Professionelles Konzept
Fortsetzung: Core 2 Duo
zur Belüftung und Kühlung
eines Computers
In der Vergangenheit
hatte ich stets Fertig-Computer von großen Herstellern, wie z.B.
Compaq, gekauft.
Ich war damit zufrieden,
bis auf zwei/drei wesentliche Dinge:
Diese von mir als sehr störend empfundene
Dreck- und Lärmkatastrophe
wollte ich bei einem neuen Computer unter
gar keinen Umständen mehr haben.
Ich habe daher unter Verwendung eines
ATX BigTower mir selbst einen Computer
zusammengestellt, -gebaut und nachfolgend
modifiziert.
Erfolgreich realisiert habe ich:
| Der verwendete Kühlkörper
hat 75mm Länge und einen Wärmewiderstand von 2,4 °C/W,
bei stehender Luft. Da er im Abluftstrom des Netzteils liegt, hat er etwa 1,6 °C/W bei dieser leicht forcierten Luftkühlung. Der Original-KK (Intel - In the Box, Celeron366PPGA) hat 5-6 °C/W ohne Lüfter, mit aufgerastetem CPU-Lüfter bei stark forcierter Luftkühlung etwa 1,3 °C/W (rechtes Diagramm), also leicht besser als der Passive. Durch ein Luftleitelement und/oder agressivere Einstellung des Reglers kann die Wirkung des Passiven noch erhöht werden, aber bei diesem Prozessortyp ist das nicht nötig. |
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| [Bildquelle: Fischer-Elektronik,
Lüdenscheid; Bilder wurden bearbeitet]
Wie man am rechten Diagramm sehen kann,
ist forcierte Luftkühlung außerordentlich wirksam.
Übrigens verbessert sich die Wirkung
von passiven Kühlkörpern, je heißer sie werden,
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Neuerdings betreibe ich den PPGA-Celeron366
mit Adapter S370-133 (statt S370) auf einem P3B-F,
wobei diese Kombination eine Kristalltemperaturmessung
mittels der OnDie-Meßdiode erlaubt.
Bei 25° Umgebungs- und 35° Boardtemperatur
geht der angezeigte Temperaturwert auf etwa 69°C hoch,
im Worst-Case, im BIOS stehend (Hardware-Monitor;
Real Mode).
Der Kühlkörper hat dabei 56°C,
Celeron-Gehäuseoberfläche dürfte 61° haben (max. 85°).
Die maximale Kristalltemperatur des Celeron366
dürfte bei mindestens 90° liegen, somit werde ich auch
bei 40° Umgebungstemperatur keinerlei
Probleme bekommen: 69+15= 84° Tjunction.
Im Normalfall, unter Unix oder NT im Protected Mode, wird hier nur etwa 40° Kristalltemperatur angezeigt.
Die maximale Tjunction der aktuellen FCPGA3-Pentiums
liegt bei nur 85...80 °C !
Bei denen fehlt aber weitgehend der Wärmeübergangswiderstand
Kristall-->Gehäuseoberfläche. (OLGA-Technik)
Demnächst werde ich einen FCPGA3 650/700
MHz einstecken, wodurch auch noch der FSB von
66 auf 100 MHz steigt (ECC-RAM 2-2-2-Timing),
und ich dadurch insgesamt eine beträchtliche
Performance-Steigerung erhalten werde
- ohne einen neuen Computer kaufen zu müssen.
Da die Prozessor-Oberfläche jetzt niedriger liegt als der höchste
Punkt der Fassung (Hebellager),
habe ich eine flache Stufe -13x1,3mm- unten in den Kühlkörper
gefeilt.
Der Prozessor kontaktiert mit seiner Fläche, die wesentlich geringer
als 1cm² ist (Celeron: 6cm²),
über normale Wärmeleitpaste mit nur 1 W/mK den
Kühlkörper.
(ArcticSilver mit >5 W/mK werde ich letztlich verwenden.)
Bei Tu=20°C, 100% CPU-Last dauerhaft und ohne CPU-Lüfter
erreicht die Kristall-Temperatur 70°C.
Im Normalbetrieb unter NT oder Unix liegt diese Temperatur bei nur
30°C.
Bei Leistungsspitzen steigt sie um etwa 12° innerhalb weniger Sekunden.
Daran kann man den Wärmewiderstand der Pastenzwischenlage+CPUgehäuse
erkennen.
ArcticSilver wird das -geschätzt- auf 6° reduzieren.
Ein einfaches Luftleitelement wird wohl mindestens weitere 5° bringen.
Ja, ArcticSilver hat die 100%-Endtemperatur von 70° auf 67° gedrückt,Meine Konstruktion ist auch bei diesem Prozessor bereits recht sicher, aber für 40°C Umgebungstemperatur
und der sekundenschnelle Anstieg bei Leistungsspitzen ist deutlich schwächer,
etwa 4° weniger im Mittel.
Dabei habe ich die Schicht aus dieser Paste nicht ganz optimal dünn aufgetragen.Weitere 3° weniger durch Erneuerung der Luftfilterschicht und ArcticSilver2 (8W/mK).
Wenn man aus 10cm Entfernung den Kühlkörper halbwegs anbläst,
mit einem CPU-Lüfter, so bringt das
bereits etwa 10° weniger.
Dessen Drehzahl schwankt aber so zwischen 3700-3850 U/min, was mich
geräuschmäßig doch stört.
Es ist die Tonhöhenschwankung, die mich stört.
Meine Regelelektronik mit hochkonstanter Referenz hat also absolut
einen Sinn!
Der oben gezeigte Kühlkörper
ist ein Standardtyp, der nur ein paar Mark kostet.
Für forcierte Luftkühlung könnte
man mehr Stege realisieren, die enger beieinander stehen.
Wegen der Wärmewiderstände innerhalb
des Metalls gibt es da jedoch Grenzen.
Innerhalb des 10mm dicken Bodens gibt
es bei 17 Watt beispielsweise etwa 0,3 °C Temperaturdifferenz
pro Zentimeter.
Der Boden ist selbstverständlich
nicht plangeschliffen, er hat eine Krümmung in Form einer Badewannenkurve,
ist aber in der Mitte (CPU ca. 1 Zoll²)
ausreichend plan (0,01-0,02mm).
Der dünnwandige Kühlkörper
von Intel hat vom Meßpunkt an der Seite bis zum Prozessorgehäuse
etwa 10 °C Temperaturerhöhung!
Aufgeteilt in 4° im Kühler + 5-6° Kühler zum Gehäuse.
Intel verwendet ein stoffähnliches
Kunststoffgewebe 0,05mm, das mit trockener Wärmeleitpaste vollgepreßt
ist,
um zu isolieren, die Paste festzuhalten
und um die Lüftervibrationen nicht durchkommen zu lassen.
Das ist meiner Meinung nach eine richtig
gute Lösung, die Gedankenreichweite beweist.
Ich habe beim Passiven 4° Differenz
CPU-->KK mit isolierender Kapton-Scheibe als Zwischenlage.
Im KK selbst ist die Differenz mit <1°
vernachlässigbar.
Achtung, Kapton-Verbindungen sollte man
bei mindestens 35° lösen, bei 20° sind sie
wie festgeklebt! (Fön ;
Reinigungen mit Isoprophyl-Alkohol)
Kapton-Scheiben sind 0,05mm dünne
Polyimid-Folien, beidseitig mit spezieller
Wärmeleitmasse beschichtet (je ca.
0,015mm), die bei etwa 50°C schmilzt.
Der absolute Wärmewiderstand ist
4-fach geringer als bei Silikon-Pads.
[Kapton ® Du Pont]
Zum Vergleich (isol., f. TO3-Transistor):
Anhand der dimensionsunabhängigen Wärmeleitfähigkeit sieht man, daß Kapton die WärmeMaterial Ww.[°C/W] Wl.[W/mK] Dicke[mm]
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Kapton 0,167 0,532 0,05 (0,08)
AluOxid 0,3 ca.13,3 2,9 (1,5-4,5)
Glimmer 0,4 0,34 0,05
Silikon 0,5-0,9 0,9 0,2-0,3
Wl.paste - 0,6-8 0,005-0,3
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Aluminium 238
Kupfer 398
Silicium 80
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Es stellt sich die Frage, ob man Isolierscheiben
überhaupt verwenden muß.
Bei sehr hohen Wärmeleistungen und
kleiner Fläche (z.B. 40 Watt und <1,5cm²) kann man sich das
eigentlich nicht mehr erlauben, denn es
liegt dann etwa 30°C (!!!) Differenz an dieser Schicht.
Auch mit allerbester WLPaste -ohne Isolierung-
ist das kritisch.
Bei 20 Watt und 6cm² (Faktor 8) sind's
dann nur noch 4°C - das geht.
Ich würde sagen, man sollte eine solche
Zwischenlage anbringen, solange das thermisch
machbar ist - bis maximal 8°C Differenz
bei höchstintegrierten Schaltkreisen.
(Sofern die Gehäusetechnik nichts
anderes vorsieht.)
Denn es ist generell sicherer und professioneller:
Der Kühlkörper ist elektrisch
isoliert und hat ganz sicher nicht das Potential des Bauelemente-Gehäuses,
sofern eines vorliegt.
Eine mechanische (teilweise) Entkoppelung
ist ebenfalls zu verzeichnen (Vibrationen,Scheuern).
Und die WLPaste kann sich kaum mit der
Zeit wegquetschen.
Anmerkung:
Die Eloxal-Schicht bei eloxiertem Alu
ist elektrisch nicht leitend, jedoch sehr dünn und ohne Garantie.
Kapton-Isolation ist bei aufgeklemmten
Kühlkörpern ideal.
Beim ersten Heißwerden wird die
Wärmeleitmasse weich und schmatzt sich perfekt an die Flächen
an.
Tip:
Man soll nur soviel Wärmeleitpaste
verwenden wie es nötig ist, um alle Unebenheiten der Metallflächen,
die ja sonst mit Luft gefüllt wären,
auszufüllen.
Je dünner die Schicht, umso geringer
ist deren Wärmewiderstand!
Bei hochfein und plan geschliffenen und
ganz sauberen Flächen kommt gar nichts dazwischen!