Welche Verbesserung durch Wärmeleitpaste

Prozentzahlen oder konkrete Aussagen habe ich noch nie gesehen/gelesen, eher Pauschalwerte aufgrund der Erfahrung. Soweit ich es kenne, besteht der beste Übergang zwischen zwei völlig planen, glatten Oberflächen. Störfaktoren sind:
Die Oberflächen sind nicht völlig plan (poliert), können kleine Kratzer (= Vertiefungen/Erhebungen) haben, wodurch auch immer.

Die Oberflächen können sich bei Montage leicht verziehen (wie z.B. die "völlig starren Zylinderköpfe" am Verbrennungsmotor bei falschem Festziehen).

Es können Staubpartikel eingetragen werden.
Fazit: Viele Einflußfaktoren, die eine dünne Schicht Wärmeleitpaste reduzieren soll. Es liegt nicht nur an der Paste, es kommt auf die Gesamtheit des Überganges an. Austrocknen soll sie auch nicht. Schwierig, daraus eine allgemeingültige Formel zu machen. Und auf der Consumer-Tube steht meist auch nichts darüber, was das Fabrikat konkret kann, maximal der Temperaturbereich.
Ansonsten gilt Wärmeleitpaste als relativ schlechter Wärmeleiter, deswegen so dünn wie möglich, aber Lufträume sind halt noch schlechter.

73 Reiner

Moin Stefan,

die Frage ist aus meiner Sicht in der gestellten Form nicht ohne weiteres und nicht in Prozenten pauschal zu beantworten.

Hauptaufgabe: Pasten beschleunigen die Wärmeweitergabe dadurch, dass Lufträume zwischen Hitzeerzeuger und der zur Kühlung vorgesehenen Fläche geschlossen werden. Lediglich die Wärmeleitung an sich wird verbessert. Es wird schneller Wärme an den Kühlkörper abgeführt.

Meine Funfstellen im Internet, Wikipedia:

Wärmeleitpaste – Wikipedia

de.m.wikipedia.org

Dort findet man unter Wärmeleitfähigkeit Aussagen, die meine ersten Zeilen bestätigen.

Eine weitere Abhandlung:

Wärmeleitpaste

Wichtig für den Wärmehaushalt bei Leistungsbauteilen ist der zügige Abtransport der Wärme durch geeignete Maßnahmen. Ist bspw. ein Kühlkörper für einen PA- oder Netzteiltansistor zu klein, nützt selbst das korrekte Verwenden von Paste nix.

Gleichwohl gibts Berechnungsmöglichkeiten, wie und womit man je nach Belastung "tödliche" Sperrschichttemperaturen vermeiden kann. Die Verwendung von Paste spielt aus o.g. Gründen eine eher kleine Rolle.

Es gibt nach Aussagen bei Wikipedia nix genormtes bzw. keine Standards. Die Aussage finden wir im folgenden Dokument ebenfalls wieder.

Mal einen Blick darauf werfen, wie man einen passenden Kühlkörper berechnet? Mit Berechnungsbeispielen.

https://www.fischerelektronik.de/fileadmin/fischertemplates/download/Katalog/technischeerlaeuterungen_d.pdf

Einführung

Kühlkörper Berechnung – den genauen Wärmewiderstand berechnen

Oft wird beim Basteln oder einigen Firmen mit kleinen populären TRX etwas Pi × Daumen genommen. Berichte im Forum untermauern meine Gedanken...

Reiner und ich waren etwa zeitgleich beim Schreiben. Passt aber gut.

Stefan,

Quote from DL8SFZ

Dass es was bringt, glaube ich schon, es ist aber wieder der Punkt erreicht, irgendwie nicht so richtig greifbar zu sein.

nachvollziehbar. Deine Einstiegsfrage habe ich mir, ehrlich gesagt, so auch noch nicht gestellt. Finde sie gut, wenn ich das mal so schreiben darf.

Ich habe es die Jahrzehnte so gehalten, dass ich im Berufsleben beim Service den Originalzustand "zu Rate" gezogen habe. War da vorher Paste drauf, dann wurde bei der Reparatur die alte entfernt, Flächen gereinigt und sorgsam neue Paste aufgebracht. Glimmerscheiben waren zwei Flächen mehr. Hatte das Bauteil keine Paste, dann habe ich keine aufgebracht. Das galt für die kommerziell produzierten Geräte, Eigenbau gabs da nicht.

Bei meinen QRP-Projekten daheim war es selten der Fall, dass sie nötig war. In der Regel reichen die Kühlflächen aus, wo der PA-Transistor aufgeschraubt ist. Zur Sicherheit habe ich der DL-QRP-PA bzw. deren Endstufentransistoren im Sierra auch welche verpasst. Netzteile und mehr bekommen beim mir immer Paste. Und einen Kühlkörper, dessen Rippen senkrecht montiert sind. Damit die Luft passend strömen kann. Gibt leider auch anderes im kommerziellen Bereich.

Beim PC - ich habe dem aktuellen Prozessor nach dem Kauf ein neues leises Kühlsystem verpasst - da war neue Paste mit dabei. Und da würde ich nie ohne arbeiten.

Hallo Stefan,

Quote from DL8SFZ

Daher die Frage in die Runde: Um wie viel Prozent wird der Wärmetransport verbessert, wenn ich eine durchschnittliche Wärmeleitpaste verwende?

den Wert musst Du selbst errechnen, denn er hängt unter anderem

- von der abzuführenden Verlustleistung,

- der Umgebungstemperatur,

- der Sperrschichttemperatur des zu kühlenden Bauelements,

- dem Wärmewiderstand des Bauelements und

- dem Wärmewiderstand des Kühlkörpers ab.

Ein Berechnungsmöglichkeit findest Du zum Beispiel auf meiner Website hier. Wenn Du die abzuführende Verlustleistung als Strom ansiehst, die stets in Reihe liegenden Wärmewiderstände als elektrische Widerstände, sind die sich ergebenden Temperaturen mit Spannungspegeln vergleichbar.

Dieses Berechnungsformular ist eigentlich dazu gedacht, den Wärmewiderstand des erforderlichen Kühlkörpers zu berechnen. Der Wärmewiderstand Übergang R_GK (Gehäuse - Kühlkörper) ist der Wärmewiderstand der Wärmeleitpaste. Ich nutze den in vielen Datenblättern angegebenen Wert. Wie groß er ist, wenn Du keine Paste verwendest, kann ich Dir nicht verraten. Du kannst den Wärmewiderstand aber zum Beispiel einmal verdoppeln (zu dick aufgetragene Paste) und die Auswirkungen berechnen lassen.

Die Auswirkung der Wärmeleitpaste zu messen, halte ich für sehr schwierig, denn Du könntest ja nur die Temperatur des Kühlkörpers messen. Wenn sich diese verringert, heißt es ja nur, dass die Verlustwärme nicht abgeführt werden kann und sich das Bauteil stärker erwärmt. Da müsste man schon einen Temperaturfühler im wärmeerzeugenden Bauelement haben, wie es die Leute auf der nicht näher bezeichneten Mikrocontroller-Website gemacht haben.

Generell ist immer ein Luftspalt vorhanden, wenn man zwei Metalloberflächen aufeinander legt, selbst wenn beide Oberflächen glatt erscheinen. Die Erklärung dafür wurde ja hier schon gegeben.

73/72 de Ingo DK3RED - Don't forget: the fun is the power!

Hi,

microcontroller.net gibt für TO-220 Gehäuse Montage mit und ohne Paste Werte für den Wärmewiderstand zwischen Halbleiter und Kühlkörper an. Damit kannst Du konkret rechnen.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Kühlkörper#:~:text=Ein%20oft%20verwendetes%20TO%2D220,4K%2FW!

Natürlich kannst Du es auch testen: Transistor ohne PAste montieren, Temperatur messen, und dasselbe dann mit Paste.

Gruß

Gerd.

Stefan,

ich persönlich mach's mir einfach: Ich rechne die Verlustwärme aus, die am Halbleiter ca. entsteht und such mir einen Kühlkörper, mit dem ich möglichst nicht über 40°C komme (Verlustleistung x Wärmewiderstand Kühlkörper). Erster Test ohne Paste, mit Finger am Halbleiter. Falls es unangenehm warm wird kommt Paste drauf.

Gruß

Gerd.

Beim QRP Selbstbautreffen vor kurzen, gab es einen Vortrag für eine PA (afair).

Da wurde als bestes Ergebnis eine Glimmerscheibe gefunden.

Mit Paste gibt es nicht so gut. Können natürlich auch Handlingsprobleme gewesen sein, das kann ich nicht beurteilen.

Ich wollte nur darauf hinweisen, daß manche lieber keine Paste nehmen.

Am besten, testen. Und dann berichten.