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

Normal graphite pad

We are in the area between matrix and fillers here, but I have finally moved the pad to this chapter. While we’re on the subject of carbons: Graphite pads are made of pyrolytic graphite, a material known for its excellent thermal conductivity properties. These pads are typically only a few tenths of a millimeter thick and conform closely to the surface of the CPU and heatsink to ensure efficient heat transfer. Compared to traditional thermal pastes, graphite pads are firm and flexible, which simplifies their handling and application.

A major advantage of graphite pads is their durability and reusability. They can be used several times without any noticeable loss of performance. This is in contrast to heat-conducting pastes, which usually have to be replaced after each use. In addition, graphite pads do not dry out. This means that their thermal conductivity remains constant over a longer period of time and is not impaired by drying out. Handling graphite pads is easier and cleaner than using thermal paste. There is no risk of over-application or contamination of the CPU or mainboard with paste.

©igor’sLAB – Paste vs. pad. A pad is definitely cleaner

Graphite pads offer very high thermal conductivity, which in some cases can be better than that of conventional thermal pastes, which can (but does not have to) lead to more efficient heat dissipation. However, graphite pads are usually significantly more expensive than conventional thermal pastes. The higher initial cost can be a deterrent for some users, although the reusability and longevity of the pads can offset this initial cost over time.

Although graphite pads are flexible, they cannot conform as perfectly to the micro-imperfections of CPU and heatsink surfaces as liquid thermal compounds. This can lead to less effective heat transfer in some cases. The installation of graphite pads requires some care to ensure that they are correctly aligned and cover the entire surface of the CPU. Misalignment can lead to hotspots and inefficient cooling.

©igor’sLAB – CPU with pad

Graphite pads offer an interesting alternative to traditional heat conducting materials for CPU cooling. Their advantages such as reusability, ease of use and high thermal conductivity make them an attractive option for many users. Despite potential disadvantages such as higher costs and requirements for precise installation, graphite pads can offer an efficient and long-term solution for heat dissipation in many scenarios. Ultimately, the decision for or against the use of graphite pads depends on the specific requirements, budget and preferences of the individual.

Phase change graphite pads

Graphite phase change pads are a relatively new development in the field of thermal management solutions, specifically designed for cooling electronic components such as CPUs, GPUs and other high performance semiconductors. These pads combine the advantages of graphite materials with the properties of phase change materials (PCM) to enable effective and efficient heat transfer between the component to be cooled and the heat sink.

Graphite phase change pads consist of a composite material that contains both graphite and a phase change material. Graphite serves as a highly conductive medium to quickly distribute heat over the entire surface of the pad, while the phase change material changes its physical state (from solid to liquid and vice versa) to absorb and release heat. When a certain temperature is reached, the PCM melts, absorbing heat through the phase change and thus minimizing temperature peaks. When it cools down, the PCM solidifies again, releasing the stored heat and thus keeping the temperature of the component stable.

©igor’sLAB – GPU with PCM pad

By combining the high thermal conductivity of graphite with the heat storage capability of PCM, graphite phase change pads provide excellent control over temperature fluctuations, resulting in more stable and efficient cooling. These pads are able to dynamically adapt to operating temperatures by absorbing or releasing heat as required. This reduces the risk of overheating and improves the longevity of electronic components.

As with other thermal pads, installation is simple and requires no special tools or skills. This simplifies the maintenance and replacement process. Graphite phase change pads tend to be more durable than conventional thermal pastes or pads and retain their thermal properties over a longer period of time, reducing the need for frequent replacement. Graphite phase change pads can be more expensive to manufacture than conventional thermal interface materials, resulting in higher costs for the end user.

©igor’sLAB – Graphite PCM on a graphics card

The pads need to be a certain thickness to work effectively, which could be a problem in some use cases, especially in tight spaces. For maximum efficiency, these pads must therefore be carefully matched to the specific thermal requirements of the application, including selecting the right type of PCM and matching it to the operating temperature ranges.

Ceramic phase change pads

Ceramic phase change pads consist of a mixture of ceramic fillers and a phase change material that can change its physical state between solid and liquid, depending on the temperature. The ceramic fillers serve to increase the thermal conductivity of the pad, while the PCM absorbs or releases heat through the process of melting and solidification. This combination enables efficient heat absorption during temperature peaks and uniform heat release when the temperature drops.

©igor’sLAB – Boyd ceramic PCM pad on a CPU

PCM pad with aluminum foil

This special PCM pad typically consists of a thin but robust aluminum foil that serves as a carrier material. This foil is coated on both sides with PCM material, which is selected according to the desired temperature application. The aluminum foil in the middle serves not only as a mechanical support, but also as an efficient heat conductor that improves heat transfer between the PCM and its surroundings.

©igor’sLAB – Aluminum PCM pad by Aavid Kunze in use

The aluminum foil ensures a fast and even distribution of heat over the entire surface of the pad, which leads to a more efficient use of the PCM coating. The layers of PCM applied on both sides can absorb and release large amounts of thermal energy without significantly changing their temperature. This makes the pad particularly useful for applications where a stable temperature needs to be maintained.

©igor’sLAB – Aluminum PCM pad by Aavid Kunze after the burn-in

Due to their thin and flexible nature, PCM pads can be produced in various shapes and sizes and easily integrated into different applications. The combination of aluminum foil and PCM coating is robust against physical influences and thermal cycles, resulting in a long product life.

 

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s
scotch

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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.

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Igor Wallossek

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10,224 Kommentare 18,928 Likes

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

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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.

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arcDaniel

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

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4medic

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96 Kommentare 50 Likes

Danke für den lesenswerten Artikel und

Gruß

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big-maec

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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.

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Igor Wallossek

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10,224 Kommentare 18,928 Likes

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

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arcDaniel

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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.

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Megaone

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

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m
mattiii

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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.

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Megaone

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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?

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Igor Wallossek

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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.

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midwed

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

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big-maec

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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:

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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.

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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.

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:)

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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 :)

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e
eastcoast_pete

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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.

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Igor Wallossek

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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

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konkretor

Veteran

304 Kommentare 313 Likes

Wann gibt es Paste mit dem Igorslab Logo zu kaufen

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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.

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