Basics Cooling Practice Reviews Wärmeleitpaste und Pads

The Ultimate Thermal Paste and Pad Compendium: Application, Ingredients, Manufacturing, Optimization, Aging, Profit Margins and Marketing

Liquid metal (LM)

Liquid metal thermal conductive pastes represent an innovative solution in the field of heat dissipation for high-performance electronics. Due to their unique properties, they offer improved thermal conductivity compared to traditional thermal conductive pastes. These pastes are mainly based on gallium alloys, which are liquid at room temperature and have excellent heat transfer properties. However, the use of liquid metal in thermal pastes presents specific challenges and safety concerns. They are characterized by their exceptionally high thermal conductivity, which is significantly higher than that of conventional thermal pastes. This high conductivity is due to the metallic nature of gallium alloys, which enable direct and efficient heat transfer between CPU/GPU and cooler. Gallium forms alloys with other metals such as indium and tin, which remain liquid at room temperature and enable excellent wetting of the contact surfaces. So much for the theory, but there is of course a but…

Gallium plays a central role in the efficiency of liquid metal thermal conductive pastes due to its low melting temperature and high thermal conductivity. It enables an almost perfect fit to the contact surfaces and minimizes thermal resistance. Despite the advantages of gallium, researchers and developers are still looking for alternatives that offer similar thermal properties but without the associated disadvantages such as corrosion and electrical conductivity. Possible alternatives include advanced ceramic-based pastes and carbon materials such as graphene or carbon nanotubes, which also offer high thermal conductivity but are electrically insulating and do not cause corrosion problems. But I have already described this in detail.

Challenges and safety concerns

Gallium and its alloys can react with certain metals such as aluminum, which can lead to corrosion and damage to radiators and other components. This reaction is particularly problematic for radiators made of aluminum or contact points made of this material. Liquid metal thermal pastes are electrically conductive, which increases the risk of short circuits and damage to electronic components if used incorrectly. Due to their liquid nature, these pastes require careful and precise application to avoid overflow and contamination of neighboring components:

© igor’sLAB

Hardening of radiators

Hardening of radiators refers to permanent damage or changes to the surface caused by chemical reactions between the radiator material and the liquid metal thermal compound. To minimize the risk of hardening, it is recommended to use heat sinks made of materials that do not react with gallium, such as nickel or copper alloys.

© igor’sLAB

Metal phase change pads (PCM)

Such special pads offer a promising alternative by utilizing the advantages of phase change heat to ensure efficient heat transfer without having to accept the disadvantages of liquid metals. Phase change materials absorb or emit heat during a transition between solid and liquid states, resulting in efficient heat storage or removal. Metal-based PCMs utilize the high thermal conductivity of metals and their alloys to enable fast and effective heat transfer. In the context of cooling, MPCPs convert heat into latent energy instead of just transferring it by conduction.

© igor’sLAB

The manufacture of MPCPs requires precision processes that ensure accurate control of the composition and microstructure of the metal or alloy. This can be achieved by methods such as casting under controlled conditions, sintering of metal powders or electrochemical deposition. The challenge is to develop a material with a suitable melting point, high thermal conductivity and good mechanical stability in its solid and liquid phases.

The MPCPs offer several advantages over conventional TIMs, including liquid metals such as efficient heat transfer, where the use of latent heat provides more efficient heat transfer compared to pure conduction. In the solid state, there is no risk of leakage, which improves handling and long-term stability and reduces the risk of leakage. MPCPs can also expand when heated to fill micro-gaps and re-solidify when cooled, ensuring optimal conformability to surfaces. The ability to switch between solid and liquid states without significant performance degradation increases service life and reliability.

One of my articles from daily practice also shows that handling is not always easy despite all the development progress:

Liquid metal pad in a practice test – blessing or curse? How to safely achieve the magic burn-in! | Tutorial

216 Antworten

Kommentar

Lade neue Kommentare

s
scotch

Veteran

153 Kommentare 103 Likes

Danke für den Artikel. Bis jetzt nur überflogen, werde ich mir aber noch in Gänze geben! Immer wieder Spannend. Vor allem Pads in aller Art ober auch Putty finde ich spannend.

Antwort 2 Likes

Igor Wallossek

1

10,224 Kommentare 18,928 Likes

Ich sags mal so: die Leute lassen sich viel zu viel blenden :D

Antwort 7 Likes

Inzingor

Veteran

198 Kommentare 120 Likes

Guten Morgen! Vielen Dank für den großartigen Aufsatz während meines ersten Kaffees. Er bestätigt zahlreiche Vorversuche von dir und auch meine Vermutungen.

Ich habe auch schon ein paar Mal teurere Pasten z.B. von Thermal Grizzly gekauft, und die ist nach kurzer Zeit bereits eingetrocknet gewesen. Einmal kam sie sogar steinhart an. Seitdem kaufe ich nichts mehr von diesem Laden und verwende nur noch die günstigen Arctic - und das funktioniert bis jetzt tadellos.

So ein Graphit-Pad ist für meinen nächsten PC angedacht, damit ich mir die Patzerei komplett erspare.

Antwort Gefällt mir

arcDaniel

Urgestein

1,623 Kommentare 888 Likes

Danke für den Artikel, hier gibt es viel zu lesen.

Antwort 1 Like

4medic

Mitglied

96 Kommentare 50 Likes

Danke für den lesenswerten Artikel und

Gruß

Antwort Gefällt mir

big-maec

Urgestein

851 Kommentare 492 Likes

Habe den umfangreichen Artikel eher aus Neugier gelesen, einiges wusste ich ja schon aus vorherigen Artikel, aber einiges war mir auch neu.
Im Moment bin ich aber bei CPU/GPU von der Paste weg und setze vorzugsweise Graphen Pads ein in der Hoffnung das die bei höheren Temperaturen über 70 C° länger halten. Bis jetzt bin ich mit den Pads auch soweit zufrieden und erreiche damit gute Werte, habe aber auch festgestellt. Je nach Hardware können bei der Montage neue Probleme auftauchen.

Antwort Gefällt mir

Igor Wallossek

1

10,224 Kommentare 18,928 Likes

Ja, das ist alles etwas tricky, Graphan gibts ja noch nicht legal für Endanwender :(

Antwort 1 Like

arcDaniel

Urgestein

1,623 Kommentare 888 Likes

So habe nun den Artikel gelesen und für mich heisst das Zusammengefasst (für CPU/GPU Kühler):
-Ein Teueres Graphit-Pad, was auber ausgerichtet sein muss und was vielleicht nicht im Artikel explizit steht, wegen der dünne leicht reissen kann
-oder einfach eine ehrliche nicht zu teure Paste (ich nutze meist die Noctua NT-H2, 4Euro/gr) und wechsele diese wenn nötig

Das Säubern und neu Auftragen dauert keine 10 Minuten, wenn im vorfeld nicht übertrieben wurde und es funktioniert.

Antwort Gefällt mir

Megaone

Urgestein

1,747 Kommentare 1,646 Likes

Und immer und immer wieder. Solche Artikel finden sich nur bei Igor!

Antwort 2 Likes

m
mattiii

Mitglied

16 Kommentare 8 Likes

deswegen nutze ich meist nur noch die mitgelieferte Paste der Kühler.
Bin früher aber auch mal aufs Marketing reingefallen, wegen idealerweise 2° besserer Temperaturen. :D

Und wenn man Punkte auf der CPU verteilt, ist auch die Viskosität egal, das macht dann der Anpressdruck.

Antwort Gefällt mir

Megaone

Urgestein

1,747 Kommentare 1,646 Likes

Vielleicht ist die Frage ja infantil, aber müssten nicht niedrigere Temperaturen die Lebensdauer der Pasten verlängern. Sowohl meine Wassergekühlte 3090 noch meine Luftgekühlte 4090 erreichen so gut wie nie die 65 Grad Grenze. Auch der Arbeitsspeicher der 3090 wird dank nachgerüsteter Pads nie heisser.

Handlungsbedarf besteht doch normalerweise erst bei steigenden Temperaturen?

Antwort Gefällt mir

Igor Wallossek

1

10,224 Kommentare 18,928 Likes

Das liegt einzig und allein an der verwendeten Matrix. Es gibt auch Hochtemperaturpasten und ein ganzes Kapitel zum Temperaturfenster bzw. auch zur Degradation.

Antwort 2 Likes

midwed

Mitglied

35 Kommentare 7 Likes

Vielen Dank für den Artikel! (y) Werde ihn mir mal demnächst in Ruhe zu Gemüte führen 😄

Antwort Gefällt mir

big-maec

Urgestein

851 Kommentare 492 Likes

Okay, wusste ich noch nicht, aus Graphen kann man Graphan machen, mit einem kleinen Unterschied den man sich mal merken sollte.

Gibt es denn da schon Erkenntnisse oder Messwerte als Graphan-Wärmeleitpad ?

Hab da auf der Schnelle nur das gefunden:

Antwort Gefällt mir

Igor Wallossek

1

10,224 Kommentare 18,928 Likes

Dazu stand was in einem meiner Artikel zu den Workstation-Grafikkarten.

.... Man benutzt eine komplett neue Art eines Wärmeleitpads und ich vermute hier, auch anhand der Materialanalyse, einmal Graphan statt des üblichen Graphens. Für Graphan statt Graphen spricht, dass man das Pad ziemlich sorgenfrei auch über SMD-Bauelemente gelegt hat, denn die reinen Graphit- oder Graphen-Pads sind elektrisch leitend. Also muss es die Materialanalyse richten. Wir sehen aber auch, dass es sich trotzdem auch um eine Art Phasenwechsel-Pad mit Burn-In handelt.

View image at the forums

Graphan, ein Werkstoff, der eng mit Graphen verwandelt ist, kann durch die Interaktion mit atomarem Wasserstoff erzeugt werden. Dieser atomare Wasserstoff wird mittels einer elektrischen Entladung in einem Wasserstoff-Argon-Gemisch produziert. In diesem Prozess wird jedes Kohlenstoffatom des Graphens mit einem Wasserstoffatom verbunden, wodurch Graphan entsteht. Die resultierende Bindungsstruktur von Graphan ähnelt der sesselförmigen Struktur von Cyclohexan. Interessanterweise verändert diese Wasserstoffbindung die elektronischen Eigenschaften des ursprünglichen Materials grundlegend. Während Graphen ein hervorragender elektrischer Leiter ist, wird Graphan zu einem elektrischen Isolator. Diese Eigenschaft macht Graphan besonders interessant für Anwendungen in der Elektronik, beispielsweise in der Entwicklung von Transistoren und Sensoren, oder aber für elektrisch isolierende Wärmeleitpads.

View image at the forums

:)

Antwort 7 Likes

Klicke zum Ausklappem
G
Guest

Das ist nichts neues!

1878: Zauberwunderwasserverkäufer. Wilder Westen. Mit Change auf Teeren und Federn ( KUndenbindung...lol) ( die Warzen der Damen wurden nicht..)(Texxas)
2024: TIG TOG : " wääär ist der größte und schönste Hochkantdepp im ganzen Land? Du mein Meister...etz.."

Danke für diesen Beitrag: maxximale Info.
Was wäre, wenn es diese Paste als Streifen ( wie Kaugummi) gäbe und den picken ( verz. kleben) die Leute auf
die CPU-Fläche? Und weil die Eigenschaft ist, sich unter dem Kühler/ Wakü nach starten des Rechners ideal zu ver-
formen und anzupassen, ist maximale Wärme abfuhr und jeweilige Form des zu kühlenden teils optimal gewährleistet.

Und warum muss CPU-fläche SO KLEIN sein? ich weiß eh..

LG stern stern stern stern stern Peace :)

Antwort Gefällt mir

e
eastcoast_pete

Urgestein

1,507 Kommentare 852 Likes

Wow, woran liegt das denn? Wenn Du @Igor Wallossek hier nicht unter NDA liegst oder Quellen schützen musst, würd mich der Grund dafür sehr interessieren.
Ich will (muß) nämlich demnächst Mal einen Laptop verarzten, dem wohl auch die Paste eingetrocknet ist (wird jetzt schnell sehr warm und drosselt), und eine dünne Graphan Pad oder Folie wär dafür genau richtig.

Und, danke für den tollen Artikel, der wird gleich mit einem eigenem Bookmark versehen. Und meinem Spellcheck hab ich auch erst gerade "Graphan" beibringen müssen, der wollte es nämlich gleich in "Graphen" ändern, denn das kannte er schon.

Antwort Gefällt mir

Igor Wallossek

1

10,224 Kommentare 18,928 Likes

Zu neu und zu teuer. Da fallen keine großen Margen ab und es hat auch noch keiner für sich entdeckt. :D

Antwort 1 Like

konkretor

Veteran

303 Kommentare 313 Likes

Wann gibt es Paste mit dem Igorslab Logo zu kaufen

Antwort Gefällt mir

Danke für die Spende



Du fandest, der Beitrag war interessant und möchtest uns unterstützen? Klasse!

Hier erfährst Du, wie: Hier spenden.

Hier kannst Du per PayPal spenden.

About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

Follow Igor:
YouTube Facebook Instagram Twitter

Werbung

Werbung