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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Wärmeausbreitungsvorrichtung
zum Abführen
von Wärme
von einer Wärmequelle.
Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Wärmeausbreitungsvorrichtung,
die eine hohe Wärmeleitfähigkeit
in einer ersten Achse und einer zweiten Achse und eine gesteuerte
Wärmeleitfähigkeit
in einer dritten Achse umfasst.
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Hintergrund der Technik
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Elektronische
Systeme umfassen häufig
verschiedene wärmeerzeugende
Vorrichtungen, wie beispielsweise Mikroprozessoren, Festplattenlaufwerke,
Grafikprozessoren, Speicherchips und Leistungsversorgungen und Leistungswandler,
um nur einige zu nennen. Abwärme,
die durch diese Vorrichtungen erzeugt wird, muss durch ein Wärmeverwaltungssystem
wirksam abgeführt
werden, oder diese Vorrichtungen fallen aus oder werden auf andere Weise
auf Grund von Betriebstemperaturen, die Entwurfsgrenzen überschreiten,
unzuverlässig.
Typischerweise wird Abwärme
aus einer Umhüllung,
die die Vorrichtungen häust,
durch mehrere Wege abgeführt.
In vielen Fällen
umfasst das System einen Lüfter,
der Luft über
die Vorrichtungen bewegt, um Abwärme
durch Konvektionskühlung
abzuführen.
Ein erheblicher Bruchteil der Abwärme kann unter Verwendung der
Konvektionskühlung
abgeführt
werden. Ein anderer bedeutsamer Wärmeabführweg besteht durch die Materialien
hindurch, die eine Umhüllung aufweisen,
die die wärmeerzeugenden
Vorrichtungen häust.
Abwärme
in einem Inneren der Umhüllung wird
thermisch zu einer äußeren Oberfläche der
Umhüllung
und in die Umgebungsluft oder eine gewisse Oberfläche in Kontakt
mit der Umhüllung
geleitet. Folglich ist eine Temperatur der äußeren Oberfläche selten einheitlich
und heiße
Flecke (Hot Spots) existieren häufig
benachbart zu einer Wärmequelle.
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Ein
Nachteil an einem Verwenden der Umhüllung als einem Wärmeabführweg besteht
darin, dass einige Bereiche der Umhüllung bei Berührung ziemlich
warm sein können
und in einigen Fällen
eine Oberflächentemperatur
des Äußeren der
Umhüllung unangenehme
Pegel erreichen kann. Umhüllungstemperaturen
sind besonders bei tragbaren elektronischen Vorrichtungen wichtig,
wie beispielsweise Laptop-Computern und Tablet-PCs, bei denen ein
Benutzer die Vorrichtung hält
oder die Vorrichtung auf dem Schoß oder einem Arm aufliegen
hat. Der menschliche Körper
stellt eine effiziente flüssigkeitsgekühlte Umgebung
bereit, die dazu neigt, Wärme
aus elektronischen Umhüllungen
zu ziehen. Obwohl es erwünscht
ist, Wärme
aus einem System abzuführen, das
in einer Umhüllung
gehäust
ist, indem die Umhüllung
selbst als ein leitfähiger
Weg verwendet wird, ist es erwünscht,
Oberflächentemperaturen
der Umhüllung
innerhalb angenehmer Pegel für
den Benutzer zu halten.
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Als
ein Beispiel eines Wärmeabfuhransatzes 200 des
Stands der Technik ist in 1a eine
Wärmequelle 205,
die eine erhebliche Menge an Wärme h
dissipiert, in Kontakt mit oder in enger Nähe zu einer inneren Oberfläche 201i einer
Laptop-Computer-Umhüllung 201 positioniert.
Die Wärmequelle 205 kann
beispielsweise ein Grafikchip, ein North-Bridge-Chip oder ein Mikroprozessor sein; für die Zwecke
einer experimentellen Verifizierung jedoch besteht in 1a die
Wärmequelle 205 in
einer Reihe von Oberflächenbefestigungswiderständen, die
mit einer Wärmequelle 207 verbunden
sind, zum Liefern eines Stroms i, der variiert w werden kann, um
die Menge an Wärme
h einzustellen, die durch die Quelle 205 erzeugt wird (d.
h. die Leistung in Watt). Ein Thermopaar 209, das mit der
Wärmequelle 205 verbunden
ist, kann verwendet werden, um eine Temperatur der Wärmequelle 205 unter
Verwendung eines Thermometers 211 zu messen.
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Typischerweise
werden Kunststoffe, einschließlich
eines Polycarbonat-(PC-) oder eines PC/ABS-Materials für die Umhüllung 201 verwendet, weil
ein Kunststoff ein guter elektrischer Isolator ist, verglichen mit
Metallen ein geringes Gewicht aufweist und zu geringen Kosten hergestellt
werden kann. Die Umhüllung 201 kann
auch aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium (Al) hergestellt sein.
Optional ermöglicht
ein Luftzwischenraum (nicht gezeigt) zwischen der inneren Oberfläche 201i und
der Wärmequelle 205 einen
Luftfluss von einem Lüfter,
um die Wärmequelle 205 zu
kühlen
und etwas der Wärme
h aus dem Inneren der Umhüllung 201 abzuführen. Etwas
der Wärme,
die durch den Luftfluss weggetragen wird, wird jedoch thermisch
auf die innere Oberfläche 201i übertragen.
Zusätzlich
wird auch Strahlungswärme
von der Wärmequelle 205 auf die
innere Oberfläche 201i übertragen.
Folglich wird die Wärme
h thermisch von der inneren Oberfläche 201i auf eine
externe Oberfläche 201e des
Laptop-Computers übertragen,
was zu einer hohen Oberflächentemperatur
(z. B. einem heißen
Fleck) an der äußeren Oberfläche 201e führt. Ein
Benutzer des Laptop-Computers kann Unbehagen verspüren, wenn
die äußere Oberfläche mit
dem Körper
desselben in Kontakt gelangt.
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Das
oben erwähnte
Unbehagen rührt
daher, dass die Wärme
h in einem Abschnitt der Umhüllung A
konzentriert ist, der benachbart zu der Wärmequelle 205 liegt.
Im Wesentlichen breitet sich die Wärme h, die thermisch von der
inneren Oberfläche 201i zu der äußeren Oberfläche 201e übertragen
wird, nicht gleichmäßig über die
gesamte äußere Oberfläche 201e aus.
Anstelle dessen ist die Wärme
hauptsächlich
in einem heißen
Fleck A über
der Wärmequelle 205 konzentriert
und dieser heiße
Fleck A ist der Grund für
das Unbehagen des Benutzers. Man muss einen bekannten Laptop-Computer
lediglich auf einer Oberfläche
eines Tischs ablegen und nach einer kurzen Zeitperiode den Laptop
beiseite nehmen und fühlen,
dass lediglich ein Abschnitt der Oberfläche bei Berührung warm ist, weil die Wärme von
dem heißen Fleck
A über
dem warmen Abschnitt der Oberfläche des
Tischs konzentriert war.
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Bei
vielen Anwendungen wird beispielsweise eine dünne Schicht eines elektrisch
leitfähigen
Materials 203, wie beispielsweise eines Metalls, mit der
inneren Oberfläche 201i verbunden
(gebondet), um als eine EMI-Abschirmung zu dienen. Beispielsweise
ist häufig
ein Stahlstanzteil mit der Kunststoffumhüllung 201 verbunden.
In jedem Fall können
der Kunststoff und der Stahl eine gleich schlechte Wärmeleitfähigkeit
entlang aller drei Achsen (x-y-Achse, z-Achse) aufweisen. Folglich ist an einem
Punkt B an der äußeren Oberfläche 201e eine
Temperatur an der äußeren Oberfläche 201e wesentlich
kühler
als an dem heißen
Fleck A, weil ein Großteil
der Wärme
h thermisch in die z-Ebene, anstatt in die x-y-Ebene geleitet wird.
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Als
ein Beispiel eines heißen
Flecks, der durch die bekannte Konfiguration von 1a und 1b erzeugt
wird, wobei die Wärmequelle 205 etwa
2,0 W bei einer Temperatur von etwa 122,9°C über einer Umgebungstemperatur
von etwa 25°C
erzeugt. Eine Infrarotwärmebilderzeugung
der äußeren Oberfläche 201e zeigt
eine Temperatur von etwa 97°C
bei einem heißen
Fleck A (siehe 251A) und eine Temperatur von etwa 22,6°C an einem
Punkt B (siehe 251B), mit einer Differenz von 74,4°C zwischen
den Temperaturen von A und B. Die meiste Wärme h ist über dem heißen Fleck A konzentriert, wie
es durch die starken durchgezogenen Pfeile gezeigt ist, und zu einem
geringeren Ausmaß breitet sich
etwas der Wärme
h eine kurze Strecke von dem heißen Fleck A aus, wie es durch
die gestrichelten Pfeile gezeigt ist. Folglich kann der heiße Fleck
A eine Quelle eines Unbehagens sein, wenn die äußere Oberfläche 201e mit einem
Körper
eines Benutzers in Kontakt gelangt.
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Als
ein weiteres Beispiel eines bekannten Ansatzes zum Reduzieren von
heißen
Flecken ist in 1c eine Schicht 221 aus
einem thermisch isolierenden Material mit der inneren Oberfläche 201i verbunden
und befindet sich die Wärmequelle 205 in Kontakt
mit der isolierenden Schicht 221. Das Material für die Schicht 221 ist
ein PTFE-gebundenes
Silika-Aerogel-Isolationsmaterial mit einer Dicke von etwa 0,75
mm und mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit
entlang aller drei Achsen (x-y und z).
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In 1d gibt
selbst mit einem Isolator 221 zwischen der Wärmequelle 205 und
der äußeren Oberfläche 201e bei
einer Leistungsdissipation von 2,0 W von der Wärmequelle 205 das
Wärmebild
eine Temperatur von etwa 82,1°C
an einem heißen
Fleck A (siehe 252A) und eine Temperatur von etwa 25,3°C an einem
Punkt B (siehe 252B) an, mit einer Differenz von 56,8°C zwischen
den Punkten A und B. Obwohl die Temperatur an dem heißen Fleck
A niedriger ist und die Temperaturdifferenz geringer ist, wenn die isolierende
Schicht 221 verwendet wird, steigt die Temperatur des Heizers 205 tatsächlich auf
etwa 134,4°C über Umgebungstemperatur,
ein Anstieg von 11,5°C
verglichen mit den 122,9°C
bei der Konfiguration von 1a, bei
der keine Isolation verwendet wird. Mit einem wärmeisolierenden Material würde folglich
eine tatsächliche
Betriebstemperatur der Vorrichtung, die der Heizer 205 simuliert
(z. B. ein Grafikchip oder ein North-Bridge-Chip), heißer werden,
was für
eine Vorrichtungszuverlässigkeit
nicht gut ist.
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In 2a kann
ein bekannter Wärmeabführansatz 200 auch
die Hinzufügung
eines Wärmeausbreitmaterials 213 umfassen,
das zwischen der Umhüllung 201 und
der Wärmequelle 205 positioniert ist.
Es kann einen Luftzwischenraum (nicht gezeigt) zwischen der Wärmeausbreitvorrichtung 213 und
der Wärmequelle 205 geben.
Obwohl die Wärmeausbreitmaterialien
hohe Wärmeleitfähigkeiten
in allen drei Ebenen (x-y und z) aufweisen können, hat das Material, das
für die
Wärmeausbreitvorrichtung 213 ausgewählt ist,
die höchste
Wärmeleitfähigkeit
in der x-y-Ebene und eine gemäßigtere
Wärmeleitfähigkeit in
der z-Ebene. Die Wärmeausbreitvorrichtung 213 dient
dazu, Wärme
h thermisch weg von der Wärmequelle 205 zu
leiten und einen Teil der Wärme
h entlang der Umhüllung 201 zu
verteilen, so dass die Temperatur an dem heißen Fleck A verringert ist.
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In 2b,
wobei die Wärmequelle 205 2,0
W dissipiert, zeigt die Wärmebilderzeugung
der Umhüllung 201 mit
der Wärmeausbreitvorrichtung 213 den heißen Fleck
A bei 41,9°C
(siehe 253A) und den Punkt B bei etwa 32,3°C (siehe 253B),
eine Differenz von etwa 9,6°C.
Die Wärmequelle 205 befand
sich bei einer Temperatur von etwa 52,7°C über Umgebungstemperatur. Obwohl
dies eine Verbesserung gegenüber
den Wärmebildern
von 1b und 1d ist,
ist der heiße
Fleck A in 2b immer noch warmer als erwünscht und
kann zu einem Unbehagen für
einen Benutzer führen.
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Wenn
zudem der Heizer 205 auf eine höhere Leistungsdissipation von
5,0 W in 2c gesetzt ist, zeigt das Wärmebild
den heißen
Fleck A bei etwa 61,8°C
(siehe 255A) und den Punkt B bei etwa 44,5°C (siehe 255B),
eine Differenz von etwa 23,6°C. Die
Wärmequelle 205 befand
sich bei einer Temperatur von etwa 131,4°C über Umgebungstemperatur. Folglich
kann die Wärmeausbreitvorrichtung 213 allein
die Temperatur des heißen
Flecks A nicht auf behagliche Benutzerpegel reduzieren. Bei den
höheren Leistungspegeln
(d. h. 5,0 W), die von Komponenten wie Grafikchips und North-Bridge-Chips zu erwarten sind,
liegt ferner die Temperatur der Wärmequelle 205 über Umgebungstemperatur
bei mehr als dem Doppelten und erhöht sich die Temperatur des
heißen
Flecks A um 26,2°C.
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Folglich
besteht ein Bedarf nach einer Vorrichtung zum einheitlichen Ausbreiten
von Wärme, die
auf eine Oberfläche
einer Umhüllung übertragen wird, über eine
große
Region, so dass Heißfleckregionen
verringert werden und ein Benutzerunbehagen verringert wird, wobei
die Wärme
einheitlich über
die ganze Oberfläche
verteilt ist. Es besteht ferner ein Bedarf nach einer Vorrichtung
zum Ausgleichen von Temperaturen an einer Oberfläche einer Umhüllung, die
eine Tempe ratur einer Wärmequelle
nicht erhöht. Schließlich besteht
ein Bedarf nach einer Vorrichtung zum Ausgleichen von Temperaturen
an einer Oberfläche
einer Umhüllung,
die eine Temperatur einer Wärmequelle
verringern kann, während
Wärme gleichmäßig entlang
einer Oberfläche
der Umhüllung verteilt
wird, wodurch heiße
Flecke verringert werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie dieselbe beansprucht
ist, löst
die zuvor erwähnten
Probleme, die durch Heißfleckregionen
erzeugt werden. Die Vorrichtung umfasst eine erste Schicht mit einer
hohen Wärmeleitfähigkeit
entlang einer ersten Ebene und eine oder mehrere Schichten eines Materials,
das eine gesteuerte Wärmeleitfähigkeit entlang
einer zweiten Ebene umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zu der
ersten Ebene ist. Eine der Schichten mit der gesteuerten Wärmeleitfähigkeit weist
eine geringe Wärmeleitfähigkeit
in der zweiten Ebene auf und ist zwischen der Wärmequelle und der Umhüllung positioniert,
so dass Abwärme
von der Wärmequelle
im Wesentlichen daran gehindert ist, thermisch durch die Schicht
hindurch geleitet zu werden. Folglich wird eine Mehrheit der Abwärme thermisch
durch die erste Schicht hindurch entlang der ersten Ebene geleitet.
Die erste Schicht befindet sich in Kontakt mit der Umhüllung und
die Abwärme
wird gleichmäßig über eine äußere Oberfläche der
Umhüllung
verteilt. Folglich wird ein heißer
Fleck über der
Wärmequelle
beseitigt oder erheblich verringert.
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Alternativ
kann sich eine Mehrzahl von Schichten eines Materials mit einer
gesteuerten Wärmeleitfähigkeit
entlang der zweiten Ebene in Kontakt mit der Umhüllung und der ersten Schicht
befinden, wobei eine der Mehrzahl von Schichten die niedrigste der
gesteuerten Wärmeleitfähigkeiten
aufweist, so dass ein Abwärmetransfer
durch diese Schicht hindurch erheblich behindert ist und eine Mehrheit der Abwärme durch
die erste Schicht hindurch entlang der ersten Ebene fließt und durch
die anderen Schichten von Material mit den gesteuerten Wärmeleitfähigkeiten
hindurch thermisch auf die Umhüllung übertragen
wird. Durch ein Bereitstellen eines Wegs mit niedrigem Wärmewiderstand
zu einer großen
Fläche
der äußeren Oberfläche wird
ein Wärmetransfer aus
der Vorrichtung heraus verbessert, was zu einer niedrigeren Betriebstemperatur
für die
Wärmequelle führt.
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Andere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen
ersichtlich, die durch ein Beispiel die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung darstellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a ist
eine Querschnittsansicht, die eine bekannte Wärmeabführvorrichtung zeigt.
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1b zeigt
ein Wärmebild
eines heißen Flecks,
der durch die bekannte Wärmeabführvorrichtung
von 1a erzeugt ist.
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1c ist
eine Querschnittsansicht, die eine andere Wärmeabführvorrichtung zeigt.
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1d zeigt
ein Wärmebild
eines heißen Flecks,
der durch die bekannte Wärmeabführvorrichtung
von 1c erzeugt ist.
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2a ist
eine Querschnittsansicht, die noch eine andere bekannte Wärmeabführvorrichtung zeigt.
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2b und 2c zeigen
Wärmebilder
eines heißen
Flecks, der durch die bekannte Wärmeabführvorrichtung
von 2a erzeugt ist.
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3a und 3b sind
Querschnittsansichten, die eine Vorrichtung mit einer gesteuerten
Z-Achsenleitfähigkeit
zeigen.
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3c zeigt
eine erste Ebene und eine zweite Ebene relativ zu einem kartesischen
Koordinatensystem.
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4a und 4b zeigen
Wärmebilder
eines Temperaturprofils eines Äußeren einer
Umhüllung
in einer Wärmekommunikation
mit einer Vorrichtung mit einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit,
wie dieselbe in 3a und 3b gezeigt
ist.
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5 ist
eine Profilansicht, die einen Wärmefluss
zeigt, der hauptsächlich
in einer ersten Ebene verläuft,
die durch eine X-Achse und eine Y-Achse definiert ist.
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5a und 5b sind
Querschnittsansichten einer Vorrichtung mit einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit.
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6a und 6b zeigen
Wärmebilder
eines Temperaturprofils eines Äußeren einer
Umhüllung
in einer Wärmekommunikation
mit der Wärmeausbreitvorrichtung
mit einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit, wie es in 5a und 5b gezeigt
ist.
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7a und 7b sind
Querschnittsansichten einer Vorrichtung mit einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit.
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8a und 8b sind
eine Querschnittsansicht bzw. eine obere Draufsicht einer Vorrichtung mit
einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit.
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8c und 8d sind
Querschnittsansichten einer Vorrichtung mit einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit.
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9a und 9b sind
Querschnittsansichten, die eine Vorrichtung mit einer gesteuerten
Z-Achsenleitfähigkeit
zeigen.
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10a ist eine obere Draufsicht, die eine Mehrzahl
von Wärmequellen
in einer Wärmekommunikation
mit einer Vorrichtung mit einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit
zeigt.
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10b ist eine obere Draufsicht, die eine Mehrzahl
von Vorrichtungen mit einer gesteuerten Z-Achsenleitfähigkeit
in einer Umhüllung
zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung und in den mehreren Figuren
der Zeichnungen sind ähnliche
Elemente mit ähnlichen
Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie
es in den Zeichnungen zum Zwecke einer Darstellung gezeigt ist,
ist die vorliegende Erfindung in einer Vorrichtung zum einheitlichen
Verteilen von Abwärme
von einer Wärmequelle
auf eine Umhüllung
ausgeführt.
In 3a umfasst eine Vorrichtung 10 zum einheitlichen
Verteilen von Abwärme
h von einer Wärmequelle 20 auf
eine Umhüllung 30 eine
erste Schicht 11, die eine erste Wärmeleitfähigkeit entlang einer ersten
Ebene umfasst. Lediglich zu Darstellungszwecken zeigt in 3c ein
kartesisches Koordinatensystem die erste Ebene X-Y als auf einer
X-Achse und einer Y-Achse liegend (siehe P1)
und eine zweite Ebene P2 als auf einer Z-X-Achse und
einer Z-Y-Achse liegend. Folglich sind die erste und die zweite
Ebene (P1, P2) orthogonal
zueinander. Da die erste Ebene P1 durch
die X-Achse und die Y-Achse
definiert ist, und die zweite Ebene P2 durch die
Z-X- und die Z-Y-Achsen
definiert ist, wird hierin im Folgenden die erste Ebene als X-Y
bezeichnet und wird die zweite Ebene als Z bezeichnet.
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Die
erste Schicht 11 befindet sich in Wärmekommunikation mit der Wärmequelle 20 und
mit der Umhüllung 30.
In 3a befindet sich die erste Schicht 11 in
Kontakt mit einer Innenoberfläche 31i der
Umhüllung 30 und
ist die erste Ebene X-Y im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche der
Umhüllung 30.
Vorzugsweise ist die erste Ebene X-Y im Wesentlichen parallel zu
der inneren Oberfläche 31i.
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Eine
zweite Schicht 13 umfasst eine zweite Wärmeleitfähigkeit Z1 entlang der zweiten
Ebene Z, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der
Umhüllung 30 ist,
vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der inneren Oberfläche 31i.
Die zweite Schicht 13 befindet sich in Kontakt mit der
Umhüllung 30 und
der ersten Schicht 11. Die zweite Schicht 13 ist
in einer zugewandten Beziehung zu der Wärmequelle 20 positioniert
und ein Abschnitt der ersten Schicht 11 ist zwischen der
Wärmequelle 20 und
der zweiten Schicht 13 positioniert. Die zweite Wärmeleitfähigkeit
Z1 der zweiten Schicht 13 ist wesentlich geringer als die
erste Wärmeleitfähigkeit
der ersten Schicht 11. Im Wesentlichen wirkt die erste
Schicht 11 als eine Wärmeausbreitungsvorrichtung,
die Wärme
thermisch in der ersten Ebene X-Y leitet; wohingegen die zweite
Schicht 13 als ein Wärmeisolator wirkt,
der einen Wärmetransfer
in der zweiten Ebene Z im Wesentlichen unterbindet. Folglich ist
in 3a eine Übertragung
von Abwärme
H durch die zweite Schicht 13 hindurch zu der Umhüllung 30 durch
die niedrige zweite Leitfähigkeit
Z1 wesentlich behindert und eine Mehrheit der Abwärme H wird
thermisch durch die erste Schicht 11 hindurch entlang der
ersten Ebene X-Y übertragen,
wie es durch den gestrichelten Pfeil gezeigt ist. Die Abwärme H wird
dann thermisch in die Umhüllung 30 geleitet.
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Weil
die zweite Schicht 13 einen Wärmetransfer in der zweiten
Ebene Z unterbindet, erreicht lediglich ein kleiner Teil der Abwärme einen
Punkt A an der äußeren Oberfläche 31e und
eine Temperatur an dem Punkt A ist niedriger, als es der Fall wäre, falls
die erste Schicht 11 ausschließlich verwendet würde, um
einen Wärmetransfer
von der Wärmequelle 20 zu
der Umhüllung 30 zu
verwalten.
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Auf
Grund der höheren
ersten Wärmeleitfähigkeit
der ersten Schicht 11 entlang der ersten Ebene X-Y ist
zusätzlich
ein Wärmetransfer
HT zu der äußeren Oberfläche 31e der
Umhüllung 30 an
einem Punkt B einheitlich über
die äußere Oberfläche 31e verteilt
und ist eine Temperatur der äußeren Oberfläche 31e an
dem Punkt B ebenfalls niedriger, als es der Fall wäre, falls
die erste Schicht 11 ausschließlich verwendet würde, um
einen Wärmetransfer
von der Wärmequelle 20 auf
die Umhüllung 30 zu
verwalten.
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In 3a und 3b kann
optional eine EMI-Abschirmung 23 enthalten sein. Die EMI-Abschirmung 23 kann
mit der Umhüllung 30 und
der ersten und der zweiten Schicht (11, 13) verbunden sein,
wie es in 3a gezeigt ist, oder die EMI-Abschirmung 23 kann
mit der Wärmequelle 30 und
der ersten Schicht 11 verbunden sein, wie es in 3b gezeigt
ist. Die EMI-Abschirmung 23 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material
hergestellt sein, wie beispielsweise einem Stahl.
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In 3a und 3b können die
erste Schicht 11 und die zweite Schicht 13 miteinander
unter Verwendung einer Vielfalt von Verfahren verbunden sein, einschließlich aber
nicht begrenzt auf ein Laminieren der ersten und der zweiten Schicht
(11, 13) miteinander, ein Verwenden eines Klebstoffs
oder eines Haftmittels, um die erste und die zweite Schicht (11, 13)
miteinander zu verbinden, ein Bilden einer Vertiefung in der ersten
Schicht 11 und dann ein Positionieren der zweiten Schicht 13 in
der Vertiefung, um nur wenige zu nennen. Ein Haftmittel oder ein Klebstoff kann
verwendet werden, um die erste und die zweite Schicht (11, 13)
mit der Umhüllung 30 oder der
EMI-Abschirmung 23 zu verbinden. Falls alternativ die erste
Schicht 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt
ist, dann kann die erste Schicht 11 elektrisch mit einem
Massepotential verbunden sein (siehe 5), so dass
die erste Schicht 11 als eine EMI-Abschirmung dienen kann.
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Gleichermaßen kann
die Wärmekommunikation
zwischen der Wärmequelle 20 und
der ersten Schicht 11 durch einen direkten Kontakt zwischen
der Wärmequelle 20 und
der ersten Schicht 11 (siehe 3a und 3b),
durch einen Zwischenraum G zwischen der Wärmequelle 20 und der
ersten Schicht 11 (siehe 5a) oder
durch eine Schicht eines Wärmeschnittstellenmaterials 29 (siehe 5a),
die sich in Kontakt mit der Wärmequelle 20 und
der ersten Schicht 11 befindet, erfolgen. Falls eine Wärmekommunikation
durch den Zwischenraum G hindurch erfolgt, dann kann etwas der Abwärme H, die
auf die erste Schicht 11 übertragen wird, über Strahlungswärme von
der Wärmequelle 20 sein.
Falls zusätzlich ein
Lüfter
oder dergleichen verwendet wird, um die Wärmequelle 20 konvektionsmäßig zu kühlen, dann überträgt die erwärmte Luft,
die in dem Zwischenraum G eingeschlossen ist, ebenfalls thermisch
etwas der Abwärme
H auf die erste Schicht 11.
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In 4a ist
eine Wirksamkeit der Vorrichtung 10 bei einem Reduzieren
heißer
Flecke und bei einem gleichmäßigen Verteilen
der Abwärme
H über die äußere Oberfläche 31e der
Umhüllung 30 in
einem Infrarotwärmebild
gezeigt. In 5 ist die Wärmequelle 20 unter
Verwendung eines Heizers 90 simuliert, der mit einer Leistungsquelle 91 mit
einstellbarem W verbunden ist, zum Liefern eines Stroms i zu dem
Heizer 90. Die Punkte A und B in 5 sind in 4a als 51A und 51B bezeichnet.
Ein Thermopaar 93 ist mit einem Thermometer 95 zum
Messen einer Temperatur der Wärmequelle 20 verbunden.
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Wenn
der Heizer 90 gesetzt ist, um etwa 2,0 W zu dissipieren,
wobei sich die Wärmequelle 20 bei etwa
51,8°C über einer
Umgebungstemperatur von etwa 25°C
befindet. An der äußeren Oberfläche 31e wird
an dem Punkt 51A eine Temperatur von etwa 41,9°C in dem
Infrarotwärmebild
aufgezeichnet und beträgt
an dem Punkt 51B beträgt
die Temperatur etwa 31,4°C,
für eine
Temperaturdifferenz von 10,5°C
(d. h. 41,9°C – 31,4°C = 10,5°C).
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Im
Gegensatz zu der bekannten Konfiguration, die in 2a und 2b gezeigt
ist und bei der lediglich die Wärmeausbreitungsvorrichtung 213 verwendet
wird, führt
die Konfiguration von 5 dazu, dass die Temperatur
an dem Punkt 51A 40,2°C
niedriger ist (d. h. 82,1°C – 41,9°C = 40,2°C); während die Temperatur
an dem Punkt 51B mit 6,1°C
etwas höher ist
(d. h. 31,4°C – 25,3°C = 6,1°C). Die Temperaturdifferenz
zwischen den Punkten 51A und 51B von 4a jedoch
ist mit 10,5°C
gegenüber
einer Temperaturdifferenz von 56,8°C bei der bekannten 2b wesentlich
niedriger. Folglich ist die Wärme HT, die auf die äußere Oberfläche 31e übertragen wird, über die äußere Oberfläche 31e gleichmäßiger verteilt
und ist nicht so über
dem Punkt 51A konzentriert, ungleich dem Punkt 253A bei
der bekannten Konfiguration, die in 2a und 2b gezeigt
ist.
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In 4b war
die Leistungsdissipation von dem Heizer 90 gesetzt, um
etwa 5,0 W zu dissipieren, wobei die Wärmequelle 20 sich
bei etwa 130,1°C über Umgebungstemperatur
befand. Die Punkte A und B in 5 sind in 4b als 53A und 53B bezeichnet.
An der äußeren Oberfläche 31e ist
an einem Punkt 53A eine Temperatur von etwa 59,4°C in dem
Infrarotwärmebild
aufgezeichnet und beträgt
an einem Punkt 53B die Temperatur etwa 44,5°C, für eine Temperaturdifferenz
von 14,9°C
(d. h. 59,4°C – 44,5°C = 14,9°C). Selbst
wenn deshalb die Leistungsdissipation von dem Heizer 90 mehr
als verdoppelt ist (d. h. 2,5 Mal erhöht ist), ist die Temperatur von
59,4°C an
dem Punkt 53A immer noch erheblich geringer als die Temperatur
von 82,1°C
an dem bekannten Punkt 253A von 2b. Obwohl
die Temperatur von 44,5°C
an dem Punkt 53B höher
als die Temperatur von 25,3°C
an dem bekannten Punkt 253B ist, vorausgesetzt, dass die
Leistung auf 5,0 W in 4b gegenüber den 2,0 W in 2b erhöht wurde,
ist der Temperaturanstieg an dem Punkt 53B vernünftig und
ist die Wärme
HT, die an die äußere Oberfläche 31e übertragen
wird, dennoch gleichmäßiger über die äußere Oberfläche 31e verteilt
und ist nicht über
dem Punkt 53A konzentriert, ungleich dem Punkt 253A bei
der bekannten Konfiguration, die in 2a und 2b gezeigt
ist.
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Die
Wirksamkeit eines Kombinierens der ersten Schicht 11, die
als eine Wärmeausbreitungsschicht
in der ersten Ebene X-Y wirkt, mit der zweiten Schicht 13,
die eine Wärmeübertragung
in der zweiten Ebene Z unterbindet, ist in den Infrarotwärmebildern
in 4a und 4b zu
sehen. Die Temperaturdifferenz zwischen den Punkten 51A und 53A beträgt lediglich
17,5°C und
die Temperaturdifferenz zwischen den Punkten 51B und 53b beträgt lediglich 13,1°C. Wenn folglich
die Leistung 2,5 Mal erhöht
ist, sind die sich ergebenden Temperaturdifferenzen nicht erheblich
erhöht
und ist die Wärme
HT, die an die äußere Oberfläche 31e übertragen
wird, einheitlicher verteilt, obwohl die äußere Oberfläche 31e bei der höheren Leistungsausgabe
wärmer
ist.
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In 5a und 5b umfassen
alternative Konfigurationen von Schichten mit Wärmeleitfähigkeiten mit gesteuerter Z-Achse
ein Hinzufügen
einer dritten Schicht 14 mit einer dritten Wärmeleitfähigkeit Z2
entlang der zweiten Ebene Z. Die dritte Wärmeleitfähigkeit Z2 kann kleiner oder
gleich der zweiten Wärmeleitfähigkeit
Z1 der zweiten Schicht 13 sein (Z2 ≤ Z1). Die dritte Schicht 14 befindet
sich in Kontakt mit der ersten Schicht 11 und der zweiten
Schicht 13 und ist zwischen der Wärmequelle 20 und der
Umhüllung 30 positioniert.
Die dritte Schicht 14 kann verwendet werden, um eine Wärmeübertragung
durch die zweite Schicht 13 hindurch auf die Umhüllung 30 weiter
zu unterbinden. Im Wesentlichen ist durch das Hinzufügen der
dritten Schicht 14 ein Wärme widerstand erhöht und wird
die erste Schicht 11 zu einem Weg mit geringerem Widerstandswert
für die
Abwärme
H, um die äußere Oberfläche 31e zu
erreichen. In 5a ist die dritte Schicht 14 an
einer Oberfläche 13s der
zweiten Schicht 13 positioniert. In 5b ist die
dritte Schicht 14 in die zweite Schicht 13 eingesetzt.
Eine Oberfläche
der dritten Schicht 14 kann mit einer Oberfläche der
zweiten Schicht 13 bündig
sein, wie es in 5b gezeigt ist, oder die Oberfläche der dritten
Schicht 14 kann sich von der Oberfläche der zweiten Schicht 13 auswärts erstrecken
(nicht gezeigt) oder unter dieselbe ausgenommen sein (nicht gezeigt).
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In 6a und 6b wurde
die Konfiguration, die die dritte Schicht 14 umfasst, wie
es in 5a gezeigt ist, bei 2,0 W bzw.
5,0 W wärmeabgebildet. An
Punkten 55A und 55B von 6a betragen
die Temperaturen an der äußeren Oberfläche 31e 36,6°C bzw. 33,1°C, mit einer
Temperaturdifferenz von 3,5°C.
Im Vergleich betrug in 4a an dem Punkt 51A die
Temperatur 51,9°C
(5,3°C heißer als bei 55A)
und betrug die Temperatur an dem Punkt 51B 31,4°C (1,7°C kühler als
bei 55B); die Temperaturdifferenz von 13,5°C in 4a jedoch
ist 10,0°C höher als
die Temperaturdifferenz von 3,5°C
in 6a.
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Deshalb
führt die
Hinzufügung
einer zusätzlichen
Materialschicht (d. h. der dritten Schicht 14) mit der
dritten Wärmeleitfähigkeit
Z2 in der zweiten Ebene Z zu einer noch niedrigeren Temperatur der äußeren Oberfläche 31e an
dem Punkt A des heißen Flecks über der
Wärmequelle 20 und
führt ferner
zu einem gleichmäßigeren
Temperaturprofil über
die äußeren Oberfläche 31e (d.
h. einer Differenz von 3,5°C zwischen
den Punkten 55A und 55B).
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In 6b betragen
gleichermaßen
bei 5,0 W Leistungsdissipation die Temperaturen an der äußeren Oberfläche 31e an
den Punkten 57A und 57B somit 54,1°C bzw. 46,3°C, mit einer
Temperaturdifferenz von 7,8°C.
Im Gegensatz dazu betrug in
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4b an
dem Punkt 53A die Temperatur 59,4°C (5,3°C heißer als bei 57A) und
betrug die Temperatur an dem Punkt 53B 44,5°C (1,8°C kühler als
bei 57B); jedoch ist die Temperaturdifferenz von 14,9°C in 4b um
7,1°C höher als
die Temperaturdifferenz von 7,8°C
in 6b. Wie zuvor führt die dritte Schicht 14,
die in Verbindung mit der zweiten Schicht 13 wirkt, zu
einer noch niedrigeren Temperatur der äußeren Oberfläche 31e an
dem Punkt A des heißen
Flecks über
der Wärmequelle 20 und
führt ferner
zu einem gleichmäßigeren
Temperaturprofil über die äußere Oberfläche 31e.
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Obwohl
die zweite Schicht 13, wie dieselbe in 3a, 3b, 5a und 5b gezeigt
ist, zwischen der Wärmequelle 20 und
der Umhüllung 30 positioniert
ist, muss nicht die gesamte Länge
der Schicht 13 über
der Wärmequelle 20 positioniert
sein. Die Schicht 13 kann eine Länge aufweisen, die die gesamte
Länge der
Schicht 11 überspannt,
oder eine gesamte Länge
einer inneren Oberfläche 31i der
Umhüllung 30 überspannt,
wie es in 5a gezeigt ist.
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In 7a und 7b kann
die Vorrichtung 10 die zuvor erwähnte erste Schicht 11 in
Wärmekommunikation
mit der Wärmequelle 20 und
einschließlich
der ersten Wärmeleitfähigkeit
in der ersten Ebene X-Y umfassen. Eine Mehrzahl von Materialschichten
(13, 15, 16) befindet sich jedoch in
Kontakt mit der ersten Schicht 11 und der Umhüllung 30 und
diese Materialschichten umfassen eine gesteuerte Wärmeleitfähigkeit
entlang der zweiten Ebene Z. Eine ausgewählte der Mehrzahl von Materialschichten
(d. h. 13) umfasst eine gesteuerte Wärmeleitfähigkeit in der zweiten Ebene
Z, die geringer als alle der anderen Mehrzahl von Schichten ist.
Ein Abschnitt der ersten Schicht 11 ist zwischen der Wärmequelle
und der Schicht 13 positioniert. Im Wesentlichen ist die
Schicht 13 aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit
in der Z-Achse hergestellt und sind die Schichten (15, 16)
ebenfalls aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit
in der Z-Achse hergestellt; die Schicht 13 ist jedoch ein besserer
Wärmeisolator
als die Schichten (15, 16). Folglich ist eine Übertragung
von Abwärme
H durch die Schicht 13 hindurch zu der Umhüllung 30 wesentlich
behindert und eine Mehrheit der Abwärme H wird thermisch durch
die erste Schicht 11 hindurch entlang der ersten Ebene
X-Y übertragen
und wird thermisch durch die Mehrzahl von Schichten 15 hindurch übertragen
und einheitlich an der äußeren Oberfläche 31e der
Umhüllung 30 verteilt.
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In 7a können die
Schichten (15, 16) Wärmeleitfähigkeiten Z2 und Z3 entlang
der zweiten Ebene Z aufweisen, die gleich (Z2 = Z3) oder unterschiedlich
(Z2 # Z3) sind. Falls beispielsweise Z2 und Z3 gleich sind, dann
kann eine Wärmeübertragung zu
Punkten B und C an der äußeren Oberfläche 31e im
Wesentlichen gleich sein, so dass die Abwärme H von der Wärmequelle 20 keinen
heißen
Fleck an dem Punkt A erzeugt und die Wärme HT gleichmäßig an der äußeren Oberfläche 31e verteilt
ist.
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Es
kann jedoch erwünscht
sein, die Temperatur des heißen
Flecks an dem Punkt A zu reduzieren, während die Wärme HT an
der äußeren Oberfläche 31e immer
noch gleichmäßig verteilt
wird. Es kann jedoch auch erwünscht
sein, das Wärmeprofil an
der äußeren Oberfläche 31e dadurch
zu konturieren, dass die Schicht 15 mit der Wärmeleitfähigkeit Z2
eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit
als die Schicht 16 mit der Wärmeleitfähigkeit Z3 aufweist, derart, dass
die Oberflächentemperatur
an dem Punkt C höher
als die Oberflächentemperatur
an dem Punkt B ist, aber insgesamt das Temperaturprofil über die äußere Oberfläche 31e nicht
so heiß ist,
um einem Benutzer Unbehagen zu bereiten.
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In 7b ist
die Schicht 15 an einer Seite der Schicht 13 positioniert,
so dass eine Wärmeübertragung
durch die erste Schicht 11 hindurch zu dem Punkt B kanalisiert
ist. Die Konfiguration, die in 7b gezeigt
ist, kann verwendet werden, um zu steuern, wo an der äußeren Oberfläche 31e die Wärme H von
der Wärmequelle 20 gleichmäßig verteilt sein
wird.
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In 7a und 7b können die
Schichten (13, 15 und 16) miteinander
verbunden sein, wie es gezeigt ist (d. h. an einem Kantenabschnitt
der Schichten verbunden), oder eine oder mehrere der Schichten (13, 15 und 16)
kann bzw. können
von einer benachbarten Schicht beabstandet sein, so dass es einen
Zwischenraum G zwischen den benachbarten Schichten gibt, wie es
in 7a zwischen den Schichten 13 und 16 gezeigt
ist. Die Vorrichtung 10 kann ferner eine EMI-Abschirmung umfassen,
wie es oben mit Bezug auf 3a und 3b beschrieben ist,
oder die erste Schicht 11 kann mit einem Massepotential
verbunden sein.
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In 8a und 8b umfasst
die Mehrzahl von Schichten somit Schichten (13, 14 und 15)
und weist die Schicht 13 die niedrigste Wärmeleitfähigkeit Z1
auf, gefolgt von der Schicht 14, die eine etwas höhere Wärmeleitfähigkeit
Z2 aufweist. Die Wärmeleitfähigkeiten
Z3 der Schichten 15 sind höher, um eine Wärmeübertragung
HT an die äußere Oberfläche 31e zu erleichtern.
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In 8b können die
Schichten (11, 13, 14 und 15)
laminiert, verklebt oder anderweitig miteinander verbunden sein.
Beispielsweise kann eine oder können
mehrere der Schichten (11, 13, 14 und 15) eine
einzel- oder doppelseitige Haftmittelverstärkung umfassen, um zu ermöglichen,
dass diese Schicht haftend mit anderen Schichten verbunden wird.
Die Schicht 14 kann eine Öffnung aufweisen, die in derselben
gebildet ist, und angepasst ist, um die Schicht 13 aufzunehmen.
Beispielsweise kann die Schicht 14 formgeschnitten sein,
um die Schicht 13 in die Öffnung zu passen.
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In 8c und 8c kann
die dritte Schicht, die oben mit Bezug auf 5a und 5b erwähnt ist,
mit der Mehrzahl von Schichten (13, 14 und 15) verwendet
werden. Beispielsweise kann eine dritte Schicht 16 in die
Schicht 13 eingesetzt sein, wie es in 8c gezeigt
ist, oder die Schicht 16 kann an einer Oberfläche der
Schicht 13 positioniert sein, wie es in 8d gezeigt
ist.
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In 9a und 9b umfasst
die Vorrichtung 10 eine erste Schicht 11 in Wärmekommunikation
mit der Wärmequelle 20;
die Mehrzahl von Materialschichten jedoch befinden sich in Kontakt
mit der äußeren Oberfläche 31e der
Umhüllung 30.
Eine ausgewählte
der Mehrzahl von Materialschichten (d. h. die Schicht 13)
weist eine niedrigste der gesteuerten Wärmeleitfähigkeiten entlang der zweiten
Ebene Z auf und die erste Schicht 11 und die Umhüllung 30 sind
zwischen der Schicht 13 und der Wärmequelle 20 positioniert.
Wie es oben beschrieben ist, ist eine Übertragung von Abwärme H durch
die Schicht 13 hindurch im Wesentlichen behindert und eine
Mehrheit der Abwärme
H wird thermisch durch die Schicht 11 und die Umhüllung 30 hindurch übertragen,
wobei die gesteuerten Wärmeleitfähigkeiten
(Z1, Z2, Z3, Z4) der Mehrzahl von Schichten (13, 14, 15, 17)
die Abwärme
gleichmäßig an einer
Oberfläche
verteilen, die durch Mehrzahl von Schichten (13, 14, 15, 17)
gebildet ist. Optional kann die Vorrichtung 10 eine Abdeckschicht 27 in
Kontakt mit der Mehrzahl von Materialschichten (13, 14, 15, 17)
umfassen. Die Abdeckschicht 27 kann als eine äußere Oberfläche dienen
und kann ferner die Mehrzahl von Materialschichten (13, 14, 15, 17)
vor einer Beschädigung schützen. Die
Abdeckschicht 27 kann mit der Mehrzahl von Schichten (13, 14, 15, 17)
beispielsweise durch einen Klebstoff oder ein Haftmittel verbunden sein.
Zusätzlich
kann die äußere Abdeckung 27 aus einem
Antirutschmaterial hergestellt sein, das verhindert, dass die Umhüllung auf
einer Oberfläche rutscht,
auf der dieselbe aufliegt.
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Obwohl
lediglich eine Wärmequelle 20 hierin als
in Wärmekommunikation
mit der Schicht 11 der Vorrichtung 10 gezeigt
wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf lediglich eine Wärmequelle 20 begrenzt
und es kann sich eine oder es können
sich mehrere Wärmequellen 20 in
Wärmekommunikation mit
der Schicht 11 befinden, wie es durch die Wärmequelle 20a und 20b (in
gestricheltem Umriss gezeigt) an der Schicht 11 in 10a gezeigt ist. Die Schichten aus einem Material
mit gesteuerter Z-Achsenleitfähigkeit
können
für die
Wärmequellen
(20a, 20b) unterschiedlich sein, um die anwendungsspezifischen Anforderungen
für eine
Wärmeverwaltung
und einen Benutzerkomfort anzusprechen. Zudem können zwei oder mehr der Vorrichtungen 10 mit
der Umhüllung 30 verbunden
sein, wie es in 10b gezeigt ist, wobei sich
Schichten 11 in der gleichen Umhüllung 30 befinden
und voneinander getrennt S sind.
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Die
Materialschichten (11, 13, 14, 15, 16, 17) können irgendeine
Form aufweisen und sind nicht auf die hierin gezeigten rechteckigen
oder quadratischen Formen begrenzt. Die Schichten können beispielsweise
unregelmäßig geformt
sein, um zu einer Form einer Umhüllung 30 konform
zu sein, die nicht quadratisch oder rechteckig ist. Um die Wärmeübertragungscharakteristika
der Vorrichtung 10 zu modifizieren, kann eine oder können mehrere
der Schichten Perforationen (z. B. ein Loch) umfassen, wo Material von
dieser Schicht entfernt wurde, um die thermischen Charakteristika
derselben zu ändern.
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Die
erste Schicht 11 kann aus einem Material hergestellt sein,
einschließlich
aber nicht begrenzt auf ein wärmeleitfähiges Metall,
wie beispielsweise Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al), ein thermisches Wärmeausbreitungsmaterial
und ein thermisches Wärmeausbreitungsmaterial,
das Grafit aufweist. Beispielsweise ist ein exemplarisches Material
für die erste
Schicht 11 ein thermisches Wärmeausbreitungsmaterial GrafTech7
eGRAFTM. Die Grafitprodukte eGRAFTM sind hergestellt, um eine hohe In-Ebene-Wärmeleitfähigkeit
entlang der ersten Ebene X-Y und eine geringe Wärmeleitfähigkeit außerhalb der Ebene entlang der
zweiten Ebene Z aufzuweisen. Das flockenähnliche Rohgrafit, das verwendet
wird, um GrafTech7-Produkte zu erzeugen, wird während einer Herstellung rollgebondet.
Der Rollbondprozess führt
zu überlappenden
Schichten von ausgerichteten Flocken. Da die Flocken bessere Wärmeleiter
als das Material sind, das dieselben bindet, ist die Wärmeleitfähigkeit
des fertiggestellten Materials entlang einer Achse, die mit einer
Längsachse
der Flocken ausgerichtet ist, besser. Im Allgemeinen sind Grafitwärmeausbreitungsprodukte,
einschließlich
der GrafTech7-Produkte, hergestellt, um die Grafitmaterialien selektiv
entlang spezifischer Ebenen (z. B. der ersten Ebene X-Y) wärmeleitfähig zu machen.
Beispielsweise kann eine Lage GrafTech7 eGRAFTM.
1240 oder eine Lage GrafTech7 GS140-30a Material für die Schicht 11 verwendet
werden. Diese GrafTech7-Wärmeausbreitungsprodukte
sind entworfen, um entlang der ersten Ebene X-Y eine höhere Wärmeleitfähigkeit
und in der zweiten Ebene Z eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufzuweisen. Die Lagen
für die
Schicht 11 können sehr
dünn sein
und eine Dicke von etwa 0,040 Zoll aufweisen.
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Die
Schichten 13, 14, 15, 16 und 17 können aus
einem Material hergestellt sein, einschließlich aber nicht begrenzt auf
ein wärmeisolierendes
Material und ein wärmeisolierendes
Material, das ein Aerogel oder ein Silika-Aerogel aufweist. Beispielsweise
kann ein PTFE-gebundenes Silika-Aerogel-Isolationsmaterial
mit einer Dicke von etwa 0,75 mm für diese Schichten verwendet
werden. Silika-Aerogel-Materialien
weisen eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit
in allen drei Achsen auf; deshalb ergibt ein Aerogel ein sehr wirksames
Wärmeisolationsmaterial.
Wenn die Mehrzahl von Schichten verwendet wird, kann jede Schicht
ausgewählt
sein, um einen unterschiedlichen Wert einer Wärmeleitfähigkeit in der zweiten Ebene
Z aufzuweisen, wobei einige der Schichten wirksamere Wärmeisolatoren
als andere Schichten sind.
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Wenn
die Schichten nicht koplanar miteinander sind, kann die erste Schicht 11 konform
mit den anderen Schichten verbunden werden, wie es durch Pfeile 11c in 3a und 3b gezeigt
ist, wo die erste Schicht 11 die zweite Schicht 13 konform
bedeckt. Die Schichten sind eventuell nicht vollkommen konform miteinander
und in einigen Fällen
kann es Luftzwischenräume
zwischen benachbarten Schichten geben. Obwohl ein Laminierungsprozess
eine logische Wahl zum Verbinden der Schichten miteinander ist,
können
andere Prozesse verwendet werden, wie beispielsweise Abscheiden,
Sprühen,
Gießen, Drucken
und Einbetten, und der tatsächliche
Prozess wird anwendungsspezifisch sein. Die Umhüllung 30 kann eine
Umhüllung
für irgendeine
Vorrichtung sein, bei der es erwünscht
ist, Abwärme
gleichmäßig zu verteilen
und eine Wärmedissipation
von einer oder mehreren Wärmequellen
innerhalb der Umhüllung 30 zu
steuern. Beispielsweise kann die Umhüllung 30 eine Umhüllung für einen
Laptop-PC, einen Tablet-PC oder eine tragbare elektronische Vorrichtung sein.
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Die
hierin gezeigten Schichten können
kontinuierliche Materialschichten sein oder nicht und bei einer
oder mehreren Schichten kann Material von einem Abschnitt der Schicht
entfernt sein. In 10a beispielsweise umfasst die
Schicht 11 einen Abschnitt 11r, bei dem etwas
des Materials absichtlich entfernt wurde. Der Abschnitt 11r kann
verwendet werden, um Raum für
ein gewisses Objekt zu schaffen, das in der Umhüllung 30 positioniert
ist (z. B. eine Komponente an einer PC-Platine), oder der Abschnitt 11r kann
verwendet werden, um die Wärmeleitfähigkeit
einer Schicht zu modifizieren. Beispielsweise kann der Abschnitt 11r an
der Schicht 11 positioniert sein, so dass eine unverhältnismäßige Menge der
Abwärme
H zu einem oberen Abschnitt 11U der Schicht 11 im
Gegensatz zu einem unteren Abschnitt 11L ausgebreitet wird.
Dies kann beispielsweise vorgenommen werden, falls es erwünscht ist,
dass ein Abschnitt der Umhüllung 30,
der benachbart zu dem unteren Abschnitt 11L liegt, kühler ist
als der Abschnitt der Umhüllung 30,
der benachbart zu dem oberen Abschnitt 11U liegt. Gleichermaßen können in 10b die Schichten Perforationen 11p (d.
h. ein Durchgangsloch) umfassen, um eine PC-Platinenhardware, Verbinder,
Komponenten, etc. aufzunehmen. Die Perforationen 11p können irgendeine
Form aufweisen und müssen
keine Kreise oder Ovale sein, wie es gezeigt ist. Obwohl die Schicht 11 gezeigt
ist, kann irgendeine der oben erwähnten Schichten die Perforationen 11p umfassen.
Die Perforationen 11p können
ebenfalls verwendet werden, um die Wärmeleitfähigkeit der Schicht zu modifizieren,
in der die Perforationen gebildet sind.
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Obwohl
mehrere Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung offenbart und dargestellt wurden, ist
die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen
von Teilen begrenzt, die so beschrieben und dargestellt sind. Die
Erfindung ist lediglich durch die Ansprüche begrenzt.