Das ultimative Wärmeleitpasten- und Pad-Kompendium: Anwendung, Bestandteile, Herstellung, Optimierung, Alterung, Gewinnmargen und Marketing

1 - Die drei großen P - Einführung zu Pasten, Pads und Putty 2 - Sinn und Zweck von Wärmeleitpasten 3 - Die große Abrechnung zwischen billig und teuer 4 - Die Matrix als Basis aller Pasten und Pads 5 - Silikonbasierte Pasten: Optimierung, Haltbarkeit, Zersetzung 6 - Wärmeleitende Füllstoffe sind wichtig 7 - Wie der Mahlgrad die Performance beeinflusst 8 - Silikon-Modifikation für Niedrigtemperaturen und LN2-Overclocking 9 - Der Herstellungsprozess von Pasten samt möglicher Hürden 10 - Sonderfall Flüssigmetall (LM) 11 - Sonderfall Graphitpads und Phase Changer 12 - Temperaturfenster, Ausdehnungsverhalten, Applikation 13 - Alterung und Zersetzung von Pasten und Pads 14 - Hersteller vs. Abfüller, irreführendes Marketing und Fazit

Normales Graphit-Pad

Wir bewegen uns hier im Bereich zwischen Matrix und Füllstoffen, aber ich habe das Pad letztendlich doch in dieses Kapitel verfrachtet. Da wir bei den Kohlenstoffen sind: Graphit-Pads bestehen aus pyrolytischem Graphit, einem Material, das für seine hervorragenden thermischen Leitfähigkeitseigenschaften bekannt ist. Diese Pads sind typischerweise nur wenige Zehntelmillimeter dick und passen sich der Oberfläche der CPU und des Kühlkörpers weitgehend an, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten. Im Vergleich zu traditionellen Wärmeleitpasten sind Graphit-Pads fest und flexibel, was ihre Handhabung und Anwendung vereinfacht.

Ein wesentlicher Vorteil von Graphit-Pads ist ihre Langlebigkeit und Wiederverwendbarkeit. Sie können mehrfach verwendet werden, ohne dass ihre Leistungsfähigkeit merklich abnimmt. Dies steht im Gegensatz zu Wärmeleitpasten, die in der Regel nach jeder Anwendung erneuert werden müssen. Außerdem trocknen Graphit-Pads nicht aus. Dies bedeutet, dass ihre thermische Leitfähigkeit über einen längeren Zeitraum konstant bleibt und nicht durch Austrocknen beeinträchtigt wird. Handhabung von Graphit-Pads ist einfacher und sauberer als die Anwendung von Wärmeleitpaste. Es gibt kein Risiko einer Überanwendung oder Verschmutzung der CPU bzw. des Mainboards mit Paste.

Graphit-Pads bieten eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit, die in einigen Fällen besser sein kann als die von herkömmlichen Wärmeleitpasten, was zu einer effizienteren Wärmeabfuhr führen kann (aber nicht muss). Graphit-Pads sind in der Regel allerdings deutlich teurer als herkömmliche Wärmeleitpasten. Die höheren Anschaffungskosten können für manche Nutzer abschreckend wirken, obwohl die Wiederverwendbarkeit und Langlebigkeit der Pads diese initialen Kosten über die Zeit ausgleichen können.

Obwohl Graphit-Pads flexibel sind, können sie sich nicht so perfekt an die Mikroimperfektionen der CPU- und Kühlkörperoberflächen anpassen wie flüssige Wärmeleitpasten. Dies kann in einigen Fällen zu einer weniger effektiven Wärmeübertragung führen. Die Installation von Graphit-Pads erfordert eine gewisse Sorgfalt, um sicherzustellen, dass sie korrekt ausgerichtet sind und die gesamte Oberfläche der CPU abdecken. Fehlausrichtungen können zu Hotspots und ineffizienter Kühlung führen.

Graphit-Pads bieten eine interessante Alternative zu traditionellen Wärmeleitmaterialien für die CPU-Kühlung. Ihre Vorteile wie Wiederverwendbarkeit, einfache Anwendung und hohe thermische Leitfähigkeit machen sie zu einer attraktiven Option für viele Anwender. Trotz potenzieller Nachteile wie höheren Kosten und Anforderungen an die präzise Installation können Graphit-Pads in vielen Szenarien eine effiziente und langfristige Lösung für die Wärmeabfuhr bieten. Letztendlich hängt die Entscheidung für oder gegen die Verwendung von Graphit-Pads von den spezifischen Anforderungen, dem Budget und den Präferenzen des Einzelnen ab.

Phasenwechsel-Graphit-Pads

Graphit-Phasenwechselpads sind eine relativ neue Entwicklung im Bereich der thermischen Managementlösungen, speziell konzipiert für die Kühlung von elektronischen Bauteilen wie CPUs, GPUs und anderen Hochleistungs-Halbleitern. Diese Pads kombinieren die Vorteile von Graphitmaterialien mit den Eigenschaften von Phasenwechselmaterialien (PCM), um eine effektive und effiziente Wärmeübertragung zwischen dem zu kühlenden Bauteil und dem Kühlkörper zu ermöglichen. 

Graphit-Phasenwechselpads bestehen aus einem Verbundmaterial, das sowohl Graphit als auch ein Phasenwechselmaterial enthält. Graphit dient dabei als hochleitfähiges Medium zur schnellen Verteilung der Wärme über die gesamte Oberfläche des Pads, während das Phasenwechselmaterial seine physikalischen Zustände (von fest zu flüssig und umgekehrt) ändert, um Wärme aufzunehmen und abzugeben. Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur schmilzt das PCM, absorbiert Wärme durch den Phasenwechsel und minimiert so Temperaturspitzen. Beim Abkühlen erstarrt das PCM wieder, gibt die gespeicherte Wärme ab und hält so die Temperatur des Bauteils stabil.

Durch die Kombination der hohen thermischen Leitfähigkeit von Graphit mit der Wärmespeicherfähigkeit von PCM bieten Graphit-Phasenwechselpads eine ausgezeichnete Kontrolle über Temperaturschwankungen, was zu einer stabileren und effizienteren Kühlung führt. Diese Pads sind in der Lage, sich dynamisch an die Betriebstemperaturen anzupassen, indem sie bei Bedarf Wärme absorbieren oder abgeben. Dies reduziert das Risiko von Überhitzung und verbessert die Langlebigkeit der elektronischen Komponenten.

Wie bei anderen thermischen Pads ist die Installation einfach und erfordert keine speziellen Werkzeuge oder Fähigkeiten. Dies vereinfacht den Wartungs- und Austauschprozess. Graphit-Phasenwechselpads sind in der Regel langlebiger als herkömmliche Wärmeleitpasten oder -pads und behalten ihre thermischen Eigenschaften über einen längeren Zeitraum bei, was die Notwendigkeit für häufigen Ersatz verringert. Die Herstellung von Graphit-Phasenwechselpads kann teurer sein als die von herkömmlichen Wärmeleitmaterialien, was sich in höheren Kosten für den Endverbraucher niederschlägt.

Die Pads müssen eine bestimmte Dicke haben, um effektiv zu funktionieren, was in einigen Anwendungsfällen ein Problem darstellen könnte, insbesondere in engen Räumen. Für maximale Effizienz müssen diese Pads deshalb sorgfältig auf die spezifischen thermischen Anforderungen der Anwendung abgestimmt werden, einschließlich der Auswahl des richtigen PCM-Typs und der Abstimmung auf die Betriebstemperaturbereiche.

Keramische Phasenwechselpads

Keramische Phasenwechselpads bestehen aus einer Mischung aus keramischen Füllstoffen und einem Phasenwechselmaterial, das seine physikalischen Zustände zwischen fest und flüssig ändern kann, abhängig von der Temperatur. Die keramischen Füllstoffe dienen dazu, die thermische Leitfähigkeit des Pads zu erhöhen, während das PCM durch den Prozess des Schmelzens und Erstarrens Wärme absorbiert bzw. freisetzt. Diese Kombination ermöglicht eine effiziente Wärmeaufnahme bei Temperaturspitzen und eine gleichmäßige Wärmeabgabe, wenn die Temperatur sinkt.

PCM-Pad mit Aluminium-Folie

Dieses spezielle PCM Pad besteht typischerweise aus einer dünnen, aber robusten Aluminiumfolie, die als Trägermaterial dient. Diese Folie ist beidseitig mit PCM-Material beschichtet, welches entsprechend der gewünschten Temperaturanwendung ausgewählt wird. Die Aluminiumfolie in der Mitte dient nicht nur als mechanische Stütze, sondern auch als effizienter Wärmeleiter, der die Wärmeübertragung zwischen dem PCM und seiner Umgebung verbessert.

Die Aluminiumfolie sorgt für eine schnelle und gleichmäßige Verteilung der Wärme über die gesamte Oberfläche des Pads, was zu einer effizienteren Nutzung der PCM-Beschichtung führt. Die beidseitig aufgebrachten Schichten aus PCM können große Mengen an thermischer Energie aufnehmen und abgeben, ohne dabei ihre Temperatur signifikant zu ändern. Dies macht das Pad besonders nützlich für Anwendungen, bei denen eine stabile Temperatur aufrechterhalten werden muss.

Aufgrund ihrer dünnen und flexiblen Beschaffenheit können PCM Pads in verschiedenen Formen und Größen hergestellt und leicht in verschiedene Anwendungen integriert werden. Die Kombination aus Aluminiumfolie und PCM-Beschichtung ist robust gegenüber physischen Einflüssen und thermischen Zyklen, was zu einer langen Lebensdauer des Produkts führt.