Die Wärmewiderstände Rth – In Theorie und Praxis
Beginnen wir mit dem wichtigsten Aspekt, dem Wärmewiderstand Rth und eine Einordnung für unseren PC. Die wichtigste Eigenschaft von Rth ist, dass dieser in der Theorie schön linear mit der Schichtdicke korreliert, während die Wärmeleitfähigkeit eine ganz andere Kurve beschreibt und alles andere als linear bleibt. Wir müssen diesmal jedoch auch das Verhalten des starren Graphen-Pads beachten, wobei ich dem Ganzen später beim Abschnitt mit der umgebauten Grafikkarte und der CPU noch einen extra Abschnitt widmen werde. Wir müssen aber diesmal unbedingt zwischen Laborwerten und der Realität unterscheiden, was die tatsächlich möglichen Anpressdrücke bzw. Kräfte betrifft.
Uns interessieren normalerweise auf der CPU Schichtstärken von 200 µm und darunter, bei der GPU sind es meist sogar 100 µm und weniger, je nach Bending. Das wiederum geht mit diesem starren und festen Sheet gar nicht. Die für eine maximale Performance notwenigen Kräfte bzw. besser Drücke, wie ich sie auf der vorigen Seite erwähnt und erklärt habe, erzeigen leider ein komplett anderes Bild als das, was wir zuächst sehen:
Ich habe nun noch einmal die relevanten Schichtstärken von 100 bis 175 µm als Balkendiagramm für Rth im Vergleich:
Aber Achtung! Jetzt müssen wir nämlich tapfer sein. Die GeForce RTX 4080 aus dem Test sollte laut Hersteller bei deutlich unter 40 N liegen. Teilt man das durch die Ratio von Die-Fläche und Prüfkörper und runden großzügig auf, dann landen wir bei rund 10 N in der Grafik. Also nur noch bei rund 2.0 cm²K/W, weil das Pad gar nicht signifikant zusammengepresst wird!
Kontrollkurve des Rth in der TIMA Analyse
Im Dateninterface kann man die ermittelten Werte noch einmal kontrollieren und für die Ermittlung die abweichende Werte abwählen. Dazu kommen die leichten Anomalien oberhalb von 150 µm, wo der Wärmewiderstand auf Grund des mangelnden Anpressdrucks nicht mehr sonderlich linear mit der Schichtdicke korreliert. Genau das werden wir später noch hinterfragen, aber man hat es ja oben auch an der Kurve weiter oben (Buckel) bereits gesehen und natürlich auch beim Anpressdruck. Wir sehen, dass hier auch in meiner Messung die fast 94 W/(m·K) der Angabe von SHT erreicht werden, jedoch sind die Werte nur für die Galerie. Würde man den Wert bei 175 µm mit einbeziehen, dann wäre z.B. die Wärmeleitfähigkeit nur noch bei reichlich 36 W/(m·K), Tendenz stark sinkend mit dem Anpressdruck.
Minimal mögliche Schichtdicke
Zumindest wollte ich wissen, wie weit man mit ordentlich Druck bzw. ganz viel Kraft gehen kann, auch wenn es hier beim Sheet komplett realitätsfremd ist. Bei 300 N sind es noch ca. 100 µm (hier weicht das Pad im Diagramm von den eigentlich genutzten 41 N bzw.60 PSI ab, nur ist dies kompletter Schwachsinn. Zumindest bei so einem Sheet. Denn dann beginnt es sich nämlich bereits schon aufzulösen und zu zerbröseln.
Interface Resistance
Was auch noch interessant scheint, ist der Kontaktwiderstand, also in unserem Fall der Interface-Widerstand. Hier sieht man nämlich, wie gut sich die Oberfläche der Paste an die Kontaktflächen (IHS, Heatsink) “anschmiegt”, wenn man den optimalen Druck anlegen könnte, den das Sheet so braucht.
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