CPU-Kühler Reboot

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Wärmeleitpaste



Hintergründe



In praktisch jedem Lieferumfang eines CPU-Kühlers findet sich Wärmeleitpaste. Mal ist diese in Spritzen abgefüllt, mal in verschlossene Plastiktütchen, und in manchen Fällen ist diese bereits vorab auf die Kühlplatte des CPU-Kühlers schon fertig aufgetragen (eher selten).

Wie der Name schon mehr oder minder verrät, dient diese Paste der Wärmeübertragung – ein Füllstoff, welcher feinste Löcher ausgleichen soll, damit keine Luft als Isolator einen Wärmeabtransport verhindert.

Gekühlt werden soll der Prozessor-Die, in welchem die tatsächliche Hitze bei den im Betrieb zugeteilten Aufgaben entsteht. Dieses Stück Silizium ist heutzutage bei Desktop-Prozessoren von einem sogenannten Heatspreader aus Metall verdeckt. Dessen Aufgabe ist es zum einen, den Die vor Beschädigungen zu schützen, darüber hinaus aber noch mehr, die immer kleiner werdende Kühlfläche größer zu gestalten, damit die Chips sich einfacher kühlen lassen. Daher auch die englische Bezeichnung "Heatspreader" – ein Hitzeverteiler.

Bild: CPU-Kühler Reboot
Bild: CPU-Kühler Reboot
Bild: CPU-Kühler Reboot
Prozessor-Heatspreader Polierte plane Kühlerbodenplatte Konvex geschliffene Bodenplatte


Dieses Stück Metall ist aber niemals vollständig frei von Unebenheiten, ebenso wenig wie die meisten Bodenflächen der CPU-Kühler. Daher rührt die Notwendigkeit, dass man Wärmeleitpaste einsetzen muss. Tut man dies nicht, kann sich in feinsten Riefen und Unebenheiten Luft als Isolator einnisten und die Temperaturableitung vom Heatspreader auf die Kühlerplatte verhindern.

Bei den Kühlerbodenplatten trifft man hier und dort gar blank polierte Oberflächen an (siehe Foto), welche damit kaum Unebenheiten oder gar Riefen bieten. Dennoch bleibt die Wärmeleitpaste Pflicht. Dies einerseits, da die Fertigung nie 100 Prozent exakt ist, zum anderen aber auch, weil die Heatspreader in aller Regel sehr rau in ihrer Oberfläche sind.

Probleme und Tricks beim Sockel LGA115x

Dazu gesellt sich ein heutiger Fertigungspunkt bei manchen Kühlern, nämlich, dass die Bodenplatte nicht komplett plan geschliffen wurde, sondern absichtlich konvex. Dieses Vorgehen kann man als gewissen Trick bezeichnen, welchen Kühlerhersteller anwenden um ein Problem bei Intels Sockel-Umsetzung und dem IHS (Integrated Heat Spreader) zu umschiffen.

Bild: CPU-Kühler Reboot
Bild: CPU-Kühler Reboot


Das linke Bild zeigt ein Schema-Bild aus Intels Design-Papieren, welches den Befestigungsrahmen der CPU bei Sockel LGA115x-Platinen zeigt. Diese Sockel-Befestigung für die CPU nennt Intel ILM (Independent Loading Mechanism), wobei der Verschlussmechnismuss mit einem gewissen Druck auf die CPU gepresst wird. Die im rechten Bild rot gekennzeichneten Nasen drücken hierbei auf seitliche Teile des IHS, wodurch dieser eine gewisse Spannung erhält.

Schraubkühler erhöhen durch ihre Bauformen in aller Regel diesen Druck (Intels boxed Varianten haben dort keine Berührungspunkte), wodurch sich in der Theorie die Mitte des Heatspreaders konvex nach oben wölben sollte. Allerdings üben die Kühlerplatten der separaten Kühler dann wiederum zusätzlichen Druck auf die gelb gekennzeichneten Bereiche des Heatspreaders aus, wodurch sich eine gegenteilige Wölbung nach innen (konvex) ergeben kann. Das wiederum kann zu Rillenbildung führen, wodurch eine plan geschliffene Kühlerplatte keine optimale Verbindung zum IHS bekommt. Hinzu gesellt sich der Umstand, dass zwischen IHS und CPU-DIE Wärmeleitpaste aufgebracht ist – ein guter Kontakt also zwingend nötig ist.

Somit sind manche Kühlerhersteller zu der Erkenntnis gekommen, dass die leicht konvexe Form der Bodenplatte exakt in Höhe des DIE-Mittelpunktes höheren Anpressdruck bietet und damit bessere Kühlleistungen erzeugt werden können.

Allerdings ist dieses Vorgehen laut Kühlerhersteller problematisch, denn einerseits ist die Fertigung von konvex geformten Bodenplatten sehr schwierig zu kontrollieren und andererseits stellen sich die Verformungen des Heatspreaders durch Fertigungseinflüsse auf dieser Seite in der Praxis durchaus unterschiedlich dar.

Im Umkehrschluss zeigt dieser Punkt, dass es sich noch viel schwieriger zeigt, repräsentative Kühlertests umzusetzen, denn Schwankungen kann es bereits bei dem Heatspreader der CPU geben, Schwankungen kann es ebenfalls bei Kühlern mit konvexer Bodenplatte geben. Ein recht unglücklicher Punkt, an welchem Intel mit seinem Arretierungssystem sicher nicht ganz unschuldig ist, aber auch keinen Handlungsbedarf sieht.