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Die Anwendung von Alternativen zur klassischen Wärmeleitpaste und den Wärmeleitpads auf Grafikkarten ist sicherlich nicht neu, bei den ersten beiden Modellen der GeForce-RTX-50-Serie ist aber sicherlich auffällig, wie häufig diese Alternativen zum Einsatz kommen. Auch NVIDIA selbst setzt für die GeForce RTX 5090 Founders Edition auf Flüssigmetall, Gigabyte tut dies für die Waterforce-Modelle der GeForce RTX 5090 und 5080, ASUS setzt zum Beispiel auf ein Phase-Change-Pad. Aber woher dieser plötzliche Einsatz neuer Materialien, wenngleich wir diese hin und wieder schon in der Massenproduktion gesehen haben?
Zunächst einmal wollen wir die Frage klären, was Flüssigmetall, ein Phase-Change-Material und Thermal Putty überhaupt sind.
Phase-Change-Material:
Ein Phase-Change-Pad, bestehend aus PCM (Phase-Change-Material), wird wie ein klassisches Wärmeleitpad zwischen dem zu kühlenden Chip und dem Kühlkörper eingesetzt. Bei einer bestimmten Temperatur schmilzt das Material und füllt mikroskopische Unebenheiten, wodurch der thermische Widerstand minimiert wird. Im festen Zustand bleibt es stabil und erleichtert die Handhabung sowie die Montage. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeleitpasten ist es sauberer und sorgt für eine konstante Leistung über die Zeit. Nach dem Erreichen der Schmelztemperatur bleibt das PCM in einem hochviskosen Zustand, um Pump-out-Effekte zu verhindern. Dieser Effekt wird später noch eine Rolle spielen.
Flüssigmetall:
Flüssigmetall besteht aus einer Mischung von Metallen wie Gallium, Indium und Zinn, die bei Raumtemperatur oder leicht erhöhter Temperatur flüssig bleiben. Es wird so genannt, weil es metallische Eigenschaften wie hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt, aber keinen festen Zustand wie herkömmliche Metalle aufweist. Aufgrund seiner extrem hohen Wärmeleitfähigkeit – deutlich höher als bei herkömmlichen Wärmeleitpasten – kann es Wärme sehr effizient von einer CPU oder GPU zum Kühlkörper transportieren. Allerdings ist Flüssigmetall elektrisch leitend und kann bei unsachgemäßer Anwendung zu Kurzschlüssen oder Korrosion führen.
Aus diesem Grund muss verhindert werden, dass sich das Flüssigmetall vom Bereich direkt zwischen Chip und Kühlkörper entfernen und an anderer Stelle ablagern kann. Physikalische Barrieren in Form von Gummilippen und Schaumstoff, der das Flüssigmetall aufnimmt, kommen hier daher zum Einsatz. Um eine Korrosion, zum Beispiel von Aluminium, zu verhindern, müssen die Oberflächen der Kühler vernickelt sein – auch wenn es sich um einen Kupferkühler handelt, denn hier würde das Flüssigmetall eine Legierung bilden, welche die wärmeleitenden Eigenschaften verringert.
Während ein Phase-Change-Pad in der Handhabung recht einfach ist, gilt dies für Flüssigmetall nicht.
Thermal Putty:
Thermal Putty ist eine weiche, formbare Wärmeleitmasse, die zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen unebenen Oberflächen verwendet wird. Es passt sich flexibel an Bauteile an, füllt Hohlräume und minimiert den thermischen Widerstand, ohne mechanischen Druck auszuüben. Im Gegensatz zu Wärmeleitpads bleibt es dauerhaft verformbar und trocknet nicht aus, wodurch eine gleichbleibende Leistung über die Zeit gewährleistet wird. Da es nicht elektrisch leitend ist, bietet es eine sichere Anwendung ohne Kurzschlussrisiko.
Warum der verstärkte Einsatz?
Wir haben in den vergangenen Tagen mit zahlreichen Grafikkarten-Herstellern gesprochen, warum sie zu Flüssigmetall, PCM und Thermal Putty greifen. Eine verbesserte Kühlleistung spielt dabei eine eher untergeordnete Rolle – auch wenn im Marketing-Material von minimal niedrigeren Temperaturen oder geringeren Hot-Spot-Temperaturen die Rede ist.
Den Herstellern geht es vor allem um eine höhere Langlebigkeit. Das Problem des Pump-Out-Effekts ist bei allen Grafikkartenherstellern in deren RMA-Abteilungen ein Thema.
Der Pump-Out-Effekt tritt auf, wenn Wärmeleitpaste durch wiederholte Temperaturzyklen aus der Kontaktfläche zwischen Chip und Kühlkörper herausgedrückt wird. Dies geschieht, weil sich die Materialien unterschiedlich stark ausdehnen und zusammenziehen, wodurch die Paste seitlich verdrängt wird. Besonders betroffen sind Pasten mit hohem Ölanteil oder niedriger Viskosität, da diese leichter aus der Fuge fließen. Mit der Zeit führt der Effekt zu einer schlechteren Wärmeübertragung, was höhere Temperaturen zur Folge hat. Die Hersteller haben aber auch Wärmeleitpasten entwickelt, die mit speziellen Additiven oder alternative Materialien diesen Effekt reduzieren sollen.
Der Einsatz eines Phase-Change-Pad oder Flüssigmetall reduziert die Anfälligkeit für den Pump-Out-Effekt bzw. diese Problematik geht gegen Null. Flüssigmetall kann vom Pump-Out-Effekt betroffen sein, aber in geringerem Maße als herkömmliche Wärmeleitpasten. Aufgrund seiner metallischen Eigenschaften eine gewisse Adhäsion zur Oberfläche bleibt es eher an Ort und Stelle. Die Hersteller nehmen allerdings ein paar Grad Celsius höhere Temperaturen in Kauf, wenn damit höhere RMA-Quoten wegen des Pump-Out-Effekts verhindert werden können. Thermal Putty wird zudem eingesetzt, da es nicht so schnell austrocknet wie Wärmeleitpads. Auch hier geht es also um die höhere Langlebigkeit.
Über die grundsätzlichen zwei Jahre an Gewährleistung kann der Käufer eine Grafikkarte sich an den Händler wenden, wenn es zu Problemen mit der Kühlung kommt. Darüber hinaus bieten die Hersteller eigene Garantie-Zeiträume, in der dann über die RMA (Return Merchandise Authorization) ein Herstellerservice für Garantiefälle in Anspruch genommen werden kann.
Legt man aber selbst Hand an, kann es aufwändig werden. Ein Flüssigmetall ist in der Handhabung nicht so einfach wie eine Wärmeleitpaste. Aber ein Entfernen und Neuauftragen ist möglich und auch die Abdichtung lässt sich meist wiederherstellen. Im Falle der neuen Waterforce-Modelle von Gigabyte würde es aber wieder schwieriger, denn hier setzt der Hersteller auf ein Gel zur Abdichtung. Entfernt man den Kühler, ist auch diese Abdichtung nicht mehr sichergestellt. Ob der Endkunde hier an das entsprechende Material herankommt, ist fraglich.
Thermal Putty ist vor allem in der Entfernung problematisch. Es kann mit einem Plastikspatel oder einer weichen Bürste abgetragen werden. Die Reste müssen mittels Isopropanol und einem fusselfreies Tuch oder Wattestäbchen entfernt werden. Es kann zu einer mühseligen Arbeit werden, wenn Thermal Putty nicht in einem Stück abgezogen werden kann.
Zum Vorteil der Hersteller
Der Einsatz von Flüssigmetall, einem Phase-Change-Pad und Thermal Putty dient vor allem den Herstellern. Sie versprechen sich eine verbesserte Langlebigkeit der Kühllösungen und weniger RMA-Fälle. In erster Linie kommt dies natürlich den Käufern der Karten zugute, die nicht mehr eine Degradierung der Kühlleistung befürchten müssen.
