DE69914807T2 - Thermisch leitfähiger verbundwerkstoff - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein verbessertes Verbundmaterial. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein wärmeleitendes Verbundmaterial, das leicht formbar oder gießbar ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • In der Wärmeableiterindustrie war es gut bekannt, Metallmaterialien für Wärmeleitfähigkeitsanwendungen wie z. B. Wärmeableitung zum Kühlen von Halbleiterbauelementgehäusen zu verwenden. Für diese Anwendungen wie z. B. Wärmeableiter wird das Metallmaterial typischerweise aus Massemetallen zu der gewünschten Gestalt bearbeitet oder maschinell bearbeitet. Solche leitenden Metallgegenstände sind jedoch typischerweise sehr schwer, kostenaufwendig maschinell zu bearbeiten und sind für Korrosion anfällig. Ferner sind die Geometrien von maschinell bearbeiteten metallischen Wärmeableitungsgegenständen auf die innewohnenden Begrenzungen, die mit dem Prozeß der maschinellen Bearbeitung oder Bearbeitung verbunden sind, sehr begrenzt. Folglich erlegt die Anforderung, Metallmaterialien zu verwenden, die zur gewünschten Form maschinell bearbeitet werden, der speziellen Wärmeableiterkonstruktion strenge Begrenzungen auf, wenn es bekannt ist, daß bestimmte Geometrien einfach aufgrund ihrer Konstruktion einen besseren Wirkungsgrad realisieren würden, aber aufgrund der Begrenzungen bei der maschinellen Bearbeitung von Metallgegenständen nicht erreichbar sind.
  • Es ist im Stand der Technik umfangreich bekannt, daß die Verbesserung der Gesamtgeometrie eines Wärmeableitungsgegenstandes die Gesamtleistung des Gegenstandes erheblich verbes sern kann, selbst wenn das Material dasselbe ist. Daher erforderte der Bedarf für verbesserte Wärmeableitergeometrien eine Alternative für die maschinelle Bearbeitung von Massemetallmaterialien. Um diesen Bedarf zu erfüllen, wurden im Stand der Technik Versuche durchgeführt, um geformte Zusammensetzungen bereitzustellen, die leitendes Füllmaterial darin enthalten, um die erforderliche Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen. Die Fähigkeit, einen leitenden Verbundstoff zu formen, ermöglichte die Konstruktion von komplexeren Teilegeometrien, um eine verbesserte Leistung des Teils zu realisieren.
  • Die versuche im Stand der Technik umfaßten die Verwendung einer Polymerbasismatrix, die mit einem körnigen Material gefüllt ist, wie z. B. Bornitridkörnern. Es wurden auch Versuche durchgeführt, um eine mit flockenartigem Füllmaterial gefüllte Polymerbasismatrix bereitzustellen. Diese Versuche sind tatsächlich zu komplexen Geometrien formbar, nähern sich jedoch immer noch nicht den gewünschten Leistungsniveaus an, die in maschinell bearbeiteten Metallteilen zu finden sind. Außerdem sind bekannte leitende Kunststoffmaterialien unerwünscht, da sie typischerweise sehr teuer herzustellen sind, da sie sehr teure Füllmaterialien verwenden. Noch ferner müssen diese leitenden Verbundmaterialien aufgrund von Sorgen um die Füllstoffausrichtung während des Formprozesses mit extremer Präzision geformt werden. Selbst bei Präzisionsformen und -konstruktion machen es innewohnende Probleme der Fluidturbulenz, Kollisionen mit der Form aufgrund von komplexen Produktgeometrien unmöglich, den Füllstoff ideal zu positionieren, was folglich verursacht, daß die Zusammensetzung weitaus schlechter als erwünscht arbeitet.
  • Überdies muß die gesamte Matrix der Zusammensetzung zufriedenstellend sein, da die Wärmeübertragung vielmehr eine Masseeigenschaft als eine Eigenschaft eines direkten Weges wie z. B. die Übertragung von Elektrizität ist. Ein direkter Weg ist erforderlich, um Elektrizität zu leiten. Wärme wird jedoch in der Masse übertragen, wo das gesamte Volumen des Körpers für die Übertragung verwendet wird. Selbst wenn eine stark leitende schmale Leitung durch einen viel weniger leitenden Körper bereitgestellt wird, wäre die Wärmeübertragung daher nicht so gut wie ein Körper, der durch den gesamten Körper konsistent geringfügig leitend ist. Daher ist die Konsistenz der Wärmeleitfähigkeit der gesamten Matrix des Verbundkörpers für eine gesamte hohe Wärmeleitfähigkeit wesentlich.
  • Angesichts des vorangehenden besteht ein Bedarf für ein Verbundmaterial, das stark wärmeleitend ist. Außerdem besteht ein Bedarf für ein Verbundmaterial, das zu komplexen Produktgeometrien geformt oder gegossen werden kann. Es besteht auch ein Bedarf für einen solchen formbaren Gegenstand, der eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die so nahe wie möglich an rein metallischen leitenden Materialien liegt, während er relativ niedrige Herstellungskosten aufweist.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG.
  • Die vorliegende Erfindung bewahrt die Vorteile von wärmeleitenden Kunststoffzusammensetzungen des Standes der Technik. Außerdem stellt sie neue Vorteile bereit, die in derzeit erhältlichen Zusammensetzungen nicht zu finden sind, und beseitigt viele Nachteile von solchen derzeit erhältlichen Zusammensetzungen.
  • Die Erfindung richtet sich im Allgemeinen auf das neue und einzigartige wärmeleitende Kunststoffverbandmaterial mit spezieller Anwendung in Wärmeableiteranwendungen, bei denen Wärme von einem Bereich zu einem anderen bewegt werden maß, um einen Bauelementausfall zu vermeiden. Das Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung ermöglicht, daß ein stark wärmeleitendes Verbundmaterial mit relativ niedrigen Kosten hergestellt wird. Die leitende Formzusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist eine Wärmeleitfähigkeit oberhalb 22 W/m°K auf. Die wärmeleitende Zusammensetzung umfaßt eine Polymerbasismatrix mit zwischen 30 und 60 Volumenprozent. Ein erster wärmeleitender Füllstoff mit zwischen 25 und 60 Volumenprozent ist in der Zusammensetzung vorgesehen, welcher ein relativ hohes Seitenverhältnis von mindestens 10 : 1 aufweist. In dem Zusammensetzungsgemisch liegt auch ein zweiter wärmeleitender Füllstoff mit zwischen 10 und 25 Volumenprozent vor, der ein relativ niedriges Seitenverhältnis von 5 : 1 oder weniger aufweist.
  • Während des Formprozesses der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird das Gemisch in einen Formhohlraum eingeleitet und strömt in die verschiedenen Teilegeometrien. Der Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis richtet sich im allgemeinen auf die Strömung des Gemisches in der Form aus, beläßt jedoch von Natur aus kleine willkürliche Hohlräume dazwischen. Der Füllstoff mit niedrigem Seitenverhältnis in dem Gemisch füllt die Hohlräume zwischen dem Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis in dem Gemisch. Folglich wird die Anzahl von Grenzflächen und die Basismatrixdicke zwischen den Füllstoffelementen erheblich verringert, was folglich zu einer Wärmeleitfähigkeit und zu einer Leistung führt, die derjenigen überlegen sind, die in wärmeleitenden Materialien des Standes der Technik zu finden sind.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leitendes Verbundmaterial bereitzustellen, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die viel größer ist als jene, die in Verbundstoffen des Standes der Technik zu finden ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leitendes Verbundmaterial bereitzustellen, das formbar ist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges leitendes Verbundmaterial bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines leitenden Verbundmaterials, das das Formen von komplexen Teilegeometrien ermöglicht.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leitendes Verbundmaterial bereitzustellen, das ein signifikant leichteres Gewicht aufweist als Metallmaterialien.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leitendes Verbundmaterial bereitzustellen, das eine Wärmeleitfähigkeit nahe reinen Metallmaterialien aufweist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die neuen Merkmale, die für die vorliegende Erfindung charakteristisch sind, sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der. Erfindung zusammen mit weiteren Aufgaben und zugehörigen Vorteilen werden jedoch am besten durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verstanden, in denen gilt:
  • 1 ist ein Querschnitt eines wärmeleitenden Verbundmaterials des Standes der Technik, das einen Füllstoff mit niedrigem Seitenverhältnis in einer Basismatrix verwendet;
  • 2 ist ein Querschnitt eines wärmeleitenden Verbundmaterials des Standes der Technik, das ein hohes Seiten verhältnis in einer Basismatrix mit Füllstoff verwendet, welcher in theoretischer idealer Ausrichtung dargestellt ist;
  • 3 ist ein Querschnitt eines wärmeleitenden Verbundmaterials des Standes der Technik, das einen Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis in einer Basismatrix mit Füllstoff verwendet, der in einer realistischen Anordnung nach dem Formen dargestellt ist;
  • 4 ist ein Querschnitt des wärmeleitenden Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung, das sowohl einen Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis als auch einen Füllstoff mit niedrigem Seitenverhältnis verwendet;
  • 5A ist eine Draufsicht auf das Füllstoffelement mit hohem Seitenverhältnis mit einer flockenartigen Gestalt;
  • 5B ist eine Querschnittsansicht durch die Linie 5B-5B von 5A;
  • 6A ist eine Draufsicht auf ein Füllstoffelement mit hohem Seitenverhältnis mit reisartiger Gestalt;
  • 6B ist eine Querschnittsansicht durch die Linie 6B-6B von 6A;
  • 7A ist eine Draufsicht auf ein Füllstoffelement mit hohem Seitenverhältnis mit strangartiger Gestalt;
  • 7B ist eine Querschnittsansicht durch die Linie 7B-7B von 7A;
  • 8 ist eine Draufsicht auf ein Füllstoffelement mit hohem Seitenverhältnis mit einer haarkristallartigen Gestalt;
  • 9 ist eine Draufsicht auf ein Sphäroid-Füllstoffelement mit niedrigem Seitenverhältnis; und
  • 10 ist eine Draufsicht auf ein Kornfüllstoffelement mit niedrigem Seitenverhältnis.
  • ARTEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Mit Bezug zuerst auf 1–3 sind verschiedene Verbundmaterialien 10 und 30 des Standes der Technik, die leicht kommerziell erhältlich sind, gezeigt. Insbesondere zeigen diese Verbundmaterialien 10 und 30 des Standes der Technik im allgemeinen eine Basismatrix eines Polymers 12 beispielsweise mit verschiedenen Arten von Füllmaterial 14 und 16. Jede dieser Zusammensetzungen ist für die Deutlichkeit und leichte Darstellung in vergrößertem Detail gezeigt.
  • Wie in 1 zu sehen ist, wird eine Querschnittsansicht eines Verbundmaterials 10 des Standes der Technik mit einer Basispolymermatrix 12 und einem Sphäroidfüllstoff 14 bereitgestellt. In diesem Beispiel des Standes der Technik ist die Basismatrix 12 mit Füllstoff 12 mit niedrigem Seitenverhältnis gefüllt, der typischerweise ein Längen-Breiten-Verhältnis von weniger als 5 : 1 aufweist. Das Gemisch kann beispielsweise 40 Volumenprozent Basismatrix und 60 Volumenprozent körnigen oder Sphäroid-Füllstoff umfassen. Die Basispolymermatrix 12 ist im wesentlichen nicht-leitend und der Sphäroid-Füllstoff 14 ist ein Metallmaterial oder Bornitrid, das eine unabhängige Wärmeleitfähigkeit in der Größenordnung von ungefähr 400 W/m°K aufweist.
  • Wie zu verstehen ist, macht das Füllen des wärmeleitenden Füllstoffs in eine Polymerbasismatrix das Material wärmeleitend, während ermöglicht wird, daß das Material formbar ist. wenn es als Wärmeleiter verwendet wird, muß das Material 10 Wärme thermisch beispielsweise von der Seite X zur Seite Y des Materials übertragen. Während dieser Übertragung muß sich die Wärme vom wärmeleitenden Füllstoffelement zum benachbarten wärmeleitenden Füllstoffelement bewegen, um den Weg von X zu Y zu durchlaufen. Da der ausgewählte Füllstoff in 1 körnige oder Sphäroid-Elemente mit niedrigem Seitenverhältnis ist, muß die Wärme viele Grenzflächen zwischen mehreren Füllstoffelementen sowie das dazwischen liegende nicht-leitende Polymer kreuzen. Je mehr Grenzflächen die Wärme kreuzen muß und je mehr Polymer die Wärme durchlaufen muß, desto mehr wird die Wärmeleitfähigkeit verschlechtert. Ferner würde zu viel Füllung mit Füllstoffmaterial verhindern, daß das Basispolymer vornetzt, was zu unerwünschten kleinen Lufteinschlüssen im fertiggestellten geformten Produkt führt.
  • Wenn man sich nun 2 zuwendet, zeigt eine ideale Zusammensetzung 20 des Standes der Technik die Verwendung eines Füllstoffs 16 mit hohem Seitenverhältnis innerhalb einer Polymerbasismatrix 12. 2 stellt die Versuche dar, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, die damit verbunden sind, daß zu viele Grenzflächen und zu viel Polymer zwischen den zwei Punkten der Wärmebewegung vorhanden sind. 2 zeigt eine ideale Zusammensetzung 20, bei der Füllstoff 16 mit hohem Seitenverhältnis perfekt innerhalb der Polymerbasismatrix 12 ausgerichtet ist. In dieser idealen Zusammensetzung 20 richtet sich der Füllstoff 16 mit hohem Seitenverhältnis perfekt so aus, daß die Anzahl von Grenzflächen, die die Wärme kreuzen muß, und das Volumen des Polymers 12, das die Wärme durchlaufen muß, verringert werden. In dieser idealen Zusammensetzung werden beim Laufen vom Punkt X zu Y nur zwei oder drei Grenzflächen angetroffen im Gegensatz zu den 7 oder 8, die von der in 1 gezeigten Zusammensetzung 10 angetroffen werden.
  • Obwohl die in 2 gezeigte Zusammensetzung 20 ideal und bevorzugt ist, ist es theoretisch unmöglich, sie in der Praxis zu erreichen. Dies liegt hauptsächlich an der Geometrie des zu formenden Teils. Wie vorher angegeben, besteht einer der Hauptgründe für die Verwendung einer wärmeleitenden Kunststoffzusammensetzung darin, daß sie in komplexere Geometrien formbar ist, um eine bessere Wärmeableitung zu erreichen. Daher werden typischerweise komplizierte Teilegeometrien angetroffen, wenn wärmeleitende Polymermaterialien geformt werden.
  • Mit diesen komplizierten Geometrien ist eine Turbulenz der Strömung der mit Füllstoff gefüllten Matrix üblich, was zu Kollisionen des Füllmaterials und zu einer ungleichmäßigen Ausrichtung führt. Obwohl eine parallele Ausrichtung des Füllstoffes mit hohem Seitenverhältnis offensichtlich bevorzugt ist, kann sie nicht erreicht werden. Ferner bricht die Turbulenz der Strömung und die Kollisionen mit Kanten der Form häufig den Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis, insbesondere wenn er ein Seitenverhältnis von mehr als 20 : 1 aufweist. 3 stellt eine realistische Zusammensetzung 30 mit einem Füllstoff 16, der etwas auf den benachbarten Füllstoff 16 innerhalb des Polymers 12 ausgerichtet ist, dar. 3 ist das, was aufgrund der innewohnenden Probleme, die mit dem Formen von Material mit Füllstoff darin verbunden sind, in der Praxis angetroffen wird, im Gegensatz zu der in 2 gezeigten theoretisch idealen Anordnung. Wie in 3 zu sehen ist, ist die Anzahl von Grenzflächen oder Übergängen von einem Füllstoff 16 zu einem anderen, um sich vom Punkt X zu Y zu bewegen, im Vergleich zu 1 verringert, das Volumen des nicht-wärmeleitenden Polymermaterials im Bewegungsweg ist jedoch erhöht, wobei folglich die Gesamtleitfähigkeit der Zusammensetzung über den Weg X zu Y erheblich verringert wird. Ferner verursacht der Bruch des Füllstoffes 16 mit hohem Seitenverhältnis, daß sich die Wärmeleitfähigkeit der Zusammensetzung ebenso verschlechtert.
  • Wenn man sich nun 4 zuwendet, ist eine Zusammensetzung 100 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Zusammensetzung 100 umfaßt eine Basismatrix 112, die vorzugsweise ein Polymermaterial ist, wie z. B. ein Flüssigkristallpolymer. In die Polymerbasismatrix 112 sind ein Füllstoff 114 mit niedrigem Seitenverhältnis und ein Füllstoff 116 mit hohem Seitenverhältnis gefüllt, die beide stark wärmeleitende Materialien sind. Die vorliegende Erfindung ist die Verwendung sowohl des Füllstoffes 114 mit niedrigem Seitenverhältnis als auch des Füllstoffes 116 mit hohem Seitenverhältnis innerhalb derselben Basismatrix 112. Wie in 3 gezeigt, ist eine perfekte parallele Ausrichtung des Füllstoffes 116 mit hohem Seitenverhältnis nicht möglich. Folglich würden zu viele Hohlräume zwischen dem schlecht ausgerichteten Füllstoff 116 mit hohem Seitenverhältnis existieren. Die vorliegende Erfindung verwendet einen Füllstoff 114 mit niedrigem Seitenverhältnis, um die Hohlräume zu füllen, die natürlich zwischen benachbartem Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis aufgrund der Turbulenz während des Formens und komplexen Formgeometrien belassen werden. Infolge der Verwendung von sowohl dem Füllstoff mit niedrigem Seitenverhältnis als auch dem Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis innerhalb derselben Zusammensetzung kann die Gesamtzahl von Übergangsflächen erheblich verringert werden, während die Hohlräume mit Füllstoff mit niedrigem Seitenverhältnis, die vorher mit nicht-wärmeleitendem Polymer gefüllt waren, wie in 3 gezeigt, ersetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung 100, wie in 4 gezeigt, umfaßt eine Basismatrix 112, die vorzugsweise aus einem Flüssigkristallpolymer hergestellt wird. Ein Flüssigkristallpolymer ist aufgrund seiner sehr kristallinen Art und seiner natür lichen Tendenz, den darin eingefüllten Füllstoff auszurichten, bevorzugt. Verschiedene andere Arten von Polymeren können verwendet werden. Ferner kann die Basismatrix aus Metallmaterial bestehen, wenn Druckgießen des wärmeleitenden Körpers für die Anwendung erforderlich ist.
  • Wie in 5–8 gezeigt, können verschiedene unterschiedliche Arten von Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis verwendet werden und dennoch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Wie in 5A und 5B gezeigt, ist der Füllstoff 116 mit hohem Seitenverhältnis als flockenartige oder plattenartige Gestalt 122 mit einer Länge L und Dicke T gezeigt. 6A und 6B stellen einen weiteren Füllstoff 116 mit hohem Seitenverhältnis dar, der als in einer reisartigen Gestalt 124 mit einer Länge L und Dicke T dargestellt ist. 7A und 78 zeigen eine strangartige Gestalt 126 mit einer Länge L und Dicke T. 8 zeigt eine Haarkristallgestalt 128 mit einer Länge L und Dicke T. Es ist beispielsweise bevorzugt, daß der Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis Kohlenstoffflocken ist, die 2/1000 bis 4/1000 eines Inch dick sind, während sie 40/1000 eines Inch lang sind, um ein minimales Seitenverhältnis von ungefähr 10 : 1 zu realisieren. Das Seitenverhältnis wäre vorzugsweise nicht niedriger als 50 : 1 oder noch größer. Obwohl solche Abmessungen bevorzugt sind, können andere Größen von Füllstoff mit hohem Seitenverhältnis in Abhängigkeit von der vorliegenden Anwendung verwendet werden. Alternativ kann auch Kohlenstoffaser, die einen Durchmesser von 200 Mikrometern aufweist, verwendet werden.
  • Bei jeder dieser in 5–8 gezeigten Gestalten, die sich zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eignen, ist das Seitenverhältnis der Länge L zur Dicke T mindestens 10 : 1. Ferner kann das für den Füllstoff 116 mit hohem Seiten verhältnis verwendete Material Aluminium, Aluminiumoxid, Kupfer, Magnesium, Messing und Kohlenstoff sein.
  • Wenn man sich nun 9 und 10 zuwendet, sind zwei Beispiele von geeigneten Füllstoffgestalten mit niedrigem Seitenverhältnis gezeigt. 9 zeigt eine im wesentlichen sphäroidförmige Füllstoffgestalt 130, wobei der Durchmesser des Elements D ist. Folglich ist das Seitenverhältnis dieser Füllstoffgestalt ungefähr 1 : 1. Außerdem stellt 10 eine kornartige oder körnige Füllstoffgestalt 132 dar, die als Füllstoff 114 mit niedrigem Seitenverhältnis dient. Diese körnige Gestalt 132 ist etwas willkürlich in der Form und kann ein Verhältnis der Höhe H zur Breite W von 2 : 1 oder dergleichen aufweisen. Der Füllstoff 114 mit niedrigem Seitenverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verhältnis von 5 : 1 oder weniger auf. Ferner kann das für den Füllstoff 114 mit niedrigem Seitenverhältnis verwendete Material Aluminium, Aluminiumoxid, Kupfer, Magnesium, Messing und Kohlenstoff sein. Der Füllstoff mit niedrigem Seitenverhältnis ist vorzugsweise ungefähr 10/1000 eines Inch im Durchmesser oder entlang seiner Breite, kann jedoch in Abhängigkeit von der vorliegenden Anwendung verschiedene Größen aufweisen.
  • In dem Verbundgemisch der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß die Basismatrix 112 30 bis 60 Volumenprozent ausmacht; daß der Füllstoff 116 mit hohem Seitenverhältnis 25 bis 50 Volumenprozent ausmacht; und daß der Füllstoff 114 mit niedrigem Seitenverhältnis 10 bis 25 Volumenprozent ausmacht. Mit den vorangehenden offenbarten Bereichen können eine hohe Volumenfüllung und ein zweckmäßiges Vornetzen erzielt werden.
  • Nachstehend ist ein Beispiel und bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • BEISPIEL
  • Eine Basismatrix aus Flüssigkristallpolymer wird als 50 Prozent (auf das Volumen) des Zusammensetzungsgemisches bereitgestellt. Kohlenstoffflocken mit hohem Seitenverhältnis mit einem Seitenverhältnis von ungefähr 50 : 1 und unabhängiger Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 800 W/m°K werden als ungefähr 35 Prozent (auf das Volumen) des Zusammensetzungsgemischs bereitgestellt. Schließlich werden 15 Prozent (auf das Volumen) von Bornitridkörnern mit einem Seitenverhältnis von ungefähr 4 : 1 und unabhängiger Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 400 W/m°K bereitgestellt.
  • Der nachstehende Vergleich stellt die Wärmeleitfähigkeit der in 1 und 3 gezeigten Zusammensetzungen des Standes der Technik im Vergleich zur Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, die in 4 gezeigt ist, dar.
  • Figure 00130001
  • Figure 00140001
  • Angesichts des vorangehenden kann ein überlegenes formbares, stark wärmeleitendes Verbundmaterial hergestellt werden. Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist gegenüber Versuchen des Standes der Technik, um ein solches formbares, wärmeleitendes Material bereitzustellen, erheblich verbessert. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Wärmeleitfähigkeit bereit, die gegenüber bekannten Zusammensetzungen ungeheuer verbessert ist, um zu ermöglichen, daß komplexe Teilegeometrien effizientere Wärmeableitervorrichtungen erreichen.
  • Es wäre für Fachleute zu erkennen, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen an den dargestellten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle solchen Modifikationen und Änderungen sollen von den beigefügten Ansprüchen erfaßt werden.

Claims (23)

  1. Wärmeleitende Zusammensetzung mit einer Wärmeleitfähigkeit über 22 W/m°K, mit: einem Polymerbasis-Matrixmaterial; einem ersten wärmeleitenden Füllmaterial mit einer Seitenverhältnisgestalt von mindestens 10 : 1; und einem zweiten wärmeleitenden Füllmaterial mit einer Seitenverhältnisgestalt von 5 : 1 oder weniger.
  2. Wärmeleitende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das leitende Material formbar ist.
  3. Wärmeleitende Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, welche ferner umfaßt: die Polymerbasismatrix mit zwischen 30 und 60 Volumenprozent; den ersten wärmeleitenden Füllstoff mit zwischen 25 und 60 Volumenprozent; und einen zweiten wärmeleitenden Füllstoff mit zwischen 10 und 25 Volumenprozent; wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff ein Seitenverhältnis von weniger als 5 : 1 aufweist.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymerbasismatrix ein Flüssigkristallpolymer ist.
  5. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff eine Flockengestalt aufweist.
  6. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff eine Reisgestalt aufweist.
  7. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff eine Stranggestalt aufweist.
  8. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff eine Haarkristallgestalt aufweist.
  9. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff ein Metallmaterial ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Aluminiumoxid, Kupfer, Magnesium und Messing besteht.
  10. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff ein Kohlenstoffmaterial ist.
  11. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff eine Sphäroidform aufweist.
  12. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff eine Korngestalt aufweist.
  13. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff ein Metallmaterial ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Aluminiumoxid, Kupfer, Magnesium und Messing besteht.
  14. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff Bornitrid ist.
  15. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff Kohlenstoff ist.
  16. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymerbasis ungefähr 50 Volumenprozent beträgt; der erste wärmeleitende Füllstoff ungefähr 35 Volumenprozent beträgt; und der zweite wärmeleitende Füllstoff ungefähr 15 Volumenprozent beträgt.
  17. Wärmeleitende Zusammensetzung nach Anspruch 1, mit einem Gemisch aus einem Polymer und dem ersten wärmeleitenden Füllmaterial und dem zweiten wärmeleitenden Füllmaterial; wobei das erste wärmeleitende Füllmaterial ein Seitenverhältnis von mehr als 10 : 1 aufweist und das zweite wärmeleitende Füllmaterial ein Seitenverhältnis von weniger als 5 : 1 aufweist.
  18. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 17, wobei das Polymer ein Flüssigkristallpolymer ist.
  19. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 17, wobei das erste wärmeleitende Füllmaterial Kohlenstoffflocken ist.
  20. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 17, wobei das zweite wärmeleitende Füllmaterial Bornitridkörnchen ist.
  21. Leitende Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die Zusammensetzung eine Spritzgießzusammensetzung ist, mit: einer Polymerbasismatrix mit zwischen 30 und 60 Volumenprozent; einem ersten wärmeleitenden Füllstoff mit zwischen 25 und 60 Volumenprozent; wobei der erste wärmeleitende Füllstoff ein Seitenverhältnis von mindestens 10 : 1 und eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 800 W/m°K aufweist; und einem zweiten wärmeleitenden Füllstoff mit zwischen 10 und 25 Volumenprozent; wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff ein Seitenverhältnis von weniger als 5 : 1 und eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 400 W/m°K aufweist.
  22. Leitende Zusammensetzung nach Anspruch 21, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 800 W/m°K aufweist; und der zweite wärmeleitende Füllstoff eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 400 W/m°K aufweist.
  23. Wärmeleitende Spritzgießzusammensetzung mit einer Wärmeleitfähigkeit oberhalb 22 W/m°K mit: einem Metallbasis-Matrixmaterial; einem ersten wärmeleitenden Füllmaterial mit einer Seitenverhältnisgestalt von mindestens 10 : 1, wobei der erste wärmeleitende Füllstoff Kohlefaser ist; und einem zweiten wärmeleitenden Füllmaterial mit einer Seitenverhältnisgestalt von 5 : 1 oder weniger, wobei der zweite wärmeleitende Füllstoff aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenstoff und Bornitrid besteht.
DE1999614807 1999-01-29 1999-10-14 Thermisch leitfähiger verbundwerkstoff Expired - Lifetime DE69914807T2 (de)

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US09/239,913 US6048919A (en) 1999-01-29 1999-01-29 Thermally conductive composite material
US239913 1999-01-29
PCT/US1999/023950 WO2000044823A1 (en) 1999-01-29 1999-10-14 Thermally conductive composite material

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