Funktionsweise von Wärmeleitpads und Kombination mit Temperatursensoren

[SlowlyD]

Hallo,

mich beschäftigt schon seid einer Weile eine Frage zu der ich keine zufriedenstellende Antwort finde.

Mich interessiert die Funktionsweise von Wärmeleitpads und daraus resultierend die beste Kombination mit Temperatursensoren.

Ich habe hier noch diverse Temperatursensoren herumliegen, die ich gerne endlich an mein Aquaero 6 anschließen möchte. Generell würde natürlich die Steuerung der Lüfter über die Wassertemperatur und Softwaretemperatursensoren reichen, ich würde aber gerne mehr Informationen haben und evtl. mein AE6 autark laufen lassen. Da meine Wakü extern ist müssen zwei Gehäuselüfter gesteuert werden um alles kühl zu halten, was nicht am Wasser ist. Um das System so leise wie möglich zu halten sollen sie natürlich auch nur so schnell drehen wie nötig.

Nehmen wir das Beispiel VRM an der Grafikkarte, je nach OC werden die Dinger schon mal etwas wärmer, gerade bei der 1080 ti. Nun haben die Teile aber keinen eigenen Temperatursensor und bei einem "Fullcoverkühler" wie z.B. einem AC Nexxxus werden solche Bauteile nur passiv gekühlt. Der Kühlkörper braucht also je nach Wärmeentwicklung einen Luftstrom um effektiv kühlen zu können.

VRM's haben eine relativ kleine Oberfläche und sind lediglich über Wärmeleitpads mit dem Kühlkörper verbunden. An dieser Stelle tun sich jetzt verschiedene Möglichkeiten auf, den Temperatursensor zu platzieren.

1. Wärmeleitpads sind mehr oder weniger flexibel, es scheint also verlockend, den Temperatursensor auf entsprechendes Bauteil zu legen, darauf das Wärmeleitpad und dann den Kühlkörper. Das Messergebnis sollte bei dieser Variante das genaueste sein. Hier entstehen allerdings zwei Nachteile. Zum einen sind die Sensoren sehr druckempfindlich, und könnten bei der Montage des Kühlkörpers beschädigt/zerstört werden. Zum andere Entstehen Lufteinschlüsse, die isolieren wirken und die Wärmeübertragung zum Kühlkörper stören und so doch wieder zu einer Messungenauigkeit führen, da die anderen VRM's besser gekühlt werden.

2. Den Sensor zwischen/an die Bauteile legen. VRM's liegen dich bei einander, dennoch wird ein Luftspalt zwischen Bauteil und Sensor sein und bei einzelnen Bauteilen wie z.B. einer North Bridge ist es auch nicht besonders effektiv den Sensor daneben zu legen.

3. Ein Wärmeleitpad über mehrere Bauteile legen, den Sensor dann zwischen Wärmeleitpad und Kühlköper legen und zwischen den Bauteilen positionieren, so ist der Sensor vollständig von wärmeleitendem Material umgeben und bekommt keinen übermäßigen Druck ab, hat aber zum einen keinen direkten Kontakt zu dem Bauteil, wird zum anderen auch noch gekühlt und Funktioniert nicht/schlecht bei einzelnen Bautelen wie der NB.

Mir erscheint die dritte Variante als der beste Kompromiss, allerdings ist die Frage wie groß die tatsächliche Temperaturdifferenz ist. 2-3k sind in diesen Szenario nicht entscheidend, wenn es aber und 10-15k geht sieht das schon wieder anders aus und wie geht man bei einzelnen Bauteilen vor.

Jetzt mal konkret als Frage.
Wie genau Funktioniert die Wärmeübertragung bei Wärmeleitpads und was sind optimale Bedingungen? Wie hoch sollte der Druck auf dem Pad sein und wie genau muss ich diesen einhalten? Wie verhält sich die Wärmeübertragung wenn ich Punktuell unterschiedliche Drücke hab.
Wird die Temperatur auch "seitlich" gut übertragen (also nicht ausschließlich über den kürzesten Weg von Kontakfläche zu Kontaktfläche)?

Ich bitte euch von Grundsatzdiskussionen über Sinn und Unsinn Abstand zu nehmen. Vorrangig interessiert mich tatsächlich die Funktionsweise von Wärmeleitpads und Nebensächlich, wie ich mit diesem Wissen meine Kühlung pimpen kann.

Liebe Grüße
SlowlyD

 

[NeronMk]

https://de.wikipedia.org/wiki/Wärmeleitung. Klick den Link um mehr über Wärmeleitung bzw. Konduktion in Medien zu erfahren. Ist recht gut erklärt. Möchtest du mehr, such nach Konduktion in google.

Grundsätzlich sehe ich den Aufwand nicht wirklich. Spannungswandler können gut und gerne 100°C aushalten und solange ein funktionierender Passivkühler installiert ist, reicht ein Luftzug im System um diese gut runterzuführen.

Möchtest du dennoch wissen, wie die Temperatur deiner VRMs ist, kannst du den Sensor auch auf der Rückseite der PCB anbringen. Die Steuerung ist dann zwar etwas ungenauer, dafür aber träger und deiner Lüfter schwanken von ihrer Geschwindigkeit nicht so sehr.

 

[croni-x]

Ich hab meine Temperatursensoren normal zwischen WLP und Kühlkörper geklemmt und dort dann auch zwischen den Bauteilen.. also so wie deine Variante 3. Das ist für mich hinreichend genau und beeinflusst du Kühlung kaum.

 

[define]

Ich hab meine Temperatursensoren normal zwischen WLP und Kühlkörper geklemmt und dort dann auch zwischen den Bauteilen.. also so wie deine Variante 3. Das ist für mich hinreichend genau und beeinflusst du Kühlung kaum.

Das du dadurch die Wirkung des WLP umgehst ist dir klar? Wärme überträgt sich nur bei direktem Kontakt zuverlässig. Deine Temperatursensoren bestehen allerdings aus Kunststofffolie, welche die Wärme eher staut als weiter zu transportieren.

 

[VDC]

Jetzt mal konkret als Frage.
Wie genau Funktioniert die Wärmeübertragung bei Wärmeleitpads und was sind optimale Bedingungen? Wie hoch sollte der Druck auf dem Pad sein und wie genau muss ich diesen einhalten? Wie verhält sich die Wärmeübertragung wenn ich Punktuell unterschiedliche Drücke hab.
Wird die Temperatur auch "seitlich" gut übertragen (also nicht ausschließlich über den kürzesten Weg von Kontakfläche zu Kontaktfläche)?

Ich bitte euch von Grundsatzdiskussionen über Sinn und Unsinn Abstand zu nehmen. Vorrangig interessiert mich tatsächlich die Funktionsweise von Wärmeleitpads und Nebensächlich, wie ich mit diesem Wissen meine Kühlung pimpen kann.

Liebe Grüße
SlowlyD

Wärmeübertragung funktioniert wie immer durch Temperaturdifferenzen und Wärmeleitfähigkeiten, es gibt Superpads, die besser Energie übertragen: Alphacool Eisschich Co - Wärmeleitpad Test

Und Drücke & co sind scheissegal, halte dich einfach an die Hersteller und die vorgegebene Dicke und Ausführung/Anbringung vom Pad(entweder vom Board oder vom Kühlerhersteller), deine Kiste läuft weder schneller noch langsamer, egal welche Pads du nimmst.

Zur Messung:
Einfach den Sensor an den Kühler so nah wie möglich an die Wärmequelle bringen und fertig, die Rückseite der PCBs bietet sich idR dafür an. Von Experimenten wie Komponente -> Sensor -> Pad sollte man Abstand halten, die bremsen ja noch mehr als Pads die Wärmeübertragung

 

[croni-x]

Das du dadurch die Wirkung des WLP umgehst ist dir klar? Wärme überträgt sich nur bei direktem Kontakt zuverlässig. Deine Temperatursensoren bestehen allerdings aus Kunststofffolie, welche die Wärme eher staut als weiter zu transportieren.

Dir ist aber schon aufgefallen, dass ich den Foliensensor zwischen den Bauteilen und nicht über diesem positioniere oder?

 

[define]

Dir ist aber schon aufgefallen, dass ich den Foliensensor zwischen den Bauteilen und nicht über diesem positioniere oder?

Das ist was anderes. Ich hab deine Variante aber auf Nummer 3 des TE bezogen. Da ist der Vorschlag es zwischen Sensor und WLP zu legen.

 

[Ali G]

Ich hab bei meiner Titan X Pascal einen der bei der Aquaero mitgelieferten sensoren von beiden Seiten dünn mit WLP beschmiert und auf die zweite Phase von außen gepackt (auf der PCIe Seite der Karte und auch nicht mittig über den Mosfet). Hab damals auch lange überlegt wie ich es mache, bin soweit zufrieden mit meiner Lösung

 

[SlowlyD]

Vielen Dank für die Antworten.

Ich hatte gehofft ein bisschen mehr über die Zusammensetzung zu erfahren, oder ob die Spezial super Pads irgendwelche physikalischen Wunder ausnutzen von denen ich nichts weiß.

Konduktion ist mir durchaus bekannt, aber ich hätte gedacht, dass da schon noch mehr dran hängt um den Wärmefluss zu begünstigen.

Früher hatte ich Wärmeleitpads in der Hand die eher an doppelseitiges Klebeband erinnert haben, weich wie Schaumstoff. Wenn ich mir dagegen die Eisschicht an schau, sieht es eher wie Gelid Extreme Wärmeleitpaste aus, der 91,736% der Feuchtigkeit entzogen wurde.

Ich werde wohl mit der dritten Variante vorlieb nehmen müssen, auf diese Weise störe ich den Wärmefluss nicht und habe gleichzeitig eine große Kontaktfläche am Sensor, dass scheint mir der beste Kompromiss zu sein, wenngleich ich nicht weiß wie groß die Abweichung tatsächlich sein wird. Ich weiß, für die meisten Anwendungen reicht das, auch für die Steuerung der Wasserkühlung, aber mir widerstrebt der Gedanke bewusst eine ungenaue Messung durchzuführen, vor allem wenn ich mit OC Bauteile an ihre Grenzen bringe.




@NeronMK Auf der Rückseite des PCB werden auch Wärmeleitpads angebracht, hier müsste ich weiter nach Außen wandern, was das Ergebnis noch weiter verfälscht. generell liegen solche Bauteile auch selten plan auf dem PCB und werden noch seltener mit Wärmeleitpaste aufgesetzt, so dass die Messung nicht nur extrem träge ist, sondern auch noch sehr ungenau.

@define, lies dir bitte die Post noch mal durch, deine Aussagen ergeben keinen Sinn. Ich möchte, bei der dritten Variante, nichts zwischen Sensor und WLP legen und auch nicht mit dem Sensor den Wärmeübergang zwischen Bauteil und WLP behindern und dennoch den Sensor so nah und mit so viel Kontakt wie möglich an der Wärmequelle an zu bringen. Zwischen/neben die Bauteile gelegt ist der Kontakt zu gering und die Umliegende Luft wirkt isolierend. Also bleibt nur die Variante 3.

@AliG Ich bin mir leider nicht sicher ob ich dich richtig verstehe, die PCIe Seite ist doch eigentlich die schmale Kante, die dem Motherbaord zugewandt ist. Solltest du wie NeronMK die Rückseite vom PCB meinen, muss ich auch hier sagen, dass mir die Messung an der Stelle zu ungenau/träge ist, und auch der Bereich zumindest ein bisschen zu Wärmeabgabe genutzt werden soll.

 

[NeronMk]

Die Physik kann man leider nicht überlisten!


Gesendet von iPhone mit Tapatalk

 

[SlowlyD]

Ich hab vorhin den GPU-Kühler umgebaut und am VRM einfach mal zwei Sensoren angebracht. Ein Sensor sitzt jetzt zwischen zwei VRM's, dann hab ich die Wärmeleitpads verteilt und direkt über dem anderen Sensor den zweiten positioniert. Ich hab leider die Fotos vergessen, kann aber sagen, dass um den ersten definitiv mehr Luft ist.
Wenn Interesse besteht kann ich das Ergebnis gerne noch mal posten ich denke, dass ich am Wochenende zum einbauen und testen komme.

Grüße

 

[Ali G]

Ich meinte nur dass ich den Sensor so installiert habe, dass kein Kabel mitten im Gehäuse aus der GPU guckt sondern es auf der MB Seite rauskommt und ich es gescheit verstecken kann. Da dann auf den zweiten mosfet von außen und vorher in WLP getunkt und etwas abgestrichen. Vergleichswerte hab ich keine, ging eher darum sicher zu gehen dass die unter Volllast nicht allzu warm werden.

Edit: Ob ich den Sensor beim nächsten Mal überhaupt wieder anbringe weiß ich noch nicht, die Temperaturen waren immer im Rahmen und ein Kabel weniger was ich bis zur Aquaero führen muss

 

[SlowlyD]

Ja verstehe, ich hab die beiden Kabel bei mir direkt hinter den 8pin PCIe Buchsen raus kommen lassen, so kann ich sie zusammen mit den anderen Kabeln nach hinten führen. Ich hab die Sensoren aber auch nicht verklebt, sollte ich mit den Daten nichts anfangen können oder die Temperaturen tatsächlich sehr niedrig sein, kann ich einfach am Kabel ziehen und hab die Dinger in der Hand.

Im Grunde ist es mir aber egal, die Kabel vom Durchflussmesser sind auch nicht ordentlich verlegt, da dieser mitten in der Luft hängt. Ich habe da eher nach dem Motto form follows funktion gearbeitet und die Schläuche so kurz wie möglich gehalten, so komme ich trotz externem MoRa, Pumpe, GPU und CPU nur auf knapp über 1m Schlauch (bei 5 90° Anschlüssen)

Was ist den für dich ein Temperaturbereich der im Rahmen ist? Manche Teile dürfen ja, laut Spezifikation, bei 100° betrieben werden, dennoch wären mir auch 90°C für den Dauerbetrieb zu viel. Leider kann ich nach wie vor schwer abschätzen wie genau die Sensoren messen werden und bin gespannt wie plausibel die Daten sein werden.

 

[Ali G]

Sommer bei 32 Grad Raumtemperatur und 40-43°C maximaler Wassertemperatur mit 120% Powertarget auf der Titan X (also 300W TDP) - das ist bei mir absoluter worst case. Und da war ich nie über 80°C, meistens eher so zwischen 55°C und 70°C. Das war für mich Grund genug zu sagen passt so. Aber die Mosfets selbst werden sicher nochmal etwas wärmer gewesen sein, trotzdem für mich kein Grund zur Sorge. Einfach gucken dass der Block sauber montiert ist und gut aufliegt, wenn die Pads gut auf den Mosfets liegen kannst du unter Wasser eigentlich keine aktuelle GPU selbst mit dem gestörtesten Modbios und 400W Powertarget dazu bewegen so viel Saft zu ziehen, dass deine wassergekühlten Mosfets anfangen vor sich hin zu schmoren

 

[SlowlyD]

Ich hab halt einen Nexxxos GPX für die 1080 TI, das heißt so richtig wassergekühlt ist eigentlich nur die GPU und so halbwegs die RAMs. Mosfets werden passiv über Alurippen gekühlt und geben die Wärme halt nur über Pads weiter. Ich habe einen Frontlüfter, eLoop 14-2 bei 350 bis 450 Upm, der direkt frische Luft auf die Karte bläst, was im Normalfall ausreichen sollte.

Bei 80°C stellen sich mir aber schon ein wenig die Nackenhaare auf. NTC Sensoren haben eine Genauigkeit von rund 5%, bei gemessenen 80°C können das schon mal 84°C sein. Wenn dann auch Luft zwischen Mosfet und Sensor ist und/oder der Kühler direkt anliegt kommen mit Sicherheit noch mal mehr als 5% oben drauf und dann rennt man halt schneller auf die 100°C zu, als einem lieb ist.

Sicher reden wir hier nicht vom 0815 Betrieb, aber den hab ich halt auch nicht.

Ich hab die Polyimidfolie rund um den Sensor so weit weg geschnitten, dass er noch dicht ist, ich ihn aber so nah es geht an die Wärmequelle legen konnte. Im nachhinein kam mir die Überlegung, die Folie Gänzlich zu entfernen und den Sensor in das Wärmeleitpad einzubringen (mit einem Skalpell, horizontal, einen schlitz in das Pad und da den Sensor rein schieben). Auf diese weise sollte die Messgenauigkeit erhöht werden und dennoch eine höchstmögliche Wärmeabgabe gewährleistet sein.

 

[SlowlyD]

Nachdem ich gesten ein bisschen testen konnte hab ich die VRM Temperaturen im Auge behalten.
Sensor 1 mit gestutzter Folie an zwei VRMs unter dem Wärmeleitpad.
Sensor 2 direkt darüber zwischen WLP und Kühler.

Im Idle hatte Sensor1 32,7°C, Sensor2 33,9°C, GPU 28°C.
nach 1h Kombustor (default settings) und Prime (8k, FFT in place)
Sensor1 64,8°C, Sensor2 44,8°C, GPU 48°C

Man kann also sehen, dass die äußerlichen Einflüsse nicht zu vernachlässigen sind und eine Messung am Kühlkörper die Ergebnisse massiv verfälscht.
Gleichzeitig bleibt die Frage offen, wie warm die VRMs wirklich geworden sind, da kein direkter Kontakt der heißesten Fläche zum Sensor1 bestand.

Ich hatte bei dem Test lediglich das Powertarget auf 120% und den Takt der GPU auf 1950mHz gestellt, damit ich nicht die ganze Zeit daneben sitzen musste. Wenn ich jetzt also die Spannung anhebe und GPU und RAM Takt auf das Maximum bringe, weiß ich nicht, ob die 100°C nicht doch längerfristig überschritten werden.