Thermal Paste vs. Wärmeleitpads: die beste Wahl für die Montage Ihres Kühlkörpers

Früher arbeitete ich als Bauassistent. Meine Hauptaufgabe war es, als Planierer den Baugrund vorzubereiten, bevor die schweren Betonlastwagen ein ebenes Fundament legten. Es war eine mühsame und anstrengende Arbeit – aber für ein Gebäude ganz entscheidend, damit es jahrelanger Nutzung und Beanspruchung standhält. Mit einer Schaufel lief ich durch ein Stück Land, nur um sicherzustellen, dass der Boden in einer Toleranz von wenigen Zentimetern flach und eben ist. Ein Zoll lässt sehr wenig Raum für Fehler. Sie können mir glauben: Am Schluss hatte ich die Sache im Griff und ein Gelände, auf denen man die Pyramiden hätte bauen können.

So perfekt und makellos ich meine Arbeit auch machte, hier und da blieben noch unvermeidbare Unebenheiten und Vertiefungen. Eine CPU wird – wenn auch nur in Größenordnungen von Mikrobruchteilen – zwangsläufig ähnlich Unebenheiten haben. Es liegt in der Natur der Sache, dass ein Prozessor nicht makellos eben ist. Mit dem richtigen Verständnis der Montage von Kühlkörpern lässt sich Ihre CPU allerdings besser in Form bringen.

Wärmeleitpads vs. Thermal Paste: Was bietet die bessere Wärmeübertragung?

Realistisch betrachtet, gibt es keine vollkommen ebene Baugrubensohle. Zu viele äußere Einflüsse und Faktoren liegen außerhalb unserer Kontrolle. Dennoch musste ich es erreichen, dass meine Kollegen alles mit Beton ausgießen und ein solides Fundament errichten konnten, das über viele Jahre halten würde. Stellen Sie sich nun vor, dass Sie Thermal Paste wie Beton (der die kleinen Unebenheiten gut ausfüllt) über Ihre CPU gießen. Diese Paste füllt alle Ihre Mikrovertiefungen besonders gut aus – einer der Vorteile der Verwendung eines Pads gegenüber einer Paste.

Thermal Paste haftet sehr lange und ist eine weitaus bessere Option, wenn es um die Wärmeableitung zum Kühlkörper geht: Eine Schicht Thermal Paste sorgt für eine vollständige Benetzung der Bauteiloberfläche. Da es sich um eine zähe Flüssigkeit handelt, füllt sie alle Mikrovertiefungen am Bauteil bzw. an der Kühlkörper-Unterseite aus. Dadurch wird eine wesentlich bessere Wärmeableitung zum Kühlkörper erreicht.

Wärmeleitpads lassen sich dagegen gut auf einer fast ebenen Fläche auflegen (ähnlich wie ein riesiges Stück Sperrholz, dass man auf einem nahezu ebenen Boden verlegt). Jedoch werden immer noch sehr kleine Lücken zwischen dem Prozessor und dem Wärmeleitpad verbleiben. Diese kleinen Luftspalte sorgen für eine etwas geringere Wärmeleitfähigkeit, da Luft weniger wärmeleitend ist.

Falls Sie sich immer noch nicht sicher sind, ob Sie ein Wärmeleitpad oder eine Thermal Paste (auch Wärmeleitpaste genannt) verwenden sollten: Beide Lösungen brauchen eine ebene Oberfläche, auf der Sie Ihren Kühlkörper montieren können. Stellt die Erwärmung ein größeres Problem dar und Sie diese zusätzliche Temperaturreduzierung um ein paar Grad benötigen, dann verwenden Sie Thermal Paste. Bei Komponenten, die wesentlich mehr Strom verbrauchen (wie z. B. ein leistungsfähiger FPGA oder eine CPU), ist beim Einsatz der richtigen Mittel noch nicht das letzte Wort gesprochen. Höchstwahrscheinlich müssen Sie diese Komponenten zusätzlich mit einem Lüfter versehen, um sicherzustellen, dass die Temperatur auf ein angemessenes Niveau gesenkt wird.

Vermeiden Sie heikle Situationen mit Ihren Fähigkeiten

In Fortführung unserer Beton-Analogie geht unsere Überlegung weit über die bloße Gewährleistung eines ebenen Bodens hinaus, auf den wir unser Haus (aka unseren Kühlkörper) bauen möchten. Das Einbringen von Beton ist sicherlich eine gute Methode, um die Luftspalte auszufüllen, aber es ist ebenso eine schmutzige, klebrige und diffizile Angelegenheit. In ähnlicher Weise kann es beim Auftragen von Thermal Paste auf Ihre CPU leicht unschön werden, wenn Sie sich (oder Ihr Monteur) nicht auf diesem Gebiet auskennen. Die Beschaffenheit der Wärmeleitpaste ist genau das, was sie ist: eine flüssige Paste. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, Beton zu gießen, ohne jegliche Vorkenntnisse – was für ein Schlamassel!

Dagegen ist das Auflegen eines Wärmeleitpads ein problemloser Vorgang, der weniger Kenntnisse des Mitarbeiters erfordert. Wärmeleitpads haben gewöhnlich einen Klebstofffilm auf beiden Seiten und benötigen nicht die ruhige Hand, die Thermal Paste verlangt. Sie müssen lediglich die Deckfolie entfernen und ihn auf Ihre CPU legen. Zwar wäre es gut, Paste anzuwenden, aber ein Wärmeleitpad aufzukleben ist einfacher.

Pads vs. Paste: Haltbarkeit

Bei der Betrachtung der Lebensdauer Ihres Produkts werden Sie sicherlich Überlegungen anstellen wie: Muss es 1000 Jahre lang ohne Wartung halten oder reichen zehn Jahre aus? Unter Lebensdauer-Aspekten wird von manchen Designs erwartet, dass sie unter rauen Einsatzbedingungen jahrzehntelang halten. Die Verwendung von Thermal Paste als Befestigungsmittel für den Kühlkörper übertrifft dabei jedes Pad und ist in Bezug auf die Verschleißfestigkeit die robustere Option.

Dies ist schlicht auf das in diesen Produkten verwendete Material zurückzuführen. Thermal Paste oder Wärmeleitfett haftet und verfestigt sich nach dem Auftragen (Wärmeleitpads bestehen dagegen aus einem schwammartigen Material). Es ist langlebiger und kostengünstiger. Dies gilt insbesondere bei wiederkehrenden Temperaturzyklen.

Epoxid-Thermoverbund vs. Wärmeleitpaste

Im Gegensatz dazu wird ein Wärmeleitpad unter wiederholter thermischer Wechselbeanspruchung mit der Zeit spröde, wodurch der Kühlkörper vom Bauteil abbrechen kann. Ein anderes Material, das eine ähnlich kurze Lebensdauer hat, ist Thermoepoxidharz, das zu einem weichen Kunststoffmaterial eintrocknet. Es hat die gleiche lückenfüllende Eigenschaft wie Thermal Paste, aber die Haltbarkeit eines Wärmeleitpads. 

Sollten Sie nach einem einfachen Kühlkörper-Montageverfahren suchen und eine kürzere Produktlebensdauer in Kauf nehmen, dann mag die Verwendung eines Wärmeleitpads sinnvoll sein. Die teureren Wärmeleitpads bestehen in der Regel aus einem Silikonmaterial und sind im Vergleich zum flüssigen Konkurrenten verschleißanfälliger.

Wärmeleitpastenreste

Zum Ende der Arbeiten an unserem Haus – und der Montage unseres Kühlkörpers – haben wir eine Reihe nützlicher Überlegungen angestellt: Thermal Paste ist überlegen, wenn es darum geht, kleine Luftspalte auszufüllen, und liefert eine höhere Wärmeleitfähigkeit. Es ist allerdings ein handwerklich anspruchsvoller und potenziell schmutziger Montageschritt. Da Thermal Paste haltbarer ist als Wärmeleitpads, bedeutet dies, dass der Kühlkörper sich bei Bedarf nur schwer austauschen lässt. Reste der Paste bleiben an der Bauteiloberfläche haften (siehe Bild) und lassen sich unter Umständen nur schlecht entfernen.

Wärmeleitpads sind zwar grundsätzlich leichter zu handhaben, schneiden aber auch bei der Wärmeleitfähigkeit schlechter ab. Die Thermal Paste führt zudem bei der Produktlebensdauer – aufgrund des Materials, aus dem sie besteht.

Egal, wofür Sie sich entscheiden: Beide Varianten werden für Ihr Produktdesign hilfreich sein. Durch den Einsatz geeigneter PCB-Design-Software können Sie weitere Überlegungen zur Konstruktions- und Bestückungsphase Ihres Produkts anstellen. CircuitStudio^® von Altium unterstützt Sie dabei, eine fundierte Designentscheidung zu treffen.

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