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Dokumentenidentifikation DE112004001018T5 24.05.2006
Titel Hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisendes Masseneinsatzmaterial und Verfahren zum Herstellen desselben
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Sayir, Haluk, Bay Village, Ohio, US;
Mariner, John Thomas, Avon Lake, Ohio, US
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Aktenzeichen 112004001018
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 15.09.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/US2004/031013
WO-Veröffentlichungsnummer 2005029931
WO-Veröffentlichungsdatum 31.03.2005
Date of publication of WO application in German translation 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse H05K 1/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 23/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C04B 35/536(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN

Diese Patentanmeldung beansprucht Priorität aus der am 19. September 2003 eingereichten vorsorglichen US-Patentanmeldung S.N. 60/504537.

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Massenschicht oder -folie, die auf einer thermisch und elektrisch leitenden Materialzusammensetzung basiert, die thermisch behandelten pyrolytischen Graphit enthält, und in einer Anwendung als eine Wärmeleiteinrichtung einsetzbar ist, z.B. um Wärme von einer Wärmequelle abzuführen, und Verfahren zum Bilden einer auf thermisch behandeltem pyrolytischem Graphit basierenden Massenfolie.

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

Elektronische und/oder integrierte Schaltkreis-("IC")-Bauelemente, z.B. Mikroprozessoren, Speichereinrichtungen und dergleichen, werden zunehmend kleiner, während die Anforderungen an die Wärmeabfuhr steigen. Um die durch diese Bauelemente erzeugte Wärme abzuführen, werden Wärmeausbreitungseinrichtungen und/oder Wärmeabfuhranordnungen verwendet.

Einige Materialien und Konstruktionen wurden für das Management und die Abfuhr von Wärme von elektronischen Bauelementen offenbart. Die US-Patentschrift 5 296 310 offenbart eine hybride strukturelle Einrichtung, die auf einem hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material basiert, das zwischen einem Paar Stirnflächenplatten eingebettet ist, die auf einem Metall oder einem matrixverstärktem Metall basieren. Das Kernmaterial kann ein hochgeordneter pyrolytischer Graphit, ein durch Kompression vergüteter pyrolytischer Graphit (CAPG = Compression Annealed Pyrolytic Graphite), ein synthetischer Diamant, auf diesen Materialien basierende Verbundwerkstoffe oder dergleichen sein. Das US-Patent 6 215 661 offenbart eine Wärmeausbreitungseinrichtung, die auf einer L-förmigen Platte auf thermischem pyrolytischem Graphit basiert, der in Aluminium eingekapselt ist. Die US-Patentschrift 5 958 572 offenbart ein Wärmeausbreitungssubstrat, das auf einem auf thermischem pyrolytischem Graphit ("TPG"), diamantartigem Kohlenstoff und/oder sonstigem ähnlichen Material aufgebauten Einschubelement basiert, das mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern ausgebildet ist, so dass die Übertragung eines Wärmestroms durch die vielen Durchgangslöcher optimiert ist.

Einige Formen von pyrolytischem Graphit aus dem Stand der Technik, insbesondere solche, die durch chemische Aufdampfverfahren hergestellt sind, weisen den Nachteil einer auf Schwankungen der Dicke der kristallographischen Ebene zurückzuführenden ungleichmäßigen Dicke auf. Benachbarte kristallographische Schichten sind zwar weitgehend parallel, jedoch akkumulieren sich in dem kristallographischen Maßstab vorhandene Schwankungen über die makroskopische Dicke hinweg. Beispielsweise verlaufen die natürlichen Schichtebenenoberflächen bei 1 mm Dicke nicht parallel. Aus dem Stand der Technik sind thermische pyrolytische Graphit-"Kacheln", die die geforderten Eigenschaften der Wärmeleitfähigkeit aufweisen, für die Herstellung von Wärmeausbreitungseinrichtungen bekannt. Allerdings weisen diese Kacheln verhältnismäßig geringe Abmessungen auf, z.B. eine Breite von 2 cm und eine Dicke von 0,1 cm, die sich nur für die Herstellung verhältnismäßig kleiner Wärmeausbreitungseinrichtungen eignen. Die US-Patentschrift 6 407 902 offenbart im Zusammenhang mit den klein bemessenen pyrolytischen Graphitkacheln eine Lösung, bei der Wärmeausbreitungseinrichtungen thermische pyrolytische Graphitflocken enthalten, die in ein Matrixmaterial eingebettet sind. Der Graphitverbundstoff lässt sich spanabhebend zu einer Wärmeausbreitungseinrichtung mit gewünschten Abmessungen bearbeiten, womit die Verwendung einer Vielzahl von Graphitkacheln mit festgelegten kleinen Maßen aus dem Stand der Technik umgangen wird.

Es besteht ein Bedarf nach einem hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werkstoff, der eine verbesserte Qualität und eine Abmessung für den Einsatz in Einrichtungen aufweist, die zum Abführen von Wärme aus elektronischen und IC-Einrichtungen dienen, d. h. nach einem Werkstoff, der sich als ein Einsatzmaterial zum Herstellen von Wärmeausbreitungseinrichtungen, Wärmeabfuhranordnungen und dergleichen eignet. Ferner besteht Bedarf nach einem Verfahren zum Herstellen eines derartigen, hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Einsatzmaterials.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Einsatzmaterial für die Verwendung in der Herstellung von Wärmeleiteinrichtungen offenbart, wobei das Einsatzmaterial auf einer vergüteten pyrolytischen Graphitfolie basiert, die eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1000 W/m·K, eine Abmessung in einer beliebigen Dimension von wenigstens 5 cm, eine Dicke von wenigstens 0,2 mm aufweist und mehrere Graphitebenen enthält, von denen jede eine Ebenheit von weniger als etwa 0,075 Grad pro mm Dicke aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Einsatzmaterials, das auf einer vergüteten pyrolytischen Graphitfolie basiert, die eine Wärmeleitfähigkeit von größer 1000 W/m·K, eine Abmessung in einer beliebigen Dimension von wenigstens 5 cm, eine Dicke von wenigstens 0,2 mm aufweist und mehrere Graphitebenen enthält, von denen jede eine Ebenheit von weniger als etwa 0,075 Grad pro mm Dicke aufweist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierenden Folie, die eine Dicke T, eine Seite mit einer Länge L und einen Abweichungswinkel P aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder haben ein neues Einsatzmaterial für die Verwendung in der Herstellung von Wärmemanagement/Wärmeausbreitungseinrichtungen betreffende Anwendungen entwickelt. In dem hier verwendeten Sinne werden Wärmeausbreitungseinrichtungen untereinander austauschbar mit Wärmeabfuhranordnungen, Wärmeabfuhrröhren, usw. bezeichnet, die eine dem Wärmemanagement oder der Wärmeübertragung dienende Einrichtung betreffen, die auf einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit basiert, um Wärme aus IC-Schaltkreisen, elektronischen Bauelementen und dergleichen abzuführen oder zu entfernen.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, verschlechtert sich die Parallelität einer in Massenfertigung hergestellten TPG-Schicht mit wachsender Dicke des Einsatzmaterials. Die Dicke einer TPG-Schicht lässt sich, wie durch die folgende Formel definiert und auch in 1 veranschaulicht, als der Abweichungswinkel P pro Dicke T bei einer Strecke "L" größer 25 mm ausdrücken:

wobei &dgr;T die Differenz der Dicke über eine Strecke L ist.

Außerdem ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Graphit durch geschichtete Strukturen von Kohlenstoffatomen charakterisiert ist, die zwei Hauptachsen aufweisen, wobei die senkrecht zu den Kohlenstoffschichten verlaufende Achse oder Richtung allgemein als die "c"-Achse identifiziert wird; die andere Achse ist die "a"-Achse oder die parallel zu den Graphitschichten und quer zu der c-Achse verlaufende Richtung.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung basiert das neue Einsatzmaterial auf einer Folie, die auf vergütetem pyrolytischem Graphit basiert, mit einer Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 1000 W/m·K, einer Abmessung in jeder Dimension (d. h. Breite, Länge, Umfang, usw.) von wenigstens 5 cm und einer Dicke von wenigstens 0,2 mm, wobei die Graphitebenen oder -schichten parallel zueinander verlaufen und eine Ebenheit aufweisen, die ausgedrückt als Abweichungswinkel P weniger als 0,075 Grad pro mm Dicke (in der c-Richtung) beträgt. In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der Abweichungswinkel P weniger als 0,07 Grad pro mm Dicke. In einem dritten Ausführungsbeispiel beträgt der Abweichungswinkel P weniger als 0,05 Grad pro mm Dicke.

Herstellung von auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierenden Einsatzmaterial hoher Qualität.

Pyrolytischer Graphit wird im Allgemeinen hergestellt, indem ein kohlenstoffhaltiges Gases mit geringem Druck über ein Substrat geleitet wird, das auf einer hohen Temperatur gehalten wird, wobei Pyrolyse auftritt und der pyrolytische Graphit auf der exponierten Dornfläche aufgedampft wird.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Verfahren einer chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (CVD = Chemical Vapor Deposition) verwendet, wird ein Kohlenwasserstoffgas, beispielsweise Methan, Erdgas, Azetylen, usw., bei einer Temperatur von etwa 1300–2500 °C und einem Druck von etwa 0,5–500 Millimeter Quecksilbersäule in einen erwärmten Ofen eingeleitet. Das Kohlenwasserstoffgas wird in der Regel an der Oberfläche eines Substrats, das eine geeignete Zusammensetzung aufweist, beispielsweise (natürlicher oder synthetischer) Graphit, thermisch zerlegt und bildet bei Verwendung eines flachen Substrats pyrolytischen Graphit in Form einer Folie oder Platte.

In einem Ausführungsbeispiel des CVD-Verfahrens wird gemeinsam mit dem Kohlenwasserstoffgas in geringer Menge eine flüchtige Metalllegierungsquelle (BCl3, HfCl4, BF3 oder sonstige Halogenide eines der höchstschmelzenden Metalle) in den Ofen eingespeist, um die mechanischen Spannungspegel zu verringern und die Dicke der abgeschiedenen TPG-Schicht auf dem Substrat zu erhöhen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein gegenüber dem Reaktionspartner, dem Pyrolyseprodukt und dem Substrat inertes Verdünnungsgas in die Kohlenwasserstoffzufuhrquelle einbezogen. Das Verdünnungsgas kann gewöhnlich Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon, Wasserstoff, Stickstoff und dergleichen sein. Die Einführung des Verdünnungsgases erleichtert es, die Kohlenstoffabscheidungsrate und dementsprechend die sich ergebende Dicke der pyrolytischen Graphitfolie oder -platte zu steuern.

Die pyrolytische Graphitfolie wird von dem Basissubstrat getrennt und weiter einem thermischen Vergütungsverfahren unterworfen. Allerdings werden während des Abkühlungsvorgangs auf Raumtemperatur thermische Spannungen in das Material eingeführt, die in der pyrolytischen Graphitfolie Wölbungen (Falten) von bis zu 1 mm pro 100 mm Länge der Folie hervorrufen.

In dem Vergütungsschritt wird der pyrolytische Graphit abhängig von der Dicke und der Masse des zu vergütetenden Produkts für etwa 10 bis 30 Minuten auf eine Temperatur von über 2900 °C erwärmt, wodurch ein in hohem Maße ausgerichteter pyrolytischer Graphit ("HOPG = Highly Oriented Pyrolytic Graphite") entsteht, der gelegentlich auch als thermischer pyrolytischer Graphit ("TPG = Thermal Pyrolytic Graphite") bezeichnet wird. In diesem Verfahren finden kristallographische Veränderungen statt, die eine Verbesserung der Ausrichtung der Schichtebenen, eine Verringerung der senkrecht zu den Schichtebenen gemessenen Dicke (Verkürzung in der c-Richtung) und eine Wachsen der Abmessungen von Länge und Breite (Wachsen in der a-Richtung) bewirken. Die neben einer Vergrößerung der Kristallisationsabmessung erzielte verbesserte Ausrichtung bewirkt eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1000 W/m·K in dem Endproduktmaterial.

Die Erfinder entdeckten, dass ein Warmpressen der Schichten in dem Vergütungsarbeitsschritt überraschenderweise den Wölbungszustand "repariert" oder lindert und auf diese Weise die Herstellung von TPG-Einsatzmaterial einer gewünschten "Qualität" ermöglicht, beispielsweise groß bemessene TPG-Folien mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit und ausreichender Parallelität der Graphitschichten, um für den Einsatz in Wärmemanagementanwendungen geeignet zu sein. Das Warmpressen kann mittels aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren und Vorrichtungen, beispielsweise mittels Gesenken, Walzen und dergleichen, durchgeführt werden.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der pyrolytische Graphit innerhalb des oben erwähnten Temperaturbereichs wärmebehandelt und gegen Gesenke warmgepresst, um in dem chemischen Aufdampfverfahren auf den kohlenstoffhaltigen Folien oder Substraten entstandene Unebenheiten oder Falten zu entfernen. Die Gesenke können in Form isotroper Graphitplatten mit einer Abmessung vorliegen, die einer Abmessung der Graphitfolie völlig oder teilweise entsprechen, beispielsweise wenigstens 75 % der Fläche der Graphitfolie abdecken. In einem Ausführungsbeispiel dieses Verarbeitungsschritts werden die PG-Folien oder -platten mit den flachen Graphitplatten abwechselnd gestapelt, und auf der Oberseite des Stapels wird ein Gewicht eines Graphitblocks angeordnet, um eine gleichmäßige Gewichtsverteilung auf den Graphitplatten zu erreichen.

In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zum Herstellen der pyrolytischen Graphitfolien oder -platten das Kohlenstoffeinsatzmaterial in Form eines kohlenstoffreichen Polymers (anstelle eines Kohlenwasserstoffgases) verwendet. In einem Beispiel dieses Arbeitsschrittes werden Folien (oder Filme) von kohlenstoffreichen Polymeren übereinander gestapelt und bei ausreichend hoher Temperatur und für eine ausreichende Zeitspanne in einer Richtung senkrecht zu der Folie warmgepresst, so dass das Polymermaterial karbonisiert und graphitisch wird. In einem Beispiel wird ein Stapel von Polyimidfilmen (beispielsweise Kapton® von E. I. duPont aus Nemours und Upilex® von Uniglobe-Kisco, Inc.) mit einer Abmessung von wenigstens 5 mm in einer Dimension und einer Dicke von < 50 &mgr;m auf eine Temperatur von etwa 2820 bis 3000 °C erwärmt, um eine vollständige Graphitisation der Filme zu erreichen, wobei eine vergütete pyrolytische Graphitfolie mit zueinander parallelen Graphitebenen entsteht, z.B. mit einer Ebenheit oder Abweichungswinkel von kleiner gleich etwa 0,075 Grad pro mm Dicke.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und wie in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 432944 A1 erläutert, wird der entstandene graphitierte pyrolytische Graphit oder die TPG-Folie anschließend mit einem Interkalationsagens behandelt, wodurch die Exfoliation oder Trennung der auf graphitiertem pyrolytischem Graphit basierenden Schichten in der c-Richtung erleichtert wird. Nach der Interkalation, d. h. nach der Behandlung mit dem Interkalationsagens, kann überschüssiges Interkalationsagens von dem behandelten pyrolytischen Graphit abgewaschen oder entfernt werden.

Zu Beispielen von Interkalationsagentien gehören organische und anorganische Säuren, beispielsweise Salpetersäure, Schwefelsäure, Perhalosäure und Mischungen davon, 7,7,8-8-Tetracyanoquinomethan (TCNQ), Tetracyanoethylen (TONE), 1,2,4,5-Tetracyanobenzen (TCBN) und dergleichen; Brom und Eisenchlorid; Salpetersäure und Chlorat von Pottasche.

Anwendungen des TPG-Einsatzmaterials der Erfindung:

In einem Beispiel der Erfindung ist das aus dem Warmpress-/Vergütungsvorgang hervorgegangene Endprodukt ein Massen-TPG-Einsatzmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 1000 W/m·K, einer Abmessung von wenigstens 5 cm in einer (anderen als der Dicke verlaufenden) Dimension, z.B. eine 5 cm breite, 10 cm lange und 0,8 cm dicke, auf mehreren (schiefer- oder glimmerartigen) Schichten aus Graphit basierende Folie, die geringe oder überhaupt keine Wölbung (Unebenheiten in der Oberfläche der Schichten) aufweist, wobei die Schichten zueinander parallel verlaufen und mit einem Ebenheits- oder Abweichungswinkel von weniger als etwa 0,075 Grad pro mm Dicke definiert sind.

In dem obigen Beispiel können die Graphitschichten des Massen-TPG-Einsatzmaterials anschließend in Schichten gewünschter Dicke, z.B. für eine Anwendung als Wärmeausbreitungseinrichtung, in 8 Schichten von 0,1 cm Dicke, aufgespaltet und spanabhebend zu einzelnen Kacheln verarbeitet werden. Das mit 5 × 10 × 0,8 cm bemessene Massen-TPG-Einsatzmaterial der Erfindung kann in einem Arbeitsgang zu 64 quadratischen Kacheln der Seitenlänge 2,4 cm mit einer Dicke von 0,1 cm verarbeitet werden.

In einem vergleichbaren Beispiel wird eine TPG-Folie aus dem Stand der Technik verwendet, um TPG-Kacheln als Einsatzmaterial mit denselben Abmessungen herzustellen. Das Massen-Einsatzmaterial ist eine typische handelsübliche Folie mit einer Krümmung von 0,1 mm in den Schichtebenen über eine Dicke von 0,8 cm. Die Folie wird ebenso wie in dem oben erwähnten Beispiel aufgespalten, um Endproduktkacheln mit einer Dicke von 0,1 cm herzustellen. Um eine flache Kachel herzustellen muss jeder gespaltene Abschnitt allerdings 0,1 mm Überstandmaterial pro Seite aufweisen, um eine spanabhebende Bearbeitung zu ermöglichen, d. h. jeder aufgespaltete Abschnitt muss 1,2 mm dick sein, so dass sich aus dem herkömmlichen TPG-Einsatzmaterial folglich lediglich 6 Bindeschichten mit einer flachen Dicke von 0,1 cm herstellen lassen. Bei dem Verfahren ergibt sich ein Minimum von 25 % Materialabfall (6 Teile gegenüber 8 Teilen mittels des TPG-Einsatzmaterials der vorliegenden Erfindung) sowie ein in dem spanabhebenden Bearbeitungsverfahren zu berücksichtigender Zeitverlust, um flache Kacheln einer Dicke von 0,1 cm zu erhalten.

BEISPIELE.

Im Vorliegenden sind Beispiele zur Veranschaulichung der Erfindung unterbreitet, jedoch sollen diese nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken.

In den Beispielen werden durch ein CVD-Verfahren hergestellte TPG-Folien thermisch bei einer Temperatur von etwa 2900 °C–3200 °C für etwa 10 Minuten bis zu 2 Stunden vergütet, wobei die Folien mittels isotroper Graphitplatten warmgepresst werden, während sie thermisch vergütet werden, um die Massen-TPG-Folie der folgenden Beispiele zu ergeben.

Beispiel 1.

In diesem Beispiel wird die Dicke und Abweichung der Dicke in Abständen von etwa 76 mm über die Länge der 356 mm langen TPG-Platte gemessen. Der Abweichungswinkel wird anhand einer Formel berechnet. Der P-Wert, für den sich ein Wert von kleiner 0,075 Grad pro mm Dicke herausstellte, ergibt sich mit den Ergebnissen wie folgt

Beispiel 2.

In dem zweiten Beispiel wird die Dicke und Abweichung der Dicke jeweils in Abständen von etwa 76 mm über die Länge einer 380 mm langen TPG-Platte gemessen. Der Abweichungswinkel wird anhand einer Formel berechnet. Für den P-Wert ergibt sich ebenfalls ein Wert von weniger als 0,075 Grad pro mm Dicke:

Beispiel 3.

In dem dritten Beispiel wird die Dicke und Abweichung der Dicke in Abständen von etwa 76 mm über die Länge einer 260 mm langen TPG-Platte gemessen. Der Abweichungswinkel wird anhand einer Formel berechnet. Auch hier wurde ein P-Wert kleiner 0,075 Grad pro mm Dicke gefunden:

Während die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass vielfältige Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch äquivalente Ausführungen substituiert werden können, ohne dass der Schutzumfang der Erfindung berührt ist. Die Erfindung soll nicht auf das als die beste Ausprägung zum Ausführen dieser Erfindung angesehene offenbarte spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt sein, vielmehr soll die Erfindung sämtliche Ausführungsbeispiele einbeziehen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Die Erfindung betrifft ein in der Herstellung von Wärmeausbreitungseinrichtungen verwendbares Einsatzmaterial, das eine auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierende Folie mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 1000 W/m·K, einer Dicke von wenigstens 0,2 mm und einer Abmessung in jeder der übrigen Dimensionen von mindestens 5 cm beinhaltet. In einem Ausführungsbeispiel wird das Einsatzmaterial hergestellt, indem ein Stapel von abwechselnden Schichten, die auf pyrolytischem Graphitfolien basieren, mit flachen Graphitgesenken warmgepresst werden, um eine auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierende Endproduktfolie zu erhalten, die eine Vielzahl von Schichten aufweist, die mit wenigstens 0,075 Grad pro mm Dicke parallel zueinander verlaufen. In noch einem Ausführungsbeispiel wird die auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierende Endproduktfolie hergestellt, indem ein Stapel von Filmen graphitiert wird, die ein kohlenstoffreiches Polymer enthalten.

Sämtliche zitierten Schriftstücke, auf die hier Bezug genommen ist, sind durch Bezugnahme ausdrücklich mit aufgenommen.

Zusammenfassung:

Die Erfindung betrifft ein in der Herstellung von Wärmeausbreitungseinrichtungen verwendbares Einsatzmaterial, das eine auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierende Folie mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 1000 W/m·K, einer Dicke von wenigstens 0,2 mm und einer Abmessung in jeder der übrigen Dimensionen von mindestens 5 cm beinhaltet. In einem Ausführungsbeispiel wird das Einsatzmaterial hergestellt, indem ein Stapel von abwechselnden Schichten, die auf pyrolytischem Graphitfolien basieren, mit flachen Graphitgesenken warmgepresst werden, um eine auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierende Endproduktfolie zu erhalten, die eine Vielzahl von Schichten aufweist, die mit wenigstens 0,075 Grad pro mm Dicke parallel zueinander verlaufen. In noch einem Ausführungsbeispiel wird die auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierende Endproduktfolie hergestellt, indem ein Stapel von Filmen graphitiert wird, die ein kohlenstoffreiches Polymer enthalten.


Anspruch[de]
  1. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial, das auf einer Platte aus vergütetem pyrolytischem Graphit basiert, die eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1000 W/m·K, eine Dicke von wenigstens 0,2 mm aufweist und in mindestens einer der übrigen Dimensionen größer gleich 5 cm ist, wobei die Platte auf einer Anzahl flacher Graphitfolien basiert, die parallel zueinander verlaufen und eine Ebenheit kleiner 0,075 Grad pro mm Dicke aufweisen.
  2. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach Anspruch 1 mit Längen- bzw. Breitenabmessungen von wenigstens 5 cm.
  3. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–2 mit einer Dicke von wenigstens 0,5 mm.
  4. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–3 in Form einer graphitierten auf Polyimid basierenden Platte.
  5. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem die graphitierte auf Polyimid basierende Platte auf mehreren Polyimidfilmen basiert, die eine Dicke von weniger als 50 &mgr;m aufweisen und bei einer Temperatur von wenigstens etwa 2800 °C graphitiert sind.
  6. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–5, in Form einer auf pyrolytischem Graphit basierenden warmgepressten Platte.
  7. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem die auf pyrolytischem Graphit basierende Platte durch Erhitzen eines Stapels von Schichten von Platten und pyrolytischen Graphitfolien bei ausreichender Temperatur und ausreichendem Druck für eine ausreichende Zeitspanne warm gepresst wird, um das pyrolytische Graphit in einen in hohem Maße ausgerichteten pyrolytischen Graphit umzuwandeln.
  8. Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–7, bei dem die auf pyrolytischem Graphit basierende Platte durch mehrere Graphitplatten warm gepresst ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierenden Einsatzmaterials, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören:

    Erhitzen einer oder mehrerer auf pyrolytischem Graphit basierender Folien, die in wenigstens einer von einer Dicke unterschiedlichen Dimension mindestens 5 cm aufweisen;

    Erhitzen und Pressen der einen oder mehreren auf pyrolytischem Graphit basierenden Folien, die bei einer Temperatur von wenigstens 2900 °C auf einer Fläche einer oder mehrerer Platten übereinander angeordnet werden,

    wodurch eine oder mehrere auf pyrolytischem Graphit basierende Folien gebildet werden, die mehrere Graphitebenen aufweisen, die innerhalb wenigstens 0,075 Grad pro mm Dicke parallel zueinander verlaufen, mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer 1000 W/m·K, einer Dicke von wenigstens 0,2 mm und einer Abmessung von mindestens 5 cm in jeder der übrigen Dimension.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die eine oder mehreren Platten auf Graphit basieren.
  11. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9–10, bei dem die eine oder mehreren Platten Gesenke sind.
  12. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9–11, bei dem eine oder mehrere auf pyrolytischem Graphit basierende Folien auf einer Fläche einer oder mehrerer Platten übereinander angeordnet werden.
  13. Verfahren zum Bilden thermischer pyrolytischer Graphitkacheln, die zur Herstellung von Wärmemangagementeinrichtungen dienen, wobei das Verfahren beinhaltet:

    Aufspalten einer auf pyrolytischem Graphit basierenden Platte in einzelne Schichten von pyrolytischem Graphit, wobei die Platte eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1000 W/m·K, eine Dicke von wenigstens 0,2 mm und eine Abmessung in jeder der übrigen Dimensionen von mindestens 5 cm aufweist;

    spanabhebende Bearbeitung der auf pyrolytischem Graphit basierenden Schichten zu Kacheln mit ausreichenden Abmessungen, um in Wärmemangagementeinrichtungen verwendet zu werden;

    wobei die auf pyrolytischem Graphit basierende Platte mehrere Graphitebenen aufweist, die innerhalb von wenigstens 0,075 Grad pro mm Dicke parallel zueinander verlaufen.
  14. Industrieartikel, der auf den thermischen pyrolytischen Graphitkacheln basiert, die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 9–13 hergestellt wurden.
  15. Industrieartikel, der auf dem vergüteten pyrolytischen Graphit basiert, das durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 9–13 hergestellt wurde.
  16. Industrieartikel, der auf dem auf pyrolytischem Graphit basierenden Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–8 basiert.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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