Grundlagenartikel Mythos Wärmeleitpaste - Edelpaste zum Apothekenpreis gegen günstiges Massenprodukt - Wir rechnen gnadenlos nach!

[Igor Wallossek]

Das Geschäft mit der Wärmeleitpaste ist ein sehr profitables, das war so, ist so und wird wohl auch so bleiben. Nur was bedeutet der von der PR so gern genommene K-Wert eigentlich wirklich? Wir rechnen einmal nach, mit welchen Temperatur-Gewinnen oder -Verlusten man wirklich rechnen kann bzw. muss.

Ich bin heute rein zufällig mal wieder über ein Wärmeleitpasten-Review gestoßen, bei dessen Lektüre mir vor Staunen fast die Augen rausgefallen sind. Sicher, wer im Social Medium ein Testmuster erhält, sollte dieses nach Möglichkeit (so hofft es zumindest die PR-Kompanie) dann auch schön finden, nur sollte sich der Tester wenigstens nicht beim Schönfinden erwischen lassen und Temperaturunterschiede finden, die so auch theoretisch nie im Leben möglich sind. Man kann diese Unterschiede nämlich locker und einfach nachrechnen. Das glaubt Ihr nicht? Doch, es ist sogar relativ simpel, wenn man erst einmal weiß, wie.

>>> Hier geht es zum Originalartikel <<<

 

[DocAngelo]

Hmmmmmmmm, folgt man der Argumentation und den Rechenbeispielen (und den grundsätzlichen mikro- und makroskopischen Anwendungen in der Biologie/Natur und Technik für "Radiatoren") so ergibt sich für eine Verdoppelung der Heatspreader-Oberfläche bei gleichen makroskopischen Abmessungen Z.B. DURCH OBERFLÄCHENVERGRÖSSERUNG DURCH MIKRO-RAUIGKEIT (="Mikrofinnen") für Beispiel 1 – Ryzen 5 3600X ein Wert von 0,1 statt 0,2 K = die Hälfte.

Das würde jedoch eindeutig dafür sprechen (und wird ja auch in der Radiatortechnik angewendet = Anzahl der Kühlfinnen pro Raumvolumen = Oberflächenvergrösserung bei gleichem Volumen) die Heatspreader und Kühlerböden durch Sandblasting/Etching/Plasmaspray-Coating so aufzurauen, dass sich die Oberfläche um den Faktor 2-4 x vergrössert (wird bei in den Knochen einwachsenden Titanimplantaten "vorsätzlich" gemacht, nicht zur Temperaturabfuhr sondern zur Maximierung des Kontakts Knochen zu Implantatoberfläche = bessere biomechanische Verankerung)

Was ich jedoch als "manueller Handwerker" nicht einmal ansatzweise berechnen kann (weil mir die mathematisch-physikalischen Hirnwerkzeuge für einen einigermaßen korrekten Berechnungsansatz gänzlich fehlen) ist, wie ich in diese Berechnung dann den Faktor "durchschnittliche Dicke der Wärmeleitpasten-Schicht" einfügen kann (die sich ja dann um den Faktor ???? erhöht) um zu überprüfen um wie viel K GENAU sich der theoretisch erzielbare Wert durch eine raue Oberfläche verbessert und sich dieser Wert dann bei GPUs doch signifikant auswirken könnte (da ja mehr Wärme auf geringerer Fläche abzuführen ist)

Wie kann man - vorerst theoretisch - die Werte "gemittelte Rautiefe (Rz) oder maximale Rautiefe (Rmax)" in diese WLP-Gleichungen einfliessen lassen, um die Grundsatzfrage zu klären, ob eine technisch durchführbare/umsetzbare maximale Rauigkeit (mit welchen Rmax-Parametern) doch noch ein paar Kelvin herauskitzeln könnte.

Man könnte ja dann zum Spass mal Kühlkörper und Kühlerboden sandblasten um zu sehen, ob es tatsächlich messbare Unterschiede gibt ...............

.... oder mach ich da einen gravierenden Denkfehler ?

 

[Igor Wallossek]

Die Vergrölßerung der Oberfläche durch Rillen war mal so ein Marketing-Stunt. Nur da das alles wieder mit schlechter leitender Paste gefüllt wird und deren Schicht dann wiederum ja auch dicker wird, ist auch der Flächenvorteil wieder dahin. Dann haben wir ja noch die Partikelgröße der Pastenbeimengungen, die so gewählt sein sollte, dass diese Partikel in den aktuellen Vertiefungen gut verschwinden. Für die Luft ist dann das Silikon zuständig. In der Theorie

 

[Martin Gut]

ich bei der hohen Wärmedichte der CPU und der geringen dicke des 'Heatspreaders' als effektive Fläche das CPU Die für die Berechnung heranziehen.

Das sehe ich auch so. Ich habe mir auch einmal ein Wärmebild eine Intelprozessors angeschaut. Der grösste Teil der Wärme entsteht in den Cores. Das ist ein Bereich, der bei Intel gerade mal 9 - 14 mm lang und 2.5 - 3 mm breit ist. Ich habe dann mit einer Ausbreitung der Wärme in einem Winkel von 45 Grad nach oben gerechnet. Natürlich kann man auch mit einer breiteren Verteilung der Wärme rechnen. Dann ist aber auch der Weg, den die Wärme durch das Material zurück legen muss weiter und die Wärmedifferenz grösser.

Da wird einem auch klar, wie entscheidend der Aufbau des Prozessors selbst ist. Die Intel 9000er-Generation hat beispielsweise ein Hitzeproblem, weil die Dicke des mittelmässig leitenden Siliziums von 0.44 auf 0.88 mm verdoppelt wurde. Für die 10000er-Generation hat man wieder auf 0.58 mm Silizium reduziert und siehe da, die Temperaturen sind wieder etwas weniger problematisch.

Durch den halben mm Silizium und etwa 3 mm Heatpsreader verteilt sich die Wärme bei weitem nicht auf die ganze Deckelfläche. Beim Kühler sind dann auch nicht alle Heatpipes gleich erwärmt, sondern vor allem die über dem Chip liegenden. In der Betrachtung müsste man deshalb auch vor allem anschauen, wie gut der Kontakt in diesem Bereich ist und nicht, ob der Heatspreader gegen den Rand etwas abfällt und dort etwas mehr Paste nötig ist. So gesehen dürfte etwas konvkex auch besser abschneiden als einwärts gewölbt.

 

[Dummbatz]

Ich habe bisher gerne mit der MX4 gearbeitet, auch für Grakas und war von der Handhabung auch zufrieden.

Nach diesem Artikel bin ich aber nun unsicher welche Paste nun gut für Grakas wäre ??

 

[Xander]

Sehr schöner Artikel, ich persönlich nutze seit Jahren für alles MX4, völlig ausreichend für gute Temps der CPU/GPU.

 

[Corro Dedd]

Hmm... meine Kryonaut Paste würde ich auch eher als zäh bezeichnen, muss auf jeden Fall seeeehhr langsam die Karte über die CPU ziehen, damit sie nicht abreißt.

 

[DocAngelo]

Die Vergrölßerung der Oberfläche durch Rillen war mal so ein Marketing-Stunt. Nur da das alles wieder mit schlechter leitender Paste gefüllt wird und deren Schicht dann wiederum ja auch dicker wird, ist auch der Flächenvorteil wieder dahin. Dann haben wir ja noch die Partikelgröße der Pastenbeimengungen, die so gewählt sein sollte, dass diese Partikel in den aktuellen Vertiefungen gut verschwinden. Für die Luft ist dann das Silikon zuständig. In der Theorie

Danke für die Klarstellung ! Wieder was gelernt ! Nicht alles was theoretisch machbar ist lässt sich auch sinnvollerweise praktisch umsetzen

 

[RedF]

Hmm... meine Kryonaut Paste würde ich auch eher als zäh bezeichnen, muss auf jeden Fall seeeehhr langsam die Karte über die CPU ziehen, damit sie nicht abreißt.

Meine war sehr dünn und hat fäden gezogen.
Wurde mir überall empfohlen, hatte mich echt gewundert.
Jetzt weiß ich das es gute und schlechte davon giebt.
War die erste und letzte die ich gekauft habe.

 

[LurkingInShadows]

kauf dir eine 2. uU kriegst so eine zähe version, dann kannst mischen^^


Ne im Ernst: Das erinnert mich gerade an die PSU-Labels für umgebaute Ableger. Hier wie dort sch****.

 

[Ultimaex]

Die Vergrölßerung der Oberfläche durch Rillen war mal so ein Marketing-Stunt. Nur da das alles wieder mit schlechter leitender Paste gefüllt wird und deren Schicht dann wiederum ja auch dicker wird, ist auch der Flächenvorteil wieder dahin. Dann haben wir ja noch die Partikelgröße der Pastenbeimengungen, die so gewählt sein sollte, dass diese Partikel in den aktuellen Vertiefungen gut verschwinden. Für die Luft ist dann das Silikon zuständig. In der Theorie

Ich kann aus meiner Erfahrung sagen, dass, vorausgesetzt man verwendet entsprechende Pasten, eine leicht raue Oberfläche die Kühlleistung verbessert.

Ich möchte nicht zu sehr ins Detail gehen aber die Pasten, die wir im Industrieumfeld verwendet haben, besitzen eine Mischung an Korngrößen um sowohl die Unebenheiten der ‚rauen‘ Oberfläche zu füllen als auch den eigentlichen Spalt zu überbrücken. Bei Messungen ist aufgefallen, dass anfangs beim Entfernen und neu auftragen durch das ‚polieren‘ der Oberfläche beim Abtragen der alten Paste der thermische Übergang schlechter wurde.

Resultierend aus den Untersuchungen haben wir Kühlkörper mit einer definierten Oberflächenrauigkeit fertigen lassen.

Man muss dazu sagen, dass hier Leistungen im kW Bereich im Spiel waren und dort kleine Veränderungen zu einer deutlich messbaren Temperaturerhöhung führen. Bei den popeligen 100W einer CPU sollte das den Kohl nicht fett machen.

 

[ampre]

Nachdem sich die Temperaturwerte der Kryonautpaste über das Jahr wegen Dryout immer mehr verschlechterte, bin ich zu den IC Pads gewechselt und sehr zufrieden. Ein Professioneller Dry Out Test wäre mal hilfreich.

 

[Derfnam]

Einiges von dem, was du da beschreibst, @Martin Gut, hatte Igor in dem WLP-Tutorial ja schon thematisiert. Nur wurde das alles durch die Chiplets nochmal verkompliziert. Und dass ein DHT-Kühler mit zu großen Abständen zwischen den Heizpfeifen (was idR weniger von den Dingern bedeutet) entsprechend mehr Paste benötigt spielt sogar irgendwie in die Riffelsache mit rein.

 

[eastcoast_pete]

Igor, danke für den Refresh. Die Frage, die ich hier habe: Was klatschen denn NVIDIA, AMD und die Boardpartner denn so auf ihre GPUs bevor der Kühler draufkommt, und wie gut/schlecht ist das gemacht? Als Enthusiast versucht man ja meistens doch, es so gut wie möglich hinzukriegen wenn man es selbst macht, aber wie ist das in der Massenfertigung? Jetzt weiß ich, daß es schwer ist, sowas herauszufinden, aber deswegen frage ich auch hier

 

[LurkingInShadows]

Guckst du bzgl. AMD hier bis zum Bild, und den Absatz darunter auch.

 

[Case39]

Welche aktuelle Empfehlung gibt es jetzt beim auftragen der Paste?

 

[Igor Wallossek]

Igor, danke für den Refresh. Die Frage, die ich hier habe: Was klatschen denn NVIDIA, AMD und die Boardpartner denn so auf ihre GPUs bevor der Kühler draufkommt, und wie gut/schlecht ist das gemacht? Als Enthusiast versucht man ja meistens doch, es so gut wie möglich hinzukriegen wenn man es selbst macht, aber wie ist das in der Massenfertigung? Jetzt weiß ich, daß es schwer ist, sowas herauszufinden, aber deswegen frage ich auch hier

Im Allgemeinen Dow Corning oder was Vergleichbares direkt vom Erzeuger, nicht vom Silikon-Panscher. Ich hatte vor einigen Monaten mal ein Gespräch mit dem Gigabyte R&D, die einige der Wunderpasten getestet hatten und dann alles wieder kopfschüttelnd aussortiert haben. Reliability first, die Pasten der Hersteller sind allesamt meist sehr zäh, werden aber bereits beim Kühler-OEM entsprechend dünn maschinell aufgebracht. Aber über so manche Paste hat man glatt abgelacht. Die Originalpasten haben alle kaum mehr als 6 W/m*K, was aber völlig ausreichend ist, weil es auch nach Jahren noch funktioniert und weder ausblutet, noch wegläuft.

 

[Martin Gut]

Es bleiben einem vor allem die schlechten Beispiele im Kopf: hier von Intel unter dem Deckel frisch ab Werk.

Weder vollflächig noch beweglich. Auch wenn man kein Profi ist und nicht die beste Paste hat, es kann nur besser sein als das.

 

[eastcoast_pete]

Wie wird das denn bei den Konsolen-APUs (Series X, PS5) gemacht? Haben die überhaupt einen Heatspreader, oder geht die Hitze direkt vom Die via Vapor Chamber auf den Kühler?

 

[Igor Wallossek]

Direct Die

 

[Deridex]

Ich denke das wird ähnlich wie bei normalen Laptops gehandhabt. Das würde heißen: Kein Heatspreader.

Warum auch: Da ist ja kein Nutzer der aus Versehen beim Zusammenbau den DIE bricht.