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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Das Gebiet der Erfindung ist die Datenverarbeitung oder insbesondere Verfahren und ein System für Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Die Entwicklung des EDVAC-Computersystems von 1948 wird oft als der Beginn des Computerzeitalters angeführt. Seit dieser Zeit haben sich Computersysteme zu äußerst komplizierten Einheiten entwickelt. Die heutigen Computer sind viel komplexer als frühe Systeme wie der EDVAC. Computersysteme umfassen typischerweise eine Kombination von Hardware- und Software-Komponenten, Anwendungsprogrammen, Betriebssystemen, Prozessoren, Bussen, Speichern, Eingabe/Ausgabe-Einheiten usw. Da Fortschritte in der Halbleiterverarbeitung und der Computerarchitektur die Leistungsfähigkeit des Computers stärker und stärker werden lassen, ist eine komplexere Computer-Software entstanden, um die stärkere Leistungsfähigkeit der Hardware zu nutzen, was heute zu Computersystemen führt, die viel stärker sind als nur wenige Jahre zuvor.
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Diese Fortschritte der Computersysteme haben zu einem Bedarf für ein effizienteres Wärmemanagement innerhalb solcher komplexen Systeme geführt. Um die beste Leistungsfähigkeit von bestimmten Komponenten zu erhalten, insbesondere von Zentralprozessor- und Graphikprozessoreinheiten, muss Wärme aus diesen Komponenten und in der Nähe liegenden Bereichen schnell und effizient abgeführt werden. Oft sind solche Komponenten jedoch in der Nähe von anderen Komponenten angeordnet, welche im Vergleich weniger Wärme erzeugen und für welche ebenfalls eine schnelle und effiziente Wärmeabführung erforderlich ist. Was die Sache noch komplizierter macht, ist, dass unterschiedliche Komponenten unterschiedliche Belastungsvorgaben aufweisen können, um geeignete Temperaturen aufrechtzuerhalten.
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KURZDARSTELLUNG
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Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum können umfassen: ein Blatt eines thermischen Grenzflächenmaterials (Thermal Interface Material, TIM), umfassend: einen unteren Abschnitt entlang einer unteren Ebene; einen ersten Seitenabschnitt entlang einer ersten Seitenebene; einen ersten oberen Abschnitt entlang einer oberen Ebene; eine erste Falte zwischen dem unteren Abschnitt und dem ersten Seitenabschnitt, wodurch der erste Seitenabschnitt im Wesentlichen senkrecht zu dem unteren Abschnitt angeordnet wird; und eine zweite Falte zwischen dem ersten Seitenabschnitt und dem ersten oberen Abschnitt, wodurch der erste obere Abschnitt im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Seitenabschnitt und im Wesentlichen parallel zu dem unteren Abschnitt angeordnet wird.
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Vorteile, die solche Ausführungsformen für Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum bieten, umfassen Bereitstellen einer thermischen Verbindung zwischen einem Wärmetauscher und/oder einer Wärmeverteilerplatte und Komponenten auf verschiedenen Höhen relativ zu einer Leiterplatte. Vorteile umfassen ferner Bereitstellen einer thermischen Verbindung zwischen Komponenten mit unterschiedlichen Belastungsvorgaben. Die dreidimensionale Form des TIM-Blatts ermöglicht eine genaue Anordnung des TIM und ein Beibehalten dieser während der Herstellung. Die größere Oberfläche sorgt für eine kontinuierliche Wärmeübertragung und Wärmeverteilung. Das dreidimensionale TIM-Blatt ist stark komprimierbar, stark leitfähig bei niedrigeren Belastungen und sorgt für einen Bereich von Lückenfüllfähigkeiten für kleine Lücken. Schließlich ist das TIM-Blatt einfach zusammenzubauen, einfach umzuarbeiten und einfach zu ersetzen. Diese Vorteile werden unter Verwendung eines einzigen TIM-Blatts erreicht, das so gefaltet wird, dass eine thermische Verbindung zwischen mindestens zwei Ebenen innerhalb eines Systems bereitgestellt wird.
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In einer optionalen Ausführungsform kann das TIM-Blatt ferner einen zweiten Seitenabschnitt entlang einer zweiten Seitenebene; einen zweiten oberen Abschnitt entlang der oberen Ebene; eine dritte Falte zwischen dem unteren Abschnitt und dem zweiten Seitenabschnitt, wodurch der zweite Seitenabschnitt im Wesentlichen senkrecht zu dem unteren Abschnitt angeordnet wird; und eine vierte Falte zwischen dem zweiten Seitenabschnitt und dem zweiten oberen Abschnitt umfassen, wodurch der zweite obere Abschnitt im Wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Seitenabschnitt und im Wesentlichen parallel zu dem unteren Abschnitt angeordnet wird. Dies bietet den Vorteil eines zusätzlichen Abschnitts des TIM-Blatts, der die thermische Verbindung auf eine andere Sektion der oberen Ebene ausdehnt.
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In einer optionalen Ausführungsform können Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum ferner ein Lückenfüllerpolster in thermischem Kontakt mit dem ersten oberen Abschnitt umfassen. Dies bietet den Vorteil, dass ein zuverlässiger thermischer Kontakt mit Elementen über und unter dem oberen Abschnitt des TIM-Blatts sichergestellt wird, z.B. mit einer Wärmeverteilerplatte und einem Wärmetauscher.
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In einer optionalen Ausführungsform kann der obere Abschnitt des TIM-Blatts zusätzliche sich abwechselnde Falten umfassen, wodurch benachbarte Schichten des TIM-Blatts erzeugt werden, oder ein oberer Abschnitt, der aufgewickelt ist. Dies bietet den Vorteil einer zusätzlichen Lückenfüllung für verschiedene Arten von Lücken, während eine thermische Verbindung mit dem TIM-Blatt beibehalten wird.
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Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum können ein System umfassen, welches umfasst: eine Leiterplatte, aufweisend eine erste Komponente, die eine erste Belastungsvorgabe aufweist, und eine zweite Komponente, die eine zweite Belastungsvorgabe aufweist; einen Wärmetauscher; und eine Wärmeverteilerplatte in thermischem Kontakt mit der ersten Komponente, wobei die Wärmeverteilerplatte eine Aussparung aufweist, durch welche die zweite Komponente freigelegt wird; und ein Blatt eines thermischen Grenzflächenmaterials (TIM), aufweisend: einen unteren Abschnitt, welcher zwischen der zweiten ersten Komponente und dem Wärmetauscher angeordnet ist und damit in thermischem Kontakt steht; einen ersten oberen Abschnitt, welcher zwischen der Wärmeverteilerplatte und dem Wärmetauscher und der zweiten Komponente angeordnet ist und damit in thermischem Kontakt steht; und einen ersten Seitenabschnitt, welcher den unteren Abschnitt mit dem ersten oberen Abschnitt verbindet.
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Vorteile, die solche Ausführungsformen für Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum bieten, umfassen das Bereitstellen einer thermischen Verbindung zwischen einem Wärmetauscher und Komponenten auf verschiedenen Höhen relativ zu einer Leiterplatte. Die Vorteile umfassen ferner das Bereitstellen einer thermischen Verbindung zwischen Komponenten mit unterschiedlichen Belastungsvorgaben. Diese Vorteile werden durch Verwenden eines einzigen TIM-Blatts erreicht, das so gefaltet wird, dass eine thermische Verbindung zwischen einer Leiterplattenkomponente, einer Wärmeverteilerplatte und einem Wärmetauscher auf verschiedenen Ebenen innerhalb eines Systems bereitgestellt wird.
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In einer optionalen Ausführungsform umfasst das System eine Wärmeverteilerplatte, die zwischen der zweiten Komponente und dem ersten oberen Abschnitt angeordnet ist und damit in thermischem Kontakt steht, wobei die Wärmeverteilerplatte eine Aussparung aufweist, welche die erste Komponente frei legt, und wobei der erste Seitenabschnitt den unteren Abschnitt durch die Aussparung in der Wärmeverteilerplatte hindurch mit dem ersten oberen Abschnitt verbindet. Dies bietet den Vorteil, dass zwischen der zweiten Komponente und dem TIM-Blatt ein Wärmeverteilungsmittel bereitgestellt wird.
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In einer optionalen Ausführungsform weist das TIM-Blatt ferner ein Lückenfüllerpolster zwischen dem ersten oberen Abschnitt und dem Wärmetauscher und in Kontakt damit auf. Dies bietet den Vorteil, dass ein zuverlässiger thermischer Kontakt mit der Wärmeverteilerplatte und dem Wärmetauscher über und unter dem oberen Abschnitt des TIM sichergestellt wird.
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In einer optionalen Ausführungsform kann das TIM-Blatt ferner einen zweiten oberen Abschnitt, welcher zwischen der Wärmeverteilerplatte und dem Wärmetauscher angeordnet ist und in thermischem Kontakt damit steht; und einen zweiten Seitenabschnitt umfassen, welcher den unteren Abschnitt durch die Aussparung in der Wärmeverteilerplatte hindurch mit dem zweiten oberen Abschnitt verbindet. Dies bietet den Vorteil eines zusätzlichen Abschnitts des TIM, der die thermische Verbindung auf eine andere Sektion der oberen Ebene zwischen der Wärmeverteilerplatte und dem Wärmetauscher ausdehnt.
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In einer optionalen Ausführungsform können Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum ferner einen oberen Abschnitt mit zusätzlichen sich abwechselnden Falten, wodurch benachbarte Schichten des TIM-Blatts erzeugt werden, oder einen oberen Abschnitt umfassen, der aufgewickelt ist. Dies bietet den Vorteil einer zusätzlichen Lückenfüllung für verschiedene Arten von Lücken, während eine thermische Verbindung mit dem TIM-Blatt beibehalten wird.
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Verfahren zum Bilden von Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum können umfassen: Anordnen eines TIM-Blatts zwischen einem oberen Formwerkzeug und einem unteren Formwerkzeug; Pressen des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug, wodurch eine erste Falte und eine zweite Falte in dem TIM-Blatt erzeugt werden, wobei sich die erste Falte zwischen einem unteren Abschnitt des TIM-Blatts und einem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts befindet, wobei durch die erste Falte der erste Seitenabschnitt des TIM-Blatts im Wesentlichen senkrecht zu dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts angeordnet wird, wobei sich die zweite Falte zwischen dem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts und einem ersten oberen Abschnitt des TIM-Blatts befindet und wobei durch die zweite Falte der erste obere Abschnitt des TIM-Blatts im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts und im Wesentlichen parallel zu dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts angeordnet wird.
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Vorteile, die solche Ausführungsformen zum Bilden von Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum bieten, umfassen das Bilden eines dreidimensionalen TIM-Blatts, welches eine thermische Verbindung zwischen einem Wärmetauscher und/oder einer Wärmeverteilerplatte und Komponenten auf unterschiedlichen Höhen relativ zu einer Leiterplatte bereitstellt. Die Vorteile umfassen ferner das Bilden eines TIM-Blatts, welches eine thermische Verbindung zwischen Komponenten mit unterschiedlichen Belastungsvorgaben bereitstellt. Diese Vorteile werden durch Falten eines einzigen TIM-Blatts erreicht, um eine thermische Verbindung zwischen mindestens zwei Ebenen innerhalb eines Systems bereitzustellen.
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In einer optionalen Ausführungsform können Verfahren zum Bilden von Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum ferner Pressen des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug umfassen, um den oberen Abschnitt des TIM-Blatts zusammenzudrücken, ohne den unteren Abschnitt des TIM-Blatts zusammenzudrücken. Dies bietet den Vorteil, dass das dreidimensionale TIM-Blatt ohne unnötiges Zusammendrücken und unter Vermeidung einer Verschlechterung des unteren Abschnitts geformt wird, welcher verwendet werden kann, um einen thermischen Kontakt mit einer Komponente mit höherer Wärmeerzeugung und einer niedrigeren Belastungsvorgabe herzustellen.
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In einer optionalen Ausführungsform werden durch das Pressen des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug ferner eine dritte Falte und eine vierte Falte in dem TIM-Blatt erzeugt, wobei sich die dritte Falte zwischen dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts und einem zweiten Seitenabschnitt des TIM-Blatts befindet, wobei durch die dritte Falte der zweite Seitenabschnitt des TIM-Blatts im Wesentlichen senkrecht zu dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts angeordnet wird, wobei sich die vierte Falte zwischen dem zweiten Seitenabschnitt des TIM-Blatts und dem zweiten oberen Abschnitt des TIM-Blatts befindet und wobei durch die vierte Falte der zweite obere Abschnitt des TIM-Blatts im Wesentlichen senkrecht zu dem zweiten Seitenabschnitt des TIM-Blatts und im Wesentlichen parallel zu dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts angeordnet wird. Dies bietet den Vorteil eines zusätzlichen Abschnitts des TIM-Blatts, der die thermische Verbindung auf eine andere Sektion der oberen Ebene ausdehnt.
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In einer optionalen Ausführungsform werden durch das Pressen des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug zusätzliche Falten erzeugt, durch welche benachbarte Schichten des TIM-Blatts in Nachbarschaft und im Wesentlichen parallel zu dem ersten oberen Abschnitt erzeugt werden oder der erste obere Abschnitt zu einer Rolle aufgewickelt wird. Dies bietet den Vorteil einer zusätzlichen Lückenfüllung für verschiedene Arten von Lücken, während eine thermische Verbindung mit dem TIM-Blatt beibehalten wird.
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus den folgenden spezielleren Beschreibungen beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, wie sie in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht werden, wobei gleiche Bezugszahlen im Allgemeinen gleiche Teile beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung repräsentieren.
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Figurenliste
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- In 1 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes Blatt eines thermischen Grenzflächenmaterials (TIM) zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- In 2 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes System mit einer TIM-Struktur zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- In 3 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes System mit einer TIM-Struktur zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- In 4 ist ein Schaubild dargestellt, welches eine beispielhafte TIM-Struktur zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- In 5 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes TIM-Blatt zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
- In 6 ist ein beispielhaftes System zum Erzeugen eines TIM-Blatts zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt.
- In 7 ist ein beispielhaftes System zum Erzeugen eines TIM-Blatts zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt.
- In 8 ist ein Ablaufplan dargestellt, welcher ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In 1 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes Blatt eines thermischen Grenzflächenmaterials (TIM) zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 dargestellt, umfasst das TIM-Blatt (100) einen unteren Abschnitt (102), zwei obere Abschnitts (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) und zwei Seitenabschnitte (den Seitenabschnitt A (106A), den Seitenabschnitt B (106B)).
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Das TIM-Blatt (100) ist ein einzelnes kontinuierliches Blatt eines wärmeleitfähigen Materials. Bei dem TIM-Blatt kann es sich um eines des Einzelmaterialtyps handeln, wie z.B. ein Graphit-TIM-Blatt. Alternativ kann das TIM-Blatt ein zusammengesetztes Material sein, wie z.B. ein mit Teilchen oder Fasern gefülltes Silikon- oder Acrylat-TIM-Blatt. Außerdem kann es sich bei dem TIM-Blatt um eine gehärtete oder teilweise gehärtete Elastomermatrix handeln, wie z.B. Silikon, gefüllt mit einer beliebigen Anzahl wärmeleitfähiger Materialien. Solche wärmeleitfähigen Materialien können Keramikteilchen umfassen, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Zinkoxid oder Aluminiumoxid. Solche wärmeleitfähigen Materialien können auch Metallteilchen oder mit Metall plattierte Teilchen umfassen, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder Wolfram, und Füllstoffteilchen, welche einen Bereich von Kohlenstoffmorphologien umfassen, wie zum Beispiel Graphitflocken, Kohlefasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder kristalline Diamantteilchen. Nicht-Silikon-Elastomermatrizen mit einem Bereich von Füllstoffen, wie oben angegeben, können ebenfalls für TIM-Polster verwendet werden. Gefaltete TIM-Blätter können aus polymeren Phasenwechselmaterial-Matrizen erzeugt werden, die mit den obigen Gruppen von Teilchenmaterialien gefüllt sind. Gefaltete TIM-Blätter können auch aus Metallen hergestellt werden, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, Indium oder mit Aluminium umkleidetem Indium. Ferner kann das TIM-Blatt zusammendrückbar sein, derart, dass, wenn Druck auf das TIM-Blatt ausgeübt wird, sich die Dicke des TIM-Blatts verringern kann.
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Wie in 1 dargestellt, liegt der untere Abschnitt (102) des TIM-Blatts entlang einer unteren Ebene. Die Seitenabschnitte (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) liegen entlang zwei Seitenebenen, die im Wesentlichen parallel zueinander liegen. Durch eine Falte zwischen dem unteren Abschnitt (102) und den Seitenabschnitten (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) werden die Seitenabschnitte (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) im Wesentlichen senkrecht zu dem unteren Abschnitt (102) und im Wesentlichen parallel zu dem anderen Seitenabschnitt angeordnet. Die oberen Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A) und oberer Abschnitt B (104B)) liegen entlang einer oberen Ebene, die im Wesentlichen parallel zu der unteren Ebene liegt. Durch Falten zwischen den Seitenabschnitten (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) und den oberen Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A) und oberer Abschnitt B (104B)) werden die oberen Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A) und oberer Abschnitt B (104B)) im Wesentlichen senkrecht zu den Seitenabschnitten (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) und im Wesentlichen parallel zu dem unteren Abschnitt (102) angeordnet.
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Eine Ausführungsform, welche den unteren Abschnitt (102), einen einzelnen Seitenabschnitt (z.B. den Seitenabschnitt (106A)) und einen einzelnen oberen Abschnitt (z.B. den oberen Abschnitt A (104A)) umfasst, weist den Vorteil auf, eine thermische Verbindung zwischen Komponenten auf unterschiedlichen Ebenen bereitzustellen, wodurch unterschiedliche Hardware-Arbeitshöhen unter Verwendung eines einzigen TIM-Blatts bedient werden, während sie weniger schwierig zu bilden ist, da nur zwei Falten des TIM-Materials benötigt werden. Eine Ausführungsform, welche den unteren Abschnitt (102), zwei obere Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A) und oberer Abschnitt B (104B)) und zwei Seitenabschnitte (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) umfasst, weist den Vorteil auf, eine größere thermische Verbindung zwischen Komponenten auf mehreren unterschiedlichen Ebenen bereitzustellen, wodurch unterschiedliche Hardware-Arbeitshöhen unter Verwendung eines einzigen TIM-Blatts bedient werden.
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Obwohl das TIM-Blatt (100) der 1 mit vier Falten dargestellt ist, die jeweils einen Winkel von 90 Grad aufweisen, umfassen andere Ausführungsformen andere Anzahlen von Falten verschiedener Winkel. Durch solche Ausführungsformen kann ebenfalls ein TIM-Blatt bereitgestellt werden, welches zwei Schichten im dreidimensionalen Raum thermisch verbindet.
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In 2 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes System mit einer TIM-Struktur zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Das beispielhafte System umfasst einen Wärmetauscher (200), ein TIM-Blatt (100), eine Wärmeverteilerplatte (202) und eine Leiterplatte (204). Die Wärmeverteilerplatte (202) umfasst eine Wärmeverteilerplatten-Aussparung (208). Die Leiterplatte (204) umfasst mehrere Komponenten unterhalb der Wärmeverteilerplatte (202), umfassend eine Verarbeitungseinheit (206), die durch die Wärmeverteilerplatten-Aussparung (208) hindurch sichtbar ist. Obwohl sie als vollständig von der Wärmeverteilerplatte (202) umgeben dargestellt ist, kann die Wärmeverteilerplatten-Aussparung (208) nur teilweise von der Wärmeverteilerplatte (202) umgeben sein.
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Die Leiterplatte (204) ist eine Zusammenstellung elektronischer Komponenten, die typischerweise mit leitfähigen und nicht-leitfähigen Substratschichten verbunden sind. Einige der Komponenten auf der Leiterplatte (204) benötigen einen thermischen Kontakt mit einem Wärmeableitungsmechanismus oder profitieren davon. 2 zeigt eine Wärmeverteilerplatte (202) oben auf der Leiterplatte und, wenngleich in 2 nicht sichtbar, die Wärmeverteilerplatte (202) befindet sich mit einer Anzahl von Komponenten auf der Leiterplatte (204) in thermischem Kontakt, entweder direkt oder über ein TIM (z.B. ein TIM-Blatt, eine TIM-Paste usw.).
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Die Wärmeverteilerplatte (202) ist eine Platte aus wärmeleitfähigem Material, welche Wärme von Komponenten auf der Leiterplatte (204), die thermisch mit der Wärmeverteilerplatte (202) verbunden sind, weg und in Richtung des Wärmetauschers (200) überträgt. Der Wärmetauscher (200) ist ein Mechanismus, z.B. eine Kühlplatte, welcher Wärme von der Wärmeverteilerplatte (202) und der Verarbeitungseinheit (206) auf ein fluides Medium überträgt und abführt. Der Wärmetauscher (200) kann durch eine Flüssigkeit oder Luft gekühlt werden. Der Wärmetauscher kann in Kombination mit einer Wärmeverteilerplatte (202) verwendet werden, wie in 2 dargestellt. Alternativ kann der Wärmetauscher (200) ohne eine Wärmeverteilerplatte verwendet werden, wobei das TIM-Blatt (100) zwischen dem Wärmetauscher (200) und den Komponenten der Leiterplatte (204) angeordnet ist.
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Unterschiedliche Komponenten auf der Leiterplatte (204), wie z.B. die Verarbeitungseinheit (206), können unterschiedliche Wärmeabführungs- und Belastungsvorgaben aufweisen. Insbesondere kann die Verarbeitungseinheit (206) mehr Wärme erzeugen als andere (nicht dargestellte) Komponenten auf der Leiterplatte und eine geringere Belastungsvorgabe aufweisen als andere Komponenten auf der Leiterplatte (204). Die Aussparung in der Wärmeverteilerplatte (202) gewährt dem Wärmetauscher (200) einen direkteren Zugriff auf die Verarbeitungseinheit (206), um effektiver Wärme von der Verarbeitungseinheit (206) abzuführen. Die Aussparung in der Wärmeverteilerplatte (202) ermöglicht außerdem, dass die Belastung auf der Verarbeitungseinheit (206) eine andere ist als die Belastung auf den anderen Komponenten, die in thermischem Kontakt mit dem Wärmeverteiler stehen.
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Um die obige Konfiguration der Leiterplatte (204), der Wärmeverteilerplatte (202) und des Wärmetauschers (200) unterzubringen, stellt das TIM-Blatt (100) eine thermische Verbindung zwischen der Verarbeitungseinheit (206), der Wärmeverteilerplatte (202) und dem Wärmetauscher (200) bereit. Der Boden des unteren Abschnitts des TIM-Blatts (100) stellt den thermischen Kontakt mit der Verarbeitungseinheit (206) her. Die Oberseite des unteren Abschnitts des TIM-Blatts (100) stellt den thermischen Kontakt mit dem Wärmetauscher (200) her. Der Boden der oberen Abschnitte des TIM-Blatts (100) stellt den thermischen Kontakt mit der Wärmeverteilerplatte (202) her. Schließlich stellt die Oberseite der oberen Abschnitte des TIM-Blatts (100) den thermischen Kontakt mit dem Wärmetauscher (200) her (gegebenenfalls mit den Lückenfüllern, die in 4 und 5 dargestellt sind und in dem zugehörigen Text beschrieben werden). Die Seitenabschnitte des TIM-Blatts (100) stellen eine thermische Verbindung zwischen jedem anderen Abschnitt des TIM-Blatts (100) und den Elementen in thermischem Kontakt mit jenen Abschnitten des TIM-Blatts (100) bereit.
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Die Belastungsvorgaben für eine Komponente, wie z.B. die Verarbeitungseinheit (206), beziehen sich auf Grenzen (Maxima oder Minima) für das Maß an Druck, der auf eine Komponente angewendet wird, um eine optimale Funktionalität zu erhalten, oder um negative Einflüsse auf die Funktionalität zu vermeiden. Da zwei Komponenten auf der Leiterplatte (204) unterschiedliche Belastungsvorgaben aufweisen können, kann es sein, dass ein einziges Element nicht in der Lage ist, diese Belastung bereitzustellen. Wie in 2 dargestellt, wird einigen Komponenten der Leiterplatte (204) eine Last durch die Wärmeverteilerplatte (202) bereitgestellt, während der Verarbeitungseinheit (206) eine Last durch den Wärmetauscher (200) und das TIM-Blatt (100) bereitgestellt wird. Diese Konfiguration sorgt für unterschiedliche Belastungsniveaus für unterschiedliche Komponenten auf der Leiterplatte (204).
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In 3 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes System mit einer TIM-Struktur zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Speziell zeigt 3 die Elemente der 2 vollständig zusammengebaut, wobei das TIM-Blatt (100) zwischen dem Wärmetauscher (200) und der Wärmeverteilerplatte (202) angeordnet ist, die an der Leiterplatte (204) befestigt ist. Der Wärmetauscher (200) befindet sich über das TIM-Blatt (100) und durch die Wärmeverteilerplatten-Aussparung (208) hindurch in thermischem Kontakt mit der Verarbeitungseinheit (206).
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In 4 ist ein Schaubild dargestellt, welches eine beispielhafte TIM-Struktur zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 4 dargestellt, umfasst die TIM-Struktur (400) einen unteren Abschnitt (102), zwei obere Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) und zwei Seitenabschnitte (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) des TIM-Blatts.
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Die TIM-Struktur (400) der 4 umfasst außerdem zwei Lückenfüllerpolster (Lückenfüllerpolster A (402A) und Lückenfüllerpolster B (402B)). Die Lückenfüllerpolster (Lückenfüllerpolster A (402A) und Lückenfüllerpolster B (402B)) stehen mit den ersten oberen Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) des TIM-Blatts in thermischem Kontakt. Die Lückenfüllerpolster (Lückenfüllerpolster A (402A) und Lückenfüllerpolster B (402B)) sind zwischen dem TIM-Blatt und einem Wärmetauscher, wie z.B. einer Kühlplatte, angeordnet. Die Lückenfüllerpolster (Lückenfüllerpolster A (402A) und Lückenfüllerpolster B (402B)) können verwendet werden, um einen angemessenen thermischen Kontakt zwischen den oberen Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) des TIM-Blatts und dem Wärmetauscher herzustellen. Eine Ausführungsform der TIM-Struktur, welche die Lückenfüllerpolster (Lückenfüllerpolster A (402A) und Lückenfüllerpolster B (402B)) umfasst, weist den Vorteil auf, einstellbare thermische Kontaktpunkte zwischen den oberen Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) des TIM-Blatts und dem Wärmetauscher bereitzustellen. Die Lückenfüllerpolster (Lückenfüllerpolster A (402A) und Lückenfüllerpolster B (402B)) können aus einer Vielfalt von verschiedenen wärmeleitfähigen Materialien bestehen.
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In 5 ist ein Schaubild dargestellt, welches ein beispielhaftes TIM-Blatt zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 5 dargestellt, umfasst das TIM-Blatt (100) einen unteren Abschnitt (102), zwei obere Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) und zwei Seitenabschnitte (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)). Wie in 5 dargestellt, umfassen die oberen Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) des TIM-Blatts (500) zusätzliche sich abwechselnde Falten, durch welche benachbarte Schichten des TIM-Blatts (500) über den oberen Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) erzeugt werden.
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Eine Ausführungsform, welche alternative Falten umfasst, durch welche benachbarte Schichten des TIM-Blatts erzeugt werden, weist den Vorteil auf, einstellbare thermische Kontaktpunkte zwischen den oberen Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) des TIM-Blatts und dem Wärmetauscher bereitzustellen. Ferner wird bei Verwendung sich abwechselnder Falten des TIM-Blatts selbst als ein Lückenfüller eine kontinuierliche thermische Verbindung bereitgestellt, durch welche effizient Wärme von den oberen Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) des TIM-Blatts auf den Wärmetauscher übertragen wird.
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In einer ähnlichen Ausführungsform können ein oder mehrere obere Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) des TIM-Blatts aufgewickelt sein. Die oberen Abschnitte (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) können auf einer Achse zu einem spiralförmigen Zylinder gerollt sein. Eine Ausführungsform, welche einen aufgewickelten oberen Abschnitt umfasst, weist den Vorteil auf, dass zylindrische Lücken gefüllt werden, die zwischen der Wärmeverteilerplatte, oberen Abschnitten des TIM-Blatts und dem Wärmetauscher vorhanden sein können.
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In 6 ist ein beispielhaftes System zum Erzeugen eines TIM-Blatts zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in 6 dargestellt, umfasst das System ein oberes Formwerkzeug (602) und ein unteres Formwerkzeug (604), wobei das TIM-Blatt (100) zwischen dem oberen Formwerkzeug (602) und dem unteren Formwerkzeug (604) angeordnet ist. 6 zeigt das Formwerkzeug und das TIM-Blatt (100) vor dem Ineinandergreifen und dem Formen.
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In 7 ist ein beispielhaftes System zum Erzeugen eines TIM-Blatts zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in 7 dargestellt, umfasst das System ein oberes Formwerkzeug (602) und ein unteres Formwerkzeug (604), wobei das TIM-Blatt (100) zwischen das obere Formwerkzeug (602) und das untere Formwerkzeug (604) gepresst ist. 7 zeigt das Formwerkzeug und das TIM-Blatt (100) nach dem Ineinandergreifen und dem Formen. Speziell sind durch das Pressen des oberen Formwerkzeugs (602) und des unteren Formwerkzeugs (604) die Falten zwischen dem unteren TIM-Abschnitt (102) und den TIM-Seitenabschnitten (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) und die Falten zwischen den TIM-Seitenabschnitten (Seitenabschnitt A (106A), Seitenabschnitt B (106B)) und den oberen TIM-Abschnitten (oberer Abschnitt A (104A), oberer Abschnitt B (104B)) erzeugt worden.
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Wie in 6 dargestellt, wird durch das Pressen des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug der obere Abschnitt des TIM-Blatts zusammengedrückt, ohne den unteren Abschnitt des TIM-Blatts zusammenzudrücken. Eine Ausführungsform, bei welcher das obere Formwerkzeug auf das untere Formwerkzeug gepresst wird, wobei der obere Abschnitt des TIM-Blatts zusammengedrückt wird, ohne den unteren Abschnitt des TIM-Blatts zusammenzudrücken, weist den Vorteil auf, während des Bildens des dreidimensionalen TIM-Blatts die komprimierbare Integrität des unteren Abschnitts des TIM-Blatts zu bewahren. Das Bewahren der Integrität des unteren Abschnitts des TIM-Blatts während des Bildens kann zu einer besseren Leistungsfähigkeit für den unteren Abschnitt des TIM-Blatts führen, wenn er mit einer Komponente in thermischem Kontakt steht, die eine hohe Wärmemenge erzeugt.
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Ein modifiziertes Formwerkzeug kann verwendet werden, um benachbarte Schichten des TIM-Blatts in Nachbarschaft und im Wesentlichen parallel zu den oberen Abschnitten des TIM-Blatts zu erzeugen (wie in 5 abgebildet). Außerdem kann ein modifiziertes Formwerkzeug verwendet werden, um den ersten oberen Abschnitt zu einer Rolle aufzuwickeln (wie in der Beschreibung der 5 beschrieben).
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Vor dem Pressen des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug kann das TIM-Blatt entlang den vorgesehenen Faltlinien eingekerbt werden. Speziell kann das TIM-Blatt zwischen dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts und dem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts eingekerbt werden und zwischen dem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts und dem ersten oberen Abschnitt des TIM-Blatts eingekerbt werden. Das Einkerben des TIM-Blatts vor dem Falten bietet den Vorteil, die Position der Falte innerhalb des TIM-Blatts genau zu kontrollieren, wodurch die Genauigkeit erhöht wird, mit der die TIM-Blätter geformt werden.
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Zur weiteren Erläuterung ist in 8 ein Ablaufplan dargestellt, welcher ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Strukturen thermischer Grenzflächenmaterialien zum Leiten von Wärme in einem dreidimensionalen Raum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, umfassend Anordnen (802) eines Blatts eines thermischen Grenzflächenmaterials (TIM) zwischen einem oberen Formwerkzeug und einem unteren Formwerkzeug durch ein Formwerkzeug (800); und Pressen (804) des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug, wodurch eine erste Falte und eine zweite Falte in dem TIM-Blatt erzeugt werden, wobei sich die erste Falte zwischen einem unteren Abschnitt des TIM-Blatts und einem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts befindet, wobei durch die erste Falte der erste Seitenabschnitt des TIM-Blatts im Wesentlichen senkrecht zu dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts angeordnet wird, wobei sich die zweite Falte zwischen dem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts und einem ersten oberen Abschnitt des TIM-Blatts befindet und wobei durch die zweite Falte der erste obere Abschnitt des TIM-Blatts im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Seitenabschnitt des TIM-Blatts und im Wesentlichen parallel zu dem unteren Abschnitt des TIM-Blatts angeordnet wird.
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Durch das Pressen des oberen Formwerkzeugs auf das untere Formwerkzeug kann der obere Abschnitt des TIM-Blatts zusammengedrückt werden, ohne den unteren Abschnitt des TIM-Blatts zusammenzudrücken. Dies bietet den Vorteil, dass während des Formens des dreidimensionalen TIM-Blatts die komprimierbare Integrität des unteren Abschnitts des TIM-Blatts bewahrt wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von deren Idee abzuweichen. Die Beschreibungen in der vorliegenden Anmeldung dienen Veranschaulichungszwecken und sollen nicht beschränkend ausgelegt werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird lediglich durch den Wortlaut der folgenden Patentansprüche beschränkt.