Grundlagenartikel Kühlung Testberichte Wärmeleitpaste und Pads

Wärmeleitpastenvergleich mit laserinduzierter Plasmaspektroskopie: Wir entdecken eine violette Überraschung!

Update vom 19.07.2023 – 14:30 Uhr

Da die Cryo Fuze eigentlich hauptsächlich aus Aluminium bestehen soll (die eigentliche Rezeptur werde ich aus Gründen natürlich nicht veröffentlichen), ist das Fehlen jeglicher Aluminium-Nachweise über so viele Messpunkte hin durchaus interessant und auch für Cooler Master eine wichtige Erkenntnis. In Absprache mit dem Hersteller werde ich demnächst noch andere Chargen (auch aus dem Ausland) testen, denn es könnte sich auch um eine größere Panne des Abfüllers handeln. So etwas darf natürlich nicht passieren und eine Klärung liegt auch im Interesse von Cooler Master, um das Produkt zu schützen. Aber da bleiben wir natürlich dran.

Originalartikel

Ich hatte unlängst im Labor Besuch von KEYENCE und es war interessant zu sehen, wie sich die Technik weiterentwickelt. Anstelle aufwändiger Analysen per REM (Raster-Elektronen-Mikroskop) und Materialanalyse mit EDX im Vakuum, wo wir ja stets erst einmal alle flüssigen Bestandteile entfernen müssen, lässt sich das Ganze nun recht simpel einfach so und ohne Vorarbeiten erledigen! Und da ich extrem neugierig war, wie das so alles funktioniert, habe ich einfach einmal drei Wärmeleitpasten untersucht. Das ist einerseits die von mir gern genutzte Alphacool Apex und andererseits im direkten Vergleich die MasterGel Maker V2 und CryoFuze Violet von Cooler Master. Gerade bei der fancy eingefärbten CryoFuze war ich gespannt, wo die angegeben 12,6 W/mK herkommen sollen. Es wird also spannend!

Wir messen mit LIBS

Bevor wir etwas messen, will ich noch kurz den Begriff und die dahinter stehende Methode erklären, denn ganz ohne Background geht es nicht. LIBS ist dabei ein Akronym für Laser Induced Breakdown Spectroscopy (laserinduzierte Plasmaspektroskopie). Die im Bild sichtbare Einheit von KEYENCE (EA300) zur Analyse von Materialien setzt genau diese Methode ein, welche auf die Nutzung eines hochsicheren Klasse 1 Lasers setzt. In diesem Prozess konvertiert der verwendete Laser die Oberfläche des zu analysierenden Objekts in einen Plasma-Zustand. Dabei werden Atome und Moleküle des Materials ionisiert, was dazu führt, dass sie Licht emittieren.

Um diese Emission zu messen und auszuwerten, wird ein hochauflösendes Breitbandspektrometer verwendet. Dieses Gerät ist in der Lage, ein breites Spektrum an Lichtfarben zu detektieren und zu analysieren, das sich vom tiefen Ultraviolett-Bereich bis hin zum Nah-Infrarot-Bereich erstreckt. Diese Breitband-Fähigkeit ermöglicht es, eine umfassende Analyse der verschiedenen Elemente zu erstellen, die in dem Material enthalten sind, da jedes Element eine spezifische Lichtfarbe oder -frequenz emittiert. Das Design des hier verwendeten Systems ist so konzipiert, dass die Objektive des Mikroskops auf der gleichen Achse positioniert sind. Diese spezielle Anordnung optimiert die Erkennung von Elementen im Messbereich. Diese konzentrierte und präzise Analyse ermöglicht es der Materialanalyse-Einheit, genaue und zuverlässige Daten über die Zusammensetzung des untersuchten Materials zu liefern.

So viel zur Theorie, doch was passiert mit den Daten? Das verwendete Gerät ist mit einer umfangreichen internen Datenbank ausgestattet, die Tausende von Materialstrukturen beinhaltet. Diese Ressource ermöglicht es dem System, basierend auf den identifizierten Elementen, rasch eine Vorhersage des wahrscheinlichsten Materialnamens zu machen. Um die Benutzerfreundlichkeit zu erhöhen, sind die Materialdaten in einer hierarchischen Struktur organisiert. Dies vereinfacht den Zugriff auf spezifische Informationen wie den spezifischen Materialnamen, den generischen Namen und die Beschreibung des Materials. Also eine Art EDX für Dummies und in wirklich schnell. Naja, und reinigen muss man hinterher auch nichts.

Zusätzlich zu den vorliegenden Materialstrukturen hat die Datenbank auch die Fähigkeit, frühere interne Analyseergebnisse zu speichern und bei Bedarf abzurufen. Wenn also ähnliche Fremdpartikel bei späteren Analysen erkannt werden, können diese früheren Ergebnisse als Referenz dienen. Dieses Merkmal erleichtert nicht nur erfahrenen Nutzern die Arbeit, sondern ermöglicht auch ungeübten Anwendern, Materialien auf einfache und effiziente Weise zu identifizieren. Die Kombination von umfangreicher Datenbank, intuitiver Strukturierung und Referenzmöglichkeiten trägt dazu bei, die Materialidentifizierung für Anwender aller Erfahrungsstufen zu optimieren.

Mehrfeldmessung der Alphacool Apex

Die kompakte und abnehmbare Einheit beherbergt eine spezialisierte Dreifachoptik für Betrachtung, Laser und Spektroskopie. Sie ist so konzipiert, dass sie einen zentralen Lasertransmissionspfad mit Spiegelreflexoptik nahe dem Objektiv bietet, was eine hochleistungsfähige Fokussierung der Plasmaemission ermöglicht. Dank der Kombination von KEYENCE-Technologien konnten die Komponenten deutlich verkleinert und dennoch hohe Leistungen erreicht werden. Die Einheit bietet eine innovative Funktion zur Verknüpfung von Sichtfeld und Fokus.

Dies ermöglicht Mikroskop- und Laser-Objektiv, das gleiche Sichtfeld zu nutzen, indem sie einfach verschoben werden. Dadurch sind während der Analyse keine Ausrichtung und Fokuseinstellung notwendig. Das Austauschen und Anbringen des jeweils am besten geeigneten Objektivs ist einfach bequem, unabhängig vom Vergrößerungsgrad. Die Messung ist nicht ganz zerstörungsfrei, aber man kann dadurch auch Schicht für Schicht abtragen und die darunter liegenden Bereiche erneut messen. Vorteil vs. Nachteil – man kann es abwägen.

Doch genug der Theorie, denn am Ende wollen wir ja wissen, was jetzt wirklich in den Pasten drin ist. Schließlich will ich Euch ja nicht so ein Gerät verkaufen, sondern nur zeigen, was damit möglich ist. Genau das gibt es nach dem Umblättern!

 

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Case39

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Wieder was gelernt...die Sendung mit der Mau...ähm...mit Igor😉👍

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pinkymee

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Ich liebe so spannende Artikel :)

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eastcoast_pete

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1,646 Kommentare 979 Likes

Auf die Auflösung der Frage "Wo kommt denn der Wasserstoff her?" warte ich jetzt auch gespannt. Wenn's wie angenommen von H2O ist, wär das gar nicht gut, oder, wie man im Englischen mal gesagt hat, seriously uncool (pun intended).
Und LIBS ist schon sehr interessant, wobei ich mich aber auch Frage, wie denn die Optik der Maschine sauber gehalten wird, wenn da in unmittelbarer Nähe vermittels Laser Feststoffe in die Gas- und Plasmaphase gebracht werden. Wird da Schutzgas zugeleitet (weg vom Objektiv), damit einem das Objektiv damit nicht "versaubeutelt" wird? Muß ich mal nachlesen, jetzt will ich's doch wissen 😄. Aber immer toll, wenn Du @Igor Wallossek wieder einmal ein neues Messinstrument einsetzt.

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Der Do

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Igor geht wieder so tief ins Detail, dass es (den Herstellern) weh tut...gut so!(y)

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Igor Wallossek

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Der Laser (Klasse 1) ist weit genug weg, da wird nix besplattert :D
Der Waserstoff sollte vom Hydrazin stammen. Dazu gibts morgen noch ein kleines Follow-up.

Optik und Laser sind alternierend. Also Augen zu und dann wieder gucken…

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RedF

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Da bin ich mal gespannt was der giftige Raketentreibstoff in der Paste macht : )

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echolot

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D.h. In situ trocknet die Pampe einfach aus und die Kühlleistung ist futsch?!

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Arnonymious

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Ein spannendes Stück Technik. Vielen Dank für den Einblick. @Igor Wallossek wie schaut das mit der Geruchsentwicklung bzw. Absaugung der Dämpfe aus? Da kann ja auch mal was entstehen, was man nicht unbedingt in Riechkolben oder Blutbahn braucht.

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Martin Gut

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7,897 Kommentare 3,661 Likes

Ich habe einen neuen i5-4670K geköpft. Die Wärmeleitpaste unter dem Heatspreader war vertrocknet, hart, rissig und wenn man sie abschabt krümelig. Wenn das Schmiermittel ausläuft oder verdunstet, bleiben ja nur noch die anderen Bestandteile übrig. Das Aluminiumoxid leitet ja immer noch. Dazwischen fehlt aber Material. Die Masse schrumpft und es entstehen Risse. Da wo Material fehlt, leitet es auch nicht mehr. Dazu ist die Masse nicht mehr beweglich. Wenn sich der Chip durch Temperaturschwankungen verformt, macht das die harte Paste nicht mehr mit und kann sich stellenweise ablösen.

Es muss aber natürlich nicht immer so schlimm sein. Wenn die Paste mit den Jahren ein wenig Flüssigkeit verliert und etwas zäher wird, muss das noch nicht gleich spürbar schlechter werden.

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Igor Wallossek

1

10,409 Kommentare 19,393 Likes

Das sind mikroskopische Mengen, die da im Sekundenbruchteil entstehen. Da müsstest Du schon stundenlang dauerlasern... :D

Jain. Wenn Paste sofort ausblutet heißt das, dass entweder zu viel Silikon drin ist, oder dass die Paste schlecht vermischt wurde bzw. länger lag. Ich schrieb ja in einem Grundlagenartikel schon mal, dass die Paste nonstop "conchiert" werden muss. ist halt etwas wie Pfusch am Bau.

Hydrazin nimmt kein Mensch völlig wasserfrei, das ist sowas von reaktiv... Krawumm... Aber eine Hydrazin-Lösung ist ein üblicher Katalysator. Nur muss das Zeug ja auch wieder unter Hitze rausgepresst werden bzw. ausgasen. Wasser(stoff) hat da drin nun wirklich nix zu suchen. Ich brauche ja auch keine Emulsion.

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Megaone

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Genau solche Berichte und Tests "Separate the men from the boys" oder unterscheiden den Experten von den Dampfplauderern.

Danke für den tollen Bericht. Es war wie immer ein Vergnügen.

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Igor Wallossek

1

10,409 Kommentare 19,393 Likes

Ich spare grade auf so ein Teil.... Mein Wunsch(traum) ist eine Wärmeleitpastendatenbank mit richtiger Mikroskopie, Massenspektrum und Tests des Wärmewiderstandes sowie Viskosität. Wenn alles gut geht, gibt es dieses Jahr noch eine insgesamt sechsstellige Investition ;)

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Arnonymious

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Danke für die Aufklärung.

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RedF

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4,790 Kommentare 2,663 Likes

Da muss der Deckel vom Mischer ein wenig länger geöffnet bleiben ^^.

Da wird in der Produktion wieder zeit gespart...

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TRX

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60 Kommentare 47 Likes

Ich fürchte, da wird eine öffentliche Entschuldigung fällig. Hydrazinreste werden sich in der Paste keine finden, das kann sich kein Hersteller erlauben. Egal ob MMH oder DMH, Hydrazine sind wirklich SEHR giftig. Es wäre das Ende des Herstellers, wenn das in relevanten Mengen in einem Endkunden-Produkt auftaucht.

Der Wasserstoff stammt einfach vom Silikonöl, Glycerin oder was auch immer als Fluid in der PAaste verwendung findet. Silikon hat eine Hauptkette auf Silizium and Sauerstoff, die organischen Reste an den Seiten sind aber großteils Kohlenwasserstoffe. Interessant ist aber die Frage, warum der Kohlenstoff nicht angezeigt wird. Gerät nicht ausreichend Sensibel? In der Diagnosesoftware versehentlich deaktiviert?

Mal vom zwnagsläufig vorhandenen Silikonöl abgesehen, adsorbieren Oberflächen auch generell Wasser, wenn sie der feuchten Luft ausgesetzt sind. Je größer die Oberfläche, deste mehr Wasser kann adsorbiert werden. Eine absolut Wasser- und gleichzeitig Öl-Freie Wärmeleitpaste wird man daher unter Luft nicht darstellen können. Das ist auch der Grund, warum man Hochvakuum ausheizen oder lange halten muss und es nicht reicht, "einfach die Luft raus zu ziehen". Die Adsorbtion geht schnell, die Desorbtion dauert mitunter recht lang.
Des weiteren sind viele oxidische Zuschlagstoffe porös und dadurch hygroskopisch. Beim Verdampfen der Partikel wird das aus der Luft aufgenommene Wasser ebenfalls freigesetzt.

Viele Grüße,
TRX

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echolot

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1,070 Kommentare 822 Likes

Von was für Summen sprechen wir hier? Kann man das detaillieren? Also Du... ;)

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Lagavulin

Veteran

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Vielen Dank für den tollen Artikel! Wäre wirklich interessant zu sehen, welche teuere Pasten sich da noch so als „Schlangenöl“ herausstellen.

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Igor Wallossek

1

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Silikonöl... Diorganopolysiloxane enthalten auch Wasserstoff, allerdings lässt sich so eine Verbindung in der Datenbank ausblenden. Genau das haben wir ja gemacht.

Nur zum Verständnis des Herstellungsprozesses:
Pasten werden final unter Druck und Temperatur von allen Rückständen befreit (Ausgasen). Da verschwindet auch das Hydrazin, das sowieso nur in einer stark wässrigen Lösung verwendet wird. Ich habe die Apex nicht ohne Grund mit im Test. Damit habe ich auch die Filter überprüft. Aber selbst wenn wir das Wasser ausklammern: Wieso besteht eine Paste, die als Hauptbestandteil Aluminium enthalten soll, nur aus ZnO und nicht einem einzigen Partikel Al oder Al2O3? Das ist am Ende bei 25 (!) Messpunkten nur ZnO und Silikonöl. Ob die Batch verhauen wurde oder es ein generelles Problem ist, befindet sich aktuell in Klärung.

Ich hoffe, dass das Gerät bald permanent hier steht, dann werde ich das noch einmal in aller Ruhe mit unterschiedlichen Chargen nachtesten. Auch gern mit Mikroskopie, denn ZnO in Plättchenform sieht nun mal anders aus als die Korundkügelchen.

Was auch möglich wäre, dass man bei der Cryo Fuze einfach das Al vergessen hat (wie auch immer). Mit einem dann so großen Anteil Silikon verarscht das jeden Filter.

Edit:
Der Kohlenstoff steckt in der Verbindung, die ausgefiltert wurde. Normalerweise sieht man den aber sowas von... Aber ich werde in Zukunft wohl erst enmal alles anzeigen lassen und mich nicht auf die automatischen Vorschläge verlassen.

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Furda

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663 Kommentare 372 Likes

Danke für den interessanten Artikel. Sehr tolles "Spielzeug", dazu prädestiniert, eine umfangreiche Datenbank aufzubauen.... 🙂

Der Schnell-Test mit dem Papier ist Gold wert - und dürfte so manchen WLP Vertrieb ins Schwitzen bringen (pun intended).

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Danke für die Spende



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About the author

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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