Vorwort

In vielen Köpfen und auch in meinem hat sich folgende simple Regel eingebrannt: Weiß ist die untere Basis für allgemeine Anwendungen, Grau ist besser und für CPU's geeignet und Flüssigmetall am besten aber auch speziell und bieten bei übertakteten CPU's das Quäntchen Vorteil nachdem man sucht. Am Ende fährt man damit, ohne sich einen Kopf zu machen wahrscheinlich gar nicht so schlecht und erzielt damit sogar eine gute Trefferquote bei der richtigen Wahl. Aber eine weiße Paste ist auch schnell grau eingefärbt und bleibt immer noch die gleiche :-/ Wenn man jedoch 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 teuer, mit über 10 EUR pro Gramm. Neben dem hohen Preis besitzen die Flüssigmetalle aber noch einen weiteren Nachteil und zwar einen kleineren Arbeitstemperaturbereich. Je größer der W/mK Wert, desto kleiner der Temperaturbereich welche oft auch keine Minustemperaturen vorsieht. Was beim PC-CPU kein Problem darstellt, aber beim Einsatz mit Peltier-Elementen auf der Kaltseite durchaus wieder ein Nachteil sein könnte.

   Grundlegendes

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 behindert. 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.

   Berechnung

Berechnet wird der Wärmewiderstand mit folgender Formel:

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.
Bei einer Schichtdicke von 0,02 mm ergibt sich bei einer Fläche von 10 x 15 mm (150 mm²) unter Verwendung einer Standardpaste (Weiß) mit einem Wärmeleitfähigkeitswert von 3 W/mK folgender Wärmewiderstand:

 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 diese Fläche 80 W Wärmeenergie abgeführt werden müssen und berechnen den zu erwartenden Temperaturabfall, also den Verlust in Grad Kelvin was gleich Grad Celsius ist wenn wir über ein Delta sprechen.

0,0888... W/K x 80 W ≈ 7,11 K bei einer Schichtdicke von 0,04 mm
0,2222... W/K x 80 W ≈ 17,78 K bei einer Schichtdicke von 0,1 mm

Das Bauteil wird also aufgrund der übermäßig dicken Wärmeleitpasteschicht mit ca. 10 °C mehr 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 Conductonaut von Grizzly.

0,00004 m / 0,00015 m² x (1 / 73 W/mK) ≈ 0,00365 W/K
0,00365 W/K x 80 W ≈ 0,29 K bei einer Schichtdicke von 0,04 mm

An den Ergebnissen erkennt man nun sehr schön welcher 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 Rechnenbeispiel 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 individuell vorherrschenden Gegebenheiten an.
 

   Onlinerechner

Um mal schnell mit einigen Werten herumspielen zu können gibt es hier einen Onlinerechner
Im Onlinerechner wird die Schichtdicke in mm verlangt und die Kontaktfläche in mm² was wohl bei Elektronikbauteilen handlicher ist.