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Noctua NT-H2 Thermal Compound Investigation: Re-Test of Pastes from 2023 and 2024 – Series Dispersion or one-time Slip-up?

Degradation in the first cycles and possible trend

Thermal paste can vary in its thermal conductivity during the first few cycles of heating and cooling and can even lose this in some cases. This happens mainly because the paste is mechanically compressed when it is squeezed between the uneven surfaces of the processor and heat sink. This process can initially even improve conductivity for a short time, as air bubbles are reduced, but sometimes also leads to small gaps, which then permanently impair thermal conductivity again.

In addition, some thermal pastes contain volatile compounds that outgas during initial heating. This outgassing can lead to a reduction in material density and thus to a further decrease in thermal conductivity. Repeated heating and cooling can also change the consistency of the paste. It could harden or settle, which impairs the ability to conduct heat efficiently. In addition, thermal cycling will cause the paste to age, leading to a long-term deterioration in performance, particularly with inferior products. However, high quality thermal pastes are designed to remain stable over many cycles, so this effect is minimal.

I invested a whole day in this analysis, which accurately depicts the initial behavior but can only show a trend for further aging, because I think you should definitely do this at least once. The industry tests 1000 cycles and more, but at shorter intervals. Nevertheless, a trend reversal is no longer possible after just 5 intervals, so I can definitely make a reliable statement here regarding the initial behavior of a paste. The Noctua NT-H2 loses around 4 percent of its effective thermal conductivity at 100 °C in the first 7 cycles, which is rather mediocre. All DOWSIL pastes from the tests are only around 1 percent here, but there are also significantly worse pastes such as the Thermal Hero Quantum. When cold at 25 °C, however, the Noctua NT-H2’s reduction is already over 40 percent!

Since the normal temperatures on a CPU die are well below 100 °C, the first 2-3 values are actually useless here and I would advise every colleague to only test this paste after at least two complete and longer load and cooling cycles. I know it takes time, but I also do this before I test pastes. However, each time I do an outgassing cycle at around 150 °C and 500 µm BLT so that the paste finalizes like a good dough.

The matrix used and the outgassing

The outgassing of siloxanes with increasing pressure is a complex process that is influenced by the interaction of pressure, temperature and the physico-chemical properties of the siloxanes. An important factor is the increased solubility of gases in the material. With increasing pressure, gases dissolve better in the material structure, and with a subsequent increase in temperature, these gases can escape more quickly. In addition, the higher pressure leads to compression of the spaces in the polymer matrix in which volatile components are stored. When heated, these molecules become more mobile and can be released more easily. The pressure also changes the physical properties of the material, making it less flexible and less able to retain volatile molecules.

Increasing pressure can also influence reaction kinetics and accelerate decomposition processes, resulting in more gaseous products. Another factor is the increased vapor pressure of certain volatile components at higher pressure, which in combination with an increase in temperature leads to increased outgassing. These mechanisms explain why the outgassing of siloxanes can increase with increasing pressure, especially in combination with an increase in temperature in the range of 75°C to 85°C, as we can see here in the next graph based on the abnormally increasing BLT at 40 N, which normalizes again to the value of 4 N above 90 °C.

But how does the “hump” come about, which is not visible at 4 N (corresponds to the usual maximum 40 N for larger graphics chips), but which is extremely pronounced at 40 N (more in the CPU area, Intel LGA 1700)? Unfortunately, I can’t analyze organic compounds in detail, that would take me too far afield. However, the viscoelastic behavior does allow certain conclusions to be drawn about the siloxanes used. A food chemist friend of mine made an interesting comment on this some time ago.

The outgassing in a possible compound with acetic acid (acetates) could be explained by a similar behavior, especially in the temperature range from 75°C to 85°C and with increasing pressure. Acetates, which are used as crosslinkers or catalysts in certain siloxane formulations, may contain volatile components that lead to gas release under certain conditions. As the pressure increases, these volatile components, such as acetic acid compounds, dissolve better in the polymer matrix, and as the temperature increases, their mobility increases, making it easier for them to outgas.

The pressure compresses the spaces in the material in which the acetates are embedded, which causes these volatile molecules to escape more quickly when heated. At the same time, the pressure influences the physical properties of the siloxanes so that the material is less able to retain possible acetates and other volatile components. In addition, increasing pressure can accelerate the reaction kinetics and decomposition processes of the acetic acid compounds in the siloxanes, which leads to an increased release of gases. The increased vapor pressure of the acetates also contributes to the fact that outgassing is particularly pronounced in a certain temperature window when pressure and temperature are combined.

Generally speaking, if you look at the behavior when heated, an increase in temperature leads to thermal expansion, as is the case with most materials. The layer thickness usually increases. If the material is not yet fully cross-linked, heating can accelerate this process, leading to densification and possibly subsequent shrinkage of the layer thickness. Once the cross-linking process is complete, the layer thickness remains relatively stable. Finally, let’s compare the NT-H2 (blue curve) with the Thermal Hero Quantum (white dashed curve), which is poor in this respect:

The NT-H2 doesn’t look quite so bad here, at least when it comes to outgassing you can make your inner peace here in terms of the BLT’s behavior. The white line of the Quantum shows how a paste virtually executes itself in the first 7 cycles. The Noctua NT-H2 remains relatively stable, despite its very liquid consistency. The behavior is certainly not ideal and you can clearly see the age of the paste. If you consider that companies like Dow Chemical alone need many years and a lot of money just to develop a better matrix, then newer materials naturally have a clear advantage. Time does not stand still. Noctua should perhaps consider increasing the degree of filling and modernizing the siloxanes used in order to remain fluffy and not end up with a rock-hard paste that nobody wants to use. But the OEM has to be able and willing to do this.

 

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pinkymee

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Mal wieder sehr spannend und vor allem aufschlussreich. Besonders das Thema Alterung.
Cool mal zu sehen, wie der TIMA arbeitet ;)
Danke Igor, für den aufwändigen Test.

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RedF

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Wäre ein Mittelwert der drei 24er-Pasten nicht die bessere Wahl? Wer weiß, ob die besseren nicht die Ausreißer sind?

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eastcoast_pete

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@Igor Wallossek : Danke, wieder einmal sehr interessant! Und verstehe ich das richtig: immer noch keine Stellungnahme von Noctua?

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RedF

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Na ja, schwierig.
Würde ja sagen miss den Ausreißer nochmal, aber du hast es ja schon mit dem Mikroskop bestätigt, dass die Paste was Spezielles ist.
Kannst du dir sparen.

Das ist (im besten Falle) echt mangelhafte QK von Noctuas Abfüller.

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Besterino

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…und mir ist völlig egal warum es so ist und bewerte die Paste für mich mit dem schlechtesten Ergebnis. Warum? Ich hätte überhaupt nicht die Möglichkeiten, herauszufinden, ob ich ne Kröte erwischt habe oder nicht. Das ist einfach eine weitere Variable, die bei der Paste zu berücksichtigen wäre und mit so einer Ungewissheit ist das Zeug für mich nicht kaufbar.

Ja, bei den anderen weiß ich nun auch nicht, ob es nicht ebenfalls eine extreme Serienstreuung gibt - aber was ich nicht weiß, macht mich… öhm… die CPU nicht heiß.

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ipat66

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So geht unabhängiger Technik-Journalismus :)
Wir können uns alle glücklich schätzen, Igor und sein Medium in unserem Leben zu haben ...

Wenn ich sehe, was gerade hier in Frankreich mit THW-FR passiert, wird mir bewusst, welches Glück wir haben …

Vielen Dank Igor ; vielen Dank an das Team.

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Igor Wallossek

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Drei Pasten sind sehr ähnlich, eine zu flüssig. Also immer zu Gunsten des Angeklagten und dem Trend den Vorrang geben.

Was soll ich noch machen? Da stecken jetzt vier Tage drin und unzählige kWh Energie, mehr kann ich hier wirtschaftlich nicht verantworten. Noctua hat sich sehr wohl gemeldet, aber man kann das Problem an den eigenen Proben nicht nachvollziehen. Aber ich veröffentliche keine internen Schriftwechsel. Noch nicht einmal die, welche mich nicht wirklich zufriedenstellen.

Wie soll ich das mitteln? Ich beginne ja bei den effektiven Rth Werten und ich kann nichts sauber mitteln, wo der Interface-Widerstand ebenfalls variiert. Nur Bulk zu mitteln ist auch doof, denn dann passen alle anderen Kurven nicht mehr. Und ich hasse es, solche Kurven mit dem Taschenrechner zu erzeugen. Dann sind wir wieder beim Dragster... :D

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RedF

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arcDaniel

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Ich bin Noctua Fan und nutzte immer NT-H2 und sie lieferte bis dato immer gute Ergebnisse. Habe aber immer mehr das Gefühlt dass mit den PTM Pads die Pasten so langsam ausgedient haben.

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DigitalBlizzard

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Moin und danke @Igor Wallossek für den Test, was sofort auffällt, ist einer der Gründe für die Instabilität der Matrix, während gute Pasten auf ca überschlagen 45-50% Alu, 20-25% Sauerstoff, 10-15% Zink und Silikon setzen, hat die NT-H2 hier verkehrte Welt.

Mit bis zu knapp 45% Sauerstoff, 25% Zink und je knapp 15% Alu und Silikon, hat Noctua hier das perfekte Rezept für eine maximal instabile Pasta gefunden.
Die Matrix ist durch den extrem hohen Sauerstoffanteil natürlich ziemlich anfällig für Ausgasung, und sorgt dafür, das die Matrix ihre Tragfähigkeit verliert.
Bereits im Eimer nach der Herstellung kann die Paste bei Transport und Lagerung die festen Füllstoffe kaum in der Matrix halten, wodurch sich ein Absetzungsprozess in Gang setzt.
Vor der Abfüllung muss die Paste dann sehr stark aufgemischt werden, um eine halbwegs gleichmäßige Verteilung der Inhaltsstoffe zu gewährleisten.
Zudem ist der Alu Anteil auffällig gering, Sauerstoff als aggressives Oxidanz ist allerdings im Überfluss vorhanden und begünstigt eine Oxidationsreaktion mit übermäßiger Ausgasung.
Das in Verbindung mit der instabilen Matrix erklärt ganz klar die immensen Schwankungen.
Das Abrissbild zeigt bei den 2024er Modellen auch eine maximal unhomogene Paste, während die 23er noch ein sauberes Strichbild liefert, haben die 24er schon etwas von "wässrigem Ausfluss"
Die Rezeptur ist denkbar schlecht, fast die Hälfte ist Luft, Aluminium ist Mangelware, billiges Zinkoxid stellt den im Verhältnis zur Masse hauptsächlichen Füller dar.
Mich wundert es NULL, das diese Paste derartig schwankt.
Es sollte sich einfach mal jeder die prozentualen Rezepturen von TF8, TC-5500, Kold01 im Vergleich anschauen, dann wird einem schnell klar, wo hier das Problem liegt.
Eine durch Unmengen Sauerstoff und sehr wenig hochwertige Füllstoffe geprägte Paste, kann nicht homogen undbstabil sein, die variiert von Eimer zu Eimer, weil die Silikonmatrix schlicht null Tragfähigkeit besitzt, selbst wenn das Silikon halbwegs wertig wäre, hat es keine Chance gegen den Sauerstoff.
Die Rezeptur ist Mist und ich befürchte der Herstellungsprozess ist schon der erste Schlüssel zu Dilemma, schnell eingerührte Füllstoffe erinnern eher angeschlagene Sahne, oder für Noctua Schlagobers.

Weniger als 40% wirksame Füllstoffe in 15% Silikon und der Rest ist Luft und Wasser, das ist so oder so keine Rezeptur die man irgendwie rechtfertigen kann. Mehr Luft bekommt man nur bei Langnese Cremissimo.

Die Probleme der Paste liegen sowas von deutlich auf der Hand, ich würde sie Noctua Cremissimo oder die Luftpampe nennen.
Bei gutem Pasten ist der dominierende Darsteller Alu, gefolgt von Sauerstoff, und etwas in gleichen Teilen Zinkbund Silikon, aber im Schnitt über 60% wirksame Füllstoffe, Noctua hat weniger als 40% wirksame Füllstoffe und das Soll an Alu einfach durch Sauerstoff ersetzt.
Liebe Freunde von Noctua, Ich liebe was ihr tut, habe großen Respekt, aber ihr solltet dringend den OEM rausschmeißen, egal was ihr für die Paste bezahlt, es ist zu viel, für fast die Hälfte chinesischer Luft da drinne.
Und ich weiß, dass alle Kühlerhersteller Pasten als notwendiges Übel betrachten, und dem Thema nur geringe Aufmerksamkeit schenken.
Aber denkanstoß, was ist es, was die Verbindung zwischen einem tollen hochwertigen Kühler und der Wärmequelle bestenfalls optimiert? Richtig, Paste!
Ergo, Paste scheiße wird die eigentlich potentielle gute Leistung des Kühler durch so einen vermeintliche unwichtigen Klecks Pampe schlimmstenfalls verringert.
Und bitte, jemand der Hardware in der Güte baut, sollte doch auch das zwingend notwendige Wärmeleitmittel mit der entsprechenden Sorgfalt auswählen, damit sie am Ende zur Hardware passt und der Kunde lange Freude mit der Kühlleistung eurer Hardware hat.
Und das meine ich ernst, kein schmäh, sondern mein absoluter Ernst, und Alternativen gibt es, ich kann euch die gerne nennen, damit am Ende alles in der Noctua Packung so gut ist wie die Hardware.

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DigitalBlizzard

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Nein, das nicht, Direct to DIE sind PCMs etc sinnvoll, auf jegliches IHS gehört eine gute langzeitstabile Paste.
Da bin ich noch sehr altmodisch, auf IHS' performen Pasten einfach meist besser, und eine sehr gute Paste hältbbestenfalls ähnlich lange.

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RedF

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5,113 Kommentare 2,928 Likes

Ach, das kann man auch ordentlich verwursten, aber hast ja recht, bringt am Ende nichts.

Vielleicht eine Kennzeichnung für schlechte QK oder variable Qualitat in der DB.
Von den anderen wissen wir es halt nicht.

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RedF

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Wo kommt das O2 her? Luft im Gemisch, beim Mischen nicht evakuiert?
Chemisch angebunden? Wenn ja, wo? Vom Al2O3 und ZnO kann es ja nicht sein, das habe andere Pasten auch.

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Igor Wallossek

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10,843 Kommentare 20,544 Likes

Erst mal das Silikon, der mögliche Rest wurde bei der Herstellung im Vakuum scheinbar nicht richtig ausgegast. Ich gebe ja bewusst das Mengengewicht und nicht das Atomgewicht an. Aber solche Mengen an Silikon sind schon heftig.

TC-5550:

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NT-H2 (2024 gut)

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So hat man Pasten vor 10 Jahren mal gebaut.

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DigitalBlizzard

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Ein Teil ist natürlich im Silikon gebunden, der Rest kommt durch die Mischung, hochwertige Mischverfahren arbeiten in einem Teilvakuum und rühren seeeehr gemächlich, um die Struktur des Silikons nicht zu strapazieren, wenns der OEM aber schnell und billig haben will, Thema Gewinnmaximierung, dann wird quasi in der "KitchemAid" bei hoher Drehzahl alles ordentlich aufgerührt und dabei viel günstige Luft untergezogen, das bringt Volumen.
Und das nächste Problem kommt dann in Form mangelnder Tragfähigkeit der Matrix gleich mit und das bisschen Metalloxid setzt sich direkt nach der Abfüllung im Eimer wieder ab.
Dadurch muss es vor der Abfüllung in Spritzen nochmal stark aufgemischt werden.
Bei so einer Rezeptur bekommst unmöglich absolut gleiche Abfüllenheiten hin, selbst innerhalb der gleichen Produktionscharge nicht.
Und fast 30-35% weniger Alu als bei anderen guten Pasten ist natürlich auch nicht das Gelbe vom Ei.
Dafür performt die Paste noch erstaunlich gut, trotzdem erinnert das Abrissbild der 24 eher an frisch Erbrochenes, als an eine homogene Paste.

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DigitalBlizzard

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Den einzigen Vorwurf in Richtung Noctua kann man nur dahingehend machen, dass es ihnen offensichtlich wurscht ist, dass der Chinese hier seine dreckige Luft teuer weiterverkauft, gutes QM und ein kräftiger Klapps auf die kleinen Panscher-Patschehändchen könnte hier wahre Wunder wirken.
QM versäumt, ist ja NUR Paste .
Für 3,97€ pro Gramm bekommt man hier 45% feinste Chinesische Luft, also alleine für die chinesische Luft zahlt man 1,79€.
Allemal billiger als ein Flug nach Dongguan um einen tiefen Atemzug zu nehmen, aber trotzdem nicht angemessen.

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S
SpotNic

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Und wer sagt nun, dass den Gewinn der Chinese einsackt und nicht Noctua?

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komatös

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@Igor Wallossek Danke für die Tests. Ich schließe mich Deinem Wunsch nach Angabe von Abfülldatum an; wünschenswerter Weise sollte aber auch Verfallsdatum angegeben werden. Denn der Schmodder wird ja nicht ewig seine Konsistens in der Tube behalten, oder?

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DigitalBlizzard

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Niemand, aber wenn ich böses unterstelle, dann zuallererst den Chinesen.
Erfahrungswerte, da wird drauf gebaut, dass der Abnehmer das eh nicht eingehend prüft, was ich als Kunde allerdings erwarten würde.
Die Paste gehört aber gemessen an der Zusammensetzung definitiv zum Billigsten was man sich so einkaufen kann, zumindest die Partikelgroße spricht noch für eine gute mittlere Qualität an Metalloxiden, nicht hochwertig, aber auch nicht das Billigster, aber davon ist ja reichlich wenig drinne.
Der nächste Kostenfaktor wäre das verwendete Silikon, aber bei der Mischung spielt das selbst in bester Qualität nur noch eine Komparsenrolle.
Ob der OEM clever ist und auf Noctuas Gutgläubigkeit setzt, oder Noctua auf die Gutgläubigkeit seiner Kunden, kann ich nicht wissen und maximal vermuten, aber das passt nicht zu Noctua, nicht zum ansonsten hohen Qualitätsanspruch.
Aber zumindest tragen sie die Schuld mit, denn sowas wirft man nicht auf den Markt ohne es QM Technisch eingehend und wiederholt regelmäßig zu prüfen.
Die OEMs sind auch nicht doof, am Anfang liefern sie gutes Zeug, ist das Produkt erst mal etabliert und "über den Berg und über jeden Zweifel erhaben" verändert man auch schon mal die Rezeptur zu Gunsten der eigenen Spanne.
Gefahr der Entdeckung ist gering, weil fast alle Brands auf umfassende regelmäßige Kontrollen verzichten. Das weiß der Chinese und scheut sich nicht die Lücke zu nutzen, und das weiß eigentlich auch der Abnehmer, prüft trotzdem nicht!?
Das ist eine Nachlässigkeit, die man bei OEMs aus China am Ende oft teuer bezahlt, denn rechtlich kannst gegen die auf chinesischem Boden kaum vorgehen.
Als Brand wie Noctua bist dann der gekniffene und schmeißt mit Pech Unmengen bezahltes minderwertiges Material weg.
Wer mit Chinesischen OEMs arbeitet, zahlt das Eingesparte früher oder später drauf, sofern man nicht permanent alles prüft, bei jeder Lieferung doppelt und dreifach, hast den Container im Hafen erst mal angenommen, bist am Arsch, egal was drinnen ist.
Also im Prinzip muss das QM vor Ort beim OEM beginnen und in Hafen im Container vor Übernahme enden.
Das gestaltet sich für Noctua halt schwer, weil die wenige große Überseehäfen haben 🤣 und somit ständig Personal in Genua, Rotterdam oder sonstwo fürs QM haben müssen.
Ich denke Noctua hat in diesem Fall dem OEM selbst das QM überlassen, den Bock zum Gärtner gemacht und das geglaubt, was ihnen erzählt wurde.

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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