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

Ageing and decomposition of pastes and pads in general

I have already mentioned this on the previous pages in connection with the matrix. Despite its efficiency in heat transfer, a WLP can be subject to physical and chemical decomposition processes over time that impair its thermal conductivity. The degradation of thermal pastes, which affects more than just the matrix, can be caused by various mechanisms, including

  • Thermal degradation:
    At high operating temperatures, the organic components of the paste can break down, leading to a reduction in thermal conductivity.
  • Pump-out effect:
    Cyclic temperature changes can cause the paste to be “pumped out” of the interface area, reducing the effective contact area.
  • Drying and curing:
    Evaporation of solvents or curing of the binder over time can affect the paste’s ability to fill micro-gaps.
  • Chemical reactions:
    Reactions between the components of the paste and the metals of the adjacent surfaces can lead to the formation of non-conductive layers.

The decomposition of thermal pastes can have significant negative effects on electronic systems, including increasing the operating temperatures of components, which can lead to reduced performance or failures. Long-term damage to electronic components due to insufficient cooling is also possible.

© igor’sLAB – Decomposed paste with faulty matrix (dispersion loss)

Damage and signs of dissolution

The “bleeding” or dissolution of the matrix, whether in thermal pastes or thermal pads, is a significant problem in the field of thermal management of electronic devices. These phenomena can affect the thermal performance of the materials, lead to a reduction in the service life of the electronic components and in some cases even jeopardize electrical safety. Bleeding” is the separation of the liquid components from the solid particles in a paste or pad. This can be caused by a number of factors, including excessive heat, aging or inadequate formulation of the matrix. Possible dissolution, on the other hand, refers to the disintegration or decomposition of the matrix materials themselves, resulting in liquefaction or loss of structural integrity. This can be caused by chemical reactions, excessive temperatures or compatibility issues with other materials.

© igor’sLAB – Oiled out pad of inferior quality on a graphics card. The matrix is no good, the pad needs to be replaced

Both bleeding and dissolution can lead to a significant reduction in thermal conductivity. If the matrix loses its structural integrity, this can lead to an uneven distribution of thermally conductive particles, which increases thermal resistance. Leached or dissolved materials can transfer to neighboring components, leading to potential contamination. This can cause electrical shorts or corrosion, especially if conductive particles are involved.

© igor’sLAB – Various pads of different grades and with different matrices

The dissolution of the matrix can lead to mechanical weakening of the thermal conductive material, which impairs its ability to withstand pressure or vibrations. This can result in a deterioration of the adaptability to heat sources and heat sinks. Devices affected by these issues require maintenance or replacement of thermal interface materials, resulting in higher operating costs and potential downtime. The development of thermally conductive materials with improved binders or stabilizers can prevent bleeding or dissolution.

Light Option #1
Light Option #1

 

Shelf life and storage

The shelf life of thermal paste in the tube is an important factor for maintenance and efficiency. While thermal paste is designed to retain its physical and thermal properties over long periods of time, excessive storage can lead to a deterioration of these properties. This degradation can negatively impact the paste’s performance in transferring heat between the CPU, GPU or other components and their heat sinks. In the following, I will explain what happens to thermal compound when it is stored for too long and why this happens. Thermal compound consists of a mixture of one or more polymers as a binder, thermally conductive fillers (such as metal particles or ceramic powder) and, in some cases, solvents to facilitate application. Over time, various factors can affect the chemical and physical stability of the paste:

  • Separation of components:
    Most thermal pastes are suspensions in which solid particles are dispersed in a liquid or semi-liquid base. Over time, separation of these components can occur, especially if the paste is exposed to extreme temperatures or direct sunlight. This separation can cause the liquid components to separate from the solid particles, affecting the consistency and conductivity of the paste.
  • Evaporation of solvents:
    If thermal paste contains solvents, these can evaporate over time, even if the tube appears to be well sealed. This can lead to increased viscosity or even drying out of the paste, which negatively affects its applicability and performance.
  • Chemical decomposition:
    Although rare, chemical decomposition processes can occur within the paste, especially under the influence of heat or light. Such decomposition processes can alter the binders in the paste and thus reduce its ability to form an effective thermal interface.

A thermal paste degraded by long storage can have several negative effects on performance, such as poorer heat transfer. Efficient transfer of heat is impaired by component separation or changes in paste consistency, which can lead to higher component operating temperatures. Increased viscosity or drying out of the paste also makes it difficult to form a thin, uniform layer between surfaces, which is necessary for optimal heat transfer.

To maximize the durability of thermal paste, there are a few points to consider: Keep the thermal paste in a cool, dry place, away from direct sunlight or heat sources. Make sure the tube is tightly closed after each use to minimize solvent evaporation. Many manufacturers also specify an expiration date that should be adhered to in order to ensure the best performance. While thermal paste is designed for long-term performance, excessive storage can negatively affect its physical and chemical properties.

It began with a lie and ends today with a test and review: What can the Arctic Cooling Silicone Paste still do after 20 years in a drawer?

216 Antworten

Kommentar

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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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10,227 Kommentare 18,931 Likes

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

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Inzingor

Veteran

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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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854 Kommentare 499 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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10,227 Kommentare 18,931 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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1,750 Kommentare 1,649 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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10,227 Kommentare 18,931 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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854 Kommentare 499 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

10,227 Kommentare 18,931 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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1,510 Kommentare 853 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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10,227 Kommentare 18,931 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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