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

Alterung und Zersetzung von Pasten und Pads im Allgemeinen

Ich hatte es bereits auf den vorigen Seiten schon im Zusammenhang mit der Matrix angesprochen. Denn trotz ihrer Effizienz bei der Wärmeübertragung kann eine WLP im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Zersetzungsprozessen unterliegen, die ihre thermische Leitfähigkeit beeinträchtigen. Die Zersetzung von Wärmeleitpasten, die nicht nur die Matrix betrifft, kann durch verschiedene Mechanismen verursacht werden, einschließlich:

• Thermische Degradation:
  Bei hohen Betriebstemperaturen können die organischen Bestandteile der Paste zerfallen, was zu einer Verringerung der thermischen Leitfähigkeit führt.
• Pump-Out-Effekt:
  Zyklische Temperaturänderungen können dazu führen, dass die Paste aus dem Interfacebereich „herausgepumpt“ wird, wodurch die effektive Kontaktfläche verringert wird.
• Trocknung und Aushärtung:
  Das Verdampfen von Lösungsmitteln oder die Aushärtung des Bindemittels über die Zeit kann die Fähigkeit der Paste, Mikrolücken zu füllen, beeinträchtigen.
• Chemische Reaktionen:
  Reaktionen zwischen den Bestandteilen der Paste und den Metallen der angrenzenden Oberflächen können zur Bildung von nichtleitenden Schichten führen.

Die Zersetzung von Wärmeleitpasten kann signifikante negative Auswirkungen auf elektronische Systeme haben, darunter die Erhöhung der Betriebstemperaturen von Komponenten, was zu verringerter Leistung oder Ausfällen führen kann. Möglich sind auch langfristige Schäden an elektronischen Bauteilen aufgrund unzureichender Kühlung.

Schäden und Auflösungserscheinungen

Das „Ausbluten“ oder die Auflösung der Matrix, sei es in Wärmeleitpasten oder Wärmeleitpads, stellt ein signifikantes Problem im Bereich des thermischen Managements elektronischer Geräte dar. Diese Phänomene können die thermische Leistungsfähigkeit der Materialien beeinträchtigen, zu einer Verringerung der Lebensdauer der elektronischen Komponenten führen und in einigen Fällen sogar die elektrische Sicherheit gefährden. Unter „Ausbluten“ versteht man die Trennung der flüssigen Bestandteile von den festen Partikeln in einer Paste oder einem Pad. Dies kann durch eine Reihe von Faktoren verursacht werden, einschließlich übermäßiger Hitze, Alterung oder inadäquater Formulierung der Matrix. Eine mögliche Auflösung hingegen bezieht sich auf den Zerfall oder die Zersetzung der Matrixmaterialien selbst, was zu einer Verflüssigung oder einem Verlust der strukturellen Integrität führt. Dies kann durch chemische Reaktionen, übermäßige Temperaturen oder Kompatibilitätsprobleme mit anderen Materialien verursacht werden.

Sowohl das Ausbluten als auch die Auflösung können zu einer signifikanten Verringerung der thermischen Leitfähigkeit führen. Wenn die Matrix ihre strukturelle Integrität verliert, kann dies zu einer ungleichmäßigen Verteilung der thermisch leitfähigen Partikel führen, was den Wärmewiderstand erhöht. Ausgeblutete oder aufgelöste Materialien können auf benachbarte Komponenten übergehen, was zu einer potenziellen Kontamination führt. Dies kann elektrische Kurzschlüsse oder Korrosion verursachen, besonders wenn leitfähige Partikel beteiligt sind.

Die Auflösung der Matrix kann zur mechanischen Schwächung des Wärmeleitmaterials führen, was dessen Fähigkeit, Druck oder Vibrationen zu widerstehen, beeinträchtigt. Dies kann in einer Verschlechterung der Anpassungsfähigkeit an die Wärmequellen und Kühlkörper resultieren. Geräte, die von diesen Problemen betroffen sind, erfordern eine Wartung oder den Austausch von Wärmeleitmaterialien, was zu höheren Betriebskosten und potenziellen Ausfallzeiten führt. Die Entwicklung von Wärmeleitmaterialien mit verbesserten Bindemitteln oder Stabilisatoren kann das Ausbluten oder die Auflösung verhindern.

Light Option #1

Light Option #1

Haltbarkeit und Lagerung

Die Haltbarkeit von Wärmeleitpaste in der Tube ist ein wichtiger Faktor für die Wartung und Effizienz. Während Wärmeleitpaste darauf ausgelegt ist, über längere Zeiträume hinweg ihre physikalischen und thermischen Eigenschaften zu bewahren, kann eine übermäßig lange Lagerung zu einer Verschlechterung dieser Eigenschaften führen. Diese Verschlechterung kann die Leistung der Paste bei der Wärmeübertragung zwischen CPU, GPU oder anderen Komponenten und ihren Kühlkörpern negativ beeinflussen. Im Folgenden will ich erläutern, was mit Wärmeleitpaste passiert, wenn sie zu lange gelagert wird, und warum dies geschieht. Denn Wärmeleitpaste besteht aus einer Mischung aus einem oder mehreren Polymeren als Bindemittel, thermisch leitfähigen Füllstoffen (wie Metallpartikeln oder Keramikpulver) und in manchen Fällen Lösungsmitteln, die die Anwendung erleichtern. Über die Zeit können verschiedene Faktoren die chemische und physikalische Stabilität der Paste beeinträchtigen:

• Trennung von Komponenten:
  Die meisten Wärmeleitpasten sind Suspensionen, in denen feste Partikel in einer flüssigen oder semi-flüssigen Basis verteilt sind. Im Laufe der Zeit kann es zur Trennung dieser Komponenten kommen, insbesondere wenn die Paste extremen Temperaturen oder direktem Sonnenlicht ausgesetzt wird. Diese Trennung kann dazu führen, dass sich die flüssigen Bestandteile von den festen Partikeln absetzen, was die Konsistenz und die Leitfähigkeit der Paste beeinträchtigt.
• Verdunstung von Lösungsmitteln:
  Wenn Wärmeleitpaste Lösungsmittel enthält, können diese im Laufe der Zeit verdunsten, selbst wenn die Tube scheinbar gut verschlossen ist. Dies kann zu einer erhöhten Viskosität oder sogar zum Austrocknen der Paste führen, was ihre Anwendbarkeit und Leistung negativ beeinflusst.
• Chemische Zersetzung:
  Obwohl selten, können chemische Zersetzungsvorgänge innerhalb der Paste auftreten, insbesondere unter dem Einfluss von Wärme oder Licht. Solche Zersetzungsprozesse können die Bindemittel in der Paste verändern und somit ihre Fähigkeit, eine effektive thermische Schnittstelle zu bilden, verringern.

Eine durch lange Lagerung beeinträchtigte Wärmeleitpaste kann mehrere negative Auswirkungen auf die Leistung haben, wie z.B. eine schlechtere Wärmeübertragung. Die effiziente Übertragung von Wärme wird durch die Trennung der Komponenten oder die Veränderung der Paste-Konsistenz beeinträchtigt, was zu höheren Betriebstemperaturen der Komponenten führen kann. Eine erhöhte Viskosität oder das Austrocknen der Paste machen es zudem schwierig, eine dünne, gleichmäßige Schicht zwischen den Oberflächen zu bilden, was für eine optimale Wärmeübertragung notwendig ist.

Um die Haltbarkeit von Wärmeleitpaste zu maximieren, sollten man einige Punkte berücksichtigen: Bewahrt die Wärmeleitpaste an einem kühlen, trockenen Ort auf, fern von direktem Sonnenlicht oder Hitzequellen. Stellt Sie sicher, dass die Tube nach jedem Gebrauch fest verschlossen ist, um die Verdunstung von Lösungsmitteln zu minimieren. Viele Hersteller geben außerdem ein Verfallsdatum an, das beachtet werden sollte, um die beste Leistung sicherzustellen. Während Wärmeleitpaste für eine langfristige Leistung konzipiert ist, kann eine übermäßig lange Lagerung ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften negativ beeinflussen.

Es begann mit einer Lüge und endet heute mit einem Test: Was kann die Arctic Cooling Silicone Paste nach 20 Jahren Lagerung noch?