Konvexe Heatspreader

[PCGH_Torsten]

Eine wichtige Anmerkung zum Startpost:
Bitte auch beim Einsatz von Flüssigmetall dreimal überlegen, ob man einen Heatspreader schleifen will. Wenn man das gleiche auch auf der Kühlerseite hat, ergibt sich ein Stack aus zwei blanken Kupferschichten und einem gerne mit Kupfer legierenden Lot in der Mitte. Nach ein paar Wochen bis Monaten ist die mechanische Verbindung zwischen Teilen dann möglicherweise ähnlich solide, wie die Wärmeübertragung.

Morgen

Ich vermute mal sehr stark, das liegt daran, dass in der Mitte der DIE der CPU sitzt. Am äußersten Rand hingegen befindet sich nur das Gehäuse. Da der DIE der CPU das zu kühlende Bauelement ist wurde dies leicht erhöht, sodass an dieser Stelle der beste thermische Kontakt besteht.

Angenommen es wäre andersrum und der Heatspreader deiner CPU wäre konkav. In diesem Falle würde der CPU Kühler am Rand der CPU aufliegen. Folglich wäre in der Mitte, zwischen CPU DIE und Kühler eine Spalt. Dieser wäre dann entweder mit Wärmeleitpaste gefüllt oder thermisch nicht verbunden. In jeden Fall wäre die thermische Anbindung sehr schlecht.

Nur das Igor mehr Ahnung hat von Technik wie das gesamte Forum zusammen. Keines der Hardware Formate hat auch nur ansatzweise die Technischen Möglichkeiten eines Igor.

Die Geschichte mit Konkave und Konvex gibt es schon Ewigkeiten. Das sind einfach Hersteller Entscheidungen. Und hat vor bzw. Auch Nachteile. Das beste ist die dicke der WLP zu messen wenn man diese aufgetragen hatte oder man nutzt ein Graphit Pad und ein Lack dichte Messgeräte sollte auch funktionieren oder Ultraschall diese Methoden sollten es ermöglichen Unterschiede im ym Bereich zu messen und werden auch in der Produktion von speziellen Maschinen genutzt.

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Mir ist nie eine Spezifikation für ein nicht-planare Kühlerkontaktflächen bei Prozessoren begegnet. Offiziell haben CPUs nur eine Höhe und jede Abweichung davon ist als ungewollt, nicht als beabsichtigt zu betrachten. Bei aktuellen Desktop-Prozessoren ist eine systematische zufällige Überhöhung in der Mitte eigentlich auch auszuschließen – Matisse hat da nichts, was den IHS anheben könnte und Intel nutzt zumindest im Sockel 1151 so dicke Lotschichten, dass der Die gar keinen direkten Kontakt zum IHS hat. Vorstellbar wäre allenfalls, dass in belastetem Zustand der Rand von LGA-Prozessoren stärker nachgibt, da die Sockel eine großflächige Auflagefläche mittig, aber nur einzelne Punkte am Rand haben (vergleiche "Skylakegate"). Außerdem ist zumindest bei Intel (die Form von Threadripper-Heatspreadern ist mit "riesig" ohnehin ausreichend behandelt ) auch die Klebeschicht zwischen Substrat und IHS dick, aber elastisch. Aus, insbesondere entlang der Kanten (etwas weniger in den Ecken) kann der Prozessor also dem Druck eines Kühlers nach unten ausweichen, in der Mitte nicht => höhere Kräfte sind möglich. Aber eine Berührung ist da natürlich schon lange vorher auf ganzer Fläche gegeben.

Viele Kühler arbeiten ohnehin weiterhin mit einem leicht konvexen Boden, obwohl es seit Core-2-Zeiten keine flächendeckenden Beschwerden über durchgängig konkave Heatspreader mehr gegeben hat. Mal gucken, ob Igors Reihenmessung Trends zu Tage fördert – mit nur ein paar Dutzend Prozessoren in der PCGH-Redaktion kann ich keine statistisch belastbaren Aussagen machen, subjektiv hätte ich aber auf "im Schnitt plan, im Einzelfall immer irgendwie ein bisschen krum" getippt. Gespannt bin ich auch auf den angekündigten Die, der krummer als ein Heatspreader ist. Der erstbeste ergoogelte Anbieter gibt ±0,025 mm Dickenabweichung über einen gesamten 300-mm-Wafer an und das Angebot gilt für Chargen ab 25 Stück, gehören also nicht unbedingt in die Intel-/TSMC-/GF-Zuliefererliga. 30 µm und mehr Gesamtabweichung innerhalb der Fläche eines einzelnen Dies würden mich wirklich überraschen.

 

[Gast1666645802]

Bitte vergiss nicht, dass der Die auf dem BGA sitzt. Was beim Wafer noch plan ist, muss später nach dem Packaging nicht zwangsläufig noch so sein. Wir waren alle geschockt, das Extrembeispiel war mein geköpfter 7960X (ES), der aber noch nie einen Kühlerboden gesehen hatte.

 

[Duke711]

@PCGH_Torsten

Die Die's können bis zu 50 - 60 Mikrometer konvex sein. Aus diesem Grund richten sich danach auch die Lötschichtdicken bis zu 230 Mikrometer.

 

[Gerry1984]

Man sollte auch die Betriebstemperatur beachten. Es scheint dass bisher Messungen zur Planheit der Heatspreader meist nur bei Zimmertempertur durchgeführt werden, wie sieht es aber bei 70, 80°C aus? Nur mal als Hnweis: Töpfe zur Lebensmittelzubereitung haben einen bei Zimmertempertur erheblich konkaven Boden, der sich durch die Wärmeausdehnung dann schön plan zieht und großflächig auf der Herdplatte aufliegt. Wäre der Topfboden bei Zimmertempertur annähernd perfekt plan würde der bei Betriebstemperatur wohl erheblich konvex werden und nur zentral auf der Wölbung auf der Herdplatte aufliegen und fröhlich herumeiern

Also vielleicht ist ein bei Raumtempertur leicht konkaver HS sogar der gewünschte Zustand und im Betrieb dehnt sich der dann nach Plan bzw. leicht konvex. Wir reden hier ja offenbar um einen Höhenunterschied laut Igors Messung im Bereich weniger Hunderstel Millimeter, das könnte also durch die bei der topfähnlichen Form eines HS durch die ~60K Delta T schon etwas ausmachen.

Und dann drückt ja der Kühler das gesamte Package aus HS, PCB und Die in den Sockel, am ende drückt es die Ränder des HS wahrscheinlich etwas mehr runter als das Zentrum.

Abgesehen von all dem ist diese Diskussion eh nur akademischer Natur, die paar Hundertstel Abweichung der perfekten HS-Form machen jetzt wie viel K Temperaturunterschied aus? 0,02K pro 0,01mm Abweichung?

Die meisten User die dann nach der Erbsenmethode eines Kleks der teuern aber auch zähflüssigen WLP auftragen und den Kühler mit mehreren Zehntel Millimeter Schichtdicke auf den HS pappen haben dann jeglichen Unterschied zwischen <0,05mm konvex/konkav mehr als egalisiert

@Igor

Die Bilder deiner Messergebnisse erinnern mich an Messungen mit dem Focaulttester bzw. Interferometern von Teleskopspiegelen