Roundup mit 5 Phasenwechsel-Pads im Test: Honeywell PTM7950, PTM7950SP vs. OEM PCM5000, PCM8500 und Thermalright Heilos

1 - Produktvorstellung und technische Daten 2 - Testmethoden und Equipment 3 - Wärmewiderstand 4 - Effektive Wärmeleitfähigkeit und Kühlungssimulationen 5 - Materialanalyse 6 - Zusammenfassung und Fazit

Heute werden wir immerhin fünf unterschiedliche Phasenwechsel-Pads unter die Lupe nehmen und auch in die kommende Datenbank einpflegen. Mit den beiden PCM5000 und PCM8500 teste ich zudem zwei OEM-Pads mit 0.2 mm Stärke, die man auch schon mal frecherweise als Honeywell verkauft (AliExpress, eBay), aber reine OEM-Produkte eines Drittanbieters sind und als solche wiederum legal in vielen gelabelten Produkten stecken. Zum bereits getesteten Honeywell PTM7950 gibt es noch das oder besser die Honeywell PTM7950SP als eine sehr viskose Paste, die ebenfalls als PTM beworben wird. Das Thermalright Heilos vervollständigt das heutige Quintett, denn ein echtes Gelid-Pad mit validierbarer Herkunft war bis zum Stichtag leider nicht aufzutreiben.

Phase Change Material (PCM) oder Phase Transition Material (PTM)?

Phase Change Materials (PCM) sind Materialien, die ihre physikalische Phase (z.B. fest, flüssig, gasförmig) bei einer bestimmten Temperatur ändern können und dabei große Mengen an Wärmeenergie speichern oder freisetzen. Sie werden hauptsächlich zur Temperaturkontrolle und Energiespeicherung verwendet, um z.B. in elektronischen Geräten und Batterien eine Überhitzung zu vermeiden. Während des Phasenübergangs (z.B. von fest zu flüssig) absorbiert oder gibt das PCM eine erhebliche Menge an latenter Wärme ab, ohne dass sich die Temperatur des Materials signifikant ändert. Wer sich noch nichts darunter vorstellen kann, mal was aus der Praxis: Es gibt diese tollen Taschenwärmer, die man im Winder im festen Zustand knicken kann, damit sie dann die vorher beim Erhitzen vom flüssigen in den festen Zustand gespeicherte Energie wieder freigeben. Es ist somit eine Art Latentwärmespeicher. Man liest ab und zu auch fälschlicherweise, dass PCM als Wärmeleitpad besser wäre, weil es zunächst die Wärme speichern und für den Phasenübergang nutzen kann, was aber komplett falsch ist.

Phase Transition Materials (PTM) sind hingegen Materialien, die Phasenübergänge zwischen verschiedenen strukturellen oder elektronischen Zuständen durchlaufen. Der Phasenübergang in PTMs führt zu einer Veränderung der physikalischen oder chemischen Struktur des Materials, was seine Eigenschaften zielgerichtet beeinflusst. Genau das ist es aber, was wir eigentlich als Wärmeleitpad brauchen! Beim PCM finden wir den klassischen Phasenübergang zwischen klassischen Aggregatzuständen (fest, flüssig), bei den PTM den Phasenübergang zwischen verschiedenen strukturellen Zuständen. Oder, um es mal auf den Punkt zu bringen: Das PCM dient der Absorption oder Freisetzung von latenter Wärme, das PTM nutzt die Änderung der physikalischen Eigenschaften ohne signifikante Wärmeaspekte. Also einigen wir uns begrifflich auf PTM, auch wenn manche Anbieter das noch nicht verinnerlicht haben.

Honeywell PTM7950

Mit dem Honeywell PTM7950 Thermopad und Graphen-Pads experimentieren viele Hersteller seit geraumer Zeit auch auf Grafikkarten. Mit gutem Erfolg, wie es vor allem AMD-Boardpartner (und AMD auf dem MBA-Karten) oder MSI beweisen. Paste hin oder her, gerade die Belastung auf Grafikkarten sind für viele normale Pasten auf lange Sicht eine viel zu schwere Bürde. Denn neben den wirkenden Horizontalkräften durch sehr unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Chip und Heatsink (deshalb testet man auch z.B. 1000 Zyklen), sind es vor allem die höheren Temperaturen und der direkte Kontakt zum Substrat ohne extra Heatspreader, die hier ins Gewicht fallen. Alterungseffekte wie  Pump-Out, Austrocknen und schlichte, chemische Degradation sind nichts, was heutige GPUs auf längere Zeit wirklich mögen. Neben dem 0,25 mm starken Pad erhält man noch ein paar Klebehilfen für das Applizieren kleinerer Abschnitte, was wirklich hilfreich ist (vor allem die 1 cm x 1 cm auf dem TIMA5 sind sehr fummelig). Das Pad war sauber in einer haltbaren Box verpackt.

Honeywell PTM7950SP

Diese PTM-Paste ist eigentlich ein Zwitter, denn es ist einerseits eine sehr viskose Paste und andererseits besitzt diese die Eigenschaften eines Phase Transition Materials (PTM). Der Vorteil liegt in der etwas besseren Ausfüllung der Unebenheiten und Spalte, wo das nur 0.25 mm dünne Pad bereits versagt, dafür ist aber der Wärmewiderstand etwas höher und man muss wirklich Skills beim Auftragen besitzen. Für den Rest gilt das bereits zum PTM7950 Gesagte. Aber ich bin gespannt, ob es eine praktikable Alternative sein wird.

Interessant ist übrigens hier die Herkunft. Als “Producer” ist eine Shenzhen Esamconn Electronics Co., Ltd. angegeben, die aber aufgrund diverser Recherchen ein reiner Reseller von allem Möglichen ist und selbst nichts herstellt. Also entweder, diese PTM-Paste ist eine extrem gut gelungene Fälschung, oder es wurde das Original abgefüllt und verkauft, wobei ich anhand der gemessenen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung eher auf das Original tippe. Aber egal, es ist auf alle Fälle repräsentativ, aber erwähnen muss ich es natürlich. Das Zubehör sieht zwar mit Spateln, Schraubendrehern und Pinsel sehr umfangreich aus, aber man sollte nicht blenden lassen, denn das alles bekommt man für unter 10 Cent im Einkauf.

Thermalright Heilos

Dieses Pad ist kein Honeywell PTM, sondern irgendein abweichendes OEM-Pad mittlerer Güte. Wir werden noch sehen, dass es tut, was es soll, aber keine Spitzenleistung vollbringen kann. Das liegt an vielen Eigenschaften, was auch aber später noch im Detail zeigen werde. Außerdem will ich mal noch nichts spoilern. Die Pad-Stärke liegt bei 0.2 mm, wobei man schon 175 µm und weniger ansetzen muss, weil sonst nicht genügend Kontakt für einen sauberen Burn-In existiert. Und nein, es ist nicht Helios, wie die Verpackung suggeriert. Schreibfehler oder Marketing-Gag?

PCM5000 OEM und PCM8500 OEM

Technische Daten

Da es bis auf die Produkte von Honeywell keine Datenblätter gibt, die den Namen auch wirklich verdienen, konzentrieren wir uns besser auf die echten Ergebnisse, die ich aber nicht spoilern möchte, deshalb lasse ich diesen Punkt an dieser Stelle heute einmal weg. Aber es gibt ja gleich die realen Messergebnisse, also immer schön neugierig bleiben und weiterblättern!

Weiterführende Links und Grundlagen