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Burn-In nachgemessen: Honeywell PTM7950 Phase Transition Material im Labor und woran man einen Nachahmer erkennt

Sogenannte Phasenwechselpads werden aktuell als PCM (Phase Change Materials) oder korrekterweise auch als PTM (Phase Transition Material) vermarktet. Es sind wichtige Komponenten in der Thermomanagementtechnik, die mittlerweile auch im PC-Bereich der Heimanwender angekommen sind und zudem einen gewissen Hype genießen. Diese Materialien verbessern die Wärmeübertragung zwischen elektronischen Bauteilen und Kühlkörpern, indem sie bei bestimmten Temperaturen ihren Aggregatzustand ändern. Grund genug, doch noch einmal genauer hinzusehen, denn die Unterschiede im Detail sind gravierend. Vor allem müssen wir zuächst einmal den Begriff erklären, denn hier gehen sogar Hersteller etwas zu großzüging mit dem Begriff PCM um!

Der Unterschied zwischen Phase Change Material (PCM) und Phase Transition Material (PTM) liegt hauptsächlich in ihrer Verwendung und ihren physikalischen Eigenschaften. Beide Begriffe beziehen sich auf Materialien, die Phasenübergänge durchlaufen, jedoch in unterschiedlichen Kontexten und mit verschiedenen Anwendungszielen. Und ich kann schon einmal spoilern, dass das, was wir neuerdings so gern nutzen, ein PTM und kein PCM ist. Deshalb werde ich zu Beginn erst einmal die Begrifflichkeiten wieder geradestellen und danach den Burn-In-Prozess anhand des Honeywell PTM7950 und die daraus resultierenden Änderungen der Schichtstärke sowie die Veränderungen der Interface-Widerstände bei verschiedenen Temperaturen messen.

Phase Change Material (PCM) oder Phase Transition Material (PTM)?

Phase Change Materials (PCM) sind Materialien, die ihre physikalische Phase (z.B. fest, flüssig, gasförmig) bei einer bestimmten Temperatur ändern können und dabei große Mengen an Wärmeenergie speichern oder freisetzen. Sie werden hauptsächlich zur Temperaturkontrolle und Energiespeicherung verwendet, um z.B. in elektronischen Geräten und Batterien eine Überhitzung zu vermeiden. Während des Phasenübergangs (z.B. von fest zu flüssig) absorbiert oder gibt das PCM eine erhebliche Menge an latenter Wärme ab, ohne dass sich die Temperatur des Materials signifikant ändert. Wer sich noch nichts darunter vorstellen kann, mal was aus der Praxis: Es gibt diese tollen Taschenwärmer, die man im Winder im festen Zustand knicken kann, damit sie dann die vorher beim Erhitzen vom flüssigen in den festen Zustand gespeicherte Energie wieder freigeben. Es ist somit eine Art Latentwärmespeicher. Man liest ab und zu auch fälschlicherweise, dass PCM als Wärmeleitpäd besser wäre, weil es zunächst die Wärme speichern und für den Phasenübergang nutzen kann, was aber komplett falsch ist.

Phase Transition Materials (PTM) sind hingegen Materialien, die Phasenübergänge zwischen verschiedenen strukturellen oder elektronischen Zuständen durchlaufen. Der Phasenübergang in PTMs führt zu einer Veränderung der physikalischen oder chemischen Struktur des Materials, was seine Eigenschaften zielgerichtet beeinflusst. Genau das ist es aber, was wir eigentlich als Wärmeleitpad brauchen! Beim PCM finden wir den klassischen Phasenübergang zwischen klassischen Aggregatzuständen (fest, flüssig), bei den PTM den Phasenübergang zwischen verschiedenen strukturellen Zuständen. Oder, um es mal auf den Punkt zu bringen: Das PCM dient der Absorption oder Freisetzung von latenter Wärme, das PTM nutzt die Änderung der physikalischen Eigenschaften ohne signifikante Wärmeaspekte.

Ergo muss ich mich auch selbst im (luschigen) Sprachgebrauch etwas korrigieren, denn das, was wir bei der Kühlung einsetzen, sind in Wahrheit nämlich reine Phase Transition Materials, also PTM und keine PCM! Und nun kommen wir zum Problem für uns Deutsche, nämlich der Übersetzung. Beide Begriffe stehen übersetzt für Phasenübergangsmaterial, woraus sich der landläufige Begriff Phasenwechsel-Material ergeben hat, was dann wiederum in Phasenwechsel-Pad mündet. Und nun? Um nicht noch mehr Verwirrung zu stiften, werden ich für die Allgemeinbeschreibung weiterhin Phasenwechselpad nutzten, anstelle von PCM jedoch PTM als Abkürzung verwenden, solange es kein Bestandteil einer (eigentlich falschen) Produktbezeichnung ist. Man sieht aber auch, dass sogar Hersteller das Ganze vermengen und ein Problem mit den zwei Begriffen haben.

Grundlegendes zum Burn-In

Es handelt sich bei den PTM um thermische Interface-Materialien, die bei einer definierten Temperatur weich werden oder schmelzen. Diese Eigenschaft ermöglicht es ihnen, mikroskopische Unebenheiten auf den Oberflächen von Bauteilen und Kühlkörpern zu füllen, was die thermische Kontaktresistenz minimiert und die Wärmeübertragung maximiert. Typische PTM bestehen aus einer polymeren Matrix mit thermisch leitfähigen Füllstoffen und zeigen thermische Leitfähigkeiten von 1 bis 8 W/mK​, je nach Dicke und Ausführung.

Der “geheimnisvolle” Burn-In-Prozess beim PTM beinhaltet das wiederholte Erwärmen und Abkühlen des Materials, um eine optimale thermische Verbindung zu erzielen. Während des Burn-In erreicht das Pad seine Phasenwechseltemperatur, wodurch es die Oberflächen benetzt und eine minimale Bondline Thickness (BLT) erreicht. Dieser Prozess wird oft durch eine kontrollierte Temperaturbelastung über mehrere Stunden oder Tage durchgeführt, um die langfristige Zuverlässigkeit und Leistung des Materials zu gewährleisten​. Genau diesen Punkt habe ich insgesamt 10 Mal wiederholt, bis es zu einem durchweg (fast) konstanten Temperaturverhalten kam und der Wärmewiderstand für identische Temperaturen annährend gleich blieb.

Änderung der Interface-Widerstände

Ein wesentlicher Aspekt des Burn-In-Prozesses ist die Veränderung der thermischen Interface-Widerstände. Zu Beginn des Burn-In (also noch vor dem ersten Phasenwechsel) sind die Widerstände typischerweise deutlich höher, da das PTM noch nicht (vollständig) geschmolzen und benetzt ist. Im Verlauf des Burn-In-Prozesses sinken die Interface-Widerstände signifikant, da das Material die mikroskopischen Lücken und Unebenheiten der Kontaktflächen füllt und somit die thermische Barriere verringert. 

Genau aus diesem Grund habe ich auch beim Einzeltest des Honeywell PTM7950 darauf hingewiesen, dass ein Burn-In für die optimale Performance unerlässlich ist. Ja, dieses Pad wird auf Grund der enthaltenen Partikel auch ohne (vollständigen) Burn-In sicher besser funktionieren als einfachere, günstigere Wärmeleitpasten, aber an die Werte einer guten Paste wird man so nicht herankommen. Ich habe für diesen Test diesmal fast 2 Tage investiert und muss mich in Bezug des nur teilweisen Phasenwechsels beim PTM7950 leicht korrigieren. Dazu habe ich noch einen gesonderten Absatz. Das PTM7950 ist in Bezug auf den Phasenwechsel eine Art Evolution mit leicht anderen Eigenschaften. Diese wiederum werden uns helfen, das Original von nicht identischen Nachahmern unterscheiden zu können, selbst wenn die Farbe stimmt. Man lernt immer dazu, auch über die Stromrechnung für solche Tests.

Nach dem Burn-In-Prozess bieten PTM eine verbesserte thermische Leistung und Zuverlässigkeit. Die Materialien bleiben fest an Ort und Stelle, ohne dass es zu einem Pump-Out-Effekt kommt, bei dem das Material aus der Schnittstelle herausgedrückt wird. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen mit konstantem Druck, wie sie in vielen elektronischen Geräten vorkommen​. Das sehen wir aber gleich noch.

Weiterführende Links und Grundlagen

 

Kommentar

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Saschman73

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Danke für den Test! (y)
Jetzt fehlt nur noch die Bezugsquelle wo man auch ganz bestimmt das PTM7950 bekommt und kein KuckkucksPad.

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Charger93

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Wenn das PTM vom Thermal Grizzly das echte 7950er ist oder eines das genau so gut funktioniert, dann wäre das schon sehr angenehm.
Aber vielleicht weiß Igor da schon etwas?

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Saschman73

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R
RazielNoir

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556 Kommentare 264 Likes

Also wenn man ein (CPU-Seitiges) Mittelklassesystem mit einem guten Luftkühler kombiniert, ist mit PTM quasi nach erfolgreichem Burnin ein No-Brainer. Regelmäßig Staub entfernen und gut ist.

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exi78

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Hab diese Bilddatei vor längerem mal gefunden.
Hilft dem ein oder anderen vielleicht etwas weiter.

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RedF

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5,270 Kommentare 3,068 Likes

Die Langeweile hat mich getrieben, meine RX7600 Pulse aus meinem mATX Sys neu zu bestücken (günstig auf Ebay bekommen).
Die VRAM Temp war bei bis zu 90° C
Mit dabei Alis Clon PTM7950 0,2mm Honig-Kühlpad

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Wegen Beschränkung gehts im Nächten Post weiter. -_-

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B
Besterino

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7,268 Kommentare 3,815 Likes

Ich hätte mir noch eine Aussage gewünscht, dass & warum nun sicher ist, dass das jetzt getestete Pad auch wirklich ein Honeywell PTM7950 ist.

Und in diesem Artikel inkl. Titel müsste m.E. überarbeitet und klargestellt werden, dass es sich nicht um das Honeywell Pad gehandelt hat:

Abschließend: die Aussage zur Eignung von Wakü sehe ich anders. Wenn man sich anschaut, welche Probleme man mit Paste haben kann (und da ists ja eine noch größere Thematik, welche man denn am besten nimmt), ist das Pad im Hinblick auf mögliche Fehler und Fehlerquellen m.E. eher ein nobrainer als eine Paste und alle paar Monate im Zweifel wieder neu machen.

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Klicke zum Ausklappem
RedF

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Und für den Speicher CX-H13000 (hatte bei Snaksdomain gut abgeschnitten)

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Das Zeug ist von der Konsistenz ähnlich dem Extreme 64 von HWLiebe.

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RedF

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Dann noch unter die Backplate (vorher Folien unter dem VRAM entfernen).
Ja, habe mich auf einer Seite geirrt.

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RedF

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Und das Honig-Pad auf den Kühler.

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VRAM Temp ist im Peak um 8° C gesunken.(von 90° C auf 82° C)

GPU etwa -6° C, GPU Hotspot ist noch nicht so toll (90° C) mal sehen ob da noch was passiert.

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RedF

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Delta Edge - Hotspot liegt bei 18° C.

Wird jetzt erstmal mit Friestrike Ultra gestresst.

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DigitalBlizzard

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Ist es ;)
das hier ist allerdings kein Honeywell, weder ein Echtes noch ein Falsches, sondern was anderes

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Jarno

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Wenn sich die Dicke wirklich so extrem ändert, sollte doch eigentlich eine PTM Padgröße von einem viertel der Chipfläche mittig platziert reichen.
evtl. würde man so auch eine noch dünnere bondline erreichen, hat das mal jemand ausprobiert? Wäre das mal eine Idee für einen Test bei Igor?

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Igor Wallossek

1

11,705 Kommentare 22,699 Likes

Das erste Pad ist auch ein Honeywell PTM7950, die beiden Pads sind absolut identisch. Woran man das Original erkennt, das auch aus aufgekauften und neu konfektionierten Resten stammen kann, hat mir ein Mitarbeiter eines OEM verraten:

- Schichtstärke ist beim PTM7950 immer 0,25 mm
- Das Burn-In-Fenster liegt bei 10 Kelvin und somit zwischen 40 und 50°C (Nachahmer haben nur 5K)
- Das Burn-In-Verhalten und die Schmelzfähigkeit bis hin zu niedriger BLT auch bei leichten Drücken
- Die finale BLT ist viel niedriger als bei den Mitbewerben, meine Werte decken sich mit anderen Labortests 1:1
- Die Weichheit und Flexibilität sind höher
- Eine dicke Trägerfolie und eine dünne Transferfolie

Es ist wie mit den japanischen Kondensatoren, die auch aus China stammen können. Abends, wenn die Charge durch ist, kommt andere Schrumpffolie drauf und die Teile heißen anders. Es sind aber immer noch die gleichen :D

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roccale

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125 Kommentare 71 Likes

I have been using the Gelid HeatPhase Ultra and i am very satisfied with the results on the 4090.

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roccale

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125 Kommentare 71 Likes

As for Gelid, this is the data.The phase transition temp is at 45°.

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SJGucky

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56 Kommentare 24 Likes

Ich habe da mal eine Frage, weil ich es nicht ganz verstanden habe.
Kann man das PTM beim Burnin einfach aufheizen, sagen wir 10min mit Prime95 oder Furmark bis 80°C oder muss man eine bestimmte Temperatur für eine Zeit lang halten?

LTT verkauft es und angeblich auch ModDIY.

P.S.
Ich selber würde es bei meiner nächsten CPU verwenden.
Bei einer GPU würde ich es nur nach Ablauf der Garantie machen oder wenn sie über längeren Zeitraum immer wärmer wird, was aber auch erst nach 1-2 Jahren wäre.

P.P.S Laut LTT soll man es auch ein wenig besser händeln können (Folieablösen etc.), wenn man es zuvor in den Kühlschrank legt und runterkühlt.

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J
Jarno

Mitglied

19 Kommentare 9 Likes

Das ist doch etwas zweifelhaft, was passiert denn mit dem Material bei >50°C, wird es plötzlich wieder fest?

Aus technischer Sicht dürfte es eher ein Bereich sein ab! dem das Material erweicht, dann wäre ein größeres Fenster also eher eine größere Toleranz, sprich man kann es nicht so genau vorhersagen.

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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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