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Wärmeleitpaste
In vielen Köpfen und auch in meinem
hat sich folgende simple Regel, in Bezug auf die
Wärmeleitfähigkeit von Wärmeleitpaste eingebrannt: Die weiße ist die untere
Basis für allgemeine Anwendungen, die graue ist besser und auch für CPU's
geeignet und "Flüssigmetall" ist am besten aber auch speziell und
bieten insbesondere bei übertakteten CPU's das Quäntchen Vorteil. Am Ende fährt man damit, ohne sich einen Kopf zu machen
wahrscheinlich gar nicht so schlecht und erzielt wahrscheinlich sogar
eine gute Trefferquote. Aber eine weiße
Paste ist auch schnell grau eingefärbt und bleibt immer noch die
gleiche :-/ Wenn man hier auf Nummer sicher gehen möchte, dann
sollte man sich den Wärmeleitwert der Paste anschauen. Dieser
wird standardmäßig in W/mK, also Watt pro Meter * Kelvin
angegeben. Tatsächlich findet man im unteren Bereich von <1-5
W/mK überwiegend weiße Pasten, von 5-10 W/mK graue Pasten und
über 10 W/mK die Flüssigmetallvarianten. Letztere erreichen
Werte von 40 W/mK und sogar darüber, sind aber auch zum Teil sau teuer. Neben dem hohen Preis besitzen die
Flüssigmetalle aber noch einen weiteren Nachteil und zwar
besitzen diese einen
kleineren Arbeitstemperaturbereich. Je größer der W/mK Wert,
desto kleiner der Temperaturbereich, welcher oft auch keine
Minustemperaturen vorsieht. Was beim PC-CPU kein Problem
darstellt, aber beim Einsatz mit
Beim Auftragen aller Wärmeleitpasten gilt die Regel: So wenig wie möglich und nur so viel als Nötig. Besonders bei viskosen Pasten (oft die grauen Vertreter) hat man hier schnell zu viel davon Aufgetragen, was dann den Abtransport der Wärme wieder behindern kann. Hier haben die Flüssigmetall-Vertreter einen entscheidenden Vorteil, denn man kann sie aufgrund ihrer Konsistenz gar nicht zu dick auftragen, bzw. wird überschüssiges Material sehr leicht vertränkt. Je viskoser die Paste, desto gewissenhaft muss man arbeiten. Um die Auswirkung der Schichtdicke zu veranschaulichen und um einen Vergleich verschiedener Pasten zu bekommen kann man das Ganze mal Berechnen.
Schichtdicke [m] / Kontaktfläche [m²] x (1 / Wärmeleitfähigkeit [W/mK])
Ja, die Angabe der Dicke in Meter
und die Fläche in qm ergeben im Elektronikbereich sehr kleine
Werte, also hier möglichst viele Nachkommastellen mitnehmen. 0,00004 m / 0,00015 m² x (1 / 3 W/mK) = 0,0888... W/K Wenn man nun mit einer viskosen Paste schlampig gearbeitet hat und auf eine Schichtdicke von 0,1 mm kommt, dann verschiebt sich der Wärmewiderstand wie folgt in schlechte: 0,0001 m / 0,00015 m² x (1 / 3 W/mK) = 0,2222... W/K Jetzt nehmen wir mal an, dass über die Kontaktfläche 80 W Wärmeenergie abgeführt werden müssen und berechnen den zu erwartenden Temperaturabfall, also den Verlust in Grad Kelvin, was gleich Grad Celsius ist, da es sich ja nur um das Delta dreht.
0,0888...
W/K x 80 W
≈ 7,11 K bei einer Schichtdicke von 0,04 mm
Das Bauteil wird
also aufgrund der übermäßig dicken Wärmeleitpasteschicht mit ca.
10 °C mehr Wärme belastet. Um das Ganze nun abzurunden rechnen wir den
Fall einmal mit einer hochwertigen Flüssigmetallvariante, mit
einer Wärmeleitfähigkeit von 73 W/mK bei einer ebenfalls
optimalen Schichtdicke von 0,04 mm. Ohne jetzt Werbung machen zu
wollen wäre das z.B. der
0,00004 m / 0,00015 m² x (1 / 73
W/mK) ≈ 0,00365 W/K
An den
Ergebnissen erkennt man nun sehr schön welchen Einfluss die
Schichtdicke hat, aber auch welchen Vorteil hochpreisige
Wärmeleitprodukte haben. Aber das soll hier jetzt keine
generelle Empfehlung sein nur noch Flüssigmetallprodukte zu
verwenden. Zum einen ist das hier nur ein fiktives Rechenbeispiel und zum anderen vertragen sich die Produkte
angeblich auch nicht auf Dauer mit Aluminiumkühlkörper, welche
abgesehen vom PC-CPU (Kupfer) sonst überall anzutreffen sind.
Auch nimmt mit zunehmender Kontaktfläche der Einfluss des
Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste ab. Es kommt halt wie so oft
auf die individuellen Fall an.
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Vorwort
