Wärmeableitung ja, aber bitte richtig

16.01.2003
Im Markt tummelt sich eine erkleckliche Zahl verschiedener Kühlkörpertypen. Das Angebot reicht von einfachen Aluminiumprofilen bis hin zu höchst komplexen Systemen mit verschiedenen Metall-Inlets. ComputerPartner zeigt, worin sich die einzelnen Modelle unterscheiden.

Kühlkörper ist längst nicht gleich Kühlkörper. Neben der Anzahl der Kühlrippen, im Fachjargon Fins genannt, ist auch das Material des Kühlkörpers von entscheidender Bedeutung. Der beste Wärmeleiter aller Metalle ist Silber, aufgrund des hohen Preises verbietet sich jedoch der Einsatz des Edelmetalls von vornherein. Nach Silber hat Kupfer die beste Wärmeleitfähigkeit. Kupfer ist ebenfalls teuer und zudem schwer. Ein Kühlkörper, komplett aus Kupfer gefertigt, würde zum Ersten den Preisrahmen sprengen und zum Zweiten ein Gewichtsproblem verursachen. Die Halterung müsste sehr stabil ausgeführt werden und sich zudem noch möglichst einfach und schnell montieren lassen. Große OEMs, die täglich viele PCs zusammenschrauben, können nicht einen Mitarbeiter eine halbe Stunde pro Kühlkörpermontage abstellen. Außerdem wirkt sich das hohe Gewicht eines massiven Kühlkörpers negativ aus. Beim Transport könnte sich zum Beispiel der schwere Kühlkörper vom Motherboard losreißen und die Platine beschädigen.

Einen möglichen Ausweg aus diesen Problemen bieten Kühlkörper aus Aluminium, die einen Kupferkern beinhalten. Das Kupfer im Inneren sorgt für eine optimale Wärmeableitung vom Prozessor. Diese Wärme wird über das Aluminium an die Luft weitergegeben.

Aluminium Extrusionsprofil

Vorteile: Dieser Kühlkörper besteht aus gegossenem Aluminium, ist einfach und kostengünstig herzustellen und zudem sehr leicht.

Nachteile: Die Wärmeleitfähigkeit ist begrenzt, und die Fin-Stärke und -Höhe sind durch Fertigungsverfahren bedingt eingeschränkt.

Aluminium gesägt

Vorteile: Der aus einem massiven Block gesägte Kühlkörper ist sehr leicht. Außerdem lassen sich viele und sehr dünne Fins herstellen, was die Oberfläche stark vergrößert und die Wärmeableitung an die Umgebung verbessert.

Nachteile: Die Fin-Dicke und -Länge können variieren, und durch Vibrationen beim Sägen sind Mikrorisse im Material möglich, was die Bruchgefahr erhöht. Außerdem bietet er keine wesentlich bessere Wärmeableitfähigkeit als Kühlkörper nach dem Aluminium-Extrusion-Verfahren, allerdings zu einem wesentlich höheren Preis.

Extrusionsprofil mit geschraubter Kupferplatte

Vorteile: Diese Kühlkörper sind leichter als solche mit kompletter Kupferbodenplatte und bieten eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Alu pur. Außerdem sind sie günstiger. Weiterhin ist die Qualität des Wärmeübergangs von der Kupferplatte zum Aluminium-Kühlkörper kont-rollierbar.

Nachteile: Eine Prozesssicherheit kann nur mit erhöhtem Aufwand gewährleistet werden. Zudem sind sie um einiges teurer als ein reiner Alu-Kühlkörper, und hinzu kommt ein zusätzlicher Wärmeübergang von der Kupferplatte zum Alumi-nium.

Extrusionsprofil Kupfer gespritzt

Vorteile: Es wird nur eine geringe Menge an Kupfer verwendet, was den Kühlkörper sehr leicht macht.

Nachteile: Eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit wird nicht erreicht. Außerdem entsteht eine raue Oberfläche, und es ist ein enormer Produktionsaufwand notwendig, was den Kühlkörper recht teuer macht.

Extrusionsprofil mit Kupfer-Inlet

Vorteile: Hier ist nur eine geringe Kupfermenge notwendig, deshalb ist der Kühlkörper sehr leicht und relativ preiswert.

Nachteile: Dieses Kühlsystem bietet keine wesentliche Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit gegenüber Aluminium pur. Außerdem ist der Wärmeübergang vom Kupfer-Inlet zum Alu nicht kont-rollierbar (trockene Stellen, Lufteinschlüsse), und die Sicherheit in der Wiederholung des Herstellungsprozesses gestaltet sich sehr schwierig.

Crimped Fin Kupferbodenplatte mit Alu-Fins

Vorteile: Bei diesem Kühlsystem wird ein sehr guter Wärmeübergang durch prozesssichere Verarbeitung erreicht. Eine große Oberfläche mit viele dünnen Fins aus Aluminium spart Gewicht. Das System bietet eine gute Wärme-verteilung durch die Kupferbodenplatte (besonders wichtig bei kleiner Wärmeeinleitfläche mit großer Energiedichte wie zum Beispiel AMDs Athlon XP). Schließlich besticht der Kühlkörper durch ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Einziger Nachteil: das relativhohe Gewicht des gesamten Systems.

Carved Fin

Vorteile: Bei diesem Kühlkörpersystem besteht der Grundkörper aus Aluminium, besitzt aber viele Fins auf kleiner Fläche und zeichnet sich durch eine große Oberfläche dank der gebogenen Fins aus. Er kann sehr klein gehalten werden und ist deshalb auch für Gehäuse mit geringer Höhe (1 Höheneinheit) einsetzbar. Außerdem ist er sehr leicht.

Nachteile: Der Kühlkörper ist teurer als Extrusion, und die Lüfterbefestigung ist nur durch eine separate Halterung möglich. Außerdem können Mikrorisse in den Fins auftreten.

Crimped Fin Kupferbodenplatte mit Kupfer-Fins

Vorteile: Dieses System bietet ei-ne optimale Wärmeleitfähigkeit durch Verarbeitung von reinem Kupfer und eine große Oberfläche durch viele dünne Fins.

Nachteile: Da der Kühlkörper komplett aus Kupfer besteht, wird er sehr schwer und recht teuer.

Kupferplatte "vernickelt" gelötet "Folded Fin"

Vorteile: Der einzige Vorteil des Kühlsystems besteht in seinem bestechenden Aussehen. Deshalb setzen meist Case-Modding-Spezialisten solche Kühlelemente ein.

Nachteile: Durch die Nickelbeschichtung entsteht ein weiterer zusätzlicher Wärmewiderstand (Kupfer 384 W/mK; Nickel 91 W/mK) Außerdem ist die Lötverbindung unzureichend (oft isolierender Luftspalt statt wärmeleitender Lötverbindung). Als weiterer Nachteil ist das hohe Gewicht durch die Kupferplatte zu nennen.

Kupferplatte "natur" gelötet "Folded Fin"

Vorteile: Da in diesem Fall die Lötstelle ausreichend mit Zinn bedeckt wird, ergeben sich ein guter Wärmeübergang und eine optimale Lötverbindung von der Kupferbodenplatte zu den verkupferten Aluminium-Fins.

Nachteile: Die Kupferplatte hat ein hohes Gewicht. Weiterhin ergibt sich oft eine Beeinträchtigung der Optik durch Fingerabdrücke oder andere Korrosionserscheinungen an der Kupferoberfläche.

Radialprofil mit Kupferkern

Vorteile: Ein sehr guter (geringer) Wärmewiderstand gegen die Umgebungsluft wird durch eine große Fin-Oberfläche und gegen die Luftzirkulation gebogene Fins erreicht. Da nur ein Kupferkern vorhanden ist, wiegt auch der gesamte Kühlkörper recht wenig. Des Weiteren wartet das Kühlsystem mit einem guten Wärmeübergang zwischen Kupfer und Aluminium durch prozesssicheres Einpressen auf.

Nachteile: Bisher sind noch keine bekannt - es scheint der ideale Kühlkörper zu sein.

ComputerPartner-Meinung:

Vom einfachen Aluminiumklotz zum Hightech-Produkt kann man die Entwicklung beschreiben, die Kühlkörper in der IT-Branche durchlaufen haben. Und es ist noch lange nicht Schluss: In den nächsten Jahren werden Prozessoren auf den Markt kommen, die noch höhere Verlustleistungen produzieren. Aber auch dann wird die Industrie die passenden Lösungen präsentieren. (jh)

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