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Mythos Wärmeleitpaste – Edelpaste zum Apothekenpreis gegen günstiges Massenprodukt – Wir rechnen gnadenlos nach!

Das Geschäft mit der Wärmeleitpaste ist ein sehr profitables, das war so, ist so und wird wohl auch so bleiben. Nur was bedeutet der von der PR so gern genommene K-Wert eigentlich wirklich? Wir rechnen einmal nach, mit welchen Temperatur-Gewinnen oder -Verlusten man wirklich rechnen kann bzw. muss.

Ich habe diesen Artikel  aus gegebenem Anlass noch einmal überarbeitet und neu veröffentlicht, denn es lohnt sich auch heute noch, einmal über Sinn und Unsinn von Werbebotschaften zu sinnieren, statt sich aufs Wesentliche zu konzentrieren. Gewisse Temperaturunterschiede bei der Verwendung verschiedenster Produkte können durchaus vorhanden sein und auch schon mal mehrere Kelvin (als Temperaturdifferenz analog zu Grad Celsius) betragen, aber gerade bei aktuellen Pasten verwischen sich hier die Spuren schon sehr deutlich. Und man kann diese Unterschiede auch locker und einfach einmal nachrechnen, was so manche PR-Aussage schnell wieder relativiert. Das glaubt Ihr nicht? Doch, es ist sogar relativ simpel, wenn man erst einmal weiß, wie. Aber dazu kommen wir gleich noch.

Keine Angst, jetzt kommt auch keine furztrockene Schulstunde, im Gegenteil. Aber etwas Mathe und Physik kann ich Euch dann doch nicht ersparen. Und das ist dann auch gut so, weil jeder selbst in Zukunft nachrechnen kann, was er braucht oder glaubt zu brauchen bzw. wo er noch an seinen eigenen Skills beim Auftragen arbeiten muss. Womit ich dann auch schon elegant die Fortsetzung mit den Heatspreadern angespoilert hätte, die natürlich hier mit eingearbeitet. Doch zurück zur Paste, denn da gibt es noch jede Menge (Auf-) Klärungsbedarf! Auch in Bezug auf Grafikkarten, denn da gelten durchaus etwas andere Gesetze.

Was eine Wärmeleitpaste lösen muss und was nicht

Es gibt keine wirklich glatten Oberflächen, auch wenn sie auf den ersten Blick vielleicht noch so aussehen. Wollt Ihr mal eine fetzige, unbenutzte CPU sehen? Ich hätte da zunächst was von AMD, also bitte ganz tapfer sein. Unter dem Mikroskop sehe ich dann nämlich so etwas:

AMD Heatspreader

Aber auch die Intel-Fanboys haben keinerlei Grund, jetzt etwa schadenfroh groß aufzusprechen, denn so ein aktueller Core-Prozessor sieht unter dem Mikroskop keinen Deut besser aus. Anderer Heatspreader, gleiches Problem. Aber schaut selbst:

Intel Heatspreader

Tja, und die Kühler erst… Das auf dem nächsten Bild ist der stark vergrößerte Kupferboden eines vermeintlich glatten Kühlerbodens. Neben den Werkzeugspuren, die beim Schleifen schon in der Fabrik entstanden sind, sehen wir noch die hellen Reste der ersten Wärmeleitpaste, die sich genau dorthin verkrochen haben, wo man sie mit einem normalen Tuch nicht so einfach herausbekommt. Deshalb sind geeignete Lösungsmittel beim Umbau immer allererste Bürgerpflicht. Isopropanol ist ein guter Vorkämpfer gegen den Restpastenkollaps. Was nützt einem die beste Paste, wenn der alte Schmodder noch fester in den Ritzen klebt als viele Politiker an ihren Stühlen?

Cooler Heatsink (Copper)

Bringt man jetzt zwei solcher Flächen aufeinander, also den CPU-Heatsink und den Kühlerboden, dann muss die Wärmeleitpaste alle Unebenheiten und Luftspalte ausfüllen und damit auch die Luft komplett ausschließen, die ja ein fast perfekter Isolator ist. Dann entsteht ein Verbund aus insgesamt drei Materialien, bei dem uns nun die Wärmeleitpaste genauer interessieren muss. Denn hier kommt es in erster Linie auf zwei Dinge an: die Dicke der Schicht und deren Wärmeleitfähigkeit bzw. im Umkehrschluss den Wärmewiderstand. Die ehemalige Luftschicht zwischen dem CPU-Heatspreader (dunkelgrau) und dem Kupferboden (rötlich) wird durch die Paste (hellgrau) komplett ausgefüllt:

Neben den Schleifspuren und Materialunebenheiten spielt dann auch noch die Form des Heatspreaders eine Rolle. Die Herstellungsprozesse sind etwas unterschiedlich, die Wölbung leider auch. Das untenstehende Schema zeigt (etwas überspitzt), warum man nicht ohne Wärmeleitpaste auskommen kann und warum man bei den Prozessoren beider Hersteller auch beim Auftragen etwas Nachdenken muss. Überflüssige Paste wird beim AMD-Prozessor sicher etwas einfacher austreten als beim Intel-Prozessor, was schneller zu einer dickeren Schicht führt. Und wozu die dann führt, das besprechen wir gleich noch.

Auch hier kann ich Euch noch mir einem praktischen Beispiel dienen, wobei ich in diesem Fall sogar die etwas flacheren, bereits einmal benutzten Prozessoren vermessen habe. Beginnen wir wieder mit AMD, in diesem Fall ist es ein Ryzen 7 3800X (der exemplarisch auch für einen Ryzen 7 5800X stehen könnte, denn der IHS ist gleichgeblieben):

Und jetzt das alles noch einmal für eine aktuellere Intel-CPU:

Lesenswert: CPU-Heatspreader im Detail untersucht – müssen wir jetzt bei AMD und Intel umdenken?

Grafikkarten weichen hier leicht ab, denn der Chip liegt ja frei. Da kommt es vor allem darauf an, die möglichen Spalte zwischen dem sehr geraden und glatten Die und dem Kühlerboden zu füllen. Bis auf die bekannten Probleme mit gewölbten Böden der Vapor Chambers kann (und muss!) hier mit deutlich geringeren Schichtdicken gearbeitet werden. Es sei denn, man hat eine aktuelle Ampere Karte wie z.B. eine RTX 3080 oder RTX 3090, da ist sogar der Chip konvex gewolbt:

Ich werde hier die Flüssigmetallfraktion trotzdem mal ausschließen, denn das Ganze unterliegt zwar den gleichen Gesetzen, nähert sich durch die metallische Verbindung aber fast schon dem Ideal an. Wer später trotzdem mal mitrechnen möchte, kann dies natürlich trotzdem gern tun (und dann mit dem Resultat angeben). Und wenn ich ganz ehrlich sein soll, eine gute Paste kann zusammen mit guten Skills des Anwenders trotz allem Ergebnisse erzielen, die auch nicht von schlechten Eltern sind. Gewusst wie.

Lesenswert: GeForce RTX 3080 und RTX 3090 mit gebogenem Package – warum es Wasser- und Luftkühler so schwer haben

 

Marketing und Wahrheit

Niemand kann die Physik neu erfinden und bahnbrechende Produkte auf den Markt bringen, die extreme Unterschiede versprechen. Sicher, etwas besser geht immer, aber man ist momentan durchaus schon an Grenzen angelangt, wo es mit konventionellen Pasten kaum noch signifikant besser geht. Die Pasten sind mittlerweile fast alle wirklich gut, wenn man nicht gerade auf ein absolutes Auslauf- oder Budget-Produkt zurückgreift. Wärmeleitpasten zeichnen sich typischerweise durch ihre möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit in Form von Watt pro Meter-Kelvin (W/(m*K)) aus. Celsius und Kelvin sind hier gleichzusetzen, da es allein um die Zuwachsrate der Temperaturen geht und hier der Anstieg bzw. Abfall der Temperatur angegeben wird. Diese Angabe und warum sich das so zusammensetzt, das erkläre ich gleich noch.

Genau diesen “K”-Wert der Wärmeleitfähigkeit hat das Marketing schon vor geraumer Zeit für sich entdeckt und treibt das hilflose, kleine K als willfährige Sau durchs Dorf. Denn je höher der Wert auf der Schachtel, umso teurer lässt sich der Inhalt dann auch an den Mann (oder die Frau oder Es) bringen. Jetzt ist es natürlich nicht so, dass der “K”-Wert komplett belanglos wäre, aber wir wollen gleich einmal nachrechnen, welcher Unterschied wirklich noch spürbar ist und wo die Schlangenöl-Wellness anfängt.Und die Usability ist auch noch so ein Faktor, der die dann in der Praxis erreichten Ergebnisse mehr beeinflussen kann als die reine chemische Zusammensetzung.

Wobei es noch nicht einmal sicher ist, dass die aufgedruckten Werte so überhaupt stimmen. Nachprüfen kann man es eh kaum, zumal sogar der Hersteller ab und zu gar nicht weiß oder nachprüfen kann, was er da eigentlich draufgedruckt hat und was wirklich drin ist. Oder er weiß es, obwohl der Inhalt in der Qualität schwankt Naja, Einheiten sind ja auch nicht so wichtig, Hauptsache, die Zahl zahlt sich aus. Die Branche schweigt, meist aus gutem Grund. Denn wirklich hergestellt werden die Pasten von Dritten und gelangen dann erst über die Abfüller und Weiterverarbeiter zum Gewerbetreibenden in Sachen Wärmeleitpaste. Und oft genug erhält man dann von unterschiedlichen Anbietern in den Shops eigentlich eine identische Paste unter verschiedenen Namen. Die Gewinnspannen? Verlockend!

Skills kontra Schlangenöl? Nicht ganz, aber wir werden auf der nächsten Seite gleich sehen, dass Mathematik sogar Spaß machen kann. Das Formel-Stöckchen werde ich Euch also gleich hinhalten, nur drüberspringen müsst Ihr dann noch selbst. Aber das wird schon.

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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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