DE102010002434B4

DE102010002434B4 - Temperature System

Info

Publication number: DE102010002434B4
Application number: DE201010002434
Authority: DE
Inventors: Martin Reinthaler; Oliver Zach
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-02-27
Also published as: WO2011104361A1; EP2539932A1; DE102010002434A1

Abstract

Temperiersystem (7) mit einer Wärmequelle (8) und einem mit einer Kontaktfläche (4a) darauf angebrachten Wärmeableiter (4, 5), der aus einem aus mehreren Schichten (3) einer Graphitexpandat enthaltenden Folie (2) gebildeten Schichtkörper (1) gebildet ist, wobei die Schichten (3) mit in Flächenrichtungen (Z, U) der Folio (2) verlaufenden Oberflächen (3a, 3b) aufeinander geschichtet sind und die Wärmeleitfähigkeit der Folie (2) In ihren Flächenrichtungen (Z, U) größer ist als In ihrer Dickenrichtung (R), dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper (1) zur Bildung des Wärmeableiters (4, 5) in mindestens eine der Flächenrichtungen (Z, U) der Folie (2) komprimiert ist, wobei die Kontaktfläche (4a) senkrecht zu der mindestens einen Flächenrichtung (Z, U) der Folie (2) verläuft, in welche der Schichtkörper (1) komprimiert ist.Temperature control system (7) with a heat source (8) and with a contact surface (4a) mounted thereon heat dissipator (4, 5), which is formed from a multi-layers (3) of a Graphitexpandat containing film (2) laminated body (1) , wherein the layers (3) are stacked with surfaces (3a, 3b) extending in surface directions (Z, U) of the folio (2) and the thermal conductivity of the film (2) is greater than In in their surface directions (Z, U) its thickness direction (R), characterized in that the laminated body (1) for forming the heat sink (4, 5) in at least one of the surface directions (Z, U) of the film (2) is compressed, wherein the contact surface (4a) perpendicular to the at least one surface direction (Z, U) of the film (2) extends, in which the laminated body (1) is compressed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperiersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11.The invention relates to a tempering system according to the preamble of claim 1 and of claim 11.

Aus der US 6 482 520 B1 ist ein gattungsbildendes Temperiersystem mit einem elektronischen Bauteil als Hitzequelle bekannt. Auf einer Wärmeabführungsseite des Bauteils ist eine flexible Folie aus Graphitexpandat angebracht, welche als sogenannter Heat-Spreader dient, also zur schnellen Wärmeverteilung von lokalen Überhitzungen des Bauteils in Flächenrichtung der Folie. Hierzu weist die Folie eine hohe Wärmeleitfähigkeit in Flächenrichtung auf, welche mindestens das 20-fache der Wärmeleitfähigkeit ihrer Dickenrichtung beträgt. Diese starke Aniosotropie der Wärmeleitfähigkeit entsteht dadurch, dass bei der Herstellung der Folie die ziehharmonika- bzw. würmchenförmigen Graphitexpandatpartikel in Flächenrichtung der Folie ausgerichtet werden. Mit der Folie kann somit vor allem Wärmeenergie sehr schnell in Flächenrichtung der Folie abgeführt werden, nicht aber in Dickenrichtung der Folie. Die Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgt somit über die Stirn+seiten der Folie und mäßig über die relativ große Oberfläche der Folie, hierbei ist die relative schlechte Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung hinderlich. Die Ausnutzung der großen Oberflächen für die Wärmeableitung ist dort wenig effektiv. Besonders bei einer Platine mit einer Vielzahl von Bauteilen, von denen die Wärme abgeführt werden muss, gibt es schnell ein Problem mit dem zur Verfügung stehenden Platz über der Platine. Zudem verdeckt eine solche Folie große Teile der Platine, so dass es an anderen Stellen zu Wärmestauungen kommen kann und die betreffenden Teile zudem nicht von oben zugänglich sind, z. B. zur Sichtprüfung oder als Platzierungen für Stecker.From the US Pat. No. 6,482,520 B1 is a generic type tempering system with an electronic component known as a heat source. On a heat dissipation side of the component, a flexible sheet of graphite expander is attached, which serves as a so-called heat spreader, ie for rapid heat distribution of local overheating of the component in the surface direction of the film. For this purpose, the film has a high thermal conductivity in the surface direction, which is at least 20 times the thermal conductivity of its thickness direction. This strong aniosotropy of the thermal conductivity arises from the fact that, in the production of the film, the accordion or worm-shaped graphite expandate particles are aligned in the surface direction of the film. Heat energy can thus be dissipated very rapidly in the surface direction of the film with the film, but not in the thickness direction of the film. The heat transfer to the environment is thus on the front + sides of the film and moderately on the relatively large surface of the film, in this case, the relatively poor thermal conductivity in the thickness direction is a hindrance. The use of large surfaces for heat dissipation is not very effective there. Especially with a board with a variety of components from which the heat must be dissipated, there is quickly a problem with the available space above the board. In addition, such a film covers large parts of the board, so that it can come to heat accumulation in other places and the parts in question are also not accessible from above, z. B. for visual inspection or placements.

Um diesen Nachteil zu überwinden, wird dort ein Schichtkörper aus einer Vielzahl aufeinander geschichteten und miteinander verklebten Folien aus Graphitexpandat vorgeschlagen, welcher mittels einer oben beschriebenen flexiblen Schnittstellenfolie aus Graphitexpandat auf dem Bauteil angebracht wird. Um eine möglichst gute Wärmeableitung durch den Schichtkörper sicher zu stellen, wird er mit den Stirnseiten der aufeinander geschichteten und miteinander verklebten Folien auf der einen Seite der Schnittstellenfolie angeordnet, während die andere Seite der Schnittstellenfolie mit der Wärmequelle verbunden ist. Die von der Wärmequelle abgegebene Wärmeenergie breitet sich somit zunächst schnell in Flächenrichtung der Schnittstellenfolie aus und geht erst dann auf den Schichtkörper über, der die Wärmeenergie dann von den einen Stirnseiten der Schichtfolien zu deren weiteren Stirnseiten leitet und von dort an die Umgebung abgibt.In order to overcome this disadvantage, there is proposed a layered body of a multiplicity of layers of graphite expandate layered on one another and bonded together, which is applied to the component by means of a flexible interface film of graphite expandate described above. In order to ensure the best possible heat dissipation through the laminated body, it is arranged with the end faces of the stacked and bonded together films on one side of the interface film, while the other side of the interface film is connected to the heat source. The heat energy emitted by the heat source thus initially spreads rapidly in the surface direction of the interface film and only then passes on to the layer body, which then conducts the heat energy from the one end faces of the layer foils to their further end faces and releases them from there to the environment.

Aus der US 6 886 249 B2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke für ein Temperiersystem bekannt, bei dem eine Basis und eine Mehrzahl Von getrennten Finnen jeweils aus einem komprimierte Partikel eines expandierten Graphits enthaltenden Material geformt werden und die Basis und die Finnen zu der Wärmesenke zusammengefügt und miteinander verbunden werden.From the US Pat. No. 6,886,249 B2 For example, a method of manufacturing a heat sink for a tempering system is known in which a base and a plurality of separate fins are each formed from a compressed particle of expanded graphite containing material and the base and fins are joined together and bonded together.

In der US 2006/0 181 860 A1 wird eine Wärmesenke für ein Temperiersystem mit einer wärmeleitenden Matrix und mehreren wärmeleitenden Elementen, z. B. Kohlenstofffasern, die in der Matrix aufgenommen sind und die ausgehend von einer zur Aufnahme eines Halbleiterchips ausgebildeten Oberfläche der Wärmesenke in der Form einer Pyramide auseinander laufend orientiert sind, um die von dem Halbleiterchip ausgehende Wärme zu verteilen, offenbart.In the US 2006/0181860 A1 is a heat sink for a tempering with a thermally conductive matrix and a plurality of thermally conductive elements, for. B. carbon fibers, which are received in the matrix and which are oriented starting from a formed for receiving a semiconductor chip surface of the heat sink in the form of a pyramid apart in order to distribute the emanating from the semiconductor chip heat disclosed.

Ein Wärmeverteiler mit einer ähnlichen Struktur wird auch in der US 6 407 922 B1 beschrieben, wobei als wärmeleitende Elemente Kohlenstoffnanoröhrchen oder pyrolytische Graphitteilchen eingesetzt werden.A heat spreader with a similar structure is also used in the US Pat. No. 6,407,922 B1 described, being used as heat-conducting elements carbon nanotubes or pyrolytic graphite particles.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Temperiersystem bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile überwindet und eine schnelle und effektive Wärmeableitung bei geringem Platzbedarf ermöglicht.It is the object of the invention to provide a tempering system that overcomes the above-mentioned disadvantages and allows a quick and effective heat dissipation in a small footprint.

Diese Aufgabe wird durch ein Temperiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausgestaltungen des Temperiersystems sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a tempering with the features of claim 1 and claim 11. Advantageous developments and preferred embodiments of the tempering are given in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Ausführung des Temperiersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper zur Bildung des Wärmeableiters in mindestens eine der Flächenrichtungen der Folio komprimiert ist, wobei die Kontaktfläche senkrecht zu der mindestens einen Flächenrichtung der Folie verläuft, in welche der Schichtkörper komprimiert ist. Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung des Temperiersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableiter eine Dichte von 1,3–2,2 g/cm³, aufweist und ein Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters in einer im wesentlichen parallel zur Kontaktfläche verlaufenden Flächenrichtung zur Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters in einer im wesentlichen senkrecht zur Kontaktfläche verlaufenden Dickenrichtung größer als 1 und kleiner als 15 ist.An embodiment of the tempering system according to the invention is characterized in that the layered body is compressed to form the heat sink in at least one of the surface directions of the Folio, wherein the contact surface is perpendicular to the at least one surface direction of the film, in which the laminated body is compressed. A further embodiment of the tempering system according to the invention is characterized in that the heat dissipator has a density of 1.3-2.2 g / cm ³ , and a ratio of the thermal conductivity of the heat sink in a substantially parallel to the contact surface area direction for thermal conductivity of the heat sink in a thickness direction extending substantially perpendicular to the contact surface is greater than 1 and less than 15.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Temperiersystems kann die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters in eine Kompressionsrichtung der Folie, in welche der Schichtkörper komprimiert ist, geringer sein als die Wärmeleitfähigkeit der Folie des unkomprimierten Schichtkörpers in Kompressionsrichtung oder gleichgroß wie diese. Vorteilhafte Werte dieser Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters in Kompressionsrichtung können 20–450 W/(m K), bevorzugt 25–400 W/(m K) und besonders bevorzugt 30–300 W/(m K) betragen. Besonders bevorzugt sind Werte der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters in Kompressionsrichtung von 40–200 W/(m K), insbesondere 50–150 W/(m K).In an advantageous embodiment of the tempering, the thermal conductivity of the heat sink in a compression direction of the film, in which the laminated body is compressed, be lower than the thermal conductivity of the film uncompressed composite in the compression direction or the same size as this. Advantageous values of this heat conductivity of the heat dissipator in the compression direction can be 20-450 W / (m K), preferably 25-400 W / (m K) and particularly preferably 30-300 W / (m K). Particular preference is given to values of the heat conductivity of the heat sink in the compression direction of 40-200 W / (m K), in particular 50-150 W / (m K).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Temperiersystems kann die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters senkrecht zu den Flächenrichtungen der Folie des unkomprimierten Schichtkörpers größer sein als die Wärmeleitfähigkeit des unkomprimierten Schichtkörpers in dieselbe Richtung. Vorteilhafte Werte dieser Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters können 150–450 W/(m K), bevorzugt 200–370 W/(m K) und besonders bevorzugt 250–350 W/(m K) betragen.In a further advantageous embodiment of the tempering, the thermal conductivity of the heat sink perpendicular to the surface directions of the film of the uncompressed composite body may be greater than the thermal conductivity of the uncompressed composite in the same direction. Advantageous values of this heat conductivity of the heat sink can be 150-450 W / (m K), preferably 200-370 W / (m K) and particularly preferably 250-350 W / (m K).

Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn der Wärmeableiter eine Dichte von 1,3–2,2 g/cm³, bevorzugt von 1,6–2,0 g/cm³ und besonders bevorzugt von 1,7–1,9 g/cm³ aufweist. In einer vorteilhaften Ausführung kann der Schichtkörper von einer Dichte von 0,5–1,1 g/cm³ der Ausgangsfolie zu dem Wärmeableiter komprimiert sein.Furthermore, it may be advantageous if the heat dissipator has a density of 1.3-2.2 g / cm ³ , preferably 1.6-2.0 g / cm ³ and particularly preferably 1.7-1.9 g / cm ³ . In an advantageous embodiment, the layered body can be compressed from a density of 0.5-1.1 g / cm ^{3 of} the starting film to the heat sink.

Vorteilhaft kann der Wärmeableiter so stark komprimiert sein, dass er steif ist, wodurch er leicht zu handhaben ist.Advantageously, the heat sink may be compressed so much that it is stiff, making it easy to handle.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Temperiersystems kann der Wärmeableiter bei der Komprimierung des Schichtkörpers geformte Kühlrippen zur verbesserten Wärmeableitung aufweisen. Vorteilhaft können die Kühlrippen sich in die mindestens eine Flächenrichtung, in die der Schichtkörper komprimiert ist, erstrecken.In an advantageous development of the temperature control system, the heat dissipator may have shaped cooling fins for the improved heat dissipation during the compression of the layered body. Advantageously, the cooling fins may extend into the at least one surface direction in which the layered body is compressed.

Fertigungstechnisch vorteilhaft kann die Folie aus verdichtetem Graphitexpandat bestehen. In einer alternativen Ausführung kann die Folie aus einem vor der Verdichtung gebildeten Gemisch aus weitgehend gleichmäßig mit Kunststoffpartikeln und/oder Harzsystemen vermischtem Graphitexpandat bestehen, um die Stabilität der Folie und des daraus gebildeten Schichtkörpers und Wärmeableiters zu erhöhen. Eine Kunststoffverstärkung kann auch durch Infiltration einer Graphitfolie mit Kunststoff erfolgen. Vorteilhaft können als Kunststoffe Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere verwendet werden, insbesondere Fluorpolymer, PE, PVC, PP, PVDF, PEEK, Benzoaxine, Phenolharz, Furanharz und/oder Epoxidharze.In terms of manufacturing technology, the film may consist of compressed graphite expandate. In an alternative embodiment, the film may consist of a mixture formed prior to compaction of graphite expanate largely uniformly mixed with plastic particles and / or resin systems in order to increase the stability of the film and of the laminated body and heat conductor formed therefrom. A plastic reinforcement can also be done by infiltration of a graphite foil with plastic. Thermoplastics, thermosets or elastomers can advantageously be used as plastics, in particular fluoropolymer, PE, PVC, PP, PVDF, PEEK, benzoaxins, phenolic resin, furan resin and / or epoxy resins.

Alternativ oder zusätzlich können des Weiteren vorteilhaft als Partikel Metallpartikel bei der Folienherstellung eingebracht werden. Dies kann die Wärmeleitfähigkeit zusätzlich verbessern. Als Metallpartikel können Cu, Al und deren Legierungen eingesetzt werden.Alternatively or additionally, it is furthermore advantageously possible to introduce metal particles into the film production as particles. This can additionally improve the thermal conductivity. As metal particles Cu, Al and their alloys can be used.

In einer Ausführung der Erfindung kann der der Schichtkörper aus einer zylinderspiralförmig aufgewickelten Folie gebildet sein, wodurch ein kompakter Schichtkörper bereitgestellt wird, der nicht in unterschiedliche Einzellagen der Folie auseinanderfallen kann. In einer alternativen Ausführung der Erfindung kann der Schichtkörper aus einer Vielzahl von aufeinander gelegten einzelnen, Graphitexpandat enthaltenden Folien oder Platten gebildet sein, welche bevorzugt miteinander verklebt oder verpresst sein können.In one embodiment of the invention, the layered body may be formed from a film coiled in the form of a cylinder spiral, thereby providing a compact layered body which can not fall apart into different individual layers of the film. In an alternative embodiment of the invention, the laminated body may be formed from a plurality of superimposed individual graphite expander-containing films or sheets, which may preferably be glued or pressed together.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann zumindest zwischen einzelnen Einzellagen der Folie und/oder teilbereichsweise eine Metallfolie eingebracht und komprimiert sein. Als Metallfolie kommen vorteilhaft insbesondere Cu, Al, Ag, Au und deren Legierungen in Frage.In a further embodiment of the invention, a metal foil may be introduced and compressed at least between individual individual layers of the film and / or partially. In particular, Cu, Al, Ag, Au and their alloys are suitable as metal foil.

Bevorzugt kann das Temperiersystem als Wärmequelle ein elektronisches oder elektrisches Bauteil enthalten.The temperature control system may preferably contain an electronic or electrical component as the heat source.

In einer vorteilhaften Ausführung kann ein oben und nachfolgend detailliert beschriebener Wärmeableiter bei einem elektronischen und/oder elektrische Bauteile sowohl zur schnellen Verteilung lokaler Überschusswärme, zur Vermeidung von Hot Spots als auch zur Ableitung von Wärmeenergie des Bauteils an die Umgebung verwendet werden.In an advantageous embodiment, a heat dissipator described in detail above and below in the case of electronic and / or electrical components can be used both for rapidly distributing local excess heat, for avoiding hot spots, and for dissipating heat energy of the component to the environment.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 einen Schichtkörper zur Herstellung eines Wärmeableiters; 1 a laminated body for producing a heat sink;

2 einen Querschnitt durch die Mittelachse des Schichtkörpers aus 1; 2 a cross section through the central axis of the composite body 1 ;

3 einen Querschnitt durch einen Wärmableiter; 3 a cross section through a heat sink;

4 einen Querschnitt durch einen alternativen Wärmeableiter; 4 a cross section through an alternative heat sink;

5 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Temperiersystems. 5 a schematic side view of a tempering system according to the invention.

Ein in 1 gezeigter zylinderförmiger Schichtkörper 1 ist aus einer Folie 2 aus Graphitexpandat gewickelt. Exemplarisch sind einige einzelne Schichten des Schichtkörpers 1 mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichnet.An in 1 shown cylindrical composite body 1 is from a slide 2 wound from graphite expandate. Exemplary are some individual layers of the composite body 1 with the reference number 3 characterized.

Die Herstellung von Graphitexpandat ist hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der US 3 404 061 A oder DE 103 41 255 B4 . Das so erhaltene Graphitexpandat besteht aus wurm- bzw. ziehharmonikaförmigen Aggregaten. Das Graphitexpandat wird dann unter gerichteter Einwirkung eines Drucks verdichtet, so dass sich die Schichtebenen des Graphits bevorzugt senkrecht zur Einwirkungsrichtung des Drucks anordnen und sich die einzelnen Aggregate untereinander verhaken. Hierdurch kann eine flexible Folie aus Graphitexpandat erhalten werden, welche z. B. aufwickelbar ist. Eine für die vorliegende Verwendung geeignete Folie wird von der Anmelderin bzw. deren verbundenen Unternehmen unter dem Markennamen SIGRAFLEX hergestellt und vertrieben. The production of Graphitexpandat is well known, for example from the US 3 404 061 A or DE 103 41 255 B4 , The graphite expandate thus obtained consists of worm-shaped or accordion-shaped aggregates. The graphite expander is then compacted under the direction of a pressure, so that the layer planes of the graphite preferably arrange perpendicular to the direction of action of the pressure and the individual units interlock with each other. As a result, a flexible sheet of graphite expander can be obtained, which z. B. is wound up. A film suitable for use herein is manufactured and sold by the Applicant or its affiliates under the trademark SIGRAFLEX.

Bei der Ausführung nach 3 wird die Graphitexpandat-Folie 2 mit einer Dichte von 0,7 g/cm³, einer Dicke von 0,5 mm, einer Breite von 7 mm und einer Länge von 90 cm zum Schichtkörper 1 gewickelt. Zum besseren Verständnis wurden in 1 und 2 lediglich einige der spiralförmigen Wicklungen des Schichtkörpers 1 angedeutet.In the execution after 3 becomes the graphite expander foil 2 with a density of 0.7 g / cm ³ , a thickness of 0.5 mm, a width of 7 mm and a length of 90 cm to the laminate 1 wound. For better understanding were in 1 and 2 only some of the spiral windings of the laminated body 1 indicated.

Die Folie 2 weist in ihren Flächenrichtungen, also in der in 1 mit Z gekennzeichneten Höhenrichtung und mit U gekennzeichneten Umfangsrichtung des Schichtkörpers 1 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, typischerweise um die 180 W/(m K). In einer in 2 mit R bezeichnete Radiusrichtung, welche im Querschnitt von 2 der Dickenrichtung der Folie 2 entspricht, weist diese eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als in den Flächenrichtungen auf, typischerweise um die 5 W/(m K). Die Schichten 3 sind mit in den Flächenrichtungen Z, U der Folie 2 verlaufenden Oberflächen 3a, 3b aufeinander gewickelt.The foil 2 points in their surface directions, ie in the 1 Z marked height direction and U marked circumferential direction of the laminated body 1 a high thermal conductivity, typically around 180 W / (m K). In an in 2 R designated radius direction, which in cross section of 2 the thickness direction of the film 2 corresponds, this has a significantly lower thermal conductivity than in the surface directions, typically around 5 W / (m K). The layers 3 are in the surface directions Z, U of the film 2 running surfaces 3a . 3b wound on each other.

Um die starke Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit des Schichtkörpers 1 der Folie 2 zu verringern, wird der Schichtkörper 1 in eine Pressform oder Matrize eingesetzt und dann mittels eines Stempels in Z-Richtung, also in eine der Flächenrichtungen des Schichtkörpers 1, zusammengepresst, wodurch die Schichten 3 gestaucht werden und sich teilweise zusammenfalten, wie in 3 schematisch angedeutet. Die Richtung, in der der Schichtkörper 1 komprimiert wird, wird auch als Kompressionsrichtung K bezeichnet. Hierdurch entsteht ein Wärmeableiter 4 mit einer Dichte von 1,8 g/cm³, einer Dicke von 3 mm (in Dickenrichtung D) und einem Durchmesser von 22,5 mm. Der Wärmeableiter 4 kann anstelle der vorliegend dargestellten zylindrischen Form auch in andere Formen komprimiert werden, beispielsweise zu einem Quader oder mit quadratischer Fläche mit abgerundeten Ecken.To the strong anisotropy of the thermal conductivity of the laminated body 1 the foil 2 to decrease, the laminate becomes 1 used in a die or die and then by means of a punch in the Z direction, ie in one of the surface directions of the composite 1 , pressed together, causing the layers 3 be compressed and partially fold, as in 3 indicated schematically. The direction in which the laminated body 1 is also referred to as the compression direction K. This creates a heat sink 4 with a density of 1.8 g / cm ³ , a thickness of 3 mm (in the thickness direction D) and a diameter of 22.5 mm. The heat sink 4 may be compressed in other forms instead of the cylindrical shape shown here, for example, to a cuboid or square with rounded corners.

Durch die Komprimierung nimmt die Wärmeleitfähigkeit des Schichtkörpers 1 in Kompressionsrichtung K deutlich von den oben genannten Werten der Folie 2 in dieser Flächenrichtung ab, der Wärmeableiter 4 hat dann typischerweise eine Wärmeleitfähigkeit in Kompressionsrichtung K bzw. Dickenrichtung D von 60 W/(m K). Senkrecht zur Kompressionsrichtung K, also in R-Richtung des Schichtkörpers bzw. in Flächenrichtung F des Wärmeableiters 4 hingegen nimmt die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters 4 deutlich zu. Der Wärmeableiter 4 hat dann typischerweise eine Wärmeleitfähigkeit in seine Flächenrichtung F, also senkrecht zur Kompressionsrichtung K, von 260 W/(m K).Due to the compression, the thermal conductivity of the laminated body decreases 1 in the compression direction K significantly from the above values of the film 2 in this area direction, the heat sink 4 then typically has a thermal conductivity in the compression direction K or thickness direction D of 60 W / (m K). Perpendicular to the compression direction K, ie in the R direction of the laminated body or in the surface direction F of the heat sink 4 however, the thermal conductivity of the heat sink decreases 4 clearly too. The heat sink 4 then typically has a thermal conductivity in its surface direction F, ie perpendicular to the compression direction K, of 260 W / (m K).

Auch wenn die Wärmeleitfähigkeit in Kompressionsrichtung K bzw. Dickenrichtung D des Wärmeableiters 4 deutlich niedriger ist als die Wärmeleitfähigkeit der Folie 2 des unkomprimierten Schichtkörpers 1 in diese Richtung, so ist die Wärmeleitfähigkeit in diese Richtung deutlich höher, vorliegend um fast das 10fache, als bei der bekannten Verwendung einer Graphitexpandatfolie, wie in der US 6,482,520 B1 beschrieben. Die Anisotropie zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters 4 in seine Flächenrichtungen senkrecht zur Kompressionsrichtung K und seiner Wärmeleitfähigkeit in Kompressionsrichtung K bzw. Dickenrichtung D kann somit deutlich verringert werden. Im Vergleich zu dem in der US 6,482,520 B1 definierten Quotient mit einem dort angegebenen Mindestwert von 20 beträgt der entsprechend definierte Quotient zwischen der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters 4 in seine Flächenrichtungen senkrecht zur Kompressionsrichtung K und seiner Wärmeleitfähigkeit in Kompressionsrichtung K im vorliegenden Fall nunmehr 4,3 (260 W/(m K) zu 60 W/(m K)).Even if the thermal conductivity in the compression direction K or thickness D of the heat sink 4 is significantly lower than the thermal conductivity of the film 2 of the uncompressed composite 1 In this direction, the thermal conductivity in this direction is significantly higher, in this case by almost 10 times, than in the known use of a Graphitexpandatfolie, as in US Pat. No. 6,482,520 B1 described. The anisotropy between the thermal conductivity of the heat sink 4 in its surface directions perpendicular to the compression direction K and its thermal conductivity in the compression direction K or thickness direction D can thus be significantly reduced. Compared to that in the US Pat. No. 6,482,520 B1 defined quotient with a specified minimum value of 20 is the correspondingly defined quotient between the thermal conductivity of the heat sink 4 in its surface directions perpendicular to the compression direction K and its thermal conductivity in the compression direction K in the present case now 4.3 (260 W / (m K) to 60 W / (m K)).

Deshalb kann der Wärmableiter 4 aufgrund seiner gleichmäßigeren Wärmeleitfähigkeit in seiner Dickenrichtung D und seinen Flächenrichtungen F zum einen lokale Wärmeüberschüsse schnell in seine Flächenrichtungen F verteilen, zum anderen aber auch Wärmeenergie schnell aus einer Wärmequelle ableiten und die abgeleitete Wärmeenergie schnell an die Umgebung abgeben.That's why the heat sink can 4 due to its more uniform thermal conductivity in its thickness direction D and its surface directions F for a local heat surpluses quickly distribute in its surface directions F, but also derive heat energy quickly from a heat source and quickly dissipate the heat energy dissipated to the environment.

Neben der geringeren Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit in Flächenrichtung F und Dickenrichtung D des Wärmeableiters 4 ergibt sich aufgrund seiner Komprimierung als weiterer Vorteil ein fester, formstabiler Wärmableiter 4, der einfach zu handhaben ist und wesentlich umfangreichere Gestaltungsmöglichkeiten der Form und Dicke aufweist als eine herkömmliche Graphitfolie.In addition to the lower anisotropy of the thermal conductivity in face direction F and thickness direction D of the heat sink 4 Due to its compression as a further advantage results in a solid, dimensionally stable heat sink 4 , which is easy to handle and has much more extensive design options of the shape and thickness than a conventional graphite foil.

Ein Wärmeableiter 5 aus 4 entspricht im Wesentlichen dem in 3 gezeigten Wärmeableiter 4, so dass im nachfolgenden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden und vor allem auf die Unterschiede eingegangen wird.A heat sink 5 out 4 is essentially the same as in 3 shown heat sink 4 , so that the same reference numerals are used in the following for the same elements and, above all, the differences are discussed.

Im Gegensatz zu dem in 3 gezeigten Wärmeableiter 4 weist der Wärmeableiter 5 keine in 4 obere, glatte Oberfläche auf, sondern Kühlrippen 6 zur Vergrößerung der wärmwirksamen Oberfläche. Die Kühlrippen 6 können auf einfache Weise beim Pressen des Schichtkörpers 1 hergestellt werden, in dem z. B. der Druckstempel, mit dem der Schichtkörper 1 in die Matrize gepresst wird, eine den Kühlrippen 6 entsprechende Negativform aufweist. Da die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters 5 in seine Flächenrichtungen F größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der ungepressten Folie 2 in ihre Dickenrichtung (R-Richtung in 2), kann an allen Seiten der Kühlrippen 6 schnelle Wärmeenergie abgegeben werden. Unlike the in 3 shown heat sink 4 has the heat sink 5 no one in 4 upper, smooth surface on, but cooling fins 6 to increase the heat-effective surface. The cooling fins 6 can easily when pressing the composite 1 be prepared in the z. B. the plunger, with which the laminate 1 pressed into the die, one the cooling fins 6 corresponding negative mold. Because the thermal conductivity of the heat sink 5 in its surface directions F is greater than the thermal conductivity of the unpressed film 2 in their thickness direction (R direction in 2 ), can be on all sides of the cooling fins 6 fast heat energy to be delivered.

Alternativ können die Kühlrippen 6 vorteilhaft aus Metall ausgebildet sein.Alternatively, the cooling fins 6 advantageously be formed of metal.

Ein Beispiel für eine vorteilhafte Verwendung des Wärmeableiters 4 und ein erfindungsgemäßes Temperiersystem 7 zeigt 5. Das Temperiersystem 7 weist eine als elektronisches IC-Bauteil 8 ausgebildete Wärmequelle auf, welche in bekannter Weise mit Anschlusspins 9 an einer Platine 10 angelötet ist. Anstelle eines IC-Bauteils können auch andere entsprechende elektronische oder elektrische Bauteile als Wärmequelle dienen. Derartigen Bauteilen ist gemein, dass sie sich im Betrieb, gerade bei Verwendung in Computern, Steuerungen, Mikroprozessorsteuerungen, Leuchtdioden etc., erhitzen, und diese Wärmeenergie abgeführt werden muss. Insbesondere bei den zunehmend steigenden Taktfrequenzen im Bereich der Prozessortechnik wird eine Kühlung solcher Bauteile oder ganzer Bauteilgruppen immer wichtiger.An example of an advantageous use of the heat sink 4 and a tempering system according to the invention 7 shows 5 , The temperature control system 7 has one as an electronic IC component 8th formed heat source, which in a known manner with connection pins 9 on a circuit board 10 is soldered. Instead of an IC component, other corresponding electronic or electrical components can also serve as a heat source. Such components have in common that they in operation, especially when used in computers, controls, microprocessor controls, light emitting diodes, etc., heat, and this heat energy must be dissipated. In particular, with the increasingly increasing clock frequencies in the field of processor technology cooling of such components or entire groups of components is becoming increasingly important.

Um die vom Bauteil 8 erzeugte Wärme abzuführen, ist ein vorteilhafter Wärmeableiter 4 gemäß der Ausführung in 3 in an sich bekannter Weise mit einer senkrecht zu den Flächenrichtungen Z, U der Folie 2 des unkomprimierten Schichtkörpers 1 verlaufenden, in 5 unteren Oberfläche 4a bündig auf die obere Oberfläche des Bauteils 8 angeklebt, bevorzugt mittels eines Wärmeleitklebers. Hierzu kann der Wärmeableiter 4 vorteilhaft auf einer Kontaktfläche 4a mit einer Klebefolie versehen sein, um einfach am Bauteil 8 angeklebt werden zu können. In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführung kann auch auf einer in 5 oberen Wärmeabgabefläche 4b des Wärmeableiters 4 eine Klebefolie angebracht sein, um den Wärmeableiter 4 zusätzlich an einem das Bauteil 8 und/oder die Platine 10 umgebenden Gehäuse oder an einem zusätzlichen, an sich bekannten Kühlkörper befestigt zu werden. Alternativ wird statt der Klebeverbindung eine Klemmverbindung genutzt.To that of the component 8th Dissipate generated heat is an advantageous heat sink 4 according to the execution in 3 in a conventional manner with a perpendicular to the surface directions Z, U of the film 2 of the uncompressed composite 1 running, in 5 lower surface 4a flush with the top surface of the component 8th adhered, preferably by means of a thermal adhesive. For this purpose, the heat sink 4 advantageous on a contact surface 4a be provided with an adhesive film to easily on the component 8th to be glued. In an alternative, not shown embodiment may also be on a in 5 upper heat transfer surface 4b of the heat sink 4 an adhesive film may be attached to the heat sink 4 in addition to one the component 8th and / or the board 10 surrounding housing or to be attached to an additional, known per se heat sink. Alternatively, a clamp connection is used instead of the adhesive connection.

Zunächst wird die im Betrieb erzeugte Wärme des Bauteils 8 aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters 4 in Dickenrichtung D schnell über die Kontaktfläche 4a des Wärmeableiters 4 in den Wärmeableiter 4 abgeleitet und aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit in seiner Flächenrichtung F dort schnell und gleichmäßig verteilt. Wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung D wird die in den Wärmeableiter 4 eingetragene Wärmeenergie auch schnell auf die dem Bauteil 8 abgewandte Wärmeabgabefläche 4b des Wärmeableiters 4 transportiert, wo sie großflächig an die Umgebung abgegeben wird. Zudem können auch die an die Oberflächen 4a, 4b des Wärmeableiters 4 angrenzenden Stirnflächen zur Wärmableitung an die Umgebung verwendet werden. Es wird somit die Wahrscheinlichkeit lokaler Wärmeüberhitzungen oder Wärmestaus im Bauteil 8 wie auch im Wärmeableiter 4 verringert, im Normalbetrieb sogar ganz verhindert.First, the heat generated during operation of the component 8th due to the good thermal conductivity of the heat sink 4 in the thickness direction D quickly over the contact surface 4a of the heat sink 4 in the heat sink 4 derived and due to its good thermal conductivity in its area direction F there quickly and evenly distributed. Because of its good thermal conductivity in the direction of thickness D is in the heat sink 4 registered heat energy also quickly on the component 8th remote heat dissipation surface 4b of the heat sink 4 transported, where it is released over a large area to the environment. In addition, the to the surfaces 4a . 4b of the heat sink 4 adjacent end faces are used for heat dissipation to the environment. It thus becomes the probability of local heat overheating or heat build-up in the component 8th as well as in the heat sink 4 reduced, even completely prevented in normal operation.

Anstelle des in 5 gezeigten Wärmeableiters aus 3 kann auch der in 4 gezeigte Wärmeableiter 5 verwendet werden, wodurch sich die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe an die Umgebung nochmals steigern lässt.Instead of in 5 shown heat spreader 3 can also be in 4 shown heat sink 5 be used, which can increase the speed of heat dissipation to the environment again.

Die geringe Aniosotropie der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableiters 4 bzw. 5 ermöglicht eine vorteilhafte Verwendung der oben beschriebenen Wärmeableiter 4 bzw. 5 als Kühlkörper für elektronische und/oder elektrische Bauteile zur schnellen Verteilung lokaler Überschusswärme und Vermeidung von Hot Spots als auch zur Ableitung der Wärmeenergie an die Umgebung.The low aniosotropy of the thermal conductivity of the heat sink 4 respectively. 5 allows an advantageous use of the heat dissipator described above 4 respectively. 5 as a heat sink for electronic and / or electrical components for the rapid distribution of local excess heat and avoid hot spots as well as for the dissipation of heat energy to the environment.

Auch kann anstelle eines aus der Graphitexpandatfolie 2 aufgewickelten Schichtkörpers 1 ein Schichtkörper aus flächig aufeinander gelegten einzelnen Graphitexpandatfolien oder -platten verwendet werden, welche vorteilhaft miteinander verpresst oder verklebt werden können. Dieser Schichtkörper wird dann ebenfalls vorteilhaft in einer oder beide Flächenrichtung der Graphitexpandatfolien oder -platten zu einem Wärmeableiter komprimiert. Auch hier können eine Vielzahl von unterschiedlich geformten, vorteilhaft flächigen Wärmeableitern bereitgestellt werden.Also, instead of one from the Graphitexpandatfolie 2 wound laminate 1 a layered body of flat superimposed individual graphite expander sheets or plates are used, which can advantageously be pressed or glued together. This layered body is then also advantageously compressed in one or both surface directions of the graphite expandable sheets or plates to form a heat sink. Again, a variety of differently shaped, advantageously flat heat sinks can be provided.

Es besteht auch die Möglichkeit, beim Aufwickeln bzw. Laminieren eines Schichtkörpers eine Metallfolie 11 zwischen die Graphitexpandat-Folie einzufügen, wie in 3 dargestellt, wodurch vorteilhaft eine zusätzliche Wärmeleitung in Kompressionsrichtung erreicht werden kann.It is also possible, when winding or laminating a laminated body, a metal foil 11 to insert between the graphite expander foil, as in 3 represented, which advantageously an additional heat conduction in the compression direction can be achieved.

Um die Stabilität des Wärmeableiters 4, 5 zu erhöhen, können seine Stirnseiten vorteilhaft mit einem Lack oder einer Folie versiegelt werden, um eine Ablösung von Graphitpartikeln zu vermeiden.To the stability of the heat sink 4 . 5 To increase its front sides can be advantageously sealed with a paint or a film to prevent separation of graphite particles.

Claims

Tempering system ( 7 ) with a heat source ( 8th ) and one with a contact surface ( 4a ) mounted thereon heat sink ( 4 . 5 ), which consists of one of several layers ( 3 ) of a graphite expander-containing film ( 2 ) layered body ( 1 ), the layers ( 3 ) with in area directions (Z, U) of Folio ( 2 ) running surfaces ( 3a . 3b ) are stacked and the thermal conductivity of the film ( 2 ) In their surface directions (Z, U) is greater than in their thickness direction (R), characterized in that the laminated body ( 1 ) to form the heat sink ( 4 . 5 ) in at least one of the surface directions (Z, U) of the film ( 2 ), the contact area ( 4a ) perpendicular to the at least one surface direction (Z, U) of the film ( 2 ), in which the composite body ( 1 ) is compressed.

Tempering system ( 7 ) according to claim 1, characterized in that the thermal conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) in the compression direction (K) of the film ( 2 ) into which the composite body ( 1 ) is less than the thermal conductivity of the film ( 2 ) of the uncompressed composite ( 1 ) in the compression direction (K) or the same size.

Tempering system ( 7 ) according to claim 2, characterized in that the thermal conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) in the compression direction (K) 20-450 W / (m K), preferably 30-300 W / (m K) and particularly preferably 50-150 W / (m K).

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the thermal conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) perpendicular to the surface directions (Z, U) of the film ( 2 ) of the uncompressed composite ( 1 ) is greater than the thermal conductivity of the uncompressed composite ( 1 ) in the same direction.

Tempering system ( 7 ) according to claim 4, characterized in that the thermal conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) perpendicular to the surface directions (Z, U) of the film ( 2 ) of the uncompressed composite ( 1 ) 150-450 W / (m K), preferably 200-370 W / (m K), and particularly preferably 250-350 W / (m K).

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 4 . 5 ) has a density of 1.3-2.2 g / cm ³ , preferably 1.6-2.0 g / cm ³ and more preferably 1.7-1.9 g / cm ³ .

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laminated body ( 1 ) of a density of 0.5-1.1 g / cm ³ to the heat sink ( 4 . 5 ) is compressed.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 4 . 5 ) during the compression of the laminated body ( 1 ) molded cooling fins ( 6 ) having.

Tempering system ( 7 ) according to claim 8, characterized in that the cooling fins ( 6 ) in the at least one surface direction (Z), in which the laminated body ( 1 ) is compressed.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least between individual individual layers of the film and / or partially a metal foil is introduced and compressed together with the film.

Tempering system ( 7 ) with a heat source ( 8th ) and one with a contact surface ( 4a ) mounted thereon heat sink ( 4 . 5 ), which consists of one of several layers ( 3 ) of a graphite expander-containing film ( 2 ) layered body ( 1 ), the layers ( 3 ) with in the surface directions (Z, U) of the film ( 2 ) running surfaces ( 3a . 3b ) are stacked and the thermal conductivity of the film ( 2 ) in their surface directions (Z, U) is greater than in their thickness direction (R), characterized in that the heat sink ( 4 . 5 ) has a density of 1.3-2.2 g / cm ³ and a ratio of the heat conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) in a substantially parallel to the contact surface ( 4a ) extending surface direction (R, F) for thermal conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) in a substantially perpendicular to the contact surface ( 4a ) extending thickness direction (Z, D) is greater than 1 and less than 15.

Tempering system ( 7 ) according to claim 11, characterized in that the heat sink ( 4 . 5 ) has a density of 1.6-2.0 g / cm ³ .

Tempering system ( 7 ) according to claim 11 or 12, characterized in that the ratio of the thermal conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) in the substantially parallel to the contact surface ( 4a ) extending surface direction (R, F) for thermal conductivity of the heat sink ( 4 . 5 ) in the substantially perpendicular to the contact surface ( 4a ) extending thickness direction (Z, D) is greater than 1 and less than 10 and preferably greater than 1 and less than 5.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 4 . 5 ) is stiff.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the film ( 2 ) consists of compressed graphite expandate.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the film ( 2 ) consists of a mixture formed before compaction of largely uniformly mixed with plastic particles and / or resin systems Graphitexpandat or plastic infiltrated graphite foil.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the film production metal particles are introduced between Graphitexpandat.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laminated body ( 1 ) made of a cylinder spiral wound film ( 2 ) is formed.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laminated body ( 1 ) from a multiplicity of individual graphite expander-containing films ( 2 ) is formed.

Tempering system ( 7 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the heat source ( 8th ) is an electronic or electrical component.