Frage Heatspreader, welchen Sinn und Zweck haben sie?

[S.nase]

Ich hab noch die Zeit mitgemacht, wo Heatspreader auf den CPUs sehr selten zu finden waren, und die CPUs fast immer ihren blanken Silizium Kristall dem Kühler entgegen streckten. Nun hab ich mich schon immer gefragt, aus welchem Grund solche Heatspreader eigendlich eingeführt wurden.

Bei den amputierten Intel CPUs macht es mechanisch wahrscheinlich schon Sinn, um die kontaktbeinlose CPU auf den Federkontaktsockel pressen zu können. Aber bei den AMD CPUs besteht ja gar kein Grund die CPU mechanisch zu stabilisieren, weil sie ja richtige Kontaktbeine haben.

Thermodynamisch ist eine zusätzliches Wärmeleitelement zwischen CPU-Kristal und Kühler meine Meinung nach ja auch nicht wirklich vorteilhaft.

Könnt ihr mir bitte erklären, warum solche sogenannten Heatspreader auf CPUs trotzdem so gebräuchlich oder nötig geworden sind.

 

[S.nase]

Wenn die vielen Heatpipe in einem Kupferblock eingelassen sind, würde ich davon ausgehen, das es relativ egal ist an welcher Stelle die Wärme in den Block eingeleitet wird. Und selbst wenn die Heatpipe nur in einem Alublock eingelassen sind, ist die Kontaktfläche zwischen Alublock und Heatpipe immer noch gut dreimal so groß, wie zwischen Heatpipe und Kristall. An der KontaktflächenGröße des Kristalls ändert die Kupferplatte zwischen Kühlblock und Kristall ja letztendlich auch nix.

Mich würde halt als aller erstes interessieren, wie die Untersicht erstellt wird. Meine Vermutung zur Draufsicht hab ich ja schon geschrieben. Oder sind das wieder nur von Software errechnete Thermobilder?

 

[Martin Gut]

Wenn die vielen Heatpipe in einem Kupferblock eingelassen sind, würde ich davon ausgehen, das es relativ egal ist an welcher Stelle die Wärme in den Block eingeleitet wird.

Je weiter der Weg, um so grösser ist die Temperaturdifferenz im Aluminium. Es macht durchaus einen Unterschied wie weit die Wärme durch Kupfer oder Alu wandern muss bis sie in der Heatpipe vom Wasser aufgenommen wird.

Wenn die Kupferrohre direkt auf dem Silizium aufliegen, ist der Weg durch die Rohrwand gerade mal 1 mm Kupfer. Gut, Die Dicke des Silizium und die Wärmeleitpaste kommen natürlich noch dazu. Die hat man ja immer.

Mit einem Heatpreader sind es 2.3 bis 3 mm Kupfer mehr. Dazu kommt nochmals eine Schicht Wärmeleitpaste oder Indiumlot das auch nur mittelmässig leitet. Auch wenn die Fläche ein bisschen vergrössert wird, ist der Weg viel länger und dadurch die Temperaturdifferenz grösser.

Wenn die Wärme dann noch einen cm zur Seite wandern muss um von einem anderen Rohr aufgenommen zu werden, sind das nochmals ein paar Grad Temperaturdifferenz bis die Wärme dort ankommt.

 

[S.nase]

Wie groß die Temperaturdifferenz in einer simplen Kupferplatte ist, hängt in erst Linie von ihrem Querschnitt ab. Daher kann so ein vielleicht 2mm dünner Heatspreader mMn nicht wirklich viel zur Wärmeverteilung beitragen, und sorgt durch seine weichere Strucktur(im Vergleich zu Alu) höchstens für einen besseren Wärmekontakt.

Genau das lese ich auch aus den oben gezeigten Thermobildern ab.

 

[meilodasreh]

Je weiter der Weg, um so grösser ist die Temperaturdifferenz im Aluminium. Es macht durchaus einen Unterschied wie weit die Wärme durch Kupfer oder Alu wandern muss bis sie in der Heatpipe vom Wasser aufgenommen wird.

Die Argumentation will mir nicht so recht in die Rübe...
Müsste doch wenn überhaupt nur im ersten Moment beim ersten "aufheizen" relevant sein.
Sobald/solange die Außenoberfläche des heatspreaders wärmer ist als Umgebungstemperatur, wird Wärme über den Kühler abgeleitet.
Und das ist im Betrieb im Grunde unmittelbar und ständig der Fall.
Ein "delta t" im Material des heatspreaders müsste von daher sicherlich messbar, aber auf das Gesamtsystem gesehen unerheblich sein,
weil das eh träger reagiert als die Zeit zum "durchheizen" von ein paar mm Metall.
Die Lüfter-/bzw. Pumpensteuerung reagiert ja nicht unmittelbar aufs kleinste Grad.
...wobei, meine Verflossene hatte mal einen Laptop, der klang so als wenn der Lüfter wirklich auf jedes halbe Grad Celsius steuert.
Oh mann wie oft ich das Ding gedanklich durchs Fenster hab segeln lassen

 

[S.nase]

Wenn die Wärme nicht schnell genug abgeleitet wird, staut sie sich im Kistall. Dadurch erhöht sich die CPU Temperatur, ohne das die Kühlfläche deutlich wärmer wird.

Alu hat ne schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer. Somit muß das Alu deutlich größeren Materialquerschnitt haben, um die gleiche Wärmemenge in der gleichen Zeit wie Kupfer ableiten zu können.

 

[meilodasreh]

so weit alles richtig,
aber was ich sagen will: Wenn die Wärme am Kühler angekommen ist, ist sie ja nicht plötzlich puff weg.
Sondern da kommt noch jede Menge Material, durch das sie durch muss bzw. weiter verteilt wird.
Was bringen also die ersten mm bzw. das dortige delta t im Vergleich zum Rest.

Und genau das zeigen doch auch die "Wärmebilder" in den vorigen Beiträgen.
Die Verteilung auf eine größere Fläche mittels des heatspreaders ist vorteilhaft gegenüber einem zwar direkterem Kontakt aber ohne heatspreader, weil die kleinere Kontaktfläche zwischen Wärmequelle und Wärmeableitung insgesamt schlechter funzt = hotspots.

 

[Martin Gut]

Wenn die Wärme am Kühler angekommen ist, ist sie ja nicht plötzlich puff weg.

Wenn die Wärme in der Heatpipe angekommen ist, dann ist sie sofort auf die ganze Länge der Heatpipe verteilt. Eine Heatpipe braucht lediglich eine Temperaturdifferenz von etwa einem halben Grad. Die Heatpipe hat dann eine viel grössere Fläche um die Wärme an alle Lamellen abzugeben, so dass auch da keine grosse Differenz mehr entsteht. Somit ist es eben schon der Engpass direkt zwischen CPU und Kühler der für einen grossen Teil der Temperaturdifferenz verantwortlich ist. Nur da ist die Wärmestromdichte so hoch weil die Fläche so minimal ist.

Bei einem Wasserkreislauf ist es eigentlich auch ähnlich. Sobald die Wärme vom Wasser aufgenommen worden ist, verteilt sie sich auch die ganze Lamellenfläche.

 

[8j0ern]

Für mich zeigt das Bild einfach nur zwei Ansichten: Draufsicht/Untersicht.

Eigentlich sollte damit die Frage beantwortet sein. -> Der Heatspreader sorgt für eine Wärmeverteilung auf einer größen Fläche um somit die Kühlleistung des Kühlers Aufgrund der Nutzung einer größeren Oberfläche zu verbessern. Da spielt es auch wohl keine Rolle ob Wasserkühler oder Heatpipekühler. Beim Heatpipekühler würden dann wohl effektiv nur zwei Heatpipes kühlen, was bei einem Kühler aus sechs Heatpipe deutlich seine Kühlleistung senken würde.

Danke für die Bilder, sehr beeindruckend.
Bestätig auch, dass meine eigene Theorie nicht weit von der Praxis entfernt ist.

Bei einem dickeren IHS müsste die CPU länger Zeit haben bis die Temperaturen ans Limit kommen. (Temperatur Trägheit des Material nicht CTE)
Dadurch könnten dann längere Boost Zeiten möglich sein.

 

[S.nase]

Interessant wäre ein Vergleich mit den Spreader-Fähigkeiten einer flachen Vapo camber, und ob die in solchen kleinen Bauformen mit den deutlich mehr als 100W Wärmeleistung überhaupt noch zurechtkommen.