直到两者接触不上，产生断层，此断层处的导热能力会非常差，造成的结果就是CPU或者GPU的温度（特别是热点温度）不正常的上升。
2. 此效应会让芯片上的导热材料出现什么现象？
答：这在我之前的专栏里有写过。比如对于硅脂来说，高温区的硅脂由于内部的导热填充料跑掉，从现象上来看就显得变稀液化了。
而对于相变化导热材料也差不多，在我的天选4上拆机后发现，核心高发热区有发白发粉的物质产生，疑似是泵出后没有了对应的导热颗粒，只剩下了石蜡而导致的。
3. 影响泵出效应的因素有哪些？
答：从上述的原理上看，翘曲的幅度越大，泵出效应越明显。
而这也分两头说，在芯片结构一定的情况下，热密度越高，芯片翘曲幅度也就越大。而在同样的芯片热密度下，封装工艺也会影响翘曲程度。
热密度这个主要看制程（晶体管密度）和性能释放，像之前45，32nm的时候，晶体管密度上不去，频率也跑不了很高，功率低，芯片面积还大，自然热密度就低，泵出问题影响很小。而如今3nm，7nm的新工艺让晶体管密度成倍增加，为了高性能释放，功率设定也日趋激进，两相结合，热密度就明显翻了不少倍。
而谈到封装工艺，可以看下图，它形象的解释了加顶盖（lid）和芯片加强环（stiffener ring）后的芯片为啥更不容易有翘曲和泵出，其实就是通过多个结构把芯片尽力拉平了。
有文章有限元分析芯片达到165°后的结果如下：
1. 裸芯片的翘曲幅度可以达到数百微米级。
2. 有个盖子确实能降低不少翘曲幅度。
4. 导热材料在什么常用芯片上比较容易受到泵出效应的影响？
答：从前面的影响因素里可以看出，裸芯片+高热密度的芯片最容易“中招”，而对普通人来说，笔记本CPU是完美符合这两点的要求的。
首先是热密度
热密度的突飞猛进，在我查资料对比前，有点难以想象。
拿牢英的芯片举个例子（AMD之前的移动版CPU简直查无此人），初代酷睿i7系列笔记本芯片i7 720QM，硅片面积296mm^2,TDP45W,当时的TDP还是比较有含金量的，因为当时CPU的turbo的频率不高，时间也短。
具体量化来说，NBC当年的测评显示，一台ROG的旗舰本G73JW（重达4kg），烤机释放也才55w，就已经被说释放强大了。
而最新的ultra 275 HX系列芯片，硅片面积303mm^2。
微星肌肉本的性能释放甚至已经可以到单烤稳定200W了。
由于它俩的芯片面积几乎一样，光这个名义热密度已经差不多有接近4倍的差别了。实际更加感人，因为新CPU内部非计算的面积占比，其实是变大的，老CPU反而由于内存和PCIE规格差，核心占比高。
比如275HX的绝大多数发热都在Compute Tile上，其面积也就117mm^2.
稍微对比下初代移动版i7的图，就能发现，老i7的核心+L3，占比明显大于1/2了
稍微算下热密度，笔记本上最新款酷睿的热密度大约是最老款的5-5.5倍。这种情况下，新移动端CPU有明显的泵出效应导致的衰减就不难理解了。
至于裸die这个问题，就不用多解释了，台式机其实也有热密度翻了多倍的问题，但是台式机CPU是有盖子的，受到的影响相对小不少。
除了移动版CPU外，最新5nm制程的小核心显卡也是泵出问题的重灾区，比如我上面天选4上用的4060显卡，即使配合相当耐泵出的7950相变，也遇到了明显的泵出现象。原来我还很不理解，但是当看了dieshot后，我就恍然大悟了。
首先这货本来芯片面积就小的离谱，才159mm^2
看dieshot后，发现其实际高发热的核心部分竟然只有我标红色的总面积一半不到的位置。
所以这货的核心发热区也就70mm^2。但是其功耗墙是140W，相当的高。其热密度可长时间的达到2W/mm^2,甚至比Ultra275HX的 200/117=1.709W/mm^2还高点，这就能解释为啥爆出所谓的40系显卡硅脂寿命差的问题，之前在30系上只需要应付0.3-0.6W/mm^2的热密度就够了的材料，面对2W/mm^2的热冲击，泵出的特别快是很自然的现象。顺理成章的，最新的一代卡，无论A还是N，OEM厂子普遍喜欢上7950相变也就容易理解，毕竟“经典老方”——众硅脂们普遍已经扛不住3年的保修时间了。
5.导热材料为了对抗泵出效应，做了哪些工作?
答：从前述的泵出过程可以看到，导热接口材料夹在芯片发热面和散热器间，直接受到冲击，所以最新一代的导热材料必须做些措施来对抗泵出。
A.最经典的就是相变化导热材料的“复活”，我之前的专栏写过这条脉络，大家有时间可以看看。
导热介质相变篇开篇，以一款莱尔德典型的相变材料解释下为啥此类材料之前火不了
此条技术路线能比较好的面对泵出的原因用下面两张图就能解释：
传统硅脂里面用的短链硅油，在受到泵出冲击的时候，硅油没啥束缚填料的能力，多冲击几次，填料就移位，出现前述的硅脂变稀疏的现象了。
而相变化导热材料是：利用树脂类的长链分子用力拉住各个导热颗粒，在受到泵出冲击的时候，导热颗粒相对不容易被冲出原位，自然而言就有更好的寿命。
B. 硅脂们也在积极应对泵出，用的方法就是抄相变，增强对于导热填料的拉力，比如8225硅脂就明确添加了交联剂（类石蜡）来抗泵出，之前出的8117硅脂好像也是这个套路。天下文章一大抄嘛，互相借鉴是很常见的套路。
信越8225硅脂测评，敢和相变比耐久的新一代寿命王，新时代的7921
信越8117硅脂测评，信越在接近10年后终于整出了全面超过自家经典7921的方子
C. 碳纳米管，我之前写过专栏介绍的Carbice的ice pad，这玩意从原理上来说就对于循环压缩的应力几乎免疫
与之类似的还有鑫谷石墨烯，它和碳纳米管的技术细节虽然不同，但效果差不多，我之前也测评过。
测测除液金外的非绝缘导热材料们——鑫谷石墨烯，第二轮导热材料测试冠军
6. 除了导热材料，其他环节对此效应还能有优化吗？
答：有。当我们从导热材料失效的角度角度讨论此问题的时候，一般会先入为主的认为泵出效应只对导热材料有较大的害处，其实不对，从前述的泵出效应过程来说。芯片周期性的凸起-凹陷，受力的对象从上到下，除了导热材料，还有硅片本体，硅片下面的锡球，硅片和下面PCB中间的底填（downfill）材料，下面的PCB，下面PCB的锡球。既然如此，面对泵出效应，各个环节都需要各自出力。
我也并不是相关行业的，所以就只能说点我查资料时候看到的相关措施。
首先是芯片封装用的底填料，这就要请出我频道的另一个老朋友——汉高。它做的导热材料我觉得一般般，但是查了不少资料后，发现它在半导体封装材料方面的水平很厉害，不愧是做粘胶剂起家的。比如对于底部填充胶，新款就特别讲究低应力和低翘曲，对于泵出明显是一种优化。
其次就是我前面已经提到过一次的——加强环(stiffener ring)，首先可能很多人不认识啥叫加强环。但是看下图就知道了，就是芯片基板PCB上略低于die的一圈。
在之前的笔记本用的cpu可是没这玩意的，比如我老的aero15笔记本用的i7-9750H就是没有加强圈的。
加强圈最大的意义肯定是加强，但对于加强的理解一般都是限于下图的防止芯片die被散热器压坏
但是对于翘曲的控制，确实没啥人提到，算是某种无心插柳。
在闲话完泵出效应后，下篇会聊聊对于抗泵出能力，各个导热材料厂子都是怎么测试的。
