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

Calculation explained simply – 4 factors are important

Let me briefly remind you of the previous page and the specification of thermal conductivity in watts per meter Celsius or watts per meter Kelvin. Let’s just agree on W/m*K, although you could also leave out the asterisk. But since it’s clearer this way, I’ll just leave it. But what the hell is the unit meter doing here? We need the unit meter for the ratio of the thickness (of the thermal compound layer) in meters (m) to the area (of the thermal compound layer) in square meters (m²). If we now calculate m/m², then logically 1/m remains and we have our required meter (m) for the ratio. It’s not that difficult.

Our formula now requires four pieces of information that we need to know or determine:

Thermal conductivity (“K”) This value W/m*K or W/mK can almost always be found in the manufacturer’s specifications
Application area of the thermal paste Area of the CPU heatspreader or GPU in m²
Application thickness of the thermal compound Thickness of the layer (depending on skills and paste) between 0.02 and 0.05 mm (0.00002 to 0.0005 m)
Maximum power dissipation of the CPU in watts
Here you stress the CPU and determine the so-called package power

I now have three (somewhat rounded) dimensions and areas for you, which you can use to calculate and recalculate. If you use other CPUs or GPUs, simply use your own values, because the exemplary candidates from the calculation example are not really fresh.

AMD Socket AM4 AMD Socket TR4 Intel Socket 1151 RX 5700 XT
37.5 mm x 37. 5 mm 68 mm x 51 mm 29.5 mm x 29.2 mm GPU Die
= 0.00140625 = 0.003468 m² = 0.0008614 = 0.000251 m²

Now comes the formula:

Rpaste = (thickness / area) * (1 / thermal conductivity)

Example 1 – Ryzen 5 5800X3D

Let’s do the example calculation for a better understanding. Kevin-Justin has rather poor skills, but this is not the first time he has used thermal paste. He also smartly buys the expensive premium paste with 12.5 W/m*K, so that he ends up with an average layer thickness of 0.00004 m with the help of the very liquid paste. He also buys a Ryzen 5 3600X with a heatspreader area of 0.00140625 m². Now we can easily calculate the temperature drop in Kelvin or °C:

Rpaste = (0.00004 m / 0.00140625 m²) * (1 / 12.5 W/m*K) = 0.002275 K/W

If his Ryzen 5 3600X now emits a maximum of 95 watts of waste heat, the temperature drop is logically 0.002275 K/W * 95 W, i.e. 0.216 Kelvin or degrees Celsius in the end! However, if he was stingy and only uses the ultra-cheap 4 W/m*K paste, which is also a tad more viscous and he has to make do with an (acceptable) layer thickness of 0.0001 m, but the CPU is still the same, then it looks something like this:

Rpaste = (0.0001 m / 0.00140625 m²) * (1 / 4 W/m*K) = 0.0178 K/W

As we’re still crawling around at 95 watts, Kevin-Justin now has to reckon with a temperature drop of 1.7 Kelvin (or °C). That’s just 1.5 Kelvin more! If you now overclock and boost the CPU to 150 watts, the difference is 0.34 Kelvin with the premium paste and 2.67 Kelvin with the cheap paste. The difference is therefore already around 2.3 Kelvin.

Example 2 – Core i9-10900K

His girlfriend Chantal-Cheyenne prefers to buy an Intel processor for her great Z490 board and clocks up immediately until the uncle doctor arrives. So let’s calculate with the 150 watts, although that’s also more for the gallery. If you’d rather live with 95 watts, just do the math yourself. Let’s test premium paste against cheap paste again:

Rpaste = (0.00004 m / 0.0008614 m²) * (1 / 12.5 W/m*K) = 0.00371 K/W

Rpaste = (0.0001 m / 0.0008614 m²) * (1 / 4 W/m*K) = 0. 029 K/W

At 150 watts, this would result in 0.557 Kelvin and 4.35 Kelvin, i.e. a difference of approx. 3.8 Kelvin. But no more than that.

Example 3 – Radeon RX 5700 XT graphics card

The comparatively high heat density is already a challenge and graphics cards are therefore subject to their own recommendations due to the small surface area compared to the CPU with almost always significantly higher power dissipation. If, for example, we take the 7 nm chip of a Radeon RX 5700 XT and calculate with an average layer thickness of 0.00004 m, then the following calculation results for the noble paste

Rpaste = (0.00004 m / 0.000251 m²) * (1 / 12.5 W/m*K) = 0.0127 K/W

If you now overclock properly and calculate with a maximum power dissipation of 300 watts, then that is already 3.81 Kelvin with the good paste. And now we ask ourselves what would happen to the cheap paste if we managed to get a layer just as thin. We calculate again, but this time with 4 W/m*K:

Rpaste = (0.00004 m / 0.000251 m²) * (1 / 4 W/m*K) = 0.0398 K/W

Now it’s already a whopping 11.94 Kelvin and we also understand why I don’t recommend cheaper pastes on graphics cards, no matter how slippery and “reliable” they are. That’s over 8 Kelvin difference between cheap discount goods and lobster paste from the delicatessen. But you can do even better, because there are even conventional products with an imprint of 16 W/m*K. But is the extra cost worth it?

Rpaste = (0.00004 m / 0.000251 m²) * (1 / 16 W/m*K) = 0.00996 K/W

At 2.99 Kelvin, the other noble material is now 0.9 Kelvin above the noble paste. However, you have to be careful when comparing prices, as many suppliers deliberately use their own filling sizes to make direct price comparisons somewhat more difficult.

A lot does a lot of harm

So we see that too much paste results in too thick a layer and therefore also causes too high a temperature drop. And the highest possible contact pressure is also an urban legend. You really only need enough pressure to ensure that the radiator sits firmly and not loosely. Of course, the paste must be pressed so far that it closes the gaps without air and also produces the thinnest possible layer. The thin-through-screws faction replaces a lack of skill with torque and presses the precious paste sideways until it can’t be thinner or the motherboard is damaged beyond repair. If you apply less paste, you won’t have these problems.

 

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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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10,224 Kommentare 18,928 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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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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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

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

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konkretor

Veteran

304 Kommentare 313 Likes

Wann gibt es Paste mit dem Igorslab Logo zu kaufen

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Danke für die Spende



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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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