DE112004001018B4

DE112004001018B4 - Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial, Verfahren zur Herstellung desselben, Verfahren zum Bilden thermischer pyrolytischer Graphitkacheln, sowie Industrieartikel

Info

Publication number: DE112004001018B4
Application number: DE112004001018.7T
Authority: DE
Inventors: Haluk Sayir; John Thomas Mariner
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: DE112004001018T5; US20050064230A1; US7220485B2; WO2005029931A1

Abstract

Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial, das eine Platte aus vergütetem pyrolytischem Graphit umfasst, die eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1000 W/(m·K), eine Dicke (T) von wenigstens 0,2 mm aufweist und in mindestens einer der übrigen Dimensionen größer gleich 5 cm ist, wobei die Platte eine Anzahl flacher Graphitfolien umfasst, die parallel zueinander verlaufen und eine Ebenheit, ausgedrückt als Abweichung von der Parallelität (P) kleiner 0,075 Grad pro mm Dicke aufweisen.

Description

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 Wärmeabführanordnungen 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.
Zum Beispiel beschreibt die Auslegeschrift DE 1 253 130 ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, Platten, Bändern, Folien, Streifen, Fäden u. dgl. durch Zusammenpressen von Graphitteilchen, daß man als Ausgangsmaterial einen Graphit verwendet, der in der Richtung seiner c-Achse auf wenigstens das 80fache, vorzugsweise auf wenigstens das 200fache seiner ursprünglichen Dicke expandiert worden war und daß man diese Teilchen ohne ein zusätzliches Bindemittel bis zu einer Dichte von mindestens 0,08 g/cm³ zusammenpreßt. US 6,131,651 beschreibt eine dünne flexible Wärmeübertragungsvorrichtung von unbestimmter Länge zum Übertragen von Wärme von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke, welche in einem wesentlichen Abstand voneinander angeordnet sein können, umfassend: eine dünne Schicht aus einem nicht-strukturellen, hohen Wärmeleitfähigen Kernmaterial, bestehend aus pyrolytischem Graphit oder hoch geordnetem pyrolytischem Graphit mit einer Wärmeleitfähigkeit auf gleicher Ebene größer als 200 W/mK und einer Dicke von zwischen 2 μm und 2 mm; ein Paar flexibler Außenbleche, die jeweils aus einer metallischen Zusammensetzung bestehen und eine maximalen Dicke von weniger als 635 µm aufweisen, die an gegenüberliegende Oberflächen des Kernmaterials angeordnet sind um im Querschnitt mit dem Blech des Kernmaterials eine Sandwich-Konstruktion zu bilden, der eine Breite kleiner als die Breite der Außenbleche aufweist, so dass die Außenbleche die Breite des Kernmaterials überdecken und mindestens um den Umfang der Vorrichtung herum miteinander verbunden sind um das Kernmaterial darin einzuschließen und zu versiegeln. US 5,065,493 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines kugelförmigen Dichtkörpers für Gelenke von Abgasrohren. Auslegeschrift DE 1 286 952 beschreibt die Verwendung eines ganz aus Graphit bestehenden Schichtstoffes, der durch Überziehen von Bahnen aus Graphitgewebe mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel, Übereinanderstapeln der so behandelten Bahnen, Erwärmen des Stapels unter Druck zur Aushärtung des Bindemittels und Erhitzen in einer nichtoxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur bis 2900°C zur Überführung des verkohlten Bindemittels in Graphit hergestellt ist, als flexibler Werkstoff für Gegenstände hoher mechanischer Festigkeit und Hitzebeständigkeit.
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 auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial eine Platte aus vergütetem pyrolytischem Graphit umfasst, 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 eine Anzahl flacher Graphitfolien umfasst, die parallel zueinander verlaufen und eine Ebenheit, ausgedrückt als Abweichung von der Parallelität kleiner 0,075 Grad pro mm Dicke aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner ein 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 Dimensionen.
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 Wärmemqanagement/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: P = 1 / Ttan^–1( δT / L), wobei δT 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 μm 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 (TCNE), 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:

Abstand mm L 25,4 101,6 177,8 254 356

Dickenschwankungsbreite mm dT 0,05 0,127 0,228 0,279 0,355

Dicke mm T 15,21 15,26 15,26 15,29 15,39

Grad/mm Dicke P 0,007 0,005 0,005 0,004 0,004
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:

Abstand mm L 25,4 101,6 177,6 254 356

Dickenschwankungsbreite mm dT 0,152 0,127 0,279 0,533 1,066

Dicke mm T 10,71 10,74 10,76 10,81 11,02

Grad/mm Dicke P 0,032 0,007 0,008 0,011 0,016
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 Gradpro mm Dicke gefunden:

Abstand mm L 25,4 101,6 177,6 254

Dickenschwankungsbreite mm dT 0,177 0,12 0,076 0,279

Dicke mm T 13,46 13,58 13,66 13,7

Grad/mm Dicke P 0,007 0,003 0,001 0,005
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.

Claims

Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial, das eine Platte aus vergütetem pyrolytischem Graphit umfasst, die eine Wärmeleitfähigkeit von größer als 1000 W/(m·K), eine Dicke (T) von wenigstens 0,2 mm aufweist und in mindestens einer der übrigen Dimensionen größer gleich 5 cm ist, wobei die Platte eine Anzahl flacher Graphitfolien umfasst, die parallel zueinander verlaufen und eine Ebenheit, ausgedrückt als Abweichung von der Parallelität (P) kleiner 0,075 Grad pro mm Dicke aufweisen.
Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach Anspruch 1 mit Längen-(L) und Breitenabmessungen von wenigstens 5 cm.
Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–2 mit einer Dicke (T) von wenigstens 0,5 mm.
Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–3 in Form einer graphitierten auf Polyimid basierenden Platte.
Auf vergütetem pyrolytischem Graphit basierendes Einsatzmaterial nach Anspruch 4, wobei die graphitierte auf Polyimid basierende Platte mehrere Polyimidfilme umfasst, die eine Dicke von weniger als 50 μm aufweisen und bei einer Temperatur von wenigstens etwa 2800°C graphitiert sind.
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 (T) 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 (T) von wenigstens 0,2 mm und einer Abmessung von mindestens 5 cm in jeder der übrigen Dimensionen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die eine oder mehreren Platten auf Graphit basieren.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 6–7, bei dem die eine oder mehreren Platten Gesenke sind.
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 (T) 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 Wärmemanagementeinrichtungen 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.
Industrieartikel, der die thermischen pyrolytischen Graphitkacheln umfasst, die durch das Verfahren nach Anspruch 9 hergestellt wurden.
Industrieartikel, der das auf pyrolytischem Graphit basierende Einsatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–5 umfasst.