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Shin Etsu MicroSi X-23-7921-5, X-23-7783D and G7762 Thermal Paste Review – Large particles for large numbers and large problems

Today I’m testing the Shin Etsu MicroSi X-23-7921-5 , the MicroSi X-23-7783D and the MicroSi G7762. Once again, my thanks go to the community for the kind procurement. All three pastes are actually not that bad, but they show the typical problem when the manufacturer tries to generate great values. That’s why I’m using the whole thing today as an example to show that the reality is quite different if you want to cool GPUs or CPUs as well as possible.

Problem and explanation

Thermal conductive pastes with nominally high thermal conductivities often use large thermal conductive particles, such as aluminum oxide. These particles are often superior to finer variants in terms of their conductivity, but their physical properties also result in specific disadvantages, particularly in applications on flat and sensitive surfaces such as those of CPUs and GPUs. A key aspect here is the so-called “Bond Line Thickness” (BLT), i.e. the effective layer thickness of the thermal compound between the heat spreader (IHS) and the cooler base.

Ideally, this should be as low as possible in order to minimize heat transfer resistance. However, large particles often prevent a sufficiently thin layer from being achieved, as they force a certain minimum thickness: They act as spacers, so to speak. Even with high contact pressure, a layer thickness of well over 25 µm often remains, which can already lead to a significant deterioration in thermal performance.

In addition, high mechanical pressures are required in order to achieve anything approaching a low BLT. This can be particularly problematic for sensitive structures such as many modern GPUs. These often have unprotected dies or very asymmetrical cooling solutions, where excessive force can lead to stresses or even physical damage. Even with CPUs with IHS, high contact pressure can lead to mechanical deformation of the substrate or micro-cracks in the solder under the die, especially with repeated assembly.

Another problem is the uniform distribution of such pastes. Large particles tend to spread unevenly during application or under pressure, which can lead to local thickness variations and air pockets. The latter have a strong heat-insulating effect and additionally worsen the thermal behavior, even if the paste itself has a high nominal conductance. In comparison, pastes with finer particles and better dispersion often perform better in practice despite a lower theoretical thermal conductivity value, as they allow a thinner, more homogeneous and mechanically more compatible layer. The effective thermal conductivity in real contact is therefore often higher, although the material value of the paste itself is lower.

Today, of course, I also want to show that an evaluation of thermal pastes based purely on the nominal thermal conductivity falls short. The particle size, the resulting minimum possible BLT and the mechanical requirements of the application play a central role and can lead to suboptimal results in practice, even with theoretically excellent pastes. This is exactly what we are dealing with today.

Shin Etsu MicroSi X-23-7921-5, MicroSi X-23-7783D and the MicroSi G7762

The X-23-7921-5 has a viscosity of 360 pascal-seconds at 25 °C and a specific density of 2.8. Its thermal conductivity is 6.0 W/m-K, and the thermal resistance is 5.0 mm²-K/W. At a contact pressure of 20 psi, it achieves a bond line thickness (BLT) of 25 µm. This paste is particularly suitable for applications where a thin layer and low thermal resistance are required.

The X-23-7783D, on the other hand, has a lower viscosity of 200 Pa-s at 25 °C and a specific density of 2.6. It also offers a thermal conductivity of 6.0 W/m-K, but its thermal resistance is 7.3 mm²-K/W. The BLT here is 25 µm at 20 psi. Due to its lower viscosity, this paste is easier to apply, which makes it ideal for applications where ease of application is paramount.

Specific technical data on G7762 is less accessible. However, it is frequently used in server technology, which indicates its suitability for applications with high thermal requirements.

In general, however, if excessively large particles are used in a thermal paste, as is the case here with all three pastes, this results in several unfavorable physical effects that impair the thermal transition between the semiconductor component to be cooled (e.g. a CPU or GPU) and the heat sink. This is mainly due to the geometry of the particles, their interaction with the matrix of the paste and the mechanical properties of the interfaces. Firstly, large particles cause an increase in the minimum achievable layer thickness (bond line thickness, BLT).

Since a particle with a diameter of 15 µm, for example, cannot be fully compressed, a minimum layer is maintained even under considerable contact pressure, which is determined by the largest particle diameter. This reduces the effective thermal conductivity of the system, as the heat has to be transported over a greater distance through a heterogeneous material. This layer contains not only the highly conductive solid particles, but also the surrounding matrix, which is comparatively poorly conductive. But what does this mean in practice?

Test setup and methods Material analysis and microscopy Basic knowledge
Here you can find out why effective thermal conductivity and bulk thermal conductivity can be completely different in practice, what role the contact resistance between the surfaces and the paste plays and how thermal compound can be measured precisely. There is also a detailed description of the equipment, the methodology and the error tolerances. You will learn how laser-induced plasma spectroscopy works and the advantages and limitations of the measurements. There is also high-resolution digital microscopy and analysis of particle sizes. This information is also used to estimate the long-term stability of a paste. Anyone who has always wanted to know what is or is not in a paste and how these pastes are produced will find what they are looking for here. The basic article provides a better understanding of what is often sold for far too much money and sometimes with adventurous promises.

 

Kommentar

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DrDre

Veteran

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Interessanter Artikel, danke Igor!
Habe hier noch ne kleine Tube (0,5g) der G7762 liegen.
Glaube ich probiere die mal gegen die orangene X Kappe.

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L
Legostein

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Danke für den aussagekräftigen Test!

Ein aufschlussreiches Merkmal möchte ich dabei hervorheben, und zwar die Problematik, dass Hersteller geneigt sind, "tolle Werte zu generieren", um sich scheinbar von der Konkurrenz abzuheben, wohingegen "die Realität durchaus eine andere ist, wenn man GPUs oder auch CPUs möglichst gut kühlen möchte" (zitiert nach Igor).
Im Verlauf der hier seit etwa einem Jahr laufenden Testserie hat Igor auch Produkte begutachtet, die bewußt auf Marketinglyrik verzichten, sehr brauchbare Eigenschaften aufweisen und auch ohne Verrenkungen kaufbar sind. Diesen Herstellern sollte der Konsument den Vorzug geben und den geschwätzigen Rest meiden.

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e
eastcoast_pete

Urgestein

3,083 Kommentare 2,046 Likes

Und bei Pasten mit vielen großen Al2O3 Partikeln (über 15 um) denke ich schon an Schmirgelpasten. Denn Carborund wird schließlich auch dafür benutzt, und ist so hart, daß es auch Hartstahl problemlos abschmirgelt.
@Igor Wallossek : Danke für die wie immer sehr differenzierte Darlegung der Gründe, warum die chemische Zusammensetzung nur eine der wichtigen Kriterien für eine auch in der Praxis gut performante Paste ist.

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R
Rooter

Veteran

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7921-5 hatte mir auch nicht gefallen, das ist Betonpaste. Deutlich geschmeidiger ist die Shin-Etsu X-23-8117, dabei lag die ein halbes Grad unter der 7921-5 bei mir im Test. Jetzt bei der neuen X-23-8195 scheint es auch andersrum zu sein. Zwar auf dem Papier ein geringer bulk Wert, aber dafür eine geringere Mindestschichtstärke und Widerstand.

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Pictus

Neuling

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(Mit Google Übersetzer)
Tolle Bewertung! Danke!!

Root, ich mag und benutze den 7921 immer noch, aber es ist Zeit, ihn auszumustern ... :(
Ich finde den 7921 am „konkretesten“ von allen, deshalb mag ich ihn! :)
Erhitzen Sie den 7921, um ihn aufzuweichen und richtig aufzutragen.
Der 7921 ist allerdings alt, von ca. 2007(?).
Der 8117 ist besser und die neueste Formel von Shin-Etsu aus von ca 2021(?).
Für GPUs mag ich den Honeywell ptm7950.

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Igor Wallossek

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For translation please use deepl.com. It’s a lot better 😉

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Rooter

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Shin-Etsu X-23-8195 ist neuer. Soll angeblich besser sein als die TC-5888.

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Igor Wallossek

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Die TC-5888 ist aber de facto schon EOL. Ersetzt durch die deutlich haltbarere 5550 und 5960.

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Rooter

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Die sind noch nicht so verbreitet. Die Performance soll auch besser sein....wird behauptet. So viel besser ist allerdings eher zweifelhaft, dann wäre es die neue Wunderpaste.

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Igor Wallossek

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Bisher holen die ganzen Shin Etsu Pasten die Performance allein über die Partikelgröße, so, wie die TFX auch. Nur sind diese Pasten mit >= 25 µm minimale Schichtstärke nie im Leben besser, also die DOWSIL mit <= 18 µm. Da träumen die nur davon. Und die Bilder zeigen einen komplett zweckfremden Pastenauftrag. Viel zu dick. Mich hat auch schon die fehlerhafte W/mK Angabe der getesteten Pasten gestört.

Die Daten zur neuen Paste sind für eine dünnflüssige Plörre plausibel, nur wird das nicht halten. Deren Testaufbau ist wirklich unzweckmäßig.

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Rooter

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Bei der 8195 gehen sie einen anderen Weg.

Die Shin-Etsu X-23-8117 ist noch dünnflüssiger beim Verarbeiten wenn ich die specs vergleiche. Die würde ich nicht als dünne plörre bezeichnen, eher so im Bereich einer TC-5550. Ohne den Direktvergleich jetzt gemacht zu haben, rein aus meiner Erinnerung der beiden Pasten. Das ist übrigens die offizielle Paste vom Framework. Aber die lag immer 2 Grad hinter den besten bei mir. Für eine Shin-Etsu X-23-8195 wäre noch Luft nach oben. Vielleicht kaufe ich mir die später im Sommer irgendwann.

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Igor Wallossek

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Ich hatte Shin Etsu angeschrieben, aber null Reaktion 🙄

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Rooter

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Die sind bei Moddiy verfügbar. Ich hatte damals jeweils zwei Dowsil und Shin-Etsu Pasten problemlos von denen bestellt.

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Rooter

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Hier ein Verstreichtest der 8195= https://www.bilibili.com/video/BV1JtBuYFE58/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click

Eher so mittelviskos, oder? Mit einer 7921 wäre das undenkbar. Zweites Verstreichvideo bei 8:30 hier

Und hier noch ein Temperaturtest: https://www.bilibili.com/video/BV1PXPeegEbg/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click

1. dm9
Avg 75.67 Max80

2. ptm7950
Avg 75.58 Max78

3. x-23-8225
Avg 77.52 Max 81

4. x-23-8195-4
Avg 74.04 Max 76

edit: Noch ein Test gefunden: https://www.bilibili.com/video/BV1ESBJYREPM/

Ergebnisse im Anhang. Wunderpaste?

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Igor Wallossek

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Wie kommt man da ran?

BTW: ich baue nächste Woche den TIMA um, neue Teile für noch mehr Genauigkeit. 😎

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Rooter

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Die gibt es seit ca einer Woche bei moddiy: https://www.moddiy.com/products/Shin-Etsu-MicroSi-Thermal-Interface-Material-X23-8195-4.html

Das ist mit Abstand die teuerste Shin-Etsu, aber auch die neueste.

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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