Was aber doch sehr für das allgemeine Thema hier interessant ist, daß feine Aluminium Partikel einer bestimmten Größe
hier wohl zur Wärmeleitung benutzt werden. Was ja auch etwas Sinn macht (Alu hat gute Wärmeleitfähigkeit); jetzt warte ich Mal gespannt darauf, was in den anderen Pasten und Flüssigkeiten drin ist. Wär doch interessant, was da den Unterschied von nicht-leitenden und elektrisch leitenden Lösungen ("liquid metal") ausmacht.
Kurz Platt gesagt, neben der Wärmeleitfähigkeit spielt auch der (Gesamt-) Wärmeleitwiderstand zwischen Chip und Kühlfinnen eine Rolle. Stell dir Wärmeleitpaste wie Schmiergelpapier vor und Flüssigmetall wie Vaseline (aus Sicht der
Wärme). Jeder Materialübergang (Partikel -> Partikel oder Partikel -> Flüsissigkeitmolekühlkette -> Partikel) verschlechtert den Widerstand so weit, das der theoretisch super geringe Widerstand innerhalb eines dieser Alubällchen beinahe komplett vernachlässigt werden könnte. Ich meine mal über eine Formal gestolpert zu sein, die diesen Widerstand komplexer Materialien als Annäherung wiederzugeben vermag (ich bin kein gelernter Mathematiker/Physiker und drücke mich daher laienhaft aus
).
Flüssigmetall besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von vllt. 80W/mK
Normale Wärmeleitpaste eine von irgendwo 6W/mK .
Silber besitzt eine von 430W/mK.
Nehmen wir jetzt das Silber als sehr optimales Pulver mit Silikon, im Verhältnis 90/10 oder so (keine Ahnung, <insert sinnvoller Wert>), und geben das auf eine dafür optimale Oberfläche, so würde die Intuition sagen: das besteht zum größten Teil aus Silber, Silber leitet gut -> das kann nur besser als das Flüssigmetall bzw. die normale Wärmeleitpaste sein. Das Prinzip: Chip -> Partikel -> Flüssigkeit(-Molekühlfläche) -> Partikel -> Partikel -> ... -> Kühlfläche macht uns, mit seiner Wärmewiderstandssteigerung je Materialübergang, einen Strich durch die Rechnung. Flüssigmetall bleibt mit seinen 80W/mK deutlich besser, weil: Chip -> Flüssigmetallmolekühlkette -> Kühlfläche. Daher haben einige Silberpasten eben auch nur 6W/mK
)
Und in den Wärmeleitpasten handelt sich es wohl eher um Oxide. Also wenn mit Silber geworben wird, ist nicht von elementaren Silber mit den besagten 430W/mK die Rede, sondern (sehr) (viel) weniger. Zu den Oxiden habe ich leider keine Zahlen. Silikon(-öl) leitet Wärme auch nicht gut und die weiteren Zusätze ebenso wenig. Wobei man genau genommen noch dazu sagen muss, dass die schlechte Wärmeleitfähigkeit mit der Dünne immer unerheblicher wird. Also je dünner ein schlechter Wärmeleiter ist, desto geringer der Wärmeleitwiderstand und desto höher der Wärmestrom. Das ist sehr gut mit dem Ohmischen Gesetzt bzw. elekrischen Strom vergleichbar.
Eigentlich gehts immer um ein möglichs hohen und schnellen Wärmestrom und das der Spalt zwischen Chip und Kühlfläche möglichs gering ist. Warum:
das m in W/mK bezieht sich auf die Dicke neben der WmK (Leitfähigkeit der Fläche) haben wir noch den Wärmeleitwiderstand, der sich aus Dicke, also aus dem Weg des Wärmeflusses (Weg von A nach B), ergibt und ein entscheidender Faktor in (unserer) Praxis ist. Also je geringer der Spalt, also je kürzer der Weg, desto geringer spielt der Wärmewiderstand des Materials bzw. Paste eine Rolle. Hast du also eine normale Paste ala 6WmK, dann ist die in
superhauchtdünn zu sehr hohen Wärmeströmen in der Lage und daher ist der Unterschied in der Praxis zum Flüssigmetall oder der Einfluss vom Heatspreader (längerer Weg von Chip zur Kühlfläche -> aber Vollkupfer mit 400WmK) vergleichweise gering (56°C vs. 60°C obwohl 80WmK vs. 6WmK). Bei 5mm Wärmeleitpaste würde die CPU ziemlich schnell abrauchen, wohingegen selbst mehrere cm Vollkupfer nur durch eine geringfügig schlechtere Kühlung auffallen würden. Deshalb funktioniert selbst Zahnpaster oder Butter.
Muss nur dünn sein
Hint: daher auch die Themen bzw. Probleme bzgl. konkave/konvexe Heatspreader etc. Siehe
https://www.igorslab.de/?s=konkav
Edit2: für die Spezialisten sei noch erwähnt, dass Metall die Wärme auch durch seine elektrische Leitfähigkeit leitet. Wärmeenergie verhält sich bei Metall wie elektrischer Strom. Richtig gelesen. Daher sind nichtleitende Pasten eigentlich extrem ineffektiv. Aber wie gesagt, dadurch, dass wir hier von nicht einem Meter (100cm) sprechen (WmK -> bei einem Meter), sondern von weniger als einem mm, singt der Wärmeleitwiderstand auch bei nur 6WmK so extrem, dass man eine CPU mit >100W problemlos gekühlt bekommt.
Dass die Flüssigkeit zwischen den Partikeln nicht Silikon sondern Metall (Gallium) ist. Partikel in einem Gemisch machen nicht leitfähig. Wenn aber alles durchgehend Metall ist schon.
Nur das Galliumlegierungen keine Partikel enthalten (können). Leg ein Stück Alu ins (flüssige) Gallium und du kannst dabei zusehen, wie das Alu "schmilz"/"absorbiert" bzw "weglegiert" wird. Geiles Zeug
Wen Gallium interessiert:
https://www.youtube.com/c/Techtastisch/search?query=gallium
Edit: kleiner Nachtrag zum Thema Alubällchen und die Oxidschicht. Ja das kann elementares Alu sein. Ja, das ist von Silikon(-öl) umgeben und schützt bis zu einem gewissen Grad vor Oxidation. Aber: bei der Produktion werden die Alubällchen erst mit dem Silikon vermischt. Es wird also in irgendwelchen Gebinden gelagert bzw. transportiert und zwar ohne Silikon. Das Zeug muss ja irgendwie mit mechanischer Krafteinwirkung zerbröselt werden und das passiert denke ich mal nicht im (Hoch-) Vakuum. Selbst wenn doch, dann wird doch das eine oder andere Sauerstoffmolekühl seinen Weg in die Paste finden und die Bällchen etwas angreifen. Das mag zwar dann nur zu gaaaaaanz wenig Oxidation führen und meinetwegen auch nur zu keiner gleichmäßigen Schicht, aber der damiteinhergehende Wärmeleitwiderstand steht in
Reihe und summiert sicht daher. Je mehr Bällchen in Reihe, desto größer der Effekt von selbst winzigsten Oxidationen
Edit2: entscheidener Fehler/Verwechsler was die Beschreibung zur "Dicke" betrifft. Habs mal etwas hingebogen. Kurz: neben WmK, welches die Wärmeleitfähigkeit einer Fläche von 1m² je K Temperturunterschied zu beschreiben versucht (je höher der Wert, desto besser die Leitfähigkeit eines Materials), spielt für uns in der Praxis mehr die Dicke der Paste eine Rolle. Je Dünner, desto unerheblicher die Wärmeleitfähigkeit (außer bei einem Vakuum). Eine Horrorpaste muss nur dünn genug sein, um es selbst mit Kupfer oder Silber aufnehmen zu können (60°C satt 59°C unter sonst perfekten Bedingungen).
)
. Aber ich bin auch schon als "alter Chemiker" bezeichnet worden; da hab ich schließlich Mal angefangen.
