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Real laboratory tests of thermal pastes on igor’sLAB – Part 1 – Measurement setup and methodology

After almost 12 months of preliminary work and several foundational articles on the subject, the time has finally come: the world’s first editorially based testing station for thermal paste and thermal pad analyses according to ASTM D5470-17 is now complete and already in the trial phase. Whether it’s the thermal conductivity or thermal resistance of thermally conductive materials or a material analysis, from now on I can actually test (almost) everything and not just evaluate it subjectively. I have already teased you sporadically from time to time, but today the time has finally come and I can introduce you to my current major investment in the lab, because in the end the Keyence VHX 7000 from 2023 and now the TIMA5 from Nanotest are also part of a well-structured plan to restructure the content of my work, which will be joined in the foreseeable future by a completely redesigned fan measuring stand with professional sensors and extended infrared measurements through to thermal microscopy.

TIMA5 – Industrial tester for thermally conductive products such as pastes, pads and sheets

Disclosure of technology and methods is also part of transparent work and so I cannot and will not withhold the necessary theoretical basics from you today. But don’t worry, I will explain it as simply as possible. But it is absolutely necessary to write something about it, because the information currently circulating in the data sheets on the individual thermal conductive pastes is almost always not worth the paper on which the PDF was not printed. And it will certainly also create a small amount of work for the packaging industry if many boxes and package inserts have to be reprinted. Because what we will also learn today is the huge gap between marketing, advertising promises and the lack of information on the test conditions for such value determinations on the one hand and the actual effective thermal conductivities on the other.

Many people don’t even know this: Since pastes and pads are heterogeneous materials, the answer to the question of a blanket thermal conductivity that could be objectively expressed in a single value is quite difficult! Today you can read why this is the case and how to look at the whole thing correctly. Because there are some very bizarre curves that result from structure, temperature, layer thickness, pressure and other factors. And yes, a real rethink is required!

Keyence VHX7000 and AE-300 with LIBS for material analysis

However, as a paying customer of such products, the customer deserves the unvarnished truth, because he is also paying for the many miracle products. And not too little. This is exactly what triggered me years ago and it was finally time to implement the counter-tests in a scientifically accurate, media-effective and mass-market way. Or to put it in a nutshell: We should turn off the tap on all this paste esotericism.

Important foreword: Thanks to everyone involved and a big request to everyone

As a great deal of preparatory work was necessary in the run-up to such a major task and such a purchase must not be made without a plan and an examination of the ROI, a number of well-known and lesser-known contributors were active in the background in the run-up to the project, providing me with insider information, sound practical and manufacturing knowledge and the necessary engineering know-how. First and foremost, of course, these include my colleagues at Berlin-based Nanotest und Design GmbH, a leading manufacturer of such devices, but also Roman Hartung (Thermal Grizzly, insights and practical experience), Andreas Rudnicky (Alphacool, industry samples and insights) and a number of engineers who, for various reasons, do not wish to be named, but to whom I would like to express my thanks at this point anyway. Because one thing is also clear, there are no universal geniuses for all situations and for me, too, some things were completely new and I had to rethink things thoroughly.

As far as my request for test objects is concerned, I am deliberately addressing manufacturers or suppliers and, of course, the community directly. After all, you have to get enough samples to be able to test them extensively in the lab. However, to avoid a flood of duplicate or inappropriate purchases, I would ask you to contact me in advance by e-mail at the known address. I need unopened packs of 3 grams or more (preferably more) and within the best-before date. I cannot and will not test anything else in order to remain objective and fair.

It doesn’t always contain what it should! Where is the corundum?

We need to talk about this: marketing promises, fictitious claims and the bitter reality

The business with pastes and pads is booming, especially in times of ever-increasing heat densities and power losses. And it is precisely at this point that I have set myself the goal of providing objective guidance and exposing marketing lies. The profit margins in this business are huge and so the prospect of making a quick buck also brings many suppliers onto the scene whose products are not worth the money or whose products are advertised with properties that are simply not true. Simply checking this is actually impossible, at least it has been until now. When I have tested enough pastes in the foreseeable future, there will also be a publicly accessible online database with the test results, material analyses and pictures.

However, in order to be able to correctly classify, evaluate and recognize the causes of the loopholes of the thermal paste hackers, the existing grey areas and the efforts of reputable suppliers, we must first discuss the topic of thermal conductivity in general on the next page. Because there is no such thing as THE one thermal conductivity. You can read why this is the case and how we proceed after turning the page. And don’t worry, I’ve broken the difficult part down to the bare essentials. So it will be anything but boring, I promise!

First of all, here is a link to the most important basics of heat pastes (and pads) for a better understanding of the connections, as well as a video:

The Ultimate Thermal Paste and Pad Compendium: Application, Ingredients, Manufacturing, Optimization, Aging, Profit Margins and Marketing

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GrafBerzerek

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54 Kommentare 8 Likes

Ich bin auf Teil 2 gespannt, Mal sehen was dann wirklich rauskommt, immer dieses warten ;) Bin gespannt.

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Igor Wallossek

1

10,439 Kommentare 19,494 Likes

Spannungskurve :D

Am Donnerstag geht dann der erste Pastentest online - meine Referenzpaste. Dann kommen viele weitere....

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e
eastcoast_pete

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1,664 Kommentare 1,003 Likes

Was ich schon jetzt sehr gut finde, ist daß Du (@Igor Wallossek ) hier eine ganze Reihe von Experten mit zu Rate gezogen hast, um Deinen Testaufbau so genau und realitätsbezogen wie möglich zu machen! Jetzt warte ich gespannt auf Teil 2. Mich würde auch interessieren, ob sich so mancher Hersteller dieser Pasten bei der Entwicklung (Formulierung) auch soviel Arbeit gemacht hat. Aber das werden wir ja auch bald sehen bzw lesen.

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ipat66

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1,408 Kommentare 1,420 Likes

… und ob die Angaben bezüglich der Wärmeleitfähigkeit irgend etwas mit der Realität zu tun haben.
Ich bin gespannt auf die Ausreißer :)
Tolles Instrument !

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echolot

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1,098 Kommentare 848 Likes

Das muss dann aber für jede Probe reproduzierbar eingearbeitet werden. Hut ab mein Lieber.

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Igor Wallossek

1

10,439 Kommentare 19,494 Likes

Ich habe sogar ein Ritual dafür. Der Rest ist kalibriert :)

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echolot

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1,098 Kommentare 848 Likes

Boah ey. Was ist mit der Kaffeepause? Sind die 20 µm vorgegeben?

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T
Techniker Freak

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49 Kommentare 6 Likes

@Igor Wallossek
Das sieht sehr interessant aus, bin auf die Ergebnisse gespannt.
Wird es einen Artikel geben in dem es um Pasten außerhalb des MHD geht?
Mich würde es interessieren wie sich so eine Paste nach MHD entwickelt. Die Theorie kann man im initialen Artikel abdecken und für die Praxis legst du dir 1 - 3 Pasten hin und testest die 1x im Jahr.

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FfFCMAD

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689 Kommentare 187 Likes

Das die ein Thermaltake THE TOWER 900 benutzen ist putzig. Ich bin ja eher für die weiße Variante, die steht nämlich neben mir

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komatös

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116 Kommentare 93 Likes

Wieso Kaffeepause? Wenn man den ganzen Tag seienm Hobby nachgeht, braucht man keine Kaffeepause. 🤪😂

Aber Spaß bei Seite, ich finde Irgors Test sehr oft aufschlußreich und vielfach ernüchternd.
Die Tests der Radiatoren zum Beispiel. Und dann frage ich mich immer, wo ist Stiftung War(z)entest? Haben die sowas nicht auf dem Radar?

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Igor Wallossek

1

10,439 Kommentare 19,494 Likes

Da ich ab 400 µm abwärts messe, will ich die Paste nicht schon zusammenpressen, bevor nicht alles aufgeheizt ist. Da reicht der kleine Spalt, denn das Test-Script fährt das dann eh allein auf 400 µm (und weiter) runter. Nenne es kleinen Sicherheitsaufschlag meinerseits. Kaffepause kann ich zwischen Punkt 10 und 11 machen. Die reicht für mehrere Tassen Kaffee, denn ich messe ja automatisiert in 25er Schritten bis 25 µm. Das Teil hat eine eingebaute Prüfung und es werden alle Sensoren solange ausgewertet, bis ich mindestens für 2 Sekunden eine stabile Wertermittlung habe. Das kann manchmal echt dauern.

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Exakt :D

Den nehmen viele, weil er sich perfekt anpassen lässt. Es ist ja noch ein kleiner PC mit verbaut (AMD APU) :)

Kostet leider mehr als ein 2024 Mercedes-Benz E-Klasse Kombi in der Basisversion :(

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echolot

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1,098 Kommentare 848 Likes
v
veitograf

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30 Kommentare 11 Likes

Ich bin gespannt auf die ergebnisse :)

@Igor Wallossek kleiner type auf seite drei bei der überschrift:

Kontakt- bzw. Interfacde-Widerstände

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big-maec

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900 Kommentare 534 Likes

Ob den Marketingleuten schon warm wird und anfangen zu schwitzen?
:unsure:

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echolot

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1,098 Kommentare 848 Likes

Das glaube ich jetzt nicht bei den "guten" WLPs. Im Großen und Ganzen passt das schon. Andere Kriterien sind mir aber schon wichtig für eine Gesamtbewertung. Z.B. Langzeitverhalten, Verarbeitbarkeit, Homogenität usw.

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DMHas

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57 Kommentare 17 Likes

Ich bin auch schon auf Pasten- und PAD-Tests gespannt. Mal sehen, wer wirklich das versprochene liefert und er nicht!

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E
Eribaeri

Veteran

128 Kommentare 49 Likes

Das ist ja mal ein Mega-Projekt und wie bereits beschrieben für die Community echt wichtig!
Gibt es denn auch irgendeine Messung für das Austrocknen der Wärmeleitpasten?
Natürlich sind einige (besonders die pinken) Keramikwärmeleitpasten echt stark, trocknen dann aber an und sind anschließend den gängigen Pasten unterlegen.
Eine solche Messung würde die Tests dann auch alltagstauglich machen. Keine Laborwerte mehr.

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m
modena.ch

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85 Kommentare 36 Likes

Typo auf Seite 4, sollten das nicht Festo-Kupplungen sein und nicht Vesto?
Es sei denn das ist was Anderes..

Aber sehr spannende Sache, so im Detail bei TIMs untersucht such ich schon lange!

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c
carrera

Mitglied

97 Kommentare 65 Likes

@Igor Wallossek: that's real passion ... chapeau

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Danke für die Spende



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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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