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Wozu dienen sie?

Hauptsächlich geht es darum, die Wärmeübertragung zwischen zwei Flächen zu verbessern. Besonders im Wege steht dabei Luft, welche sich in kleinsten Unebenheiten ansammeln kann. Da es im Consumerbereich nicht bezahlbar ist, absolut saubere und ebene Fläche zu erstellen, muß also ein Hilfsmittel benutzt werden, um die nie ganz korrekten Flächen so perfekt wie möglich zu verbinden. Selbst Staub oder ein verirrtes Haar verschlechtern den Wärmeübergang.
Bei sehr geringen Abständen, wie zB zwischen CPU und Kühler, handelt es sich um Maße von weniger als 0,5mm. Hier treffen die Flächen (DIE bzw Heatspreader und Kühlerboden) teilweise sogar direkt aufeinander. Verbleibende Luft als sehr schlechter Wärmeleiter sollte dabei so gut wie möglich verdrängt werden. Dazu eignet sich im Prinzip jede Flüssigkeit, deren Wärmeleitwert besser als Luft ist. Manch einer erinnert sich hierbei bestimmt an diverse Tests mit Senf, Ketschup oder Zahnpasta, die oft auch als Aprilscherz abgehandelt wurden. Aber: Es funktioniert!

Theorie und Wirklichkeit

Erstellen wir dazu mal eine reine theoretische Rechnung:
Über folgende Formel kann man den Wärmewiderstand eines Stoffes errechnen und bekommt somit einen Wert, um wieviel sich theoretisch das zu kühlende Objekt beim Wärmedurchgang durch diesen Stoff erwärmet.

Rth ist dabei der zu errechnende Wärmewiderstand. L entspricht der Länge in Durchflußrichtung, also der Dicke der Paste. lambda ist der in den meisten Fällen aus den Datenblättern ersichtliche Wärmeleitwert. A ist die Fläche, welche durchströmt wird.

Anhand von zwei unterschiedlichen Pasten ergibt sich folgendes Ergebnis:
Zur Berechnung nehmen wir einen A64 Sockel 939. Dessen Fläche beträgt 37,5mm x37,5 mm =0,001406m².
Paste A hat einen Wärmeleitwert von 4 W/mK. Aufgetragen ca. 0,1mm (0,0001m).
Sind L=0,0001m / 4W/mk x0,001406m² = 0,017 in K/W. Sagen wir die CPU heizt mit 50Watt, ergibt das 50W x 0,017K/W = 0,85K. Wären also eine Temperaturerhöhung um satte 0,85k (oder °C).
Paste B hat dagegen einen Wärmeleitwert von sagenhaften 9 W/mK. Das sind somit L=0,0001m / 9W/mK x0,001406m² = 0,008 K/W. Bei wiederrum 50W hätten wir dann 50W x 0,008K/W = 0,4K. Sind also "nur" 0,4K Temperaturerhöhung durch diese Superpaste.
Immer satte 0,45K besser als die billige Paste.
Selbst Paste mit einem äußerst schlechten Wärmeleitwert von nur 1 W/mK würde die CPU um 3,5°C wärmer werden lassen.

Wenn man sich die vielen Tests von Wärmeleitpasten so anschaut, wird man sich fragen, warum dort teilweise Unterschiede von bis zu 15K angeboten werden.
Betrachtet man oben genannte Gleichung, findet man gleich zwei beeinflussende Faktoren. Dies wären die Größe der Fläche und der Abstand bzw die Menge der Paste. Hier kommen also Unebenheiten zum tragen, wie zB Riefen, Rillen, Kratzer, unebene/gekrümmte Heatspreader. Im Eigenbau ist also darauf zu achten, Flächen mit höher Oberflächengüte zu erschaffen.
Aber auch die Konsistenz der Paste selbst spielt eine nicht unwesentliche Rolle. Eine recht dickflüssige Paste läßt sich eher schlecht bis gar nicht verdrängen/verteilen. Einige sehr zähe Pasten bilden, egal wie gut und mit welcher Methode man sie aufträgt, eine regelrechte Schicht zwischen den Flächen und bilden fast eine Art Pad. Die Wärme muß also immer erst durch sie hindurch und wird mehr behindert als das es zu einer guten Wärmeübertagung kommt. Dünnflüssige Pasten dagegen können deutlich besser verdrängt werden. Die beiden Flächen können sich teilweise direkt treffen, womit an diesen Stellen der beste Wärmeübergang stattfindet. Nur an wenigen Stellen bleibt eine dünne Schicht Paste zurück.
Dazu gesellen sich dann noch Meßfehler.

Bei Wärmeleitpads zur Überbrückung größerer Abstände kommt man um einen guten Wärmeleitwert allerdings nicht herum. Dabei sollte der Abstand der Flächen so gering wie möglich gehalten werden. Auch muß hier besonders auf die Oberflächebeschaffenheit der Pads geachten werden, damit der Wärmeübergang zwischen Fläche und Pad selbst nicht schon zum Hindernis wird. Hier hilft es uU sogar, wenn man jeweils noch etwas dünnflüssige Paste auf die Oberfläche des Pads aufträgt oder der Anpreßdruck so hoch ist, daß es das Pad in jede Unebenheit hinein quetscht.

Fazit
Wer also etwas Arbeit investiert und auf möglichs ebene und glatte Flächen achtet, kann bei der Auswahl der geeigneten Paste eine Menge Geld sparen. Gerade bei aufwendigen Konstruktionen mit vielen Heatpipes werden schon mal bis zu 20Gramm und mehr benötigt. Und wenn man das Pech hat, dann bringt die teure dicke Paste mit sagenhaften hohen Wärmeleitwerte auch nur nichts.

Uwe