用于散熱的設(shè)備和系統(tǒng)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于散熱的設(shè)備和系統(tǒng)及其制造方法，更具體地說(shuō)，涉及由平面導(dǎo)熱材料制成的散熱設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]各種設(shè)備(例如電子組件和單個(gè)部件)的小型化、增加的復(fù)雜性和/或增強(qiáng)的功能能力經(jīng)常導(dǎo)致更多的熱產(chǎn)生，這些熱必須散發(fā)出去以維持性能，避免損壞。傳統(tǒng)的散熱方法可能無(wú)法滿足冷卻要求和有關(guān)物理尺寸、重量、能耗、成本或其它參數(shù)的設(shè)計(jì)限制。因此，持續(xù)地存在對(duì)于用于從多種熱源散熱的有效裝置的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]簡(jiǎn)要和概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于散熱的設(shè)備和系統(tǒng)及其制造方法。
[0004]在本發(fā)明的一些方面中，設(shè)備包括板材，所述板材包括平的第一部分和一體地形成在第一部分上的彎曲的第二部分，其中，所述第一部分和第二部分各具有基本上由熱解石墨構(gòu)成的芯基材，位于所述第一部分和第二部分的中心區(qū)域處的熱解石墨的a-b平面順應(yīng)所述第一部分和第二部分的表面輪廓。
[0005]下述特征中的任意一個(gè)或者兩個(gè)或更多個(gè)的組合可以附加于上述方面以形成本發(fā)明的附加方面。
[0006]所述第二部分的中心區(qū)域處的a-b平面具有至少15°的彎曲角度。
[0007]所述板材還包括一體地形成在所述第二部分上的平的第三部分，所述第三部分基本上由熱解石墨構(gòu)成，在所述第一部分和第三部分之間延伸的熱解石墨的中心a-b平面彎曲至少15°。
[0008]所述板材還包括一體地形成在所述第三部分上的彎曲的第四部分，所述第四部分基本上由熱解石墨構(gòu)成，所述第四部分的中心區(qū)域處的a-b平面具有至少15°的彎曲角度。
[0009]所述設(shè)備還包括設(shè)置在所述板材的一個(gè)或更多個(gè)部分上方的蓋。
[0010]所述蓋包括兩個(gè)相對(duì)層，所述板材的任意一個(gè)或更多個(gè)部分設(shè)置在所述兩個(gè)相對(duì)層之間。
[0011 ]所述板材的所有部分被密封在所述蓋內(nèi)。
[0012]所述蓋包括金屬箔。
[0013]所述蓋包括聚合物層，所述聚合物層相對(duì)于該聚合物層下方的襯底材料具有更大的介電電阻。
[0014]所述蓋包括金屬網(wǎng)，所述金屬網(wǎng)構(gòu)成為容納所述板材與將被熱耦合到所述板材的熱源之間的熱膨脹差異。
[0015]在本發(fā)明的一些方面中，一種系統(tǒng)包括根據(jù)上述方面中的任意一個(gè)所述的設(shè)備和熱耦合到所述設(shè)備的熱源。
[0016]在本發(fā)明的一些方面中，一種方法包括將熱解石墨的板材彎曲以形成彎曲部分，其中，位于所述彎曲部分的中心區(qū)域處的熱解石墨的a-b平面順應(yīng)所述彎曲部分的彎曲的表面輪廓。
[0017]下述特征中的任意一個(gè)或者兩個(gè)或更多個(gè)的組合可以附加于上述方面以形成本發(fā)明的附加方面。
[0018]所述彎曲步驟包括將中心a-b平面彎曲至少15°。
[0019]在所述彎曲步驟之后，所述板材的兩個(gè)部分是平的，并且所述彎曲部分設(shè)置在該兩個(gè)部分之間。
[0020]所述兩個(gè)平的部分彼此偏離且彼此平行。
[0021]所述兩個(gè)平的部分的中心區(qū)域處的a-b平面是平的，所述彎曲部分的中心區(qū)域處的a-b平面是彎曲的。
[0022]所述彎曲步驟包括輥乳成形和壓制成形中的一者或兩者。
[0023]所述方法還包括在所述板材的所述彎曲部分或另一部分上方施加蓋。
[0024]所述蓋包括金屬層部分、聚合物層部分和網(wǎng)部分當(dāng)中的任意一個(gè)或更多個(gè)。
[0025]在所述彎曲步驟中，施加所述蓋的至少一個(gè)部分。
[0026]從下述應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖解讀的具體描述中，將會(huì)更容易理解本發(fā)明的特征與優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是表示出平面導(dǎo)熱材料的平板材的立體圖。
[0028]圖2A和2B是表示出由平面導(dǎo)熱材料的彎曲板材構(gòu)成的散熱設(shè)備的立體圖和截面圖。
[0029]圖3A和3B是表示出用于制造具有彎曲部分的散熱設(shè)備的輥的立體圖和截面圖。
[0030 ]圖3C是表示出進(jìn)給到圖3A和3B的輥中以形成圖2A和2B的散熱設(shè)備的圖1的平板的立體圖。
[0031]圖4A和4B是表示出用于制造具有彎曲部分的散熱設(shè)備的平板的立體圖和截面圖。
[0032]圖5A和5B是表示出具有多個(gè)平的部分和多個(gè)彎曲部分的散熱設(shè)備的立體圖和截面圖，其中所有部分均具有基本上由平面導(dǎo)熱材料構(gòu)成的芯基材，所述芯基材具有由多種部件占據(jù)的空腔。
[0033]圖6是散熱設(shè)備的一部分的截面圖，表示出在基本上由平面導(dǎo)熱材料構(gòu)成的芯基材上方施加的蓋的兩層。
[0034]所有附圖都是示意性的圖示，其中描繪的結(jié)構(gòu)并非必須成比例。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并非局限于所示出的精確的設(shè)置和手段，而是僅由權(quán)利要求的范圍來(lái)限定。
【具體實(shí)施方式】
[0035]當(dāng)用于描述兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系時(shí)，如此處所使用的短語(yǔ)“一體地形成于...之上”是指兩個(gè)結(jié)構(gòu)具有一體式的結(jié)構(gòu)，不存在將兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全分開(kāi)的接縫或接點(diǎn)，其不同于兩個(gè)結(jié)構(gòu)原來(lái)分開(kāi)而后續(xù)聯(lián)結(jié)到一起的類型的結(jié)構(gòu)。
[0036]如此處所使用的短語(yǔ)“基本上由...構(gòu)成”將由該短語(yǔ)修飾的結(jié)構(gòu)限定為特定材料和沒(méi)有物理地影響由特定材料提供給該結(jié)構(gòu)的基本特征的其它材料。
[0037]如此處所使用的短語(yǔ)“熱耦合”是指從第一結(jié)構(gòu)到第二結(jié)構(gòu)的物理熱傳導(dǎo)路徑。第一和第二結(jié)構(gòu)可以直接彼此接觸。第一和第二結(jié)構(gòu)可以通過(guò)在第一和第二結(jié)構(gòu)之間提供物理熱橋的介入結(jié)構(gòu)而可選地彼此分離。
[0038]如此處所使用的“平面導(dǎo)熱材料”是在位于特定平面上或平行于該平面的方向上，與沒(méi)有位于該平面上并且不平行于該平面的方向上相比，具有更大的熱導(dǎo)率。
[0039]以下更具體地參照用于圖示本發(fā)明的實(shí)施例的示例性附圖，其中，類似的附圖標(biāo)記指示幾個(gè)視圖當(dāng)中對(duì)應(yīng)的或者類似的元件，在圖1中表示出平面導(dǎo)熱材料的平板材10，所述材料在特定方向上具有增強(qiáng)的熱導(dǎo)率，所述方向取決于原子和原子鍵在材料的微觀區(qū)域中的排列。根據(jù)要從板材10制造的散熱設(shè)備的預(yù)期用途，來(lái)選擇平板材10具有更大的熱導(dǎo)率的方向。
[0040]在圖1中，相互正交的軸線指示相對(duì)于板材10的X方向、y方向和z方向。X方向與y方向共面并且垂直于y方向。z方向垂直于X和y方向a方向和y方向定義了χ-y平面，x方向和z方向定義了 x-z平面，y方向和z方向定義了 y-z平面。
[0041]板材10基本上由具有原子結(jié)構(gòu)的平面導(dǎo)熱材料構(gòu)成，在該原子結(jié)構(gòu)中，原子在基本上相互平行的多個(gè)堆疊平面(稱為“a-b平面”)中有序地排列。在垂直于a-b平面的方向(稱為“c方向”)上，原子不規(guī)則排列或者不那么有序地排列。
[0042]參照?qǐng)D1，板材10是平的，板材10的平面導(dǎo)熱材料的a-b平面平行于x-y平面。平面導(dǎo)熱材料的c方向平行于z方向。a-b平面的邊緣12以相平行的直線繪出，指示a-b平面的朝向。應(yīng)當(dāng)理解，a-b平面是微觀的。
[0043]合適的平面導(dǎo)熱材料的例子是熱解石墨，該熱解石墨在取決于有序碳原子的平面層的朝向的特定方向上為板材10提供加強(qiáng)的熱導(dǎo)率。熱解石墨的碳原子在平面(稱為a-b平面)上呈六邊形排列，從而便于a-b平面上的方向上的熱傳遞和更大的熱導(dǎo)率。碳原子在不位于a-b平面上的方向上具有不規(guī)則的或者不那么有序的排列，這導(dǎo)致這些方向上的熱傳遞減弱和熱導(dǎo)率降低。熱解石墨在a-b平面上的方向上的熱導(dǎo)率可以是銅和天然石墨的熱導(dǎo)率的4倍以上，并且是氧化鈹?shù)臒釋?dǎo)率的5倍以上。用于這里說(shuō)明的任意實(shí)施例中的熱解石墨的熱導(dǎo)率在a-b平面上的方向上可以是304W/m-K到1700W/m_K的范圍，在垂直于a_b平面的方向(稱為c方向)上可以是1.7W/m-K到7W/m-K的范圍。熱導(dǎo)率的值是在20 °C -25 °C的標(biāo)準(zhǔn)室溫下的值。具有這些特性的熱解石墨可以從美國(guó)賓夕法尼亞州伊斯頓的PyrogenicsGroup of Minteq Internat1nal Inc.公司獲得。
[0044]平面導(dǎo)熱材料的組成純度會(huì)影響熱導(dǎo)率。在一些實(shí)施例中，板材10構(gòu)成為在對(duì)應(yīng)于熱解石墨的a-b平面的第一方向上的熱導(dǎo)率是在對(duì)應(yīng)于c方向的第二方向上的熱導(dǎo)率的至少100倍或至少200倍。
[0045]用于散熱的設(shè)備可以從圖1所示的