Mikroskopie und Partikel
Das ideale Abrissbild beim Verstreichen einer guten, leicht viskosen Wärmeleitpaste zeigt sich durch eine gleichmäßige, geschlossene Oberfläche ohne sichtbare Lücken oder Unebenheiten. Beim Verteilen sollte die Paste glatt und homogen wirken, ohne dass sich die Matrix trennt oder Luftblasen eingeschlossen werden. Ein sauberes Abrissbild bedeutet, dass die Paste an den Kontaktflächen haftet, während überschüssiges Material kontrolliert verdrängt wird, ohne dass die Schicht ungleichmäßig dünn wird oder komplett abreißt.
Auf mikroskopischer Ebene ist das Verhalten der Partikel in der Matrix entscheidend. Die Paste besteht aus einem Trägermaterial, in das thermisch leitfähige Partikel eingebettet sind. Beim Verstreichen verteilen sich diese Partikel gleichmäßig, füllen mikroskopische Unebenheiten der Kontaktflächen aus und sorgen für eine effiziente Wärmeleitung. Wenn die Schicht jedoch zu dünn wird und unter Druck abreist, tritt ein anderes Verhalten auf: Die Partikel in der Matrix werden auseinandergezogen, wodurch die Dichte der thermisch leitfähigen Partikel in diesen Bereichen abnimmt. Die Paste verliert an diesen Stellen ihre durchgehende Struktur, was zu mikroskopischen Hohlräumen oder Luftblasen führen kann. Diese Lücken erhöhen den Wärmewiderstand erheblich, da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist.
Ein solches Abrissverhalten tritt auf, wenn entweder zu viel Druck auf die Paste ausgeübt wird oder wenn die Viskosität der Paste nicht optimal an die Anforderungen der Anwendung angepasst ist. Ist die Paste zu dünn oder wird sie zu stark komprimiert, wird das Trägermaterial an den Rand gedrückt, während die Partikel nicht mehr ausreichend gebunden sind, um eine kontinuierliche Wärmebrücke zu bilden. Das Ziel ist daher eine Schichtdicke, die dünn genug ist, um den Wärmewiderstand minimal zu halten, aber dick genug, um die Partikel gleichmäßig zu verteilen und das Abrissrisiko zu minimieren. Ein gutes Abrissbild, wie hier bei der Thermal Grizzly Duronaut, ist also ein Indikator dafür, dass die Paste optimal gemischt wurde: Die Schicht bleibt auch beim Abziehen weitgehend geschlossen und die Partikel sind gleichmäßig verteilt, ohne sich komplett auseinanderziehen zu lassen.
Eine weitere interessante Eigenschaft zeigt die Betrachtung der Partikelgröße. Die Partikel sind recht klein und das Al2O3 (Jet Milling) ist im Silikon zusammen mit den ZnO-Nanopartikeln gut eingebettet. Das ist auch der Grund, warum die Paste bei geringeren Schichtstärken so gut performt.
Denn auch nach dem Verdampfen der Silikonschicht an der Oberfläche findet man keine riesigen Kügelchen. Es bleibt alles deutlich unter 10 µm, daher auch die Möglichkeit der guten Kompression.
Materialanalyse
Aluminiumoxid und Zinkoxid als Basis, wobei der reine Metallgehalt rund 50 des Massegewichtes einnimmt, was ok ist. Das harmoniert auf alle Fälle mit der gemessenen Performance, der Rest ist der Sauerstoff der Oxide und des Silikons, sowie dessen restliche Bestandteile vom Silizium bis hin zum Kohlenstoff und Wasserstoff.
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