Wärmeleitpaste

Wärmeleitpaste (auch Wärmeleitmasse oder TIM-Paste genannt) ist eine viskose, wärmeleitfähige Masse, die zwischen einer Wärmequelle und einem Kühlkörper aufgetragen wird, um die mikroskopischen Oberflächenunebenheiten auszufüllen, in denen sich sonst isolierende Lufteinschlüsse bilden würden. Im Gegensatz zu einem Wärmeleitpad hat sie keine definierte Dicke – der Anpressdruck drückt sie auf eine Klebfugendicke (Bondline) von typischerweise 10–50 µm zusammen, was den niedrigsten Kontaktwärmewiderstand aller TIM-Klassen ergibt. Der Nachteil ist, dass sie sorgfältig aufgetragen werden muss, bei thermischen Zyklen herausgepumpt werden kann („Pump-Out-Effekt“) und die Nacharbeitung aufwendiger ist als bei einem Pad.

Wählen Sie Wärmeleitpaste, wenn die Klebfuge (Bondline) dünn und gleichmäßig ist (ein flacher IHS auf einer flachen Kupfer-Kühlplatte, Spalt unter 50 µm) und wenn es darauf ankommt, den absolut niedrigsten Wärmewiderstand zu erzielen – z. B. bei High-End-CPUs, GPUs und HF-Leistungsverstärkern. Wählen Sie ein Pad (TIF), wenn die Klebfuge um mehr als einige hundert Mikrometer variiert, wenn es auf Montagegeschwindigkeit und Nachbearbeitbarkeit ankommt oder wenn Sie ein trockenes Bauteil auf der Stückliste (BOM) benötigen. Auf den meisten Platinen für Rechenzentren wird beides verwendet: Pads auf Speicher und VRMs, Paste auf dem GPU-Die.

TIG7835L ist eine Gallium-Indium-Zinn-Legierung, die bei Raumtemperatur flüssig ist und eine Wärmeleitfähigkeit von ≈ 35 W/m·K aufweist – das ist etwa eine Größenordnung mehr als die beste Silikonpaste. Es wird für den direkten Die-Kontakt bei Prozessoren mit dem höchsten Wärmefluss eingesetzt. WICHTIGER HINWEIS: Flüssigmetall ist elektrisch leitfähig (spezifischer Widerstand < 10⁻⁴ Ω·m) und korrodiert bei Kontakt mit Aluminium – verwenden Sie es niemals auf Aluminium-Heatspreadern, in der Nähe von freiliegenden Leitern oder ohne eine Schutzbarriere. Überprüfen Sie vor der Spezifikation das Gehäusematerial (üblicherweise ist vernickeltes Kupfer oder vernickeltes Aluminium zulässig).

Thixotrope Pasten werden unter Pumpdruck dünnflüssiger (sodass sie sich leicht dosieren lassen), erlangen aber im Ruhezustand schnell wieder eine höhere Viskosität (sodass sie an Ort und Stelle bleiben und dem Abfließen durch Schwerkraft oder dem „Pump-Out-Effekt“ durch thermische Zyklen widerstehen). Verwenden Sie die -S-Typen für vertikal montierte Baugruppen, vibrationsanfällige Hardware (Fahrzeuge, Industrieantriebe, Serverlüfter) oder überall dort, wo Standardpaste im Laufe ihrer Lebensdauer migrieren würde. Der λ-Wert ist mit den Nicht-S-Äquivalenten der gleichen numerischen Klasse vergleichbar.

Bei richtiger Vorbereitung (geläppte Oberflächen, kontrollierter Anpressdruck, dünner Auftrag oder Erbsenmethode) erreicht Silikonpaste typischerweise eine Klebfugendicke von 10–30 µm, Flüssigmetall eine von 1–10 µm. Die nach ASTM D5470 gemessene thermische Impedanz korreliert mit der Klebfugendicke; dünner ist in Bezug auf °C·in²/W immer besser, bis sich wieder Luftspalte bilden. Das Datenblatt für TIG780-50HP gibt eine Klebfugendicke von 0,008 mm (8 µm) als Ziel für Hochleistungsanwendungen an.

Hochwertige Paste auf Silikonbasis (TIG780-Serie) behält ihre Leistung typischerweise für 7–10 Jahre bei moderaten Temperaturen und für 3–5 Jahre bei einem Dauerbetrieb über 100 °C. Der „Pump-Out-Effekt“ ist die häufigste Ausfallursache bei Baugruppen mit thermischen Zyklen – wählen Sie für Umgebungen mit Vibrationen oder starker zyklischer Belastung einen thixotropen Typ (-S). Flüssigmetall unterliegt keinem Pump-Out, kann aber durch Benetzung migrieren; sehen Sie eine Schutzbarriere vor, wenn der Kühlkörper nicht abgedichtet ist.