Inhaltsübersicht als Kurzfassung

Wärmeleitpaste ist im PC-Bereich so etwas wie die Zahnpasta der Hardware-Welt: Jeder nutzt sie, jeder hat eine bevorzugte Sorte, und am Ende landet doch immer ein Teil davon dort, wo er eigentlich nicht hin sollte. Mit dem Noctua NT-CP1 geht Noctua nun einen anderen Weg. Statt einer Paste kommt ein festes, zugeschnittenes Carbon-Nanotube-Pad zum Einsatz, das für AMD AM4 und AM5 gedacht ist und die üblichen Nachteile klassischer Wärmeleitmittel umgehen soll. Kein Dosieren, kein Verteilen, kein Austrocknen, kein Pump-out und, zumindest in der Theorie, eine langfristig stabile thermische Anbindung zwischen Heatspreader und Kühlerboden. Noctua setzt dabei (wie AMD beim Ryzen 7 5800X3D 10th Aniversary auch) auf das bewährte Carbice Ice Pad®, das in der Industrie, bis hin zu Satelliten, auch als Carbice IP90 bekannt ist und das bereits seit reichlich 4 Jahren existiert. 

Genau an dieser Stelle wird es spannend, denn ein solches Pad lässt sich nicht sinnvoll wie eine normale Paste bewerten. Eine Paste verteilt sich beim Anpressen, fließt in kleine Unebenheiten, bildet je nach Viskosität und Montagekraft eine mehr oder weniger dünne Bondline und zeigt ihre Anfangsleistung meist recht schnell. Das Carbice-Pad verhält sich anders. Es besitzt eine definierte Struktur, eine feste Grunddicke und eine Kontaktzone, die sich unter Temperatur und Druck erst in die Oberflächen einarbeiten muss. Ein schneller CPU-Test direkt nach der Erstmontage würde deshalb nur einen Teil der Wahrheit zeigen, was ja leider schon passiert ist. Und wie so oft ist genau dieser Teil der, mit dem man sich am bequemsten irren kann. Nein, man muss schon tiefer einsteigen, um dieses Material wirklich zu begreifen und um es  dann auch richtig verwenden zu können. Sonst wird man enttäuscht, obwohl man eigentlich selbst schuld ist. 

In diesem Artikel geht es deshalb nicht um eine schnelle „besser oder schlechter als Paste“-Aussage nach zehn Minuten Last. Der Test soll zeigen, wie sich das Noctua NT-CP1 als thermisches Interface wirklich verhält. Dazu gehören die Laborwerte aus dem TIMA5, die effektive Wärmeleitfähigkeit im gesetzten Zustand, die rechnerische Einordnung der Bulk-Wärmeleitfähigkeit, die Beobachtung des Setzverhaltens und später auch die Übertragung auf reale CPU-Szenarien. Besonders wichtig ist dabei die Trennung zwischen dem gemessenen effektiven Wert des gesamten Interface-Systems und dem eigentlichen Materialwert. Genau dieser Unterschied entscheidet darüber, ob man das Pad technisch richtig einordnet oder nur mit einem einzelnen W/mK-Wert jongliert, bis es hübsch aussieht. Der Artikel beginnt somit bewusst nicht mit einem Balkendiagramm, sondern mit der Herkunft des Materials, dem Aufbau des Pads, dem Unboxing und den technischen Eckdaten. Danach folgen in den weiteren Teilen die detaillierten TIMA5-Messungen, Burn-in- und Maturing-Zyklen am TTV10 von Nanotest sowie ein praxisnaher Stresstest. Das Ziel ist eine nüchterne, aber vollständige Bewertung. Denn das Noctua NT-CP1 ist kein normales Wärmeleitpad, aber auch kein magisches Nanoröhren-Amulett gegen hohe CPU-Temperaturen. Es ist ein interessantes Stück Materialtechnik, und genau so sollte man es auch behandeln.

Das NT-CP1 wurde speziell für AMD-Prozessoren der Sockel AM4 und AM5 mit integriertem Heatspreader abgestimmt und validiert. Weder Noctua noch Carbice empfehlen dieses Produkt für andere Anwendungen, einschließlich Bare-Die-GPUs oder Geräten ohne IHS.

Ich möchte darauf hinweisen, dass mittlerweile noch ein weiterer Langzeittest zu Druck vs. Wärmewiderstand eingearbeitet wurde, der länger als erwartet dauerte. Allerdings hat sich an der Zusammenfassung und dem Fazit nichts mehr geändert, so dass ich lieber den Launchtermin eingehalten habe.

Was ist das eigentlich für ein Pad?

Carbice sitzt in Atlanta im US-Bundesstaat Georgia und stammt technologisch aus dem Umfeld der Georgia Tech. Das Unternehmen wurde 2011 von Dr. Baratunde Cola gegründet, dessen Forschungsschwerpunkt auf Wärmeübertragung und Nanomaterialien liegt. Aus diesem wissenschaftlichen Hintergrund entstand die Carbice-Carbon-Technologie, bei der vertikal ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhren als thermisches Interface-Material genutzt werden. Das ist keine typische PC-Zubehörgeschichte, bei der erst die Verpackung und dann das Produkt erfunden wurde. Die Technik kommt ursprünglich aus deutlich anspruchsvolleren Bereichen, darunter Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik, Industrieanwendungen und Hochleistungsrechner. Das eigentliche Carbice Ice Pad® bzw. IP90 ist nun die für Endkunden und PC-Anwendungen greifbare Variante dieser Technologie. Noctua bringt es als NT-CP1 AM5/4 in den DIY-Markt und positioniert es als saubere, wartungsfreie Alternative zur klassischen Wärmeleitpaste. Der Ansatz ist dabei klar: Ein zugeschnittenes Pad soll reproduzierbarer, sauberer und langfristig stabiler sein als eine Paste, die altern, austrocknen oder unter thermischer und mechanischer Belastung aus der Kontaktzone wandern kann. Gerade bei modernen Desktop-CPUs mit hoher Leistungsdichte ist das kein akademisches Randthema, sondern eine ziemlich praktische Frage.

Der Autor mit Dr. Matthew Smith, Director of Industrial Power & Data bei Carbice auf der Computex

Der technische Kern liegt im Aufbau des Pads. Nach Herstellerangaben nutzt Carbice vertikal ausgerichtete Carbon-Nanotube-Strukturen auf einem Trägermaterial. Diese Struktur soll den Wärmetransport durch die Dicke des Pads ermöglichen, während die Kontaktflächen mechanisch stabil bleiben und sich an reale Oberflächen anpassen. Das unterscheidet das Pad deutlich von klassischen Graphitpads, die in der Ebene zwar sehr hohe Wärmeleitfähigkeiten erreichen können, durch die Dicke hindurch aber nicht automatisch glänzen. Für eine CPU zählt am Ende vor allem der Wärmepfad vom Heatspreader zum Kühlerboden, also genau diese Richtung durch das Interface hindurch. Wichtig ist aber auch: Der Herstellerwert zur Materialleitfähigkeit ist nicht identisch mit dem, was ein Labor als effektive Wärmeleitfähigkeit im realen Kontakt misst. Im TIMA5 wird nicht nur das Material selbst betrachtet, sondern das gesamte System aus Bondline, Kontaktflächen, Anpressung und Grenzflächenwiderständen. Genau deshalb tauchen in diesem Artikel zwei Werte auf, die man nicht miteinander verwechseln sollte. Die von mir gemessene effektive Wärmeleitfähigkeit des gesetzten Pads liegt bei etwa 4 W/mK bei 65 °C mittlerer Pad-Temperatur. Die daraus modellierte beziehungsweise aus den Kontaktanteilen rückgerechnete Bulk-Wärmeleitfähigkeit liegt dagegen bei rund 12 W/mK. Der eine Wert beschreibt den realen Verbund im Messaufbau, der andere die plausibilisierte Materialseite. Beides ist wichtig, aber eben nicht dasselbe.

Das vorliegende Muster kam als Press Sample des Noctua NT-CP1 AM5/4. Schon die Verpackung zeigt, dass Noctua hier bewusst nicht die übliche Pastenlogik bedient. Statt Tube, Spritze oder Spatel gibt es eine flache Papierverpackung mit klarer Kennzeichnung, Produktname, Plattformhinweis für AMD AM5/4 und dem Verweis auf das Carbice Carbon Nanotube Thermal Pad. Auf dem Muster ist noch die Press-Sample-Kennzeichnung zu sehen, was für die Bewertung aber keine technische Rolle spielt. Es erinnert mich höchstens mal wieder daran, dass man bei Vorserien- oder Presseware doch besser zweimal hinschaut, bevor man dreimal misst. Alte Laborregel, leider oft aus Erfahrung geboren. Ok, ich hatte ja vier Samples. Im Inneren liegt das eigentliche Pad flach geschützt. Es ist kein weiches Silikonpad, das man beliebig knetet, und auch keine Folie, die man mal eben wie einen Aufkleber behandelt. Das Material wird von zwei Schutzfolien eingefasst, die die Kontaktflächen bis zur Montage schützen. Genau das ist wichtig, denn bei einem festen Interface-Material entscheidet die Oberfläche stark darüber, wie gut der erste Kontakt gelingt. Staub, Fingerabdrücke oder kleine Beschädigungen sind hier keine Schönheitsfehler, sondern potenzielle Einflussgrößen. Wer das Pad montiert, sollte also nicht erst daneben einen Kaffee umrühren und anschließend mit derselben Hand auf die Kontaktfläche patschen. Klingt banal, rettet aber die geliebten Messwerte.

Die Montage unterscheidet sich dementsprechend auch von der bei Wärmeleitpaste. Es wird nichts verteilt, nichts nachgezogen, nichts abgestrichen. Das Pad wird aus der Schutzlage entnommen, korrekt auf dem Heatspreader positioniert und anschließend durch die Kühlerinstallation belastet. Dadurch entfällt zwar die typische Pastenlotterie beim Auftrag, aber dafür wird das Setzverhalten des Pads wichtiger. In den Labormessungen zeigt sich, dass das Material erst nach thermischer und mechanischer Belastung seinen stabileren Arbeitszustand erreicht. Das Unboxing endet bei diesem Produkt also nicht wirklich mit dem Auflegen des Pads. Der spannendere Teil beginnt erst, wenn Wärme, Druck und Zeit zusammenkommen. Aber dafür bin ich ja da…

Die technischen Daten zeigen bereits, warum man beim Noctua NT-CP1 nicht einfach einen Herstellerwert neben einen Pastenwert schreiben und daraus einen Sieger basteln sollte. Der Herstellerwert von rund 12 W/mK beschreibt die Materialseite beziehungsweise die Bulk-Wärmeleitfähigkeit durch die Dicke. Der im TIMA5 gemessene Wert von etwa 4 W/mK bei 65 °C ist dagegen ein effektiver Systemwert. Darin stecken die tatsächliche Bondline, die beiden Kontaktflächen, die Grenzflächenwiderstände und der Zustand des Pads nach dem Setzen. Genau diese Unterscheidung ist wichtig, weil sie erklärt, warum das Pad im echten Kontakt anders bewertet werden muss als eine Paste in einer Werbetabelle. Für den weiteren Test bedeutet das: Entscheidend ist nicht, ob das Pad auf dem Papier wie eine Hochleistungspaste aussieht. Entscheidend ist, wie stabil es seine Leistung nach dem Maturing hält, wie reproduzierbar die Montage ausfällt, wie stark sich der thermische Widerstand nach den ersten Zyklen verändert und wie sich das Ganze unter echter CPU-Last verhält. Genau dort entscheidet sich, ob das Noctua NT-CP1 am Ende nur sauberer ist als Paste oder auch thermisch langfristig überzeugen kann. Das werden wir nun gemeinsam herausfinden!