Was ist wärmeleitendes Flüssigmetall?

Flüssigmetall ist ein TIM, Thermal Interface Material, das mikroskopische Unebenheiten zwischen der Oberfläche eines Chips und dem Kühlkörper ausfüllt.

Selbst scheinbar vollkommen glatte Oberflächen weisen mikroskopische Lufteinschlüsse auf. Da Luft Wärme schlecht überträgt, verbessert ein TIM den thermischen Kontakt zwischen den Oberflächen.

Bei Flüssigmetall übernimmt diese Aufgabe eine flüssige Metalllegierung, die in der Regel auch auf Gallium basiert und deutlich andere thermische Eigenschaften als herkömmliche Wärmeleitpasten bietet.

Warum Flüssigmetall verwenden?

Der wichtigste Vorteil besteht in einer verbesserten Wärmeübertragung bei Anwendungen mit hoher Wärmedichte, bei denen die Qualität der Schnittstelle zwischen Chip und Kühlkörper besonders wichtig ist.

Daher wird Flüssigmetall hauptsächlich bei Prozessoren, GPUs, APUs, Direct-Die-Systemen und Geräten eingesetzt, die bereits ab Werk dafür ausgelegt sind.

Wann ist Flüssigmetall einer Wärmeleitpaste vorzuziehen?

Flüssigmetall kann sinnvoll sein, wenn ein System eine leistungsfähige thermische Schnittstelle benötigt und Materialien, Geometrie sowie Rückhaltesystem dafür geeignet sind.

Herkömmliche Wärmeleitpaste ist oft praktischer, wenn einfache Anwendung, elektrische Isolierung und breite Materialkompatibilität wichtiger sind.

Die Wahl sollte daher von der tatsächlichen Anwendung abhängen und nicht von der Annahme, dass der höchste Wärmeleitfähigkeitswert automatisch die beste Lösung darstellt.

Flüssigmetall bei der PS5

Die PlayStation 5 verwendet Flüssigmetall auf ihrer APU als thermisches Interface-Material. Daher ist es insbesondere für Techniker relevant, die am Kühlsystem der Konsole arbeiten.

Bei einer PS5-Wartung reicht es jedoch nicht aus, einfach weiteres Material aufzutragen. Zustand der vorhandenen Schnittstelle, Verteilung des Flüssigmetalls, Kontaktflächen und Rückhaltesystem rund um die APU müssen beurteilt werden.

CPU, GPU und Notebook: wann kann Flüssigmetall verwendet werden?

Flüssigmetall kann auch bei CPUs, GPUs, Gaming-Notebooks und Direct-Die-Konfigurationen eingesetzt werden, sofern das Gerät kompatibel ist und der Kühlkörper aus geeigneten Materialien besteht.

Einige leistungsstarke Notebooks verwenden diese Technologie bereits ab Werk. Bei anderen Geräten kann der eigenmächtige Austausch der ursprünglichen Wärmeleitpaste gegen Flüssigmetall Risiken verursachen, für die das System nicht ausgelegt wurde.

W/mK: Was bedeutet dieser Wert wirklich?

Der Wert in W/mK, Watt pro Meter und Kelvin, beschreibt die angegebene Wärmeleitfähigkeit des Materials. Grundsätzlich deutet ein höherer Wert auf eine höhere Fähigkeit zur Wärmeübertragung hin.

Dieser Wert sollte jedoch nicht allein zum Vergleich verschiedener Produkte verwendet werden.

Warum der W/mK-Wert nicht alles aussagt

Die tatsächliche thermische Leistung hängt von vielen Faktoren ab: Materialmenge, Schichtdicke, Anpressdruck, Kühlkörpermaterial, Beschichtungen und Qualität des Kontakts.

Auch die Methode zur Messung der Wärmeleitfähigkeit beeinflusst möglicherweise den angegebenen Wert. Produkte mit sehr unterschiedlichen Zahlen sind daher nicht zwangsläufig direkt vergleichbar.

So wählen Sie ein zuverlässiges Flüssigmetall

Für den professionellen Einsatz sollte ein Produkt anhand mehrerer Kriterien und nicht ausschließlich anhand des auf der Verpackung angegebenen Zahlenwerts beurteilt werden.

Wichtige Prüfpunkte sind:

1. Technisches Datenblatt: Zusammensetzung, Wärmeleitfähigkeit, Wärmewiderstand, Betriebstemperatur und kompatible Materialien sollten dokumentiert sein.

2. Materialverträglichkeit: genau prüfen, mit welchen Oberflächen das Produkt in Kontakt kommen darf.

3. Elektrische Leitfähigkeit: leitfähiges Flüssigmetall erfordert geeignete Anwendungsmethoden.

4. Langzeitstabilität: die Leistung sollte nicht nur unmittelbar nach dem Auftragen beurteilt werden.

5. Konformität und Dokumentation: technische Unterlagen und Konformitätsangaben sind bei professionellen Produkten wichtige Kriterien.

6. Identifizierbarer Hersteller: extrem hohe Angaben ohne Datenblatt oder dokumentierte Testmethode sollten kritisch betrachtet werden.

Kupfer, Nickel und Aluminium: auf den Kühlkörper achten

Einer der gefährlichsten Fehler besteht darin, Flüssigmetall auszuwählen, ohne das Material des Kühlkörpers zu prüfen.

Viele galliumbasierte Produkte sind für Kupfer, Nickel und vernickeltes Kupfer geeignet, dürfen jedoch nicht direkt auf Aluminium aufgetragen werden.

Wie viel Flüssigmetall sollte aufgetragen werden?

Grundsätzlich sollte nur so viel Material verwendet werden, wie für einen dünnen und gleichmäßigen Film zwischen den Oberflächen erforderlich ist.

Mehr Material bedeutet nicht automatisch bessere Kühlung. Überschüssiges Flüssigmetall erhöht vielmehr das Risiko des Austretens auf elektrische Komponenten.

Flüssigmetall richtig auftragen

Die Oberflächen müssen korrekt gereinigt und vorbereitet werden. Das Produkt sollte sparsam aufgetragen und gleichmäßig verteilt werden.

Wenn ein spezieller Applikator oder Spatel mitgeliefert wird, sollten die vorgesehenen Zubehörteile verwendet werden, um Verunreinigungen oder Beschädigungen zu vermeiden.

Vor dem Zusammenbau sorgfältig prüfen, dass sich keine Tropfen oder Rückstände im umliegenden Bereich befinden.

Fehler, die vermieden werden sollten

Zu viel auftragen: erhöht das Risiko des Austretens, ohne zwangsläufig einen thermischen Vorteil zu bieten.

Auf Aluminium verwenden: galliumbasierte Verbindungen können das Material beschädigen.

Elektrische Leitfähigkeit ignorieren: bereits kleine Mengen auf Leiterbahnen oder Bauteilen können Fehlfunktionen oder Kurzschlüsse verursachen.

Nur anhand des W/mK-Werts kaufen: ein hoher Zahlenwert ersetzt kein vollständiges Datenblatt.

Wärmeleitpaste austauschen, ohne das ursprüngliche Design zu prüfen: nicht jedes Gerät ist für Flüssigmetall ausgelegt.

ChipQuik TC4 Deep-Space Liquid Metal: Beispiel für ein dokumentiertes Produkt

Nach Betrachtung der technischen Auswahlkriterien ist ChipQuik TC4 Deep-Space Liquid Metal ein Beispiel für ein Flüssigmetall für professionelle Anwendungen.

ChipQuik gibt eine Wärmeleitfähigkeit von 79 W/mK, einen Wärmewiderstand von 0,003 °C·cm²/W und Kompatibilität mit Kupfer, Nickel und vernickeltem Kupfer an. Die Legierung enthält Gallium und darf nicht mit Aluminium-Kühlkörpern verwendet werden.

TC4 wird als Lead-Free, RoHS 3 Compliant und REACH Compliant angegeben und verfügt über technische sowie sicherheitsbezogene Herstellerdokumentation.

Der Hersteller weist außerdem darauf hin, dass die tatsächlich erzielte Wärmeleitfähigkeit je nach Anwendung, Menge, Druck, Substratmaterial und Beschichtung variieren kann. Der W/mK-Wert sollte daher immer im Kontext der tatsächlichen Anwendung betrachtet werden.

ChipQuik TC4 erhältlich in 1 g, 2 g und 5 g

Nach Prüfung der Kompatibilität kann ChipQuik TC4 Deep-Space Liquid Metal 79 W/mK je nach Nutzungshäufigkeit in verschiedenen Größen gewählt werden.

Häufige Fragen zu Flüssigmetall

Bedeutet ein höherer W/mK-Wert immer bessere Leistung?

Nicht unbedingt. Das tatsächliche Ergebnis hängt auch von Messmethode, Schichtdicke, Anpressdruck, Kühlkörpermaterial und Betriebsbedingungen ab.

Kann Flüssigmetall bei der PS5 verwendet werden?

Ja. Die PlayStation 5 verwendet Flüssigmetall auf der APU. Wartungsarbeiten müssen jedoch unter Beachtung des Rückhaltesystems und geeigneter technischer Verfahren durchgeführt werden.

Leitet Flüssigmetall Strom?

Ja. Daher muss verhindert werden, dass Flüssigmetall auf Leiterbahnen, Kontakte oder elektronische Bauteile gelangt.

Kann Flüssigmetall auf Aluminium verwendet werden?

Nicht, wenn das Produkt Gallium enthält und als nicht mit Aluminium kompatibel angegeben wird. Immer das jeweilige Datenblatt prüfen.

Woran erkennt man ein zuverlässiges Flüssigmetall?

Wichtige Kriterien sind ein verfügbares Datenblatt, vollständige technische Spezifikationen, definierte Materialverträglichkeit, Sicherheitsdokumentation, angegebene Konformitäten und ein klar identifizierbarer Hersteller.

Welche Größe sollte gewählt werden?

1 g eignet sich in der Regel für gelegentliche Anwendungen, 2 g für regelmäßigen technischen Einsatz und 5 g vor allem für Werkstätten und Servicezentren.