Was bedeutet W/mK?

Was W/mK misst

Wärmeleitfähigkeit beschreibt, wie schnell ein Material Wärme überträgt. Die Einheit W/mK (Watt pro Meter-Kelvin) gibt an, wie viele Watt Wärmeleistung durch einen Meter Material fließen, wenn der Temperaturunterschied über diese Strecke ein Grad Celsius beträgt. Ein höherer W/mK-Wert bedeutet bei einer Wärmeleitpaste, dass Wärme schneller durch die Verbindung transportiert wird und damit der Temperaturgradient zwischen Prozessorchip und Kühler geringer ausfällt.

Kein Kühlerbodenblech und keine Prozessorfläche ist auf mikroskopischer Ebene wirklich plan. Wärmeleitpaste füllt diese Unebenheiten und ersetzt eingeschlossene Luftschichten, die andernfalls als Isolator an der Kontaktfläche wirken würden. Die Wärmeleitfähigkeit der Paste bestimmt, wie schnell die Wärme diese Grenzfläche überquert.

Messmethode: ASTM D5470

Ein Datenblatt-Wert ist nur dann aussagekräftig, wenn die zugrundeliegende Messmethode bekannt ist.

ASTM D5470 ist die internationale Norm zur Messung der Wärmeübergangswiderstände komprimierbarer Grenzflächenmaterialien. Dabei wird der tatsächliche Grenzflächenwiderstand gemessen: Die Paste wird zwischen zwei präzisionsgefertigten Metallplatten unter definiertem Anpressdruck eingespannt, und der thermische Widerstand wird bei mehreren Schichtdicken erfasst. Die Messung berücksichtigt sowohl den Materialwiderstand als auch den Kontaktwiderstand an jeder Oberfläche und liefert damit ein Ergebnis, das reale Einbaubedingungen widerspiegelt.

Alle Wärmeleitprodukte von Amawi Technologies werden nach ASTM D5470 geprüft. Vollständige technische Datenblätter stehen auf der Downloads-Seite bereit.

Wärmestromdichte: warum moderne Systeme mehr verlangen

Wärmeleitfähigkeit wird umso wichtiger, je höher die Wärmestromdichte ist. Wärmestromdichte bezeichnet die abzuführende Leistung bezogen auf die Chipfläche, gemessen in W/cm².

Eine 65-W-Desktop-CPU auf 200 mm² erzeugt rund 33 W/cm². Eine CPU mit über 200 W auf 140 mm² Diefläche erzeugt über 140 W/cm². Moderne Hochleistungsprozessoren nutzen immer kleinere Dieflächen bei gleichzeitig gestiegenen TDP-Werten. Das erhöht die Wärmestromdichte und verstärkt jeden thermischen Widerstand auf dem Weg vom Silizium zum Kühler.

Bei moderater Wärmestromdichte beträgt der Temperaturunterschied zwischen einer 6 W/mK- und einer 15 W/mK-Paste in realen Einbaubedingungen 2 bis 4 °C. Bei den Wärmestromdichten einer CPU mit über 200 W unter Dauerlast oder einer High-End-GPU unter Spielbedingungen kann dieselbe Leistungsdifferenz 5 bis 10 °C am Chip ausmachen. Jedes eingesparte Grad ist zusätzlicher Spielraum, bevor ein Thermal Throttling einsetzt.

Von W/mK zu echten Grad: ein Rechenbeispiel

Der thermische Widerstand einer Pastenschicht folgt einem einfachen Zusammenhang: Widerstand gleich Schichtdicke geteilt durch Leitfähigkeit mal Kontaktfläche. Damit lässt sich der Einfluss des W/mK-Werts auf reale Temperaturen direkt berechnen.

Ein realistischer Fall: eine CPU mit 150 mm² Diefläche, die 150 W durch eine 0,05 mm (50 Mikrometer) dicke Pastenschicht abführt. Bei 6 W/mK trägt die Schicht allein etwa 0,056 K/W thermischen Widerstand bei, was bei 150 W rund 8,3 °C Temperaturanstieg über die Paste bedeutet. Bei 15 W/mK sind es 0,022 K/W, also etwa 3,3 °C. Der Leitfähigkeitsunterschied allein ist in diesem Szenario 5 °C am Chip wert.

Derselbe Zusammenhang erklärt, warum die Auftragstechnik genauso wichtig ist wie der Nennwert: Die Halbierung der Schichtdicke halbiert den Widerstand, genau wie eine Verdopplung der Leitfähigkeit. Eine dünne Schicht einer Mittelklasse-Paste kann eine dicke Schicht einer Premium-Paste erreichen.

Wärmeleitfähigkeit: Referenzübersicht

Amawi-Produktwerte sind nach ASTM D5470 gemessen. Referenzwerte für Metalle sind etablierte Materialkennwerte und dienen zur Einordnung.

Wärmeleitpads: warum die Dicke den Nennwert schlägt

Bei Wärmeleitpads ist W/mK nur die halbe Wahrheit. Pads überbrücken Spalte von 0,5 bis 3 mm, das Zehn- bis Sechzigfache einer Pastenschicht, und der thermische Widerstand wächst mit Dicke geteilt durch Leitfähigkeit. Das Ergebnis ist kontraintuitiv: Ein 0,5-mm-Pad mit 6 W/mK hat weniger als den halben thermischen Widerstand eines 1,5-mm-Pads mit 8 W/mK, trotz der niedrigeren Zahl auf dem Etikett.

Die praktische Regel bei der Auswahl von Wärmeleitpads: den tatsächlichen Spalt messen und das dünnste Pad wählen, das unter Anpressdruck noch vollflächigen Kontakt herstellt. Erst wenn die Dicke feststeht, entscheidet der W/mK-Wert über die verbleibende Leistung, und ab 1 mm zählt er pro Punkt deutlich mehr als bei Paste. Deshalb profitieren VRM- und Speicherkühlung, wo Spalte groß und fest vorgegeben sind, am stärksten von hochleitfähigen Pads.

Wo hohe W/mK den größten Unterschied macht

Hohe Wärmeleitfähigkeit entfaltet ihren größten Nutzen dort, wo die Wärmestromdichte am höchsten und der thermische Spielraum am geringsten ist.

Datenblätter richtig lesen: W/mK-Warnsignale

Weil W/mK die Schlagzeilen-Zahl ist, wird sie auch am häufigsten geschönt. Drei Muster sollten Sie prüfen, bevor Sie einem Wert vertrauen:

• 1.

  Keine Messmethode genannt. Eine Leitfähigkeitsangabe ohne benannte Norm ist nicht überprüfbar. Wenn weder Angebot noch Datenblatt verrät, wie der Wert gemessen wurde, ist er als Marketingzahl zu behandeln, nicht als Spezifikation.

• 2.

  Bulk-Werte als Grenzflächenleistung ausgegeben. Hot-Disk- und Bulkproben-Tests schließen den Kontaktwiderstand aus und liefern systematisch höhere Zahlen als ASTM D5470 für dasselbe Material. Ein Bulk-Wert von 17 W/mK und ein grenzflächengeprüfter Wert von 15 W/mK sind nicht dieselbe Art von Aussage.

• 3.

  Werte, die nicht zu Preis und Formulierung passen. Hochleitfähige Füllstoffe sind teuer. Eine Paste zum Preis eines Kaffees, die die Leitfähigkeit hochwertiger silber- oder aluminiumgefüllter Formulierungen verspricht, verdient Skepsis; unabhängige Tests solcher Produkte messen regelmäßig nur einen Bruchteil des aufgedruckten Werts.

Jedes Produkt von Amawi Technologies nennt sein ASTM D5470 Ergebnis und stellt ein vollständiges Datenblatt auf der Downloads-Seite bereit. Die Zahl, die Sie vergleichen, ist damit die Zahl, die das Material als Grenzfläche tatsächlich liefert.

Auftragen: den Nennwert erreichen

Wärmeleitfähigkeit ist eine Materialeigenschaft. Um den Nennwert zu erreichen, ist korrektes Auftragen notwendig: eine dünne, gleichmäßige Schicht über die gesamte Diefläche, ohne überschüssige Paste, die die Schichtdicke unnötig erhöht. Jeder zusätzliche Mikrometer Bondline-Dicke erhöht den thermischen Widerstand, unabhängig vom W/mK-Wert der Paste.

Saubere Oberflächen sind ebenso entscheidend. Öle, Rückstände und Reste alter Paste an der Grenzfläche erhöhen den Kontaktwiderstand direkt über dem neuen Material. Chip und Kühlerbodenblech sollten vor dem Auftragen frischer Paste mit 99,9-prozentigem Isopropylalkohol gereinigt werden.

Langlebigkeit: Premium-Verbindungen über Zeit

Wärmeleitpasten sind nicht dauerhaft. Jeder Thermozyklus beansprucht die Grenzfläche zwischen Paste und Oberfläche. Mindere Formulierungen, darunter auch solche mit hohen W/mK-Angaben aus Nicht-Grenzflächentests, neigen nach 50 bis 100 Thermozyklen zu Pump-out, Austrocknung und Phasentrennung. Das Ergebnis ist ein über 18 bis 24 Monate kontinuierlich steigender thermischer Widerstand, während die Paste im Einbauzustand degradiert.

Premium-Verbindungen setzen auf stabile Polymermatrizen und feine Partikelverteilungen, die für langjährige Beständigkeit ausgelegt sind. Eine korrekt aufgetragene, qualitativ hochwertige Installation hält 3 bis 5 Jahre, bevor ein Austausch sinnvoll wird.

Häufige Fragen