專利名稱：附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料制造的熱處置器件或散熱片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及熱處置結(jié)構(gòu)，更具體涉及散熱片和由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的相關(guān)的散熱器件，樹脂基材料包括鑄模時(shí)在基礎(chǔ)樹脂內(nèi)均質(zhì)的微導(dǎo)熱性粉末、微導(dǎo)熱性纖維或它們的組合物(combination)。該制造方法得到在EMF或電子光譜范圍內(nèi)可用的導(dǎo)熱部件或材料。
該專利申請(qǐng)要求2003年4月14日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/462,072和2003年6月16日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/478,775的優(yōu)先權(quán)，在這里將它們整體引入作為參考。
該專利申請(qǐng)是INT01-002CIP的部分繼續(xù)申請(qǐng)，INT01-002CIP是在2002年12月4日申請(qǐng)的序列號(hào)為10/309,429的美國(guó)專利申請(qǐng)，將其整體引入作為參考，INT01-002CIP又是案卷號(hào)INT01-002的部分繼續(xù)申請(qǐng)，INT01-002是在2002年2月14日申請(qǐng)的序列號(hào)為10/075,778的美國(guó)專利申請(qǐng)，其要求2001年9月7日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)60/317,808、2001年2月16日申請(qǐng)的序列號(hào)60/269,414和2001年2月15日申請(qǐng)的序列號(hào)60/317,808的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的電氣系統(tǒng)引起許多熱處置問(wèn)題。例如，由于IR損耗，以非常高的開關(guān)速度工作的集成電路產(chǎn)生大量的熱。該熱量必須從集成電路器件有效地移出以維持高速性能以及避免器件損壞。另外，由于IR高電流開關(guān)產(chǎn)生大量的熱損耗，因此熱量必須從器件散逸以避免器件損壞。電源定向電路例如DC-DC轉(zhuǎn)換器、電源電路等也產(chǎn)生顯著的熱量，該熱量必須散逸以保護(hù)電源器件。
從集成電路、開關(guān)晶體管或電源定向電路移出熱量的典型方法是使用散熱片。散熱片是粘貼在發(fā)熱器件上的一種結(jié)構(gòu)，以便于熱能從熱產(chǎn)生器傳導(dǎo)出并傳導(dǎo)至散熱片。此外，散熱片以一定速率散逸該熱能以充分維持熱能從發(fā)熱器件產(chǎn)生進(jìn)入散熱片。結(jié)果，該散熱片使器件的溫度維持在一水平處，在該水平避免降低性能或?yàn)?zāi)難性故障。通常散熱片由金屬構(gòu)成。
例如，由于鋁具有良好的熱傳導(dǎo)性和較輕的重量，所以該金屬常常用作散熱片材料。例如，一般散熱片被粘貼到IC或晶體管器件的金屬接頭上以便于在器件和散熱片之間獲得好的熱通路。此外，散熱片結(jié)構(gòu)一般構(gòu)造為大的表面積，例如利用大量的平行翼片以便于散熱片提供用于通過(guò)對(duì)流散熱的大表面。
另一種類型的熱處置器件是熱導(dǎo)管。熱導(dǎo)管是包含少量液體的導(dǎo)管。來(lái)自熱源例如電子設(shè)備的熱量使液體汽化。由于該液體汽化，液體吸收來(lái)自熱源的汽化的潛熱。蒸氣從熱源經(jīng)過(guò)導(dǎo)管到達(dá)導(dǎo)管的冷卻端。在導(dǎo)管的冷卻端，蒸汽冷凝至液態(tài)完成熱傳遞。具有代表性的熱導(dǎo)管由金屬構(gòu)成且可還包括芯吸材料的襯料。熱導(dǎo)管常常與散熱片連接以形成熱傳遞系統(tǒng)，熱導(dǎo)管從熱源傳導(dǎo)走熱量，以及散熱片的結(jié)構(gòu)用于增強(qiáng)熱導(dǎo)管冷凝端處的熱傳遞。
由金屬形成散熱片或熱導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有作法有許多缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)是金屬的材料和制造成本，特別是銅以及金屬的重量。因此，通過(guò)改變散熱片和/或熱導(dǎo)管的成分降低系統(tǒng)成本和重量是本發(fā)明的主要目的。
多項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)明涉及導(dǎo)熱樹脂成分和結(jié)構(gòu)。Schneck的美國(guó)專利6,565,772教導(dǎo)一種包括樹脂、促進(jìn)劑和導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)熱樹脂。在汽車制造中該導(dǎo)熱樹脂被應(yīng)用到隱蔽的焊接瑕疵處。Tobita的美國(guó)專利6,451,418描述了一種由導(dǎo)熱樹脂材料構(gòu)建的基板或芯片封裝。該導(dǎo)熱樹脂材料包括在基板的厚度方向中取向的聚苯并咪唑纖維(polybenzasolfiber)。Cross等人的美國(guó)專利6,284,817揭露了包括氧化鋁和氧化鋅顆粒的導(dǎo)熱樹脂基材料。該材料被用于將封裝的晶體管焊接到鋁散熱片的一個(gè)實(shí)施例中。Shimizu等人的美國(guó)專利6,597,063示出用于半導(dǎo)體電源器件的封裝。在一個(gè)實(shí)施例中高導(dǎo)熱樹脂形成電源器件和散熱片之間。Krassowski等人的美國(guó)專利申請(qǐng)2003/0183379教導(dǎo)合成的散熱片，包括石墨基座和導(dǎo)熱塑料翼片。該導(dǎo)熱塑料在樹脂基中包括石墨薄片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種有效的散熱器件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種形成散熱器件的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的散熱片或熱導(dǎo)管。
本發(fā)明的再一目的是提供一種由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的散熱片或熱導(dǎo)管，其中通過(guò)改變附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的成分可以調(diào)節(jié)散熱片或熱導(dǎo)管的熱特性。
本發(fā)明的再一目的是提供一種由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的散熱片或熱導(dǎo)管，其中通過(guò)在附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料上形成金屬層可以改變熱特性或可以改變視覺(jué)特性。
本發(fā)明的再一目的是提供制造由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成的散熱片或熱導(dǎo)管的方法，上述材料引入各種形式的材料。
本發(fā)明的再一目的是提供一種制造由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成的散熱片或熱導(dǎo)管的方法，其中該材料呈織物狀態(tài)。
依照本發(fā)明的目的，獲得一種散熱器件。該器件包括體區(qū)、在該體區(qū)第一側(cè)面上的附著表面以及該體區(qū)第二側(cè)面上的對(duì)流表面。體區(qū)、附著表面和對(duì)流表面包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，在樹脂基質(zhì)中該材料進(jìn)一步包括導(dǎo)熱材料。
同樣依照本發(fā)明的目的，獲得了一種熱導(dǎo)管器件。該熱導(dǎo)管器件包括導(dǎo)管(conduit)，上述導(dǎo)管包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，該樹脂材料包括在樹脂基質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)熱材料。通過(guò)導(dǎo)管可汽化的液體被密封在熱導(dǎo)管內(nèi)。
同樣依照本發(fā)明的目的，獲得了一種電氣系統(tǒng)器件。該器件包括電功率器件和散熱器件。該散熱器件包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，在樹脂基質(zhì)中該材料包括導(dǎo)熱材料。
同樣依照本發(fā)明的目的，獲得了一種形成散熱器件的方法。該方法包括提供附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，在樹脂基質(zhì)中該材料包括導(dǎo)熱材料。該附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料被鑄模成散熱器件。
同樣依照本發(fā)明的目的，獲得了一種組合燈和散熱片器件。該器件包括燈、連接燈的第一端子、連接燈的第二端子和散熱片。第一和第二以及散熱片包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料。


在附圖中，示出了形成材料的部分說(shuō)明圖1a和1b說(shuō)明本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，該實(shí)施例示出包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的散熱片或熱處置器件。圖1a說(shuō)明包括一系列平行翼片的散熱片。圖1b說(shuō)明包括針或桿陣列的針形散熱片。
圖2說(shuō)明附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的第一優(yōu)選實(shí)施例，其中該導(dǎo)熱材料包括粉末。
圖3說(shuō)明附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的第二優(yōu)選實(shí)施例，其中該導(dǎo)熱材料包括微導(dǎo)纖維。
圖4說(shuō)明附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的第三優(yōu)選實(shí)施例，其中該導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末和微導(dǎo)纖維。
圖5a和5b說(shuō)明第四優(yōu)選實(shí)施例，其中導(dǎo)熱的類纖維材料是由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料構(gòu)成。
圖6說(shuō)明本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步示出具有上覆金屬層的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基散熱片。
圖7說(shuō)明引入附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基的散熱片的電氣系統(tǒng)。
圖8說(shuō)明引入附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基的散熱片的電氣系統(tǒng)，該散熱片具有液體冷卻機(jī)構(gòu)。
圖9說(shuō)明通過(guò)噴射模塑法形成附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基散熱片的第一優(yōu)選實(shí)施例的方法。
圖10說(shuō)明通過(guò)擠壓成形形成附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基散熱片的第二優(yōu)選實(shí)施例的方法。
圖11說(shuō)明本發(fā)明的第五優(yōu)選實(shí)施例，示出由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的熱導(dǎo)管。
圖12說(shuō)明本發(fā)明的第六優(yōu)選實(shí)施例，示出用于LED的散熱片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的散熱片和其它熱處置器件，上述材料包括鑄模時(shí)在基礎(chǔ)樹脂內(nèi)均質(zhì)的微導(dǎo)粉末、微導(dǎo)纖維或它們的組合物。
本發(fā)明的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料是裝載有導(dǎo)熱材料的基礎(chǔ)樹脂，因而它使所有的基礎(chǔ)樹脂變?yōu)閷?dǎo)體而不是絕熱體。該樹脂使得鑄模部分具有結(jié)構(gòu)的整體性。在鑄模工藝期間在基礎(chǔ)樹脂內(nèi)使微導(dǎo)粉末、微導(dǎo)纖維或它們的組合物均質(zhì)，以提供電氣連續(xù)性。
可以鑄模、擠壓等附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，以提供幾乎任何所需的形狀或尺寸。也可以切割、沖壓或真空壓制該鑄模的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，由注?；驂撼瞿z片或棒料(barstock)、過(guò)鑄模(over-molding)、層壓、碾磨等形成用以提供所需的形狀和尺寸。利用附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料制造的散熱片或其它熱處置器件的導(dǎo)熱特性依賴于附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的成分，可以調(diào)節(jié)裝載的成分或摻雜的參數(shù)以幫助獲得所需材料的結(jié)構(gòu)特性、電特性或其它的物理特性。用于制造散熱片或其它的熱處置器件選擇的材料利用例如注模、過(guò)鑄模、熱固(thermo-set)、固態(tài)侵入(protrusion)、擠壓成形等鑄模技術(shù)和或方法相互均質(zhì)。涉及2D、3D、4D和5D型號(hào)的特性、鑄模和電特性包括物理和電性的優(yōu)點(diǎn)，在鑄模部件或形成的材料內(nèi)與導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的實(shí)有部件和物理聚合物的鑄模工藝期間可以獲得該優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)將這些材料成形為所需的形狀和尺寸，在散熱器件的制造中利用附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料顯著地降低了材料、設(shè)計(jì)和用于保持消除嚴(yán)格容限的制造工藝的成本。利用常規(guī)的形成方法例如注模、過(guò)鑄?；驍D壓成形等，該散熱片或其它的熱處置器件可以制造成不定的形狀和尺寸。當(dāng)注模時(shí)，附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料一般不排它地用于生成所需的范圍在5和25歐姆每平方之間的可用電阻率，但是通過(guò)改變摻雜的參數(shù)和/或樹脂選擇可以獲得其它的電阻率。
附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料包括微導(dǎo)粉末、微導(dǎo)纖維或它們的任意組合物，在鑄模工藝期間，在基礎(chǔ)樹脂內(nèi)使上述材料相互均質(zhì)，容易生產(chǎn)低成本、導(dǎo)電、小公差地制造部件或電路。微導(dǎo)粉末可以是碳、石墨、胺類等和/或金屬粉末例如鎳、銅、銀或電鍍等。利用碳或其它形式的粉末例如石墨等可以產(chǎn)生額外的低能級(jí)的電子交換，并且當(dāng)與微導(dǎo)纖維結(jié)合使用時(shí)，在又用作鑄模設(shè)備潤(rùn)滑劑的生產(chǎn)電導(dǎo)率的纖維微導(dǎo)網(wǎng)內(nèi)生成微填充物元件(microfillerelement)。微導(dǎo)纖維可以是鍍鎳的碳纖維、不銹鋼纖維、銅纖維、銀纖維等或者它們的組合物。結(jié)構(gòu)材料是例如任何聚合樹脂的材料。這里給出由GEPLASTICS、Pittsfield、MA制造的聚合樹脂、由GEPLASTICS、Pittsfield、MA制造的其它系列的塑料、由其它生產(chǎn)商制造的其它系列的塑料、由GESILICONES、Waterford、NY制造的硅樹脂或由其它生產(chǎn)商制造的其它撓性樹脂基的橡膠化合物，作為結(jié)構(gòu)材料的例子，而不是作為詳細(xì)清單，利用常規(guī)的鑄模方法例如注?；蛟僮⒛；驍D壓成型來(lái)制造所需的形狀和尺寸，可以鑄模裝載微導(dǎo)粉末、微導(dǎo)纖維或它們的組合物的樹脂基結(jié)構(gòu)的材料。也可以將附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基的鑄模材料沖壓、切割或碾磨成所需的以形成散熱片所需的形狀因素。在載荷基礎(chǔ)樹脂內(nèi)摻雜的成分和與微導(dǎo)體結(jié)合的方向性可以影響散熱器件的電氣特性和結(jié)構(gòu)特性，以及可以通過(guò)模具設(shè)計(jì)、門控和或伸出設(shè)計(jì)(protrusiondesign(s))和或在鑄模工藝本身期間精確地控制。另外，可以選擇樹脂基以獲得所需的熱特性例如很高的熔點(diǎn)或很大的比導(dǎo)熱率。
用隨機(jī)的或連續(xù)的網(wǎng)紋微不銹鋼纖維或其它的導(dǎo)熱纖維可以制造樹脂基的夾層板，形成相同材料的織物?？梢詫⒕W(wǎng)紋導(dǎo)熱纖維層壓成材料例如特氟隆、聚酯或任何樹脂基的增韌劑或固體材料，當(dāng)將它們?cè)诶w維含量、取向和形狀離散地設(shè)計(jì)時(shí)，將產(chǎn)生非常高的導(dǎo)熱撓性類織物材料。這樣的類織物材料也可以用于形成散熱片或其它的熱處置器件，與其它樹脂材料例如橡膠或塑料一樣可將上述散熱片或熱處置器件嵌入個(gè)人的衣服。當(dāng)利用導(dǎo)熱纖維作為與層壓部件或類織物材料一樣的嵌入導(dǎo)體時(shí)，該纖維可具有在約3和12微米之間的直徑，典型地在約8和12微米之間或約10微米的范圍內(nèi)，具有可以是無(wú)縫或重迭的長(zhǎng)度。
現(xiàn)在參看圖1a和1b，說(shuō)明本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例。以下示出并論述本發(fā)明的幾個(gè)重要部件?，F(xiàn)在參看圖1a，本發(fā)明的該實(shí)施例10示出包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的散熱片12或熱處置器件。該散熱片器件12包括體區(qū)13、在體區(qū)的第一面上的附著表面15和在體區(qū)的第二面上的對(duì)流表面14。體區(qū)13、附著表面15和對(duì)流表面14每個(gè)由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成。在該散熱片例子中，通過(guò)間隔18隔開的一系列平行翼片14用于提供將熱量從散熱片12傳輸出去的對(duì)流表面。附著表面15具有平坦的布局以給熱產(chǎn)生器件提供最佳的接觸面積。然而，由于附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的塑模性，任何布局可用于形成附著表面15。中間層、機(jī)械裝置或?qū)嵴辰觿┛捎糜趯⑸崞?2的附著表面15和熱產(chǎn)生器件鍵合在一起。散熱片12的體區(qū)13提供熱聚集，以暫時(shí)性存儲(chǔ)從熱產(chǎn)生器件傳遞至散熱片12的熱能。對(duì)流表面14和18優(yōu)選定向遠(yuǎn)離熱產(chǎn)生器件。對(duì)流表面14和18優(yōu)選包括將熱能有效釋放到周圍空氣或液體的表面布局。優(yōu)選，對(duì)流表面26包括所示的翼片，通過(guò)對(duì)流以增加用于熱傳遞的表面積。
現(xiàn)在參看圖1b，說(shuō)明另一個(gè)散熱片22。在該例中，通過(guò)間隔26隔開的翼片24或桿陣列形成作為散熱片22的對(duì)流表面。附著面25、體區(qū)23和對(duì)流表面24又由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成?？梢砸苑浅５偷某杀局圃焐崞骷?2和22。翼片14和24與貼附到熱產(chǎn)生源的有限附著表面15和25相比提供較大的對(duì)流表面。
現(xiàn)在參看圖7，示出示范的散熱片裝置。將散熱片80貼附到集成電路78上，以便于集成電路78和散熱片的附著表面84熱接觸。中間層、機(jī)械裝置或?qū)嵴辰觿┛捎糜趯⑸崞?0和熱產(chǎn)生器件78鍵合在一起。散熱片80的體區(qū)82提供熱聚集，以暫時(shí)性存儲(chǔ)從熱產(chǎn)生器件傳遞至散熱片12的熱能。然后通過(guò)對(duì)流表面86將存儲(chǔ)在散熱片80中的熱能釋放到周圍環(huán)境中。因此在熱產(chǎn)生器件78和散熱片80之間的模件導(dǎo)熱率允許熱能即熱量從集成電路或模件78傳遞到散熱片80，并且接著傳遞到周圍環(huán)境中。圖7中，該實(shí)施例用空氣88作為周圍環(huán)境。通過(guò)增加風(fēng)扇90迫使空氣88越過(guò)對(duì)流表面86可進(jìn)一步增強(qiáng)該方法，并且因此增加了熱傳遞的速率。現(xiàn)在參看圖8，在液體冷卻系統(tǒng)100中可以用液體110代替空氣，例如冷卻水。
在該例中，通過(guò)允許散熱片的對(duì)流表面108接收液體110的最佳方位的結(jié)構(gòu)112容納液體110。通過(guò)容納結(jié)構(gòu)112可以保護(hù)熱產(chǎn)生器件102以避免直接接觸液體110。附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基散熱片不透濕氣。因此象冷卻液110一樣可以將散熱片106和108暴露到外部環(huán)境中。
由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料制造的如圖1a和1b中所示的散熱片12和22同樣顯示出極好的導(dǎo)熱性。均勻分布在基礎(chǔ)樹脂內(nèi)的現(xiàn)有導(dǎo)熱材料，可將散熱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性提高到足夠高的水平。另外，附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料給將進(jìn)行大量熱循環(huán)的可靠散熱器件提供足夠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，依賴于選擇的基礎(chǔ)樹脂的類型，可以將散熱片特制成希望的環(huán)境特性。
附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料具有代表性地包括微粉末的導(dǎo)體顆粒和/或在基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)內(nèi)混合均勻的微纖維的組合物。圖2示出在基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)30內(nèi)具有導(dǎo)體顆粒34粉末的導(dǎo)體載荷樹脂材料32的范例的剖面圖。在該例子中，粉末中導(dǎo)體顆粒34的直徑D在約3和12微米之間。
圖3示出在基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)30內(nèi)具有導(dǎo)體纖維38的導(dǎo)體載荷樹脂材料36的范例的剖面圖。導(dǎo)體纖維38具有在約3和12微米之間的直徑，典型地在10微米的范圍內(nèi)或在約8和12微米之間，并且具有在約2和14毫米的長(zhǎng)度。用于這些導(dǎo)體顆粒34或?qū)w纖維38的導(dǎo)體可以是不銹鋼、鎳、銅、銀或其它合適的金屬或?qū)崂w維或它們的組合物。在基礎(chǔ)樹脂內(nèi)將這些導(dǎo)體顆粒和或纖維混合均勻。如上述所述，附加了傳導(dǎo)性能的樹脂基材料具有在5和25歐姆每平方之間的電阻率，通過(guò)改變摻雜的參數(shù)和/或樹脂選擇可以獲得其它的電阻率。為了實(shí)現(xiàn)該電阻率，導(dǎo)體材料的重量在該例子中導(dǎo)體顆粒34或?qū)w纖維38與基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)30的重量比在約0.20和0.40之間，并且優(yōu)選是約0.30。纖維的重量與基礎(chǔ)樹脂的重量比為0.30、直徑為8-11微米和長(zhǎng)度為4-6mm的不銹鋼纖維將產(chǎn)生在任何EMF光譜內(nèi)有效的非常高的傳導(dǎo)性參數(shù)?，F(xiàn)在參看圖4，說(shuō)明本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，在鑄模工藝期間導(dǎo)熱材料包括相互均勻分布在基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)30內(nèi)的導(dǎo)熱粉末34和微導(dǎo)纖維38的組合物。
現(xiàn)在參看圖5a和5b，說(shuō)明附加了導(dǎo)熱性能的樹脂材料的優(yōu)選成分。附加了導(dǎo)熱性能的樹脂材料可以形成纖維或織物，然后將上述纖維和織物編織或交織成導(dǎo)熱織物。附加了導(dǎo)熱性能的樹脂材料被形成為所示可以編織的線。圖5a示出導(dǎo)熱織物42，其中以纖維或織物的二維織物46和50將該纖維編織在一起。圖5b示出導(dǎo)熱織物42′，其中該纖維以網(wǎng)狀排列形成。在網(wǎng)狀排列中，將一條或多條連續(xù)的導(dǎo)熱纖維的線以任意方式相互套入。
最后的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)或織物42見圖5a和42′見圖5b可以制造成很薄、厚、堅(jiān)硬的、撓性的或固體的形式。
同樣地，除類織物以外的導(dǎo)熱材料可以用編織或網(wǎng)狀的微不銹鋼纖維或其它微導(dǎo)纖維制造。這些交織的或網(wǎng)狀的導(dǎo)熱織物也可以?shī)A層層壓一層或多層材料例如聚酯、特氟隆、凱夫拉爾(Kevlar)或任何其它所需的樹脂基材料。然后可將該導(dǎo)熱織物切割成所需的形狀和尺寸。
現(xiàn)在參看圖6，說(shuō)明本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例。這里散熱器件60包括用附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料制造的散熱片64。散熱片64又以附著表面68、對(duì)流表面70和在它們中間的體區(qū)66為特色。作為添加的部件，在附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基散熱片64上形成金屬層72?？商砑咏饘賹?2以改變熱特性或合成的散熱片的外觀。可將金屬層72疊置形成在附著表面68上以改變?cè)谏崞?4和未示出的熱產(chǎn)生器件之間的熱導(dǎo)特性。可選擇地，金屬層72可疊置形成在對(duì)流表面70上通過(guò)翼片70以改變散熱片64到環(huán)境介質(zhì)的熱傳遞特性。最后，金屬層72可疊置形成在所示的所有的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基散熱片64上。
金屬層72可通過(guò)電鍍或涂布形成。如果形成的方法是金屬電鍍，那么附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的樹脂基結(jié)構(gòu)材料是一種可以金屬電鍍的金屬?？梢杂媒饘賹与婂兊木酆蠘渲泻芏喾N。例如，GEPlastics、SUPEC、VALOX、ULTEM、CYCOLAC、UGIKRAL、STYRON、CYCOLOY是一些可以被金屬電鍍的樹脂基材料。例如可以通過(guò)電鍍或物理氣相沉積形成金屬層72。
加載了微導(dǎo)粉末或纖維的載荷樹脂基結(jié)構(gòu)材料可以以多種方式任意一種形成散熱片。附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料可以被鑄模、切割或碾磨以形成散熱片?，F(xiàn)在參看圖9，作為第一優(yōu)選的方法，示出用于形成散熱片126的噴射模塑順序120的簡(jiǎn)化示意圖。該模子包括上部122和下部124。
通過(guò)注入開口128將加傳導(dǎo)性的混和樹脂基材料125注入進(jìn)模槽125中直至添滿模槽125，接著關(guān)閉入口128的閥門130。然后通過(guò)熱反應(yīng)固化均質(zhì)的導(dǎo)熱材料。最后，分離模子的上部122和下部124以及移出整個(gè)導(dǎo)熱散熱片126。
現(xiàn)在參看圖10，示出由附加了傳導(dǎo)性能的樹脂基材料形成散熱片166的第二優(yōu)選方法140。在該例中，通過(guò)擠壓形成散熱片。附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料被放置在擠壓?jiǎn)卧?40的送料斗148中。接著用活塞、推進(jìn)器、模子壓制或其它裝置160穿過(guò)擠壓開口152擠壓該熱熔化的或化學(xué)引起固化的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，上述擠壓開口152使熱熔化的固化或化學(xué)引起固化的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料成型為所需的形狀。接著通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或熱反應(yīng)將附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料全面固化為硬化或易撓狀態(tài)并且為使用做好準(zhǔn)備。由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成散熱片器件的可選擇的方法包括過(guò)鑄模、層壓、碾磨、沖壓或切割。在已經(jīng)固化成塊或片狀的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料上進(jìn)行碾磨和切割。
現(xiàn)在參看圖11，本發(fā)明的第五優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的熱導(dǎo)管204。在所示的熱導(dǎo)管部件的范例中，熱源被熱連接到熱涂布器(heatspreader)212。熱導(dǎo)管204用于將熱量從熱涂布器212傳導(dǎo)到散熱片216，熱量最后散逸到周圍環(huán)境中。根據(jù)本發(fā)明，熱涂布器212、熱導(dǎo)管204和散熱片216全部可以由這里描述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成。特別地，熱導(dǎo)管包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的外部導(dǎo)管220。外部導(dǎo)管220將少量的可汽化液體例如乙二醇密封在導(dǎo)管204的內(nèi)部224。在工作期間，來(lái)自熱源的熱能使可汽化的液體汽化成汽態(tài)。在汽化工藝期間，液體分子吸收來(lái)自熱能源的汽化潛熱。
接著可汽化的液體將熱從熱源傳遞到散熱片216。在散熱片處，將熱能從可汽化的液體傳出并且傳遞進(jìn)散熱片216，由此釋放汽化的潛熱并導(dǎo)致液體冷凝。接著散熱片216將該熱能釋放到周圍環(huán)境中?？蛇x擇地，在冷凝端末端沒(méi)有散熱片或翼片狀的機(jī)械裝置熱導(dǎo)管可設(shè)計(jì)成適當(dāng)?shù)爻叽缫詫醾鬟f進(jìn)周圍環(huán)境中。
利用節(jié)省空間的小導(dǎo)管，熱導(dǎo)管204允許熱量從熱源傳出。該技術(shù)利于熱產(chǎn)生器件例如微處置器或電源在限定的空間范圍中例如膝上型計(jì)算機(jī)中使用。如果熱導(dǎo)管204以垂直方式定向，那么冷凝的液體僅僅流過(guò)熱導(dǎo)管204末端的熱源。在其它的方向中，芯吸層228可以添加到導(dǎo)管220中。芯吸層228用來(lái)將少量的可汽化液體存儲(chǔ)在熱導(dǎo)管204中。在熱事件期間，可汽化液體將芯吸層留在受熱末端。在導(dǎo)管的冷卻末端，汽化物冷凝回液體并且將其存儲(chǔ)在芯吸層228中。如果使用，芯吸層228優(yōu)選包括燒結(jié)粉末、有槽管(groovedtube)和/或篩孔(screenmesh)。
現(xiàn)在參看圖12，說(shuō)明本發(fā)明的第六優(yōu)選實(shí)施例300。在該例中，用于一組燈314的散熱片304，更具體，一組由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的發(fā)光二極管(LED)器件314。在更優(yōu)選的例子中，由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的散熱片部分(section)308也用作LED器件314的一個(gè)電接線端子。第二電氣端子312也由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成。在該例中，將第一端子308、第二端子312和散熱片翼片322被過(guò)鑄模在LED器件314上。在另一優(yōu)選例304′中，通過(guò)絕緣層326將第一端子308和第二端子312與散熱片330電隔離。然而，絕緣層326導(dǎo)熱。
在該例中，由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的第一和第二端子首先被鑄模到LED的陽(yáng)極/陰極，接著由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料鑄模而成的散熱片330也被過(guò)鑄模到LED-端子組件308、312和314上。當(dāng)與金屬端子和散熱片系統(tǒng)相比時(shí)，兩個(gè)實(shí)施例都表明節(jié)省高成本和降低高重量。
現(xiàn)在可概括本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。獲得一種有效的散熱器件。該散熱器件由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成以減少制造和材料成本。該散熱器件由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成，其中通過(guò)改變材料的成分可以調(diào)節(jié)散熱片的熱特性。通過(guò)添加覆蓋散熱片的金屬層可以改變由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成的散熱器件的熱特性。由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料制造散熱器件的方法引入各種形態(tài)的材料。獲得了一種由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基織物制造散熱器件的方法。
如優(yōu)選實(shí)施例中所示，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的新方法和器件提供一種有效的和可制造的方案。
雖然參考優(yōu)選實(shí)施例已特別的示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種散熱片器件包括體區(qū)；在所述體區(qū)的第一側(cè)面上的附著表面；在所述體區(qū)的第二側(cè)面上的對(duì)流表面，其中所述的體區(qū)、附著表面和對(duì)流表面包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，該樹脂基材料包括在基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)中的導(dǎo)熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述導(dǎo)熱材料與所述樹脂基質(zhì)的重量比在約0.20和0.40之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述的對(duì)流表面包括多個(gè)翼片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括金屬粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中所述的金屬粉末是鎳、銅、銀或鍍有鎳、銅或銀的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中所述的金屬粉末的直徑在約3μm和12μm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括非金屬粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中所述的非金屬粉末是碳、石墨或胺基材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括金屬粉末和非金屬粉末的組合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括微導(dǎo)纖維。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的器件，其中所述的微導(dǎo)纖維是鍍鎳的碳纖維、不銹鋼纖維、銅纖維、銀纖維或它們的組合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的器件，其中所述的微導(dǎo)纖維片每一個(gè)都具有在約3μm和12μm之間的直徑以及在約2mm和14mm之間的長(zhǎng)度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末和導(dǎo)熱纖維的組合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，還包括覆蓋部分所述器件的金屬層。
15.一種熱導(dǎo)管器件，包括導(dǎo)管，包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料，該樹脂基材料包括在樹脂基質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)熱材料；以及密封在所述導(dǎo)管內(nèi)部的可汽化的液體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述導(dǎo)熱材料與所述樹脂基質(zhì)的重量比在約0.20和0.40之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述的對(duì)流表面包括多個(gè)翼片。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括金屬粉末。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的器件，其中所述的金屬粉末是鎳、銅、銀或鍍有鎳、銅或銀的材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的器件，其中所述的金屬粉末的直徑在約3μm和12μm之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括非金屬粉末。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的器件，其中所述的非金屬粉末是碳、石墨或胺基材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括金屬粉末和非金屬粉末的組合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括微導(dǎo)纖維。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的器件，其中所述的微導(dǎo)纖維是鍍鎳的碳纖維、不銹鋼纖維、銅纖維、銀纖維或它們的組合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的器件，其中所述的微導(dǎo)纖維片每一個(gè)都具有約3μm和12μm之間的直徑以及約2mm和14mm之間的長(zhǎng)度。
27.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末和導(dǎo)熱纖維的組合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中，還包括覆蓋部分所述器件的金屬層。
29.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其中，還包括在所述導(dǎo)管內(nèi)部的芯吸材料，其中所述的芯吸層能夠以液態(tài)存儲(chǔ)所述的可汽化液體。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的器件，其中所述的芯吸層是燒結(jié)粉末、有槽的管或絲網(wǎng)。
31.一種電氣系統(tǒng)器件，包括電動(dòng)器件；以及包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的散熱器件，該樹脂材料包括在樹脂基質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)熱材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述的散熱器件包括散熱片。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述的散熱器件包括熱導(dǎo)管。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述的散熱器件包括熱導(dǎo)管。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末。
36.根據(jù)權(quán)利要求31的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括微導(dǎo)纖維。
37.根據(jù)權(quán)利要求31的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末和導(dǎo)熱纖維的組合物。
38.根據(jù)權(quán)利要求31的器件，其中還包括覆蓋部分所述器件的金屬層。
39.根據(jù)權(quán)利要求31的器件，其中還包括驅(qū)使空氣穿過(guò)所述對(duì)流表面的一種裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求31的器件，其中還包括一種直接接觸所述對(duì)流表面的液體。
41.一種形成散熱器件的方法，所述方法包括提供一種在樹脂基的基質(zhì)中包括導(dǎo)熱材料的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料；以及將所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料模鑄成散熱器件。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述導(dǎo)熱材料與所述樹脂基質(zhì)的重量比在約0.20和0.40之間。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末。
44.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述的導(dǎo)熱材料包括微導(dǎo)纖維。
45.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述的導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末和導(dǎo)熱纖維的組合物。
46.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中還包括覆蓋部分所述器件的金屬層。
47.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述的模鑄包括將所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料注入到模子中；固化所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料；以及從所述的模子中移除所述散熱器件。
48.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述的模鑄包括將所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料注入到一個(gè)室中；通過(guò)成型出口將所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料從所述的室擠壓出；以及固化所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料以形成所述的散熱器件。
49.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中，還包括沖壓或碾磨所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料。
50.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中，還包括在所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的周圍形成金屬層。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中在所述附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的周圍形成金屬層的所述步驟是通過(guò)電鍍或涂布所述金屬層實(shí)現(xiàn)。
52.一種組合的燈和散熱片器件，包括一種燈；和連接所述燈的第一端子；連接所述燈的第二端子；以及散熱片，其中所述的第一和第二端子和所述的散熱片包括附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中所述的第一端子和所述的散熱片是所述的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料的單一均質(zhì)片。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中所述導(dǎo)熱材料與所述樹脂基質(zhì)的重量比在約0.20和0.40之間。
55.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中所述導(dǎo)熱材料包括金屬粉末。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的器件，其中所述的金屬粉末是鎳、銅、銀或鍍有鎳、銅或銀的材料。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的器件，其中所述的金屬粉末的直徑在約3μm和12μm之間。
58.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括非金屬粉末。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的器件，其中所述的非金屬粉末是碳、石墨或胺基材料。
60.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括金屬粉末和非金屬粉末的組合物。
61.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括微導(dǎo)纖維。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的器件，其中所述的微導(dǎo)纖維是鍍鎳的碳纖維、不銹鋼纖維、銅纖維、銀纖維或它們的組合物。
63.根據(jù)權(quán)利要求61的器件，其中所述的微導(dǎo)纖維片每一個(gè)都具有約3μm和12μm之間的直徑以及約2mm和14mm之間的長(zhǎng)度。
64.根據(jù)權(quán)利要求52的器件，其中所述的導(dǎo)熱材料包括導(dǎo)熱粉末和導(dǎo)熱纖維的組合物。
全文摘要
散熱片、熱導(dǎo)管和其它熱處置器件由附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料形成。在基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)中該附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料包括微導(dǎo)粉末、導(dǎo)熱纖維或?qū)岱勰┖蛯?dǎo)熱纖維的組合物，其與基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)的重量比在約0.20和0.40之間。微導(dǎo)粉末包括非金屬、電鍍的金屬、金屬，也可以是由電鍍的金屬等，或由非金屬、電鍍的或與金屬粉末組合的組合物構(gòu)成。微導(dǎo)纖維優(yōu)選是鍍鎳的碳纖維、不銹鋼纖維、銅纖維、銀纖維等。附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基的散熱片、熱導(dǎo)管或其它熱處置器件可以利用諸如噴射模壓注?；驍D壓成形的方法形成。用于形成散熱片的附加了導(dǎo)熱性能的樹脂基材料也可以是以易于切割成所需形狀的薄撓性織物結(jié)構(gòu)的形式形成。
文檔編號(hào)H01Q1/32GK1551339SQ20041003879
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者托馬斯·艾森布雷, 托馬斯 艾森布雷 申請(qǐng)人:整體技術(shù)公司