Test: Kontaktfläche Kühler und Prozessor - konvex oder plan?

Seite 2: Krümmung bei Prozessoren, Theorie

Wie in der Einleitung erläutert, zieht sich der Heatspreader beim Verlöten mit dem DIE also konkav zusammen. Aber hier liegt sprichwörtlich der Hase im Pfeffer vergraben. Während AMD auf ein Lot mit eher niedrigerem Schmelzpunkt zurückgreift, setzt Intel auf ein Lot mit höherem Schmelzpunkt. Durch die niedrigere Energiezufuhr verziehen sich die Kupferdeckel bei AMD-Prozessoren in der Theorie eher unwesentlich, bei Intel-Prozessoren fällt der Grad der Unebenheit höher aus. Entsprechend suboptimal ist das Zusammenspiel aus Kühler und Prozessor. Sind beide plan oder beide gleichermaßen verformt, existiert eine einheitliche Auflagefläche und die Wärme wird optimal weitergegeben. Ist ein Part uneben und der andere plan, berühren sich beide Flächen nicht in allen Punkten und es bilden sich Hohlräume. Die Luft wirkt dann hervorragend als Isolator und behindert die Wärmeabgabe, auch der zusätzliche Einsatz von üppig verteilter Wärmeleitpaste wirkt als thermischer Widerstand.

Dabei sind zwei Szenarien denkbar. In der oberen Grafik entspricht der Heatspreader einer rein waagerechten Fläche - es handelt es sich also um einen Prozessor aus dem Hause AMD. Der Unterboden des Kühlers ist allerdings konvex, also eine Wölbung nach außen, geformt. Der Kontakt beider Flächen ist auf den Hotspot auf Höhe des DIE beschränkt, zu den Rändern gibt es keine Berührpunkte der Flächen. Im anderen Fall trifft ein konkav verformter Heatspreader - also eine Intel-CPU - auf einen plan gefertigten Kühlerboden. Der Kontakt beider Flächen besteht nur zu den Randbereichen, auf Höhe des DIE berühren sich die Flächen nicht.

Interessant wird es, wenn es darum geht, die Kontaktfläche genauer zu bestimmen. Die Berührfläche zwischen einem planen Heatspreader und einem konvexen Kühler auf Höhe des DIE - siehe Grafik 1 - fällt relativ klein aus, deckt aber den Hotspot, also den DIE, in der Mitte des Prozessors ab. Im zweiten Fall ist die Berührfläche aus konkavem Heatspreader und planen Kühlerboden - siehe Grafik 2 - größer. Allerdings besteht der Kontakt der Flächen im Randbereich und eben nicht auf Höhe des DIEs. Der sprichwörtliche Hotspot des Prozessors hat keinen unmittelbaren Kontakt zum Kühler und kann die Verlustleistung in Form von Wärmeenergie nur über die Randbereiche abgeben.

Es stellt sich die Frage, was in der Praxis problematischer ist: Kleinere Berührfläche dafür aber Kontakt im Hotspot oder größere Berührfläche dafür aber keinen Kontakt im Hotspot. Lassen sich tatsächlich Unterschiede feststellen und wenn ja, wie fallen sie im Vergleich zur "Optimal-Lösung" ebener Heatspreader, ebener Kühlerboden - AMD - respektive konkaver Heatspreader, konvexer Kühlerboden - Intel - aus?

Anmerkung der Redaktion: Die Achsenverteilung ist nicht proportional um die Unterschiede herauszustellen, Skalierungsverhältnisse beachten! Auch wurde die mögliche minimale Unebenheitvon AMD-Prozessoren nicht berücksichtigt, um den Sachverhalt möglichst anschaulich zu halten.