Prozessor- und CPU-Kühler – Wärmeleitpaste und Reinigung

Irgendwann ist es unvermeidlich, den Prozessor auszubauen. Entweder möchte man das Mainboard ohne CPU testen, weil es vielleicht defekt ist, oder es gegen ein anderes Modell tauschen. Dazu muss natürlich der Prozessorkühler abgenommen werden, damit man an die CPU herankommt.

Löst man die Verbindung zwischen Prozessor und Kühler, muss man zwingend eine Reinigung beider Komponenten vornehmen und sie erneut mit Wärmeleitpaste behandeln oder ein neues Wärmeleitpad aufbringen, bevor man sie wieder zusammenbauen darf!

CPUs erzeugen trotz ausgefeilter Stromspartechniken und ständig überarbeiteter Architekturen eine unglaubliche Abwärme. Vergleicht man die paar Quadratzentimeter der Oberfläche eines Prozessors mir der gleichen Fläche einer Herdplatte, so wird die CPU bedeutend heißer. Als man bei den Pentiums der vierten Generation (NetBurst) die Taktrate immer höher und höher geschraubt hatte, ist man an einem Punkt angekommen, an dem ernsthaft über den Einsatz von Wasserkühlungen nachgedacht wurde, weil man die CPU mit einer herkömmlicher Luftkühlung nicht mehr ausreichend versorgen konnte.

Ingenieure hatten errechnet, dass man ohne Wechsel der Architektur in ca. fünf Jahren weiterer Taktsteigerung bei Prozessoren die Oberflächentemperatur von Kernbrennelementen erreichen würde. Dann hätte man die Abwärme nur noch – wie bei Supercomputern – mit Tiefkühl-Gehäusen ableiten können („Crays“ werden zum Teil direkt in flüssigem Stickstoff betrieben)…
So weit ist es aber Gott sei Dank nicht gekommen, denn mit der Entwicklung der nächsten Architektur und dem Aufkommen von Mehrkernprozessoren hat sich die Abwärme wieder in handhabbaren Größen bewegt.

Trotzdem ist das Problem der Hitzeentwicklung ständig vorhanden. Um es in den Griff zu bekommen, muss der Prozessorkühler die Abwärme der CPU möglichst vollständig aufnehmen und über seine große Oberfläche an die Umgebungsluft abgeben.
Sowohl die Oberfläche des Prozessors (genannt „Dye“) als auch die des Kühlers sind nicht vollkommen glatt. Es gibt immer kleinere Dellen, Kratzer oder Riefen, welche den Wärmeübergang empfindlich stören. Hier greift dann die Wärmeleitpaste, welche diese Luftlöcher ausfüllt und dafür sorgt, dass die Wärme ohne Hitzestau gut fließen kann.

Sagen und Mythen werden um die Beschaffenheit der verschiedenen Pasten gesponnen. Vor ein paar Jahren waren sie einmal schwer im Fokus der „Übertakter“ und es wurden ganze Abhandlungen darüber verfasst, ob nun eine Paste mit Silberpartikeln oder eine mit Kupfer- oder Nanokristallen einen besseren Wärmeübergang ermöglichen würde. Letztenendes ist es nicht so wichtig, welche Paste man verwendet, sondern wie man sie einsetzt: „Viel hilft viel“ ist hier nämlich absolut tabu!
Man bringt sie stattdessen in einer hauchdünnen Schicht auf den Prozessor und den Kühlkörper auf. Ich benutze dafür ein Mikrofasertuch, von dem ich ein 5 x 5 cm großes Stück abschneide und damit die Paste in beide Oberflächen „einmassiere“.

Paste oder Pad?

Ein ewiger Kampf. Die Lösung ist aber ziemlich einfach: Möchte man den Prozessor lange Zeit ohne Wechsel des Kühlkörpers betreiben, wählt man das Pad. Tauscht man die CPU in einem Intervall von unter einem Jahr, nimmt man die Paste, weil man deren Reste leichter entfernen kann. Außerdem trocknet die Paste nach etwa einem Jahr aus und verliert etwas von ihrer Wärmeleitfähigkeit. Man sollte sie darum etwa jedes Jahr erneuern.
Das kann man sich mit einem Pad sparen, weil es robuster ist und über viele Jahre hinweg eine saubere Wärmeleitung bietet.

CPU-Kühler

In den ganz frühen Tagen des PCs (80286er) brauchte man keinen Kühler. Bei 12 MHz. auch verständlich. 80386er hatten immerhin schon passive Kühlkörper installiert, die aber noch kleiner ausgefallen sind als heutzutage die Kühlkörper für z.B. die Chipsätze der Mainboards. Ab den 80486ern kamen dann aktive CPU-Kühler ins Spiel, weil die Prozessoren zu heiß für rein passive Kühlsysteme wurden. Die Lüfter hatten um die 5 cm Kantenlänge und waren (gefühlt) ständig am Rattern oder Kreischen. Ab den Pentiums und AMDs K9-Prozessoren kamen 6 cm Lüfter in Mode, die Kühlkörper waren aber immer noch recht kompakte, kleine Alublöcke, in die zur Oberflächenvergrößerung über die gesamte Breite Rippen gefräst worden sind.

Ab den 250 MHz. Pentiums und den ersten Athlon CPUs kamen dann größere Kühlkörper auf, deren Kontaktfläche mit der Dye aus Kupfer gefertigt waren, da Kupfer eine bessere Wärmeleitung ermöglicht als Aluminium. Spätestens jetzt entwickelte sich auch ein breiter Markt an CPU-Kühlern und Lüfter diverser Firmen, die entweder größer, leistungsfähiger oder leiser waren als die mitgelieferten Varianten der Prozessorhersteller. Vollkupfer-Kühler waren auch mal schwer in Mode, sind aber zu teuer und zu schwer für die paar Grad, die sie kühler waren als ihre Aluminium Varianten.

Aktuelle CPU-Kühler sind mit Heatpipes durchsetzt, aus einzelnen Aluminium-Lamellen aufgebaut und haben in der Regel schon 120er Lüfter aufsitzen, die ruhig laufen und leichter zu reinigen sind, als ihre kleineren Varianten. Die Zierden ihrer Zunft sind über ein Pfund schwer und müssen mit einer Halterung auf der Rückseite des Mainboards verschraubt werden, damit sie wegen ihres hohen Gewichts nicht den Sockel aus dem Board reißen…

Moderne Prozessoren haben im Datenblatt eine Kenngröße, die TDP (Thermal Design Power) heißt. Dieser Wert spezifiziert die Abwärme der CPU in Watt, die das Kühlsystem ableiten muss. Die Energiesparvarianten kommen mit einer TDP von 25 bis 40 Watt aus, gängige kleine Desktop Prozessoren haben 65 Watt, die Spitzenmodelle der jeweiligen Baureihen aber dann schon 125 bis 140 Watt TDP. „Overclocker“ (Übertakter) bringen noch mehr Abwärme auf den Kühler, weil die CPU beim Übertakten überproportional mehr Strom braucht. Diese Leistung muss das Kühlsystem erst mal weg bringen.

Die kleineren Prozessoren kann man mit einem entsprechend großen Kühlkörper auch passiv betreiben, also ohne Lüfter. Hier muss man aber dringend aufpassen, die Luft im Gehäuse auszutauschen, denn sonst heizt sich das Gehäuseinnere mit der Zeit auf, vor allem im Sommer. Das schadet dann ab einer bestimmten Temperatur vor allem den Festplatten, aber auch allen anderen verbauten Komponenten auf dem Mainboard und den Steckkarten und sollte deshalb dringend vermieden werden.
Hier reicht im Idealfall schon ein langsam drehender 120er Lüfter, den man fast nicht hört.

Reinigung

Wie bereits erwähnt muss man sämtliche Spuren der Wärmeleitpaste oder des -pads entfernen und diese neu aufbringen, bevor man die CPU wieder montiert. Das liegt einfach daran, dass die Schicht zwischen Dye und Kühlkörper so dünn wie möglich aufgebracht werden sollte und keine „Klumpen“ alter Paste den Wärmefluss stören dürfen. Auf dem Bild kann man gut erkennen, wie die Paste klebt, wenn man die Bauteile trennt.

Das Mittel der Wahl ist (jedenfalls für mich) eine Flasche Spiritus und eine Rolle Küchenkrepp. Man spannt den Prozessor in den Sockel des Mainboards, damit er nicht wegrutschen kann und man die Pins an der Unterseite nicht beschädigt. Nun faltet man einige Lagen Küchenkrepp übereinander und träufelt etwas Spiritus darauf.

Mit vorsichtigem Druck und unter leichtem Scheuern bearbeitet man nun die Oberseite der CPU und die Unterseite des Kühlkörpers, bis sie restlos sauber sind. Das dauert in der Regel bei Paste nicht mehr als eine Minute. Der Erfolg ist schön sichtbar, da man jetzt die Beschriftung der Oberfläche des Prozessors wieder lesen kann und die Kontaktfläche des Kühlkörpers auch wieder frei von Paste ist. Den Überschuss hat man dann am Küchenkrepp kleben…

Bei Rückständen von Pads kann man mit einer ausgedienten Plastikkarte (Mitgliedskarte, Kreditkarte etc.) nachhelfen. Aber man muss dabei sehr sanft arbeiten, um die Dye nicht zu verkratzen. Jede zusätzliche Riefe stört den Wärmeübergang!