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Erkenntnisse für den allgemeinen Einsatz I

Die Erde dreht sich um die Sonne

Anpressdruck und Wärmeleitpaste

Das Festschrauben eines Kühlkörpers vermittelt in doppelter Hinsicht ein Mehr an Sicherheit. Denn im Vergleich zu Push-Pins und Haltehaken wirkt das Festschrauben gerade bei schweren und hohen Kühlkörper als eine besonders sichere Halterung. Besonders bei einem Transport des Rechners wird ein Schaden unwahrscheinlicher. Doch auch hinsichtlich der Kühlung vermittelt es ein besseres Gefühl, denn durch den höheren Anpressdruck wird überschüssige Wärmeleitpaste weggedrückt, so dass der Chipsatz und der Kühlkörper einen direkteren Kontakt aufweisen. Immerhin besitzt das Silizium der Chipsatz-Die sogar noch eine 15-mal höhere Wärmeleitfähigkeit, als die beste gegenwärtig erhältliche Wärmeleitpaste. Ein direkter Kontakt erscheint daher sehr empfehlenswert.

Entscheidend ist nicht allein die Wärmeleitfähigkeit einer Wärmeleitpaste, sondern tatsächlich die Wärmeleitfähigkeit im Verhältnis zur aufgetragenen Dicke. Denn die Dicke der Wärmeleitpaste verhält sich - genau wie die Wärmeleitfähigkeit - direkt proportional zum Wärmestrom. Eine Wärmeleitpaste die also halb so dick aufgetragen wird, arbeitet genauso effizient wie eine Wärmeleitpaste mit doppelt so hoher Wärmeleitfähigkeit. Damit wird klar, dass man auch auf die Konsistenz der Wärmeleitpaste achten sollte. Denn eine zähflüssige Paste lässt sich bei weitem nicht so dünn auftragen wie eine nahezu flüssige Paste. Und gerade bei den vermeindlich guten Wärmeleitpasten präsentieren sich viele sehr zähflüssig, so dass ihre hohe Wärmeleitfähigkeit fast gänzlich verpufft.

Dies bedeutet auch, dass für eine zähflüssigen Wärmeleitpaste ein hoher Anpressdruck durchaus interessant sein kann, da er die Dicke reduziert. Bei einer dünnflüssigen Wärmeleitpaste macht es dagegen kaum einen Unterschied. In diesem Zusammenhang erkennt man auch, wo sich die Wärmeleitpads einordnen. Sie sind deutlich dicker und zäher als jede Wärmeleitpaste und eignen sich daher nur bedingt für eine gute Kühlung. Wer nun komplett auf Wärmeleitpaste und Wärmeleitpads verzichten möchte, sollte sich dies noch mal genau überlegen. Die Wärmeleitfähigkeit von Luft ist nämlich 30-mal schlechter, als die der schlechtesten Wärmeleitpaste. Selbst kleine Fehler werden hier nicht verziehen. Und diese sind noch dazu sehr wahrscheinlich. Das Silizium der Chipsatz-Die besitzt nämlich einen sehr hohen Härtegrad (6,5 auf der Mohs-Skala) und dazu passend auch sehr scharfe Kanten. So kann es bei der Kühler-Montage zu Kratzern auf der relativ weichen Kupfer- (3,0) bzw. Aluminium-Oberfläche (2,75) kommen, die dann als kleine Luftaussparungen in Hotspots resultiert. Wenn die Kratzer hervorstehend sind, dann verhindern sie sogar großflächig den direkten Kontakt der Kühler-Fläche mit der Die-Fläche. Hier ein kleines Beispiel zur Verdeutlichung.

Beispiel A: Eine einfache Wärmeleitpaste, die mit 0,3mm sehr dick aufgetragen wurde, kühlt genausogut, wie ein durchschnittlicher Luftraum - zwischen Chipsatz und Kühler - der nur ein Hunderstel Millimeter dick ist. Aus dieser Perspektive betrachtet, macht eine Wärmeleitpaste auf jedenfall Sinn. Zumal selbst einfacher Anpressdruck ausreichen dürfte, um die Dicke der Wärmeleitpaste deutlich unter 0,3mm zu drücken.

Auf die Wärmeleitpaste sollte man also nicht verzichten. Dadurch ergibt sich dann auch die Frage, ob gewöhnliche Wärmeleitpaste ausreicht oder ob es eine Bessere sein soll. Gewöhnliche Wärmeleitpasten besitzen eine Materialkonstante von 0,6 Watt pro Kelvin. Bei einer extrem hochwertigen Wärmeleitpaste wie beispielsweise der Graphit-Paste von Fisher-Electronik, liegt die Materialkonstante sogar bei 10,5 Watt pro Kelvin. Wie die Materialkonstante verrät, steigert sich der Wärmefluss mit dem Temperaturunterschied (soundsoviel Watt pro soundsoviel Kelvin Temperaturunterschied). Um die Auswirkungen aufzuzeigen, präsentieren wir gleich noch ein Beispiel und zwar anhand unseres AMD690 Chipsatzes, der nun auch theoretisch zum Einsatz kommen darf.

Beispiel B: Unser AMD690 besitzt eine Die-Fläche von einem halben Qudratzentimeter und eine TDP von 8 Watt. Um diese Abwärme abzuführen, benötigt eine 0,1mm dick aufgetragene Wärmeleitpaste - rein rechnerisch - einen Temperaturunterschied von 27° Kelvin (gewöhnliche Wärmeleitpaste) bzw. 1,5° Kelvin (Graphit-Paste). Erst bei diesen Temperaturunterschieden ist der Wärmefluss so stark, dass er die 8 Watt TDP komplett abführen kann.

Bei passiven Kühlern bedeutet dies, dass der Chipsatz mit gewöhnlicher Wärmeleitpaste ziemlich warm wird, bis er die Abwärme abführt. Seine Temperatur steigt damit auf 27° C über Zimmertemperatur. Bei der Graphit-Paste ist dagegen kaum ein Unterschied festzustellen, denn die 1,5° C über Zimmertemperatur sind absolut vernachlässigbar. Für sich genommen sind diese Werte aber keineswegs aussagekräftig. Sie stellen lediglich die Basis. Nun kommt aber noch der letzte und entscheidende Faktor hinzu, nämlich der Kühler selbst. Erledigt dieser seine Arbeit schlecht, dann nützt auch keine Graphit-Paste. Denn dann nimmt der Kühler die Abwärme nicht schnell genug auf und die Temperatur des Chipsatzes steigt trotzdem an. Ist der Kühler dagegen leistungsstark und sogar noch mit einem dicken Lüfter ausgestattet, dann purzeln im Gegenzug die 27° Kelvin, da die verstärkte Konvektion (dank des Lüfters) sich wie eine niedrigere Zimmertemperatur auswirkt. Statt also dann 27° C über Zimmertemperatur liegt die Chipsatz-Temperatur vielleicht nur noch 10° C über Zimmertemperatur. Dadurch lässt sich schlussfolgern, dass für High-End-Kühler nicht zwingend eine gute Wärmeleitpaste notwendig ist. Dafür kann aber für allerlei passive Kühler eine gute Wärmeleitpaste sehr von Vorteil sein. Denn sie gestattet dem Kühler die weitgehend volle Leistungsfähigkeit und hält die Betriebs-Temperatur des Chipsatzes niedrig. Parallel dazu, lassen sich diese beiden Erkenntnisse auch auf die Dicke der verwendeten Wärmeleitpaste anwenden.