Es gibt keine einheitliche, für jedes Gerät optimale Methode zum Auftragen von Wärmeleitpaste. Ein Punkt in der Mitte ist schnell und eignet sich gut für viele kleine oder gängige CPU-Kühlkörper. Eine kurze Linie eignet sich für eine lange Kontaktfläche. Durch dünnes manuelles Verteilen wird eine sichtbare Abdeckung von Rand zu Rand erreicht, was bei großen Kühlkörpern und nackten Chips hilfreich ist. Eine Schablone ist sinnvoll, wenn wiederholbare Platzierung und Dicke den Einsatz spezieller Werkzeuge rechtfertigen, was meist in der Leistungselektronik oder bei der Serienfertigung der Fall ist.
Die beste Methode ist die, bei der nach der Montage eine dünne, durchgehende Schicht über dem thermisch aktiven Bereich zurückbleibt. Sie sollte nur wenige Hohlräume, kaum unerwünschtes Ausquellen und gleichbleibende Ergebnisse liefern. Die Frage der Mustertreue ist ein beliebtes Thema für Diskussionen im Internet. Der Schnittstelle ist das jedoch egal.
Warum sich das optimale Muster für Wärmeleitpaste je nach Kontaktfläche ändert
Wärmeleitpaste, Wärmeleitfett, Kühlkörperpaste und CPU-Paste sind gängige Bezeichnungen für dieselbe große Gruppe von Wärmeleitmaterialien. Ihre Aufgabe besteht darin, mikroskopisch kleine Vertiefungen zwischen einer Wärmequelle und einem Kühler auszufüllen.
Selbst poliertes Metall weist mikroskopisch kleine Unebenheiten auf. An den höchsten Stellen berühren sich zwei Oberflächen, während winzige Lufteinschlüsse zurückbleiben. Die Paste verdrängt diese Luft und verbessert den Kontakt. Sie sollte eine dünne Klebefuge bilden, keine weiche Unterlage.
Der gewünschte Wärmepfad ist einfach:
Wärmequelle → dünne Pastenschicht → Kühler oder Kühlkörper
Eine Anwendungsmethode ist dann erfolgreich, wenn sie Folgendes leistet:
- Abdeckung des aktiven Heizbereichs;
- eine dünne Endklebefuge;
- geringer Porengehalt;
- kontrolliertes Auspressen an den Kanten;
- wiederholbarer Kontakt bei dem verfügbaren Anpressdruck.
Ein Muster auszuwählen, ohne auf die Verpackung zu schauen, ist ein bisschen so, als würde man eine Farbrolle aussuchen, bevor man die Wand ausgemessen hat. Es könnte funktionieren. Es könnte aber auch sein, dass es überhaupt nicht das richtige Werkzeug ist.
Das Muster besteht aus nur einer Variablen
Ein perfekt aussehendes „X“ kann eine verzogene Kühlerbasis nicht ausgleichen. Ein sauberer Schablonendruck nützt nichts, wenn der Anpressdruck zu gering ist. Ein Mittelpunkt, der bei weicher Paste funktioniert, kann bei einer zähen Paste ebenfalls versagen.
Bevor Sie sich für eine Methode entscheiden, prüfen Sie Folgendes:
- Größe und Form der Kontaktfläche;
- Einbauort des Chips oder des Leistungshalbleiters;
- Viskosität der Paste, Thixotropie und Benetzbarkeit;
- bessere Ebenheit und Steifigkeit;
- Klemmkraft und Anzugsreihenfolge;
- elektrische Leitfähigkeit;
- Produktionsvolumen und Prüfbedarf.
Die Wärmeleitfähigkeit ist zwar wichtig, sagt jedoch nichts darüber aus, wie sich eine Paste beim Drucken oder Verteilen verhält. Der Leitfaden von HAKTAK zu Auswahl und Prüfung der Wärmeleitfähigkeit von Wärmeleitpaste erklärt, warum die Prüfbedingungen und die Einbaugestaltung neben dem W/mK-Wert in der Überschrift stehen sollten. Die Materialauswahl steht an erster Stelle, das Verlegemuster an zweiter Stelle.
Punkt, Linie, Streuung und Schablone auf einen Blick
| Verfahren | Optimale Passform | Größte Stärke | Hauptrisiko | Wiederholbarkeit der Produktion |
| Mittelpunkt | Kleine oder etablierte IHS | Schnell, sauber und leicht zu wiederholen | Unvollständige Kantenabdeckung | Mittel |
| Kurze Zeile | Längliche Verpackung oder Wärmequelle | Stellen entlang der Längsachse | Falsche Länge oder Ausrichtung | Mittel |
| Manuelle Ausbreitung | Großes IHS oder nackter Chip | Sichtbare vollständige Abdeckung | Ungleichmäßige Beschichtung oder Verunreinigungen | Gering bis mittel |
| Schablonendruck | Wiederholte Leistungsmodule oder gesteuerte Montage | Festgelegter Ort und Nassdicke | Fehler bei der Werkzeugherstellung, Entformung und Reinigung | Hoch nach der Validierung |
Bei einer Desktop-CPU reicht oft schon ein Punkt oder eine Linie aus. Bei einem blanken GPU-Chip ist eine vollständige Abdeckung von Vorteil. Bei Tausenden von Leistungsmodulen kann sich der Einsatz einer wiederverwendbaren Schablone lohnen, um Abfall und Abweichungen zu reduzieren. Nun ja, auf die Details kommt es an.
Die „Center-Dot“-Methode zum Auftragen von Wärmeleitpaste: Einfach und schnell
Bei der „Dot“-Methode wird eine kleine Menge der Wärmeleitpaste nahe der Mitte des integrierten Wärmeverteilers (IHS) aufgetragen. Beim Herabsenken des Kühlers wird die Paste durch den Druck in einer annähernd kreisförmigen Form nach außen verteilt.
Es ist beliebt, weil es:
- schnell und sauber;
- leicht zu vermitteln;
- ohne Spachtel verwendbar;
- die Paste von der Mitte nach außen befördern kann, wodurch große Lufteinschlüsse vermieden werden.
Wo sich die Punktmethode am besten bewährt
Ein Mittelpunkt ist eine praktische Methode für den Beginn der Montage eines kleinen oder handelsüblichen quadratischen IHS. Dies funktioniert am besten, wenn die Paste gut fließt und der Kühler über eine relativ ebene Kontaktfläche hinweg gleichmäßigen Druck ausübt.
Dies ist bei Wartungsarbeiten von Vorteil, da die Einlage positioniert werden kann, ohne die Oberfläche zu berühren. Weniger Kontakt bedeutet weniger Staub, Flusen und Fingerabdrücke.
Häufige Fehler bei der Punktmethode
Die Punktmethode setzt voraus, dass sich die Paste weit genug ausbreitet. Es können trockene Stellen entstehen, wenn:
- Die Einzahlung ist zu gering;
- die Paste weist eine hohe Viskosität oder Fließgrenze auf;
- der IHS ist groß oder länglich;
- Der Kühler wird schräg abgesenkt;
- Die Kühlplatte übt keinen gleichmäßigen Druck aus;
- Die Ablagerung beginnt außermittig.
Tragen Sie den Kleber nicht an jeder trockenen Stelle als großen Klecks auf. Das Material könnte sonst einfach an der nächstgelegenen Kante herausquellen. Mehrere Kleckse, eine Linie oder eine gleichmäßige Verteilung sorgen dafür, dass die gleiche Menge sinnvoller verteilt wird.
Wärmeleitpaste nach der Line-Methode für längliche Wärmequellen
Bei der Linienmethode wird eine schmale Perle entlang der Längsachse aufgetragen, wodurch sich die Strecke verkürzt, die die Paste zu den Enden eines rechteckigen IHS zurücklegen muss.
Dadurch eignet es sich für:
- längliche Desktop-CPU-Gehäuse;
- ältere HEDT-Prozessoren;
- einige lange Footprints von Leistungshalbleitern;
- Schnittstellen, an denen der Chip in Längsrichtung unter dem Deckel verläuft.
Warum die Ausrichtung der Zeilen wichtig ist
Eine Leitung sollte zum Gehäuse und zum voraussichtlichen Wärmeabfuhrweg passen. Eine vertikale Verlegung ist nicht automatisch besser als eine horizontale. Die Ausrichtung hängt vom IHS, der Position des Chips, der Grundfläche des Kühlkörpers und den Anweisungen des Lieferanten ab.
Die Raupe sollte schmal bleiben. Eine dicke, wurstförmige Raupe kann an beiden Enden zu starkem Auspressen führen. Eine Raupe, die zu früh endet, kann dazu führen, dass die Endbereiche trocken bleiben. Ja, hier ist immer noch ein gewisses Maß an Einschätzungsvermögen gefragt.
Wenn eine Zeile nicht ausreicht
Große Prozessoren mit mehreren Chips und Leistungsmodule erfordern unter Umständen mehrere kurze Lötbahnen, mehrere Lötpunkte oder eine vollständige Lötbahn. Eine einzelne Lötbahn durch die Mitte kann zwar den Bereich mit der höchsten Temperatur abdecken, lässt jedoch weiter entfernt liegendes Silizium unberücksichtigt.
Befolgen Sie bei einem mitgelieferten CPU-Kühler oder einer mitgelieferten Wärmeleitpaste die dort angegebenen Anweisungen. Hersteller wie Noctua, Corsair, Intel und AMD empfehlen möglicherweise unterschiedliche Vorgehensweisen, da sich ihre Verpackungen, Pasten und Montagevoraussetzungen unterscheiden. Das ist nicht unbedingt ein Widerspruch.
Manuell aufzutragende Wärmeleitpaste für eine gleichmäßige Verteilung
Beim manuellen Auftragen wird vor der Montage eine dünne Schicht auf die Kontaktfläche aufgetragen. Der Hauptvorteil besteht darin, dass die Abdeckung sichtbar ist und man sich weniger Gedanken über schwer einsehbare Ecken machen muss.
Das manuelle Ausbringen eignet sich für:
- große CPU-Kühlkörper;
- Threadripper und andere HEDT-Pakete;
- CPU- oder GPU-Bare-Dies;
- thermisches Benchmarking, das eine reproduzierbare visuelle Ebene erfordert;
- Baugruppe für Leistungsbauelemente in Kleinserie.
Bleibt beim Auftragen von Wärmeleitpaste Luft eingeschlossen?
Das ist zwar möglich, doch wird das Risiko oft zu stark vereinfacht dargestellt.
Eine raue, geriffelte Schicht kann Hohlräume verursachen. Staub oder Fasern können dasselbe bewirken. Eine saubere, dünne Schicht kann gut funktionieren, während der abschließende Klemmdruck sie in die Oberflächenrauheit drückt.
Die eigentlichen Fehler sind meist ganz alltäglicher Natur:
- mit einer manipulierten Karte;
- die Paste mit dem bloßen Finger zu berühren;
- und dabei dicke Rillen hinterließ;
- einige Regionen fast bis auf den letzten Rest ausbeuten;
- was so lange dauert, dass Verunreinigungen auf die Oberfläche gelangen;
- den Kühler nach dem Kontakt hin und her schieben.
Verwenden Sie für die Reinigung, Vorbereitung und den Einbau des Kühlers das komplette HAKTAK-Set. Arbeitsablauf zum Auftragen von Wärmeleitpaste. Bei diesem Vergleich geht es in erster Linie um die Wahl des Beschichtungsverfahrens und nicht darum, den gesamten Installationsprozess zu wiederholen.
Manuelles Auftragen auf einen blanken Chip
Eine freiliegende Laptop-CPU oder -GPU verfügt über kein metallisches IHS. Unbedeckte Ecken sind besonders wichtig, und benachbarte Komponenten können freiliegen. Eine sehr dünne, gleichmäßige Verteilung lässt sich oft am besten erzielen, wenn in den Wartungsanweisungen die Verwendung von Wärmeleitpaste vorgeschrieben ist. Wenden Sie nur wenig Kraft an und tragen Sie die Paste ausschließlich auf den Chip auf. Ein Verrutschen der Wärmeleitpaste kann kostspielige Folgen haben.
Was ist eine Wärmeleitpaste-Schablone?
Der Begriff “Schablone” bezeichnet zwei verwandte, aber unterschiedliche Werkzeuge.
CPU-Schablone für Endverbraucher
Eine Schablone für den Endverbraucher ist in der Regel ein Rahmen oder eine Maske, die über das IHS gelegt wird. Die Paste wird über die Öffnung verteilt, und anschließend wird die Schablone abgehoben. Dies hilft dabei, den beschichteten Bereich zu definieren, und kann dazu beitragen, dass das Auftragen der Paste sauberer verläuft.
Dies garantiert jedoch nicht die endgültige Bondnaht. Die Schicht verändert sich, wenn die Schablone angehoben wird und der Kühler sie komprimiert. Die Dicke der Schablone, die Viskosität der Paste, der Abstreifwinkel und die Technik spielen weiterhin eine Rolle.
Bei Installationen mit einer oder zwei CPUs ist eine Schablone in erster Linie ein Hilfsmittel. Sie ist nicht zwingend erforderlich.
Industrieller Schablonen- oder Siebdruck
Der industrielle Schablonendruck ist ein kontrolliertes Beschichtungsverfahren. Er kommt häufig dort zum Einsatz, wo dieselbe Grundplatte, dasselbe Modul oder derselbe Kühlkörper wiederholt montiert wird.
Der Prozess kann Folgendes definieren:
- Form und Lage der Öffnung;
- Schablonenmaterial und -dicke;
- Winkel, Druck und Geschwindigkeit des Rakels;
- Pastenkonditionierung und Rheologie;
- Ausrichtvorrichtungen;
- Trenngeschwindigkeit;
- Reinigungsintervall;
- Prüfung der Einlage;
- Revisions- und Chargenrückverfolgbarkeit.
Ein Leistungsmodul kann über Jahre hinweg in einem Wechselrichter, einem Motorantrieb oder einem Ladesystem im Einsatz sein. Ein ansprechendes Erscheinungsbild bei einem einzigen Muster reicht nicht aus.
Wie die Schablonendicke und die Öffnungen die Wärmeleitpaste beeinflussen
Das theoretische Nassablagerungsvolumen lässt sich wie folgt abschätzen:
Auftragsvolumen = Gesamtfläche der offenen Öffnungen × Schablonendicke
Die tatsächliche Übertragungsmenge kann geringer oder ungleichmäßig ausfallen. Die Paste kann an den Wänden der Öffnungen zurückbleiben, beim Ablösen verschmieren oder sich ansammeln, wenn die Schablone verschmutzt ist.
Gestaltung von Öffnungen rund um den aktiven Bereich
Eine Schablone muss nicht immer eine einzige durchgehende rechteckige Öffnung aufweisen. Durch eine Anordnung kleinerer Öffnungen kann Schmierfett auf thermisch aktive Bereiche aufgetragen werden, während Befestigungslöcher, Schrauben und Kanten frei bleiben.
Der Anwendungshinweis von Littelfuse zu Erstellung von Schablonen für Wärmeleitpaste für Leistungshalbleiter zeigt einen praktischen Ansatz: Den aktiven Bereich kartieren, ein regelmäßiges Muster darüberlegen, unnötige Ablagerungen entfernen und die Positionen der Eckschrauben frei halten.
Die Paste verschiebt sich nach dem Festklemmen, daher sollte das Muster dies berücksichtigen. Ein Druck bis zum Rand kann dazu führen, dass die Paste später herausquillt.
Häufige Fehler bei Schablonen für Wärmeleitpaste
| Fehler | Mögliche Ursache | Korrekturrichtung |
| Unvollständige Blendenauslösung | Zu zähe Paste, mangelhafte Öffnungsgeometrie oder verschmutzte Schablone | Material, Blende, Abstand oder Reinigung anpassen |
| Verschmieren | Zu hoher Rakeldruck, schlechte Ausrichtung oder langsames Abheben | Druck- und Separationseinstellungen anpassen |
| Unebenmäßiger Film | Verformtes Teil, beschädigte Schablone oder unzureichende Halterung | Verbesserung der Werkzeugausführung und der Ebenheitskontrolle |
| Verstopfte Öffnungen | Ablagerungen von Füllmaterial oder lange Reinigungsintervalle | Häufigkeit der Inspektion und Reinigung festlegen |
| Übermäßiges Herausdrücken am Rand | Zu hohes Druckvolumen oder zu hohe Klemmkraft | Die Öffnungsfläche oder die Schablonendicke verringern |
Der Schablonendruck ist nicht automatisch besser als das Dosieren. Er ist dann die bessere Wahl, wenn ein stabiler Prozess geringere Schwankungen, weniger Ausschuss und eine einfachere Prüfung bei der eigentlichen Montage gewährleistet.
Welche Methode zum Auftragen von Wärmeleitpaste schneidet in Tests am besten ab?
In Vergleichstests lassen sich häufig nur geringe Temperaturunterschiede zwischen Methoden feststellen, die eine ausreichende Abdeckung bieten. Eine unzureichende Abdeckung stellt das größere Problem dar.
In einem Anwendungstechnischer Test von Puget Systems, das X-Muster erzielte in dieser Konfiguration die beste Verteilung und die niedrigste gemessene Temperatur bei Volllast. Ein gleichmäßiges Verteilungsbild und ein reiskorngroßer Punkt lagen dicht beieinander. Einige Muster mit zu hoher Dosierung schnitten schlechter ab.
Die Lehre daraus lautet nicht: “Zeichne immer ein X.” Der Test basierte auf einer bestimmten Prozessorgeneration, einem bestimmten Kühlkörper, einer bestimmten Wärmeleitpaste, einer bestimmten Arbeitslast und einem bestimmten Verfahren. Ein einzelner Testaufbau kann nicht jede Schnittstelle abdecken.
Warum Benchmarks voneinander abweichen
Die Ergebnisse ändern sich je nach:
- der Standort unterhalb des IHS;
- Verpackungsgröße und -form;
- Zusammensetzung und Menge der Paste;
- Kühlerdruck und Ebenheit;
- Montagefolge;
- Leistung des CPU-Gehäuses;
- Umgebungstemperatur;
- Sensorauflösung;
- Abweichung von Befestigung zu Befestigung.
Wenn drei gute Messmethoden nur wenige Zehntelgrade voneinander abweichen, handelt es sich möglicherweise eher um normale Messschwankungen als um einen aussagekräftigen Erfolg.
Ein besserer Validierungsplan
Führen Sie für einen technischen Vergleich mehrere Montagevorgänge durch. Notieren Sie die aufgetragene Menge, die Leistung, die Umgebungstemperatur, die Kühleinstellungen und den Temperaturanstieg im stationären Zustand. Beachten Sie, dass sich der Abdruck der Wärmeleitpaste verändert, wenn der Kühler angehoben wird.
Bei der Produktionsvalidierung sollten auch die Abweichungen zwischen den einzelnen Einheiten gemessen werden. Das beste Durchschnittsergebnis nützt nicht viel, wenn der Prozess gelegentlich einen völlig missglückten Druck liefert.
Verfahren zum Auftragen von Wärmeleitpaste
| Anmeldung | Bevorzugte Startmethode | Warum |
| Mainstream-Desktop-CPU | Punkt, kurze Linie oder Lieferantenmuster | Schnell und bei festem Klemmdruck in der Regel ausreichend |
| Länglicher Desktop-IHS | Linien- oder Mehrpunktmuster | Gleichmäßigere Verteilung entlang der Verpackung |
| Threadripper oder große HEDT-Prozessoren | Mehrzeilig, mit mehreren Punkten oder dünner Verteilung | Größere aktive Fläche und Multi-Die-Layout |
| Laptop-CPU oder -GPU als Bare-Die | Dünne, vollständige Ausbreitung | Verringert das Risiko, dass Siliziumecken unbedeckt bleiben |
| Elektronik-Reparaturwerkstatt | Definiertes manuelles Muster plus Testprotokoll | Wiederholbarkeit ohne spezielle Werkzeuge |
| IGBT- oder SiC-Leistungsmodul | Qualifizierte Schablonen-, Siebdruck- oder kontrollierte Dosierung | Platzierung, Volumen und Rückverfolgbarkeit sind entscheidend |
| LED- oder Industriemodul | Verteil-, Schablonen- oder Dosierpfad | Hängt von der Geometrie des Substrats und dem Produktionsvolumen ab |
CPU-Modelle von Intel und AMD
Das Logo auf dem Prozessor allein sagt noch nichts über die Herstellungsmethode aus. Aktuelle Intel-Gehäuse können lang sein, während AMD AM5 eine andere IHS-Form und Kantengeometrie aufweist. Große AMD-Threadripper-Gehäuse bilden wiederum eine eigene Kategorie.
Berücksichtigen Sie die Gehäuseabmessungen, die Anordnung der Wärmequellen, das Verhalten der Wärmeleitpaste und die Anweisungen des Kühlkörpers. Eine Methode, die für eine ältere quadratische CPU geeignet ist, deckt ein längliches oder Multi-Die-Gehäuse möglicherweise nicht ebenso zuverlässig ab.
Leistungsmodule, Wechselrichter für Elektrofahrzeuge und industrielle Antriebe
Leistungsmodule stellen höhere Anforderungen. Die Kontaktflächen sind groß, das Drehmoment wird geregelt, und die Lebensdauer kann Tausende von Temperaturzyklen umfassen. Der Schablonendruck oder die automatisierte Dosierung können sich hier als vorteilhaft erweisen, da der Prozess messbar und rückverfolgbar ist.
Der eigentliche Vergleich dreht sich um Kosten und Kontrolle. Die Herstellung von Werkzeugen kostet Zeit und Geld. Bei ausreichendem Produktionsvolumen machen sich geringere Schwankungen und eine schnellere Anwendung in der Regel bezahlt.
Wie sich das Pastenmaterial auf die beste Methode auswirkt
Eine Paste muss sich unter der einwirkenden Kraft verlagern. Fett mit niedriger Viskosität kann sich von einer einzigen Auftragsstelle aus weit ausbreiten. Bei einer stark gefüllten, zähflüssigen Formulierung kann es erforderlich sein, Punkte, Linien oder eine direkte Verteilung aufzutragen.
Thixotrope Materialien bringen eine weitere Herausforderung mit sich. Ihre scheinbare Viskosität sinkt unter Scherbeanspruchung, sodass sich ihr Verhalten unter einem Rakel von ihrem Verhalten im Ruhezustand auf einem Modul unterscheiden kann. Auch die Größe und Form der Füllstoffe können die Ablösung von der Schablone beeinflussen.
Wenn Auswahl der Wärmeleitpaste für eine CPU, berücksichtigen Sie neben der Leitfähigkeit auch die elektrische Sicherheit, die Stabilität, die Viskosität und die Einbaubedingungen.
Die Farbe bestimmt nicht die Methode
In weißen Compounds kommen häufig keramische Füllstoffe zum Einsatz. Graue Produkte können Kohlenstoff, Metalloxide oder andere Mischungen enthalten. Dennoch ist die Farbe kein verlässlicher Anhaltspunkt für Leitfähigkeit, Viskosität oder elektrisches Verhalten. HAKTAKs Vergleich von Weißes und graues Wärmeleitpaste erläutert, warum die Daten zur Zusammensetzung ausschlaggebend für die Entscheidung sein sollten.
Flüssigmetall erfordert einen separaten Prozess
Flüssigmetall ist elektrisch leitfähig und kann mit Aluminium reagieren. Es sollte in der Regel gemäß den Anweisungen des Herstellers als extrem dünner, kontrollierter Film aufgetragen werden. Ein großer Tropfen, gefolgt von Druck mit einem Kühler, ist kein sicherer Ersatz für dieses Verfahren.
Wenn „Einfügen“ der falsche TIM ist
Die Paste ist für dünne Schichten zwischen nahezu passgenauen Oberflächen vorgesehen. Sie sollte keine großen mechanischen Spalte überbrücken oder erhebliche Höhenunterschiede ausgleichen.
Wenn die Schnittstelle uneben ist, vergleiche Wärmeleitpaste und Wärmeleitgel. Wenn ein sauberes, vorgeformtes Distanzstück besser geeignet ist, messen Sie die tatsächliche Baugruppe vor Auswahl der Dicke des Wärmeleitpads. Eine Änderung des Musters kann das falsche TIM-Format nicht beheben.
Probleme beim Auftragen von Wärmeleitpaste und deren Behebung
| Festgestelltes Problem | Mögliche Ursache | Praktische Lösung |
| Trockene Ecke | Zu wenig Füllmenge oder Kühler schräg gestellt | Das Muster neu verteilen und den Kühler gleichmäßig absenken |
| Zentrale kahle Stelle | Durch ein komplexes Muster oder eine raue Oberfläche eingeschlossene Luft | Das Muster vereinfachen und die Montagebewegung optimieren |
| Umfassender Squeeze-out | Überschüssiges Schmelz- oder Schablonenvolumen | Volumen reduzieren und dabei die Abdeckung der aktiven Fläche beibehalten |
| Ungleichmäßiger Abdruck | Verformte Oberflächen oder ungleichmäßiges Drehmoment | Ebenheit, Befestigungsmaterial und Reihenfolge prüfen |
| Hohe Temperatur bei guter Deckkraft | Problem mit dem Kühler, dem Luftstrom, der Stromversorgung oder dem Material | Den gesamten Wärmepfad diagnostizieren |
| Auslassungen bei der Schablonendruck | Schlechte Freigabe oder verschmutzte Öffnungen | Rheologie, Aperturdesign und Reinigung optimieren |
Beurteilen Sie Erfolg nicht allein anhand des äußeren Erscheinungsbilds. Eine volle, glänzende Pastenschicht kann dennoch zu dick sein. Eine kleine, unbedeckte IHS-Kante ist möglicherweise harmlos, wenn sich darunter kein aktiver Siliziumchip befindet. Wieder einmal kommt es auf den Kontext an. Das Thema taucht immer wieder auf.
Normen und Qualifikationsanforderungen für das Auftragen von Wärmeleitpaste
ASTM D5470-17(2024) behandelt Messungen der thermischen Impedanz im stationären Zustand und der scheinbaren Wärmeleitfähigkeit von thermischen Schnittstellenmaterialien, einschließlich Fetten und Pasten. Es eignet sich zum Vergleich des Materialverhaltens unter kontrollierten Bedingungen. Es wird kein allgemeingültiges Anwendungsmuster genannt.
Die JEDEC-JESD51-Verfahren bieten einen Rahmen für die thermische Charakterisierung von Halbleitergehäusen. Die Norm IEC 60068-2-14 kann bei Temperaturwechselprüfungen als Grundlage dienen. Keine der beiden Normen allein qualifiziert ein Punkt-, Linien-, Streu- oder Schablonenverfahren für ein Endprodukt.
Für die Produktion ist die validierte Arbeitsanweisung oft das wichtigste Dokument. Darin sollte Folgendes festgelegt sein:
- Material, Charge und Aufbereitung;
- Einzahlungsbetrag und Bankverbindung;
- Überarbeitung der Schablone und ihrer Dicke;
- Rakel- und Trenneinstellungen;
- Reinigungs- und Inspektionsintervalle;
- Anzugsmoment und Reihenfolge;
- Grenzwerte für die Wärmeaufnahme;
- ggf. Prüfung nach der Alterung.
Zu den Zuverlässigkeitsprüfungen können Temperaturwechselprüfungen, Schwingungsprüfungen, Ein- und Ausschaltzyklen, Lagerungsalterungstests und Demontageprüfungen gehören. Achten Sie auf Auspumpen, Austrocknen, Migration, Hohlraumwachstum und einen Anstieg des thermischen Widerstands.
Checkliste für die praktische Anwendung von Wärmeleitpaste
Bevor Sie sich für eine Methode entscheiden, fragen Sie sich:
- Handelt es sich bei der Schnittstelle um ein IHS, einen nackten Chip oder die Grundplatte eines Leistungsmoduls?
- Wo befindet sich der thermisch aktive Bereich?
- Wie groß und langgestreckt ist die Kontaktfläche?
- Wie leicht lässt sich die Paste unter dem verfügbaren Klemmdruck verschieben?
- Ist die Verbindung elektrisch leitfähig?
- Muss die Abdeckung vor der Montage sichtbar sein?
- Wie viele Baugruppen werden hergestellt?
- Ist der Einsatz von Schablonenwerkzeugen wirtschaftlich vertretbar?
- Lassen sich das Dosiervolumen und die Anpresskraft regeln?
- Wie werden Abdeckung, Temperatur, Schwankungen und Alterung validiert?
Schlussfolgerung
Punkt-, Linien-, Sprüh- und Schablonenverfahren können alle eine gute Wärmeleitverbindung erzielen. Keines ist in jeder Hinsicht überlegen.
Verwenden Sie einen Mittelpunkt, wenn die Kontaktfläche klein genug ist und der Aufbringdruck das Material zuverlässig verteilen kann. Verwenden Sie eine Linie, wenn die Wärmequelle länglich ist. Verwenden Sie eine dünne manuelle Verteilung, wenn eine vollständige visuelle Abdeckung wichtig ist, insbesondere bei großen Wärmeverteilern und freiliegenden Chips. Verwenden Sie eine Schablone, wenn bei der Serienfertigung eine kontrollierte Platzierung, Nassdicke, Geschwindigkeit und Rückverfolgbarkeit erforderlich sind.
Das Muster ist nur der Anfang. Die Rheologie der Paste, die Auftragsmenge, die Oberflächenebenheit, die Klemmkraft und die Anordnung der Kühlkörper bestimmen die endgültige Klebefuge. In der Serienfertigung sind Wiederholbarkeit und die Leistung im ungünstigsten Fall wichtiger als ein einzelnes hervorragendes Muster.
Wählen Sie also die Methode, die zur Schnittstelle passt. Testen Sie anschließend das zusammengebaute System. Das letzte Wort hat die CPU oder das Leistungsmodul, nicht die darauf gezeichnete Form.
Häufig gestellte Fragen
Was ist die beste Methode zum Auftragen von Wärmeleitpaste?
Es gibt keine allgemein gültige beste Methode. Ein Punkt eignet sich für viele kleine oder gängige Wärmeverteiler, eine Linie für längliche Gehäuse, das manuelle Auftragen sorgt für eine sichtbare Abdeckung und eine Schablone eignet sich für die wiederholbare Produktion. Wählen Sie die Methode anhand der Geometrie, des Materialverhaltens, des Drucks und des Produktionsvolumens aus.
Ist die Punkt- oder die Linienmethode beim Auftragen von Wärmeleitpaste besser?
Auf einem kleinen quadratischen IHS ist ein Punkt in der Regel einfacher. Eine Linie kann die Paste entlang eines langen Gehäuses zuverlässiger verteilen. Die Anweisungen des Pasten- und Kühlmittelherstellers sollten Vorrang vor einer allgemeinen Regel haben.
Sollte Wärmeleitpaste von Hand aufgetragen werden?
Das manuelle Auftragen ist sinnvoll, wenn eine vollständige, sichtbare Abdeckung erforderlich ist, beispielsweise auf einem großen IHS oder einem blanken Chip. Verwenden Sie ein sauberes Werkzeug und tragen Sie eine dünne, gleichmäßige Schicht auf. Tragen Sie das Produkt nicht manuell auf, wenn in der Gebrauchsanweisung ausdrücklich das Auftragen unter Druck empfohlen wird.
Entstehen beim Auftragen von Wärmeleitpaste Luftblasen?
Das kann der Fall sein, wenn die Schicht tiefe Rillen, Verunreinigungen oder eine ungleichmäßige Dicke aufweist. Ein sauberer, dünner Auftrag kann gut funktionieren. Auch die Position des Kühlers und der abschließende Klemmdruck beeinflussen die Hohlraumbildung.
Was ist eine Wärmeleitpaste-Schablone?
Eine Schablone ist eine Maske, die steuert, wo die Paste aufgetragen wird. Mit Schablonen für den Endverbraucher können Anwender eine CPU-Schicht auftragen. Industrielle Schablonen nutzen speziell entwickelte Öffnungen und kontrollierte Druckeinstellungen, um die Platzierung und die Wiederholgenauigkeit zu verbessern.
Wann ist der Schablonendruck besser als das manuelle Auftragen?
Der Schablonendruck eignet sich besonders dann, wenn bei vielen identischen Bauteilen eine kontrollierte Auftragsmenge, Positionierung, Geschwindigkeit und Rückverfolgbarkeit erforderlich sind. Er ist erst dann zuverlässig, wenn die Schablonenkonstruktion, die Pastenabgabe, die Ausrichtung, die Reinigung und die Befestigung validiert wurden.
Benötigen Intel- und AMD-CPUs unterschiedliche Pastenmuster?
Manchmal, aber nicht allein wegen der Marke. Die Form des Gehäuses, die IHS-Größe, das Chip-Layout, die Viskosität der Wärmeleitpaste und der Druck des Kühlers spielen eine Rolle. Befolgen Sie die Anweisungen für die jeweilige CPU-Plattform, die Wärmeleitpaste und den Kühler.
Welche Methode eignet sich am besten für eine GPU oder einen Bare-Die?
Ein sehr dünner, gleichmäßiger Auftrag ist oft die sicherste Vorgehensweise zu Beginn, da unbedeckte Siliziumecken zu Überhitzungsstellen führen können. Befolgen Sie die Serviceanweisungen, halten Sie die Leiterpaste von benachbarten Bauteilen fern und üben Sie einen gleichmäßigen Anpressdruck aus.
Hat das Anwendungsmuster Auswirkungen auf die CPU-Temperatur?
Eine unzureichende Abdeckung kann zu einem Temperaturanstieg führen. Wenn mehrere Verfahren eine ausreichende Abdeckung und eine dünne Klebefuge gewährleisten, sind die gemessenen Unterschiede oft gering und können sich den normalen Schwankungen zwischen einzelnen Halterungen annähern.
Wie kann man überprüfen, ob die Wärmeleitpaste richtig aufgetragen wurde?
Führen Sie einen wiederholbaren Testlauf durch und zeichnen Sie dabei die Umgebungstemperatur, die Leistungsaufnahme der Komponenten, die Taktrate sowie die Gehäuse- oder Sperrschichttemperatur auf. Sollten die Ergebnisse abweichen, überprüfen Sie den Pastenauftrag und die Befestigungselemente; reinigen Sie anschließend die Bauteile und tragen Sie vor dem Zusammenbau neue Wärmeleitpaste auf.
