Kupferpaste besteht aus fein verteilten Kupferpartikeln, die in einer mineralölbasierten Matrix suspendiert sind, ergänzt durch verschiedene Additive, die das Schmier- und Korrosionsverhalten optimieren. Die Kupferpartikel selbst spielen eine zentrale Rolle, da Kupfer ein hervorragender Wärme- und Stromleiter ist und in der Lage ist, Hitze auch bei extremen Temperaturen über 1000°C zu ertragen. Die mineralölbasierte Matrix hält die Kupferpartikel zunächst in einer gleichmäßigen Verteilung, ermöglicht also eine gute Schmierfähigkeit und schützt die behandelten Flächen vor mechanischer Beanspruchung und Korrosion. Wenn die Paste extremen Temperaturen ausgesetzt wird, verdampfen die flüchtigen Bestandteile des Mineralöls – etwa ab 200°C – und hinterlassen eine feste Kupferschicht, die weiterhin Hitze und Druck absorbieren kann, ohne zu verkleben oder an Wirksamkeit zu verlieren. Im PC wird man das aber nie erreichen.
Die Wirkung der Kupferpaste beruht darauf, durch die Kupferpartikel thermische und mechanische Stabilität zu bieten und durch die ölhaltige Matrix auch bei niedrigen Temperaturen schützend zu wirken. Das Öl verhindert außerdem, dass die Paste bei hohen Temperaturen wegbrennt oder sich ungleichmäßig verteilt. In technischen Anwendungen, wo extrem hohe Temperaturen und mechanischer Druck aufeinander treffen – wie bei Bremsen oder Schraubverbindungen im Maschinenbau – sorgt die Paste dafür, dass Teile selbst nach starker Beanspruchung wieder leicht gelöst werden können, da sie vor Festfressen und Korrosion schützt. Für einen PC und dessen niedrige Temperaturen ist so eine Paste mit einer Wärmeleitfähigkeit von nur 0.2 W/m·K definitiv nichts außer gefährlich!
Paste Melle Copper Grease
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Allgemeine Informationen
Herstellerangaben
Anmerkungen und Empfehlungen
Messungen
Materialprüfung und TIMA-Protokoll (auf Anfrage)
Mikroskopie und Partikel
Messvorgang
Die Wärmewiderstände Rth
Beginnen wir mit dem wichtigsten Aspekt, dem Wärmewiderstand Rth. Die wichtigste Eigenschaft von Rth ist, dass dieser schön linear mit der Schichtdicke korreliert, während die Wärmeleitfähigkeit eine ganz andere Kurve beschreibt und alles andere als linear bleibt. Aber der geübte Leser weiß das natürlich alles bereits. Uns interessieren auf der CPU Schichtstärken von 200 µm und darunter, bei der GPU sind es meist sogar 100 µm und deutlich weniger, je nach Bending.
Ich habe nun noch einmal die relevanten Schichtstärken von 50 bis 400 µm als Balkendiagramm für Rth im Vergleich.
Minimal mögliche Schichtdicke
Genau deshalb wollte ich wissen, wie weit man mit etwas Druck gehen kann und wie sehr sich eine Paste noch zusammenpressen lässt. Ich nutze hier die üblichen 60 Psi (41 N) auf der Messfläche von 1 cm², was völlig ausreicht und mehr ist als das, was z.B. ein GPU-Kühler erreicht.
Effektive Wärmeleitfähigkeit und Kühlungssimulation
Und auch diesmal gilt, wie in allen anderen Reviews von mir auch: Wenn man Rth bereits hat, bräuchte man λeλeff, also die effektive Wärmeleitfähigkeit eigentlich gar nicht. Wir sehen auch, wie sich die Werte über die BLT ändern, wobei man hier wegen der inkludierten Fläche und BLT keine lineare Kurve mehr erwarten kann.
Ich habe nun noch einmal die relevanten Schichtstärken von 50 bis 400 µm als Balkendiagramm für λeff im Vergleich.
GPU-Simulation
Nehmen wir zunächst die Werte von T3 und T4, die uns die beiden Temperaturen an den jeweiligen Kontaktflächen ausweisen, zwischen denen sich die Paste befindet. Diese Kurven sind nicht mehr ganz linear, denn auch der Interface-Widerstand ändert sich ein wenig. Und wir rechnen ja nicht mehr mit 6 Punkten, sondern nur mit 2 absoluten Werten für die Temperaturdifferenz statt eines Gradienten wie bei TTim, wobei die Sample-Temperatur ja konstant bleibt. Und wozu nun das Ganze? Das Verhalten ist so ähnlich wie bei einer Grafikkarte, die ja ohne einen IHS auskommen muss und wo man das Delta meist zwischen dem Substrat und der Wassertemperatur misst. Das kann man recht gut projizieren, denn ich teste ja den Temperaturunterschied an den beiden Flächen, zwischen denen sich die Paste befindet.
CPU-Simulation
Jetzt vergleiche ich jeweils T3 der getesteten Produkte. Wenn man die Werte für den Heater normalisiert, haben wir hier bereits einen ausreichenden Wärmewiderstand im Referenzblock aus Kupfer, um die CPU-Temperatur und deren Unterschiede mit verschiedenen Pads im Vergleich untereinander und in Abhängigkeit zur Schichtstärke Pasten-Ersatz zu simulieren. Denn genau diese variable Bewertung kann kein Test auf einer CPU bieten, weil die jeweiligen CPUs anders gebogen sind und es damit nicht wirklich reproduzierbar bleibt. Im TIMA5-Test aber schon, denn ich kann alle Abstände messen, was auf nur einer einzelnen CPU einfach nicht geht.
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