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Secret file thermal paste: Increasing layer thickness at high temperatures, ageing and differences in quality and their influence on benchmarks

Myth 2: The thickness of the thermal paste layer (BLT) decreases as the temperature rises

It is usually assumed that every layer of paste becomes thinner and thinner under pressure and with increasing temperatures. However, this is fundamentally wrong. The bondline thickness (BLT) of a thermal paste, as long as it contains silicone, for example, will increase to a greater or lesser extent with increasing temperature, which is (not only) due to the viscoelastic behavior of the material. This also distinguishes these pastes from the phase transition material PTM. I have also dedicated the next chapter to this special behavior of the pastes, after I have now measured the whole thing for you. Because the details are really interesting and almost nobody knows them. I even managed to surprise one or two specialists, including the suppliers of thermal pastes themselves. Only the silicone oil suppliers will nod knowingly.

For the next investigation, I’ll take a different approach and also dispense with the extreme, repetitive cycles. However, as before, I use a constant pressure of 60 PSI, but in contrast to the first test, I use different and increasing temperatures from 30 °C to 100 °C in relatively fine 5-degree increments. This measurement also takes at least 45 minutes to 1 hour. I am now deliberately only measuring the behavior in the first cycle, because these values can be used not only to observe how the layer thickness expands, but also to draw conclusions about water residues, for example, because the paste was not properly degassed in the vacuum.

The extreme example of this was my first test of the Cooler Master Cryofuze Violet, where, in addition to the missing Al2O3, there was also far too much water in the paste. The amount of thermally conductive particles in the paste and the quality and consistency of the silicone oil also play a role.

Cooler Master Cryo Fuze Violet, missing corundum and too much water – The manufacturer reacts

But enough of the digressions, let’s take a look at the sobering measurement result and be amazed! The two curves meet at around 60 °C, at which point the Thermal Hero Quantum literally drifts apart! Depending on the test setup, however, such a curve also contributes to the fact that not only the values of different reviews differ so much, but that especially the reviewers who found the Hero so good usually had lower temperatures in the paste. This is because the CPU temperature read out is by no means the paste temperature and so in the chain of all thermal resistances between die and water, despite similar CPU temperatures, different paste temperatures and therefore also BLT can occur from build to build! This makes such tests hardly comparable with each other as long as no uniform conditions can be guaranteed.

The Thermal Hero Quantum, which is only filled to a medium level, can be squeezed to an astonishing 15 µm at 30 °C and 60 PSI, while the Thermalright TF8 only manages around 25 µm when cold. However, if you slowly heat the pastes up to 100 °C, you can see that the Thermal Hero Quantum increases the layer by almost 127 percent (!), more than doubling it! This is good evidence of bubble formation, possibly also water residues and a low-quality silicone oil that is already outgassing. I will describe the exact processes in detail on the next page, because we urgently need to talk about this.

The Thermalright TF8 starts with 25 µm, but ends at 100 °C with only 31 µm BLT, which means an increase in layer thickness of only 24 percent. So instead of 2.3 times more, we only have just under a quarter more. This already says much more about the quality of a paste than a single test run with CPU and stress test program over 30 minutes. The blue curve indicates that the Thermal Hero Quantum is core scrap, even if some testers praise it to the skies. This is nothing and will be nothing!

Instead, I now have another 6-hour special of the Quantum, which shows us that the delta between the maximum and minimum BLT remains almost the same, but shifts downwards in relation. In the end, however, this also means that the paste is already starting to dissolve after just a few hours.

This would certainly refute this myth and all the accompanying symptoms.

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pinkymee

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Moinse :) Ein sehr sehr guter Artikel. Extrem aufschlussreich und verständlich geschrieben. Danke Igor!

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pinkymee

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Und nicht nur nach Deinem Hinweis hatte ich eh vor, meine kleine Ausus Grafikkarte neu zu bepasten ;)
Wer hätte gedachte, dass Wärmeleitpaste mal so unser Leben beschäftigt? Ich bin sehr dankbar für das alles hier!
Es klärt auf, verhindert falsches Denken und zerstört schwachsinnige Mythen. Ich liebe es :D
Kaum etwas ist schlimmer als sau dämliches YT oder TikTok Gelaber ...... es ist einfach nicht mehr zu ertragen.
Aber .... so ist es leider.

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XXL

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dem kann ich mich nur anschliessen-Danke :coffee: (y)

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big-maec

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Jetzt hoffen wir mal, dass der Artikel auf allen Seiten zum Nachdenken anregt.

@Igor Wallossek wenn du jetzt mit so viele WLPs einen Test machst, machst du dir da auch schonmal Gedanken über eine eventuelle Belastung von Schadstoffen in den Silikonölen, die bei Erwärmen in die Atemluft gelangen könnten?

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Igor Wallossek

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Ich habe mittlerweile Vollklima und seit jeher eine gute Entlüftung. Der Tima steht ein paar Meter weg und ich habe mir eine Fernsteuerung und Überwachung gebaut, sodass ich nicht daneben stehen muss. Das Case ist zudem verschlossen. Beim Laser halte ich meine Nase auch weit weg :D

Silikonhupen sind gefährlicher :D

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echolot

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Der Abfall der Wärmeleitfähigkeit ist hier schon krass. Gelb = Idle. Blau = Vollast. Nach 6 Zyklen geht die aber schon gewaltig in die Knie. Testeterei Ist aufwendig, aber extrem aufschlussreich. Anhand der Zusammensetzung sollte ein Trend vorhersagbar sein.

View image at the forums

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Igor Wallossek

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10,753 Kommentare 20,338 Likes

De Kurve flacht zwar ab, aber nach den üblichen 1000 Zyklen sollte von der Paste nichts mehr übrig sein.
Nur für die paar Kurven hat das hier insgesamt 18 Stunden gerödelt. Den Strom sponsert einem keiner. :D

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echolot

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Aber bitte nicht lasern. :D

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eastcoast_pete

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Auf die Reaktion der GPU OEMs (Boardpartner) bin ich jetzt schon gespannt!
Übrigens war CPU und GPU/KI Beschleuniger Kühlen, allerdings mit Fokus auf Serverfarmen und ähnliche Anlagen, auch ein Thema bei der diesjährigen Hot Chips Konferenz, die gerade stattfindet.

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Igor Wallossek

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Ich weiß. Ich liege mit dem Thema voll im Trend und mache eigentlich auch nichts ohne langfristige Planung und Ausrichtung. :D

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pinkymee

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Was verbraucht die Maschine pro Stunde?

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DigitalBlizzard

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Danke @Igor Wallossek , solche Artikel sind extrem hilfreich, damit der User versteht, was taugt und was nicht und vor allem warum.
Diese katastrophale Degradation wäre auf eine teuren hochwertigen Grafikkarte ein Supergau.
Der User sieht die ersten Temps und glaubt sein Paste sei gut, und bekommt unter Umständen gar nicht mit, dass die Wirkung schon nach wenigen Tagen massiv nachlässt.
Das ist nicht nur Ärgerlich, sondern sogar gefährlich.
Gerade auf Grafikkarten ein absolutes NoGo.
Deswegen empfehlen wir ja auch den Blick in Richtung Haltbarkeit zu richten, auf GPUs am besten minimal degradierende PCMs zu nutzen, die über lange Zeit eine konstante Wirksamkeit gewährleisten.
Den schnellen Blick nur auf die ersten Temperaturen zu richten kann einen die Hardware kosten.
Frische Paste performt oft ein paar K besser als manche Pads, aber das dreht sich in einem solchen Fall wie mit der Heldenmumpe schnell ins Gegenteil, und dann ist der Ärger groß.
Solche Blender die mit Eimer Messungen ohne Druck absurde W/mks erreichen sind generell mit Vorsicht zu genießen, jeder der mit solchen W/mks bei Pasten wirbt, kann eigentlich pauschal aussortiert werden, da würde nix real getestet , alles nur Marketing und wenn man bedenkt das man für so ein Zeug bis zu 8€/g bezahlt, kannst Dir auch von Esoteriker nebenan ne Flasche "Hexagonalwasser " kaufen und das nutzen.

Und deswegen muss man auch vor den Tests warnen, die im Netz kursieren, natürlich sind die mit ein paar normalen Runs mit frischer Paste gemacht, und performen, wenn man das Ganze mal eine Woche durchziehen würde, würden solche Pasten durchfallen.

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Klicke zum Ausklappem
Igor Wallossek

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TIMA + Chiller + VHX + Klima rund 2 bis 2.5 kWh, je nach Arbeitsvorgang.
Aber die Geräuschentwicklung ist schon enorm, wenn man alle Schallquellen einem Raum hat.

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pinkymee

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Heftig! Das ist mal ne Ansage!

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DigitalBlizzard

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Ich sag ja, ein Königreich für nen eigenen kleinen Kernfusionsreaktor.

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RedF

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Habe mir das Pump out immer so vorgestellt:
1. Es wird heiß, Kühler und Paste dehnen sich aus, die Paste braucht Platz, also quillt sie an den Seiten raus.
2. Es wird wieder kalt, und wie das so ist, bleibt ein teil der ausgedehnten Paste neben dem Kühler/IHS/DIE wo sie sich so schön ausbreiten konnte.

Hätte nicht erwartet, dass sie genug druck, nach oben/unten hat um kühler/TIMA zu verdrängen.

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DigitalBlizzard

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3,077 Kommentare 1,954 Likes

Gibt einen Silikoneffekt, den kann Igor aber besser erklären, der das ganz massiv vorantreibt.
Silikon degradiert physisch ( Massenverdrängung )und chemisch ( Zersetzung und Ausgasung ), deswegen sind gute Mischungen auch nicht mal eben so gemacht. Du hast ein extrem kleines Spektrum an Matrix und Füllstoffen, die eine ausgewogene Mischung zwischen Haltbarkeit und hoher Wirksamkeit gewährleisten.
Änderst an diesem Verhältnis in irgendeine Richtung etwas, geht Leistung runter und Degradation hoch.
Und deshalb ist eine hochwertige Matrix und gute Füllstoffe so wichtig.
Haste ne schlechte Matrix mit groben und schlecht verteilten Füllstoffen, werden sogar physisch unproportional die wärmewirsamen Stoffe gleich zu Beginn verdrängt, übrig bleibt Wirkungslose Silikonpampe

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F
Freelancera1

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Ich hoffe, du hast eine Solaranlage, die würde sich bei dem Stromverbrauch schneller amortisieren.

Wir reden hier über Pasten, die wir als User oder auch schon der Hersteller aufträgt. Bei der CPU wird zwischen Deckel und dem Chip ebenfalls WLP aufgetragen. Hast du eine Möglichkeit, so eine Paste mal unter deine Materialanalyse zu packen? Denke für einen Test wird es zu wenig Paste sein.

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Igor Wallossek

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10,753 Kommentare 20,338 Likes

Ja, das reicht leider nicht. Hier müsste man wohl schon mindestens 5 CPUs köpfen, solange es herkömmliches TIM und kein Flüssiglot ist.

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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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