Wärmeleitpasten
(ANLEITUNG und TEST)
• Autor: Michal Mikle
Beim Bau eines Computers gibt es eine Reihe von wichtigen Parametern und man wählt jede Komponente sorgfältig anhand von Tests oder Bewertungen aus. Wir vergessen jedoch oft eine genauso wichtige Sache, und zwar die Wärmeleitpaste. Boxed-Kühler haben normalerweise eine maschinell aufgetragene Pastenschicht, Aftermarket-Kühler werden dann mit einer kleinen Tube separat geliefert. Es ist jedoch nicht immer die beste Wahl. Im heutigen Test konzentrieren wir uns auf 9 Wärmeleitpasten, ihre Leistung und Anwendungsmöglichkeiten. Dank einer Plexiglashilfe schauen wir uns an, wie sich eine solche Paste zwischen dem Prozessor und dem Kühler verhält, und schliesslich sagen wir Ihnen, worauf beim Auftragen der Paste zu achten ist.
Wärmeleitpaste (ALLES, WAS SIE WISSEN SOLLTEN) – INHALTSVERZEICHNIS
- Wofür wird Wärmeleitpaste verwendet?
- Auftragungsmöglichkeiten oder wie trage ich die Paste auf?
- Tests oder welche Paste sollte ich wählen?
- Fazit
Wofür wird Wärmeleitpaste verwendet?
In der Computertechnologie werden Wärmeleitpasten überall dort eingesetzt, wo es notwendig ist, von einem Prozessor oder einer anderen Wärmequelle effizient Wärme abzuleiten. Diese Verwendung kann in Desktop-Computern, Notebooks und sogar in modernen Smartphones und anderen Geräten gefunden werden. Die Wärmeleitenpaste bildet eine Brücke zwischen zwei Oberflächen, füllt Unvollkommenheiten und Lücken zwischen ihnen aus. Die Qualität und das Alter der Wärmeleitpaste können die Leistung und Lebensdauer des Prozessors selbst beeinflussen. Bei ihrer völligen Abwesenheit können Schäden entstehen oder es kann zur praktischen Unbrauchbarkeit durch Überhitzung kommen. Der Austausch alter, schlechter oder auf eine andere Weise unbefriedigender Paste kann sich ebenfalls erheblich auf das Kühlergeräuschpegel auswirken. Bei besserer Wärmeübertragung braucht der Kühlerlüfter normalerweise eine kleinere Drehzahl, um die ursprüngliche Temperatur zu erreichen.
Wärmeleitpasten: GLOSSAR
TIM - thermal interface material, eine Sammelbezeichnung von Materialien, die zur Wärmeübertragung von verschiedenen Komponenten auf ihre Kühler bestimmt sind. Dazu gehören Wärmeleitpasten, Wärmeleitkleber, flüssige Metalle und Thermal Pads (Wärmeleitpolster).
Wärmeleitpaste - ein Mittel, das den Raum zwischen dem Chip und dem Kühler ausfüllt. Ihre Aufgabe ist die effizienteste Wärmeübertragung, sie wird aufgrund der Unebenheit und Unvollkommenheit beider Oberflächen eingesetzt.
Flüssiges Metall - eine Alternative zur Wärmeleitpaste auf der Basis von Metallen wie Indium und Gallium, die eine vielfach bessere Wärmeleitfähigkeit bietet, jedoch ein Risiko in Form einer elektrischen Leitfähigkeit birgt (bei unsachgemäßer Anwendung/Auftragung besteht die Gefahr eines Kurzschlusses und einer irreversiblen HW-Beschädigung). Es ist auch wichtig zu erwähnen, dass ES NICHT IN KONTAKT MIT ALUMINIUM KOMMEN DARF. Es hat allerdings kein Problem mit Kupfer und Nickel, vaus denen (neben Aluminium) die meisten Kühler gemacht sind.
IHS - integrated heat spreader, eine Prozessorabdeckung aus Kupfer mit einer vernickelten Oberfläche für eine sichere und gleichmäßige Wärmeableitung. In der Vergangenheit wurden Prozessoren ohne Abdeckung verwendet, was jedoch eine Reihe von Problemen mit sich brachte. Heutzutage verfügen alle Desktop-Prozessoren über IHS, aber nackte Chips befinden sich manchmal jedoch in Grafikkarten oder Notebooks und in anderen, normalerweise kleineren Geräten.
Sub-Ambient-Kühlung - eine Kühlung, bei der versucht wird, die Temperatur unter die Umgebungslufttemperatur oder gleich tief unter den Gefrierpunkt zu bringen.
Delid - Abnahme des Prozessor-Deckels, dh Entfernen des IHS und anschliessendes Ersetzen des TIM unter seiner Oberfläche. Wird oft bei Prozessoren mit Paste unter dem IHS verwendet. Wenn man eine Lötlampe verwendet, ist dies normalerweise nicht erforderlich.
Boxed-Kühler - ein Basis-Kühlkörper, der vom Hersteller zusammen mit einem Prozessor geliefert wird.
Aftermarket-Kühler - ein separat erworbener Kühler, übertrifft in der Regel die Basis-/Boxed-Kühler in Leistung und ist weniger laut.
Auftragungsmöglichkeiten oder wie trage ich die Paste auf?
Die Auftragungsmöglichkeiten unterscheiden sich je nach Art und Eigenschaften der Paste, des Kühlers und der Wärmequelle, aus der die Abwärme abgeführt werden muss. In Computern treten am häufigsten drei Wärmeleitpaste-Auftragungsmöglichkeiten auf.
Vor dem Auftragen der Wärmeleitpaste müssen beide Oberflächen gereinigt und entfettet werden. Bei einigen Pasten sind bereits mehrere Reinigungstücher in der Verpackung vorhanden, ansonsten sind gewöhnliche Papiertaschentücher und technischer Alkohol, oder besser Isopropylalkohol, ideal. Vermeiden Sie aggressive Substanzen wie Benzin, Verdünner und Trinkalkohol (enthält Zucker). Reinigen Sie unbedingt die Kontakte auf der unteren Seite, bevor Sie den Prozessor in die LGA-Buchse einbauen.
Reste vom flüssigen Metall kann man am besten mit Salzsäure und Aceton entfernen.
Bei einigen Pasten findet man auch eine kleine Plastikschaufel, falls Sie die Paste verteilen möchten. Diese kann durch eine normale Zahlungs- oder Kundenkarte oder ein anderes Stück flexibleren Kunststoffs perfekt ersetzt werden. Wenn Sie flüssiges Metall verwenden und speziell bei Thermal Grizzly Conductonaut, finden Sie in der Verpackung ein Wattestäbchen.
Auftragung der Wärmeleitpaste auf einen Prozessor mit IHS
Das Auftragen der Wärmeleitpaste auf einen mit IHS abgedeckten Prozessor ist sicher und grundsätzlich einfach. Wir reinigen die Oberfläche des IHS und des Kühlers, tragen eine ausreichende Menge Paste auf das IHS auf und setzen den Kühler auf, der nach dem Festziehen der Paste die Paste gleichmäßig verteilt und die überschüssige Paste herausdrückt. Die überwiegende Mehrheit der normalerweise verkauften Pasten ist nicht leitend, sodass wir keinen Kurzschluss befürchten müssen, es droht nur eine Unordnung um den Sockel herum (im schlimmeren Fall außerhalb). Bei dieser Auftragungsweise ist es sinnvoll, aber nicht notwendig, die gesamte Fläche des IHS abzudecken. Die Paste tragen wir nur auf die Oberfläche des Prozessors auf.
Kreuz
5 Punkte
Ein kleiner Punkt
Ein großer Punkt
Verstreichen
Auftragung der Wärmeleitpaste auf einen bloßen Prozessor
Die Auftragung direkt auf den Prozessor (wie bei Grafikkarten oder mobilen und anderen Prozessoren) ist grundsätzlich ähnlich, aber Sie müssen zwei Dinge beachten. Zuallererst ist besondere Vorsicht geboten, der Prozessor ist nicht vom IHS abgedeckt, in seiner Nähe befinden sich wahrscheinlich SMD-Komponenten und es drohen mechanische Schäden, wenn der Kühlkörper ungleichmäßig zugezogen wird. Zweitens ist es notwendig, die GESAMTE OBERFLÄCHE DES CHIPS mit der Paste zu bedecken. Wenn er nicht vollständig bedeckt ist, besteht wieder die Gefahr, dass er beschädigt wird. In diesem Fall ist es ideal, die Paste über die gesamte Oberfläche des Chips zu verteilen oder eine ausreichende Menge in seine Mitte aufzutragen. In diesem Fall spielt die herausgedrückte Paste keine Rolle, wenn sie nicht leitfähig ist, und wenn wir sie nur auf die Oberfläche des Prozessors auftragen.
Auftragung vom flüssigen Metall
Flüssiges Metall muss auf beide Oberflächen aufgetragen werden - sowohl auf den Prozessor mit IHS als auch auf den ohne IHS, um eine gute Verbindung zu versichern. Im Gegenteil zur Paste reicht es nicht aus, das flüssige Metall in Form eines kleinen Korns oder Kreuzes herauszudrücken, aber es ist notwendig, es auf der Oberfläche zu verteilen. Im Fall von TG Conductonaut wird hierfür das beiliegende Wattestäbchen verwendet (man kann auch ein normales hygienisches Wattestäbchen aus der Drogerie verwenden). Wenn es aus der Tube herausgedrückt wird, neigt es dazu, wie Quecksilber Kugeln zu bilden und hält nicht so gut an der Oberfläche. Mit dem Wattestäbchen versuchen wir, es in kreisenden oder abwechselnden Bewegungen von Ort zu Ort in die Oberfläche hinein zu reiben. Wenn beide Oberflächen mit einer festen Metallschicht bedeckt sind, können wir den Kühlkörper aufsetzen. Normalerweise reicht eine relativ kleine Menge aus.
Bei Auftragung auf einen blossen Prozessor ohne IHS muss darauf geachtet werden, dass das Metall nicht ausserhalb der Verbindung gelangt. Als Teil der Vorbeugung ist es gut, die umgebenden SMD-Komponenten mit Lack zu isolieren oder auf eine andere Weise gegen Kontakt mit Metall zu behandeln. Ich habe auch gute Erfahrungen mit einer Chip-Verkleidung mit einem entsprechend hohen Thermal Pad. Wenn das Metall austritt und auf eine ungeignete Stelle gelangt, besteht die Gefahr eines Kurzschlusses und einer irreversiblen Beschädigung Ihrer Hardware.
Trotz der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit hat die Verwendung vom flüssigen Metall einen negativen Trade-Off. Die Verbindung aus Zinn, Gallium und Indium bindet sich auf molekularer Ebene an die oberste Schicht des IHS und macht die lasergravierten Daten (Modell, Seriennummer und Batch) in den meisten Fällen unlesbar. Dies kann im Falle einer Reklamation zu Komplikationen führen. Wir empfehlen daher, die Anwendung vom flüssigen Metall gründlich durchzudenken.
Tests oder welche Paste sollte ich wählen?
Für diesen Test wurde das PC-Gehäuse Cooler Master HAF XB verwendet, das als ein offenes Test-Bench diente. Basis war das ASUS ROG STRIX B550-A GAMING Board, das mit dem neuen, vom Luftkühler Noctua NH-D14 gekühlten, Prozessor AMD Ryzen 7 5800x ausgestattet war. Weiterhin wurde es mit der m.2-Festplatte SK hynix BC501 NVME 256 GB, ein Paar generischen 4 GB DDR4-Speichermodule und der Grafikkarte MSI NVIDIA GeForce GTX 1650 4GB LP versehen. All dies wurde von dem vollständig passiven Netzteil Seasonic SS-400FL2 F3 Platinum-X400 angetrieben.
Die folgenden Tabelle vergleicht die Wärmeleitpasten, die im heutigen Test verwendet wurden.
| Modell | Cooler Master MasterGel Maker | Cooler Master MasterGel PRO V2 | EVOLVEO Ptero TC1 | Noctua NT-H1 | Noctua NT-H2 | ARCTIC MX-2 | ARCTIC MX-4 | Thermal Grizzly Kryonaut | Thermal Grizzly Conductonaut |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wärmeleitfähigkeit (W/mk) | 11 | 9 | 13,4 | N/A | N/A | 5,6 | 8,5 | 12,5 | 73 |
| Elektrische Leitfähigkeit | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✕ | ✓ |
| Betriebstemperatur (°C) | N/A | N/A | -30/250 | -50/110 | -50/200 | N/A | N/A | -250/350 | -10/140 |
| Dichte (g/cm3) | 2,6 | 2,6 | 2,5 | 2,49 | 2,81 | 3,96 | 2,5 | 3,7 | 6,24 |
| Viskosität (Pas) | N/A | N/A | 90 | N/A | N/A | 850 | 870 | 170 | 0,0021 |
| Preis | 6,50 Euro (4 g) | 10,50 Euro (4 g) | 7,70 Euro (2 g) | 6,85 Euro (3,5 g) | 11 Euro (3,5 g) | 4,55 Euro (4 g) | 6 Euro (4 g) | 18 Euro (5,55 g) | 9,50 Euro (1 g) |
*Preise zum 25. Dezember 2020
Auf dem Tes-Set wurde die neueste Version von Windows 10 Pro 64bit installiert. Während des Tests blieb die Konfiguration des Sets sowie die Version der installierten Programme unverändert. Zur Belastung des Prozessors habe ich das Programm Prime95 30.3 build 6 verwendet, konkret sein Stress-Test Small FFTs mit deaktivierten AVX-Anweisungen. Zum Aufzeichnen von Temperaturen wurde das Programm HWiNFO (konkret die Temperatur Tcl/Tdie) verwendet.
Die Kühlerlüfter hatten während aller Tests die maximale Drehzahl (direkt an den 12-V-Zweig des Netzteils angeschlossen), und im Raum hielt ich eine Temperatur von 23° C aufrecht. Ich habe die Paste mit der sog. Kreuz-Methode aufgetragen, siehe Fotos. Bei konstanter Belastung aller 16 Fasern nahm der Prozessor gerade 130 W ein und hielt sich bei 4.500 MHz. Die in den Diagrammen sichtbaren End-Temperaturen sind das Ergebnis von Messungen in der letzten zehn Minuten aus insgesamt zwanzig Minuten Stress-Test (die maximale aufgezeichnete Temperatur).
Was hat uns dieser Test gezeigt? Zunächst sollte erwähnt werden, dass bei Prozessoren, die in einem so kleinen Produktionsprozess, dh auf 7 nm, hergestellt werden, das größte Problem nicht die Wärmeleitpaste oder die Wärmeübertragung vom IHS zum Kühler ist. Die Achillesferse ist die Wärmeableitung vom Silizium zum IHS. Ältere Prozessoren auf einem größeren Herstellungsprozess und paradoxerweise Intel-Prozessoren kühlen sich besser als die neuesten AMD Ryzen 5000.
Die Unterschiede zwischen häufig verwendeten Pasten sind zwar gering, aber messbar. Die Paste Cooler Master MasterGel Pro v2 war eine angenehme Überraschung, die eine anständige Leistung zum anständigen Preis zeigte und sowohl Arctic- als auch Noctua-Produkte übertraf. Es überrascht nicht, dass die ersten Plätze von Produkten der Firma Thermal Grizzly mit ihrem Kryonaut (geeignet und oft bevorzugt für die Sub-ambient-Kühlung) und dem flüssigen Metall Conductonaut belegt wurden, die jedoch zu einem deutlich höheren Preis verkauft werden. Bei flüssigen Metallen sollte noch erwähnt werden, dass für sie nicht das Gleiche wie für Pasten gilt. Sie sind elektrisch leitfähig, ihre Anwendung ist unterschiedlich und man kann sie nicht mit allen Arten von Kühlkörpern verwenden. Ich möchte sie jedoch jedem empfehlen, der das Beste aus seiner Hardware herausholen möchte und bereit ist, etwas Neues auszuprobieren.
Fazit
Was das Auftragen von Wärmeleitpasten betrifft, halte ich mich an der bewährten Methode vom diagonalen Kreuz. Aus den Fotos geht hervor, dass sie, zusammen mit dem Auftragen der Paste an fünf Stellen, den Bereich des IHS am Besten abdeckt. Dies vermeidet das die Ecken mit Paste nicht abgedeckt werden und reduziert die Menge an Paste, die um das IHS herum ausgepresst wird. Diese kann, obwohl sie nicht leitend ist, den Tag richtig unangenehm machen und ein anständiges Durcheinander verursachen, manchmal auch außerhalb des Sockels. Im Fall vom flüssigen Metall besteht die einzige Möglichkeit, es auf beiden Oberflächen zu verteilen, darin, sicherzustellen, dass die Dosierung korrekt ist. Wenn eine übermäßige Menge verwendet und dann um das IHS herum herauusgepresst wird, besteht die Gefahr, dass der Sockel oder die SMD-Komponenten getroffen werden, was fatale Folgen haben kann.
Ich möchte auch auf eine Unannehmlichkeiten hinweisen, die ausschließlich bei Prozessoren mit PGA-Sockeln auftritt, dh bei AMD (Intel hat in mobilen Prozessoren auch einen PGA-Sockel verwendet, aber hier geht es um Desktop-Prozessoren). Beim Entfernen des Kühlkörpers vom Prozessor ist Vorsicht geboten. Aufgrund der festen Haftung des Prozessors am Kühlkörper dank der Paste ist es sehr einfach, ihn mit dem Kühlkörper herauszuziehen. Wenn Sie dies nicht erwarten, kann er die Pins an der Unterseite des Prozessors verbiegen oder irreversibel beschädigen. Dies ist bei den von Intel verwendeten LGA-Prozessoren nicht der Fall.
Die Pasten Cooler Master, Noctua NT-H2 und Arctic MX-2 scheinen mir merklich dicker zu sein als die übrigen getesteten Pasten. Dies zeigte sich in der oben erwähnten Haftung des Kühlkörpers am Prozessor. Im Gegensatz dazu passiert so etwas bei flüssigem Metall nicht. Der Kühler leistet beim Entfernen fast keinen Widerstand. Auf diese Weise können Sie auch überprüfen, ob Sie die Dosierung nicht übertrieben haben.
Zusammenfassend sollte noch erwähnt werden, dass mit einer effizienteren Kühlung und höherer Menge ausgestrahlter Wärme die Unterschiede zwischen den Pasten zunehmen werden. Im Falle einer Taktung oder nur eines leistungsstärkeren Chips profitieren Sie von einer höherwertigen Paste noch mehr.