DE202012009499U1

DE202012009499U1 - Flexibler, anisotrop wärmeleitender Heatspreader

Info

Publication number: DE202012009499U1
Application number: DE201220009499
Authority: DE
Original assignee: Kunze Folien GmbH
Current assignee: Aavid Kunze GmbH
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2013-01-11
Anticipated expiration: 2022-10-03

Abstract

Folienlaminat zur Entwärmung und thermischen Anbindung von Batteriesystemen und/oder anderen Systemen die Verlustwärme erzeugen an Wärmesenken wie z. B. Kühlkörper und Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienlaminat aus mehreren Schichten aufgebaut ist.

Description

Die Erfindung aus Schutzantrag 1 betrifft ein Folienlaminat zur Entwärmung und thermischen Anbindung von Batteriesystemen und/oder anderen Systemen, die Verlustwärme erzeugen, an Wärmesenken.
Die bisherigen Lösungen zur Entwärmung und thermische Anbindung der oben genannten Systeme erfolgen bekanntermaßen mit massiven Kühlelementen (wie z. B. Metallbleche). Bei Systemen mit hohen Leistungsdichten sind zudem komplexe aktive Kühlelemente im Einsatz.
Ein bekanntes Problem der bisher bestehenden Entwärmungslösungen ist die massive Konstruktion einzelner Bauelemente. Dadurch werden die baulichen Abmessungen der oben genannten Systeme sowie der dazugehörigen Gehäuse negativ beeinflusst. Diese, z. T. mehrere Millimeter dicken, Kühlanbindungen führen dazu, dass sich die Einbaumaße der oben genannten Systeme deutlich vergrössern. Dies ist unter anderem für Einbau- und/oder Servicevorgänge von Nachteil. Ein weiterer negativer Aspekt ist das hohe Gewicht der bisher bestehenden Entwärmungslösungen. Dies wirkt sich besonders negativ in „Automotive Anwendungen” aus, da hier gewichtsreduzierende sowie dimensionsreduzierende Maßnahmen im Vordergrund stehen. Bei den bisher bekannten Entwärmungslösungen wird auf Grund der massiven Bauweise eine höhere Wärmeenergiedichte im Bauteil gespeichert. Bedingt durch diese Bauweise erfolgt eine Wärmeableitung bisweilen nur isotrop. Durch die Erhöhung des thermischen Gesamtübergangswiderstands besteht die Gefahr von Hotspots was zu einer Regression des Wärmeflusses führt. Die bisherigen Entwärmungslösungen bedürfen einer zusätzlichen Befestigungsvorrichtung und einer zusätzlichen thermischen Anbindung (Thermal Interface Materialien sogenannten TIMs) der zu kontaktierenden Oberflächen von Wärmequelle und Wärmesenke.
Bei den oben angesprochenen aktiven Kühllösungen werden zudem weitere Ressourcen wie z. B. Pumpen für Kühlmedien, Lüfter, Wärmetauscher oder Klimakreislaufsysteme benötigt.
Die Erfindung aus Schutzantrag 1 hat die Aufgabe, die in den oben genannten Systemen entstehende Wärme schnell, gleichmässig und anisotrop sowie isotrop abzuführen um eine Regression des Wärmeflusses zu minimieren und dadurch entstehende Hotspots zu vermeiden. Bei der Erfindung aus Schutzantrag 1 wird durch den geschichteten Aufbau des Heatspreaders ( , und ) mit verschiedenen Materialien eine optimale thermische Anbindung an die Wärmequelle erreicht. Zudem ist bei der Erfindung aus Schutzantrag 1 das sogenannte TIM bereits im Heatspreader integriert.
Durch den speziellen Aufbau, die Flexibilität und den thermischen sowie elektrischen Eigenschaften der Erfindung aus Schutzantrag 1 besteht einer der Vorteile darin, dass es nun möglich ist, die Verlustleistung in Form von Wärme in oben genannten Systemen mittels dünner Heatspreader optimal anisotrop abzuleiten. Hierbei sind minimale Aufbauten der Heatspreader inklusive elektrischer Isolation ab einer Schichtdicke 0,5 mm umsetzbar. Ein wesentlicher Vorteil ist das geringe Gewicht des Heatspreaders, sowie die Optimierung des thermischen Gesamtübergangswiderstands im Vergleich zu den bisher bekannten Entwärmungslösungen. Das bereits im Heatspreader integrierte Thermal Interface Material bewirkt somit eine optimale Oberflächenanbindung zwischen Wärmequelle und Wärmesenke, dadurch können weitere Ressourcen wie z. B. aktive Bauelemente reduziert werden.
Die zeigt beispielhaft den Aufbau einer derartigen Heatspreaderlösung von der Aussenseite.
Die zeigt beispielhaft den Aufbau einer derartigen Heatspreaderlösung im Querschnitt.
Die zeigt beispielhaft den Aufbau einer derartigen Heatspreaderlösung von der Innenseite.
Die Wärmequelle wird über mindestens eine wärmeleitende Schicht aus weichem, beidseitig stark haftendem Kunststoff (Pos. 4 – und ) an mindestens ein Metallsubstrat (Pos. 3 – , und ) angebunden. Auf der Rückseite dieses Metallsubstrates wird durch mindestens ein anisotrop wärmeleitendes Material (Pos. 2 – , und ) die entstehende Wärme des Hotspots durch einen optimierten Wärmeabfluss effektiv in eine große Fläche gespreizt.
Durch einen Überstand des Metallsubstrates (Pos. 3 – , und ) an den Seiten der zu entwärmenden Applikation, somit wird die durch das anistrop wärmeleitende Material (Pos. 2 – , und ) gespreizte Wärme durch einen optimierten Wärmeabfluss effektiv an die Wärmesenke übertragen. Um die elektrische Isolation an spannungsführenden Teilen sicherzustellen wird der Heatspreader durch mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (Pos. 1 – , und ) erweitert.

Claims

Folienlaminat zur Entwärmung und thermischen Anbindung von Batteriesystemen und/oder anderen Systemen die Verlustwärme erzeugen an Wärmesenken wie z. B. Kühlkörper und Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienlaminat aus mehreren Schichten aufgebaut ist.
Folienlaminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht aus anisotrop wärmeleitendem Material besteht.
Folienlaminat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht aus einem wärmeleitenden Metallsubstrat besteht.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schichten aus wärmeleitendem Material bestehen.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrisch Isolierende Schicht verwendet wird.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht aus weichem (weicher als 96 Shore A), beidseitig stark haftendem oder klebendem Kunststoff besteht. Die Haft- bzw. Klebeverbindung der vorab beschriebenen Lagen ist unlösbar. Beim Aufheben der Verbindung, wird zumindest die haftende/klebende Schicht, wenn nicht sogar das/die Bauteil(e) zerstört oder zumindest beschädigt werden.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienlaminat flexibel und biegsam ausgebildet ist.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfindung flexibel für verschiedene Systeme (beispielsweise Batteriesysteme in der Fahrzeug- und Energietechnik, Lithium-Ionen/Lithium-Polymer Packages, allg. Leistungselektronik, Klimageräte, Heizgeräte, Klimamodule, Kühl- und Heizelemente) einsetzbar ist.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Formgebung des Folienlaminats mittels Schneideverfahren oder Stanzverfahren und/oder Biegeverfahren erfolgt.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwärmung hauptsächlich anistrop erfolgt.
Folienlaminat nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Wärmeleitung auch isotrop erfolgt.