JP2001523892A - Thermal management device - Google Patents

Thermal management device

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JP2001523892A
JP2001523892A JP2000521547A JP2000521547A JP2001523892A JP 2001523892 A JP2001523892 A JP 2001523892A JP 2000521547 A JP2000521547 A JP 2000521547A JP 2000521547 A JP2000521547 A JP 2000521547A JP 2001523892 A JP2001523892 A JP 2001523892A
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JP
Japan
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resin
thermal
heat sink
management device
weight
Prior art date
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Application number
JP2000521547A
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Japanese (ja)
Inventor
レブスク,ケビン・ジェイ
ミラー,ジェームズ・ディー
Original Assignee
ビーピー・アモコ・コーポレーション
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 少なくとも1個のヒート・パイプとそれと熱連絡する成形ヒート・シンクとを含む熱管理デバイスであって、前記ヒート・シンクが約5W/mKより大きい熱伝導率を有する充填剤入り樹脂組成物を含み、前記組成物が充填剤と樹脂との合計重量に基いて10〜80重量%の熱伝導性充填剤と約90〜約20重量%の樹脂とを含む前記デバイス。   (57) [Summary] A thermal management device comprising at least one heat pipe and a molded heat sink in thermal communication therewith, wherein the heat sink comprises a filled resin composition having a thermal conductivity of greater than about 5 W / mK. The device, wherein the composition comprises from 10 to 80% by weight of the thermally conductive filler and from about 90 to about 20% by weight of the resin, based on the total weight of the filler and the resin.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本出願は、1997年11月13日出願の米国暫定出願第60/065,41
8号の利点を特許請求する。
[0001] This application is related to US Provisional Application No. 60 / 065,41, filed Nov. 13, 1997.
Claim 8 advantage.

【0002】 本発明は、熱管理のためのヒート・パイプ装置に関し、さらに詳しくは、ヒー
ト・パイプ要素と成形ヒート・シンク要素とを含む改良熱管理デバイスに関する
。さらに一層詳しくは、本発明は、ヒート・シンク要素と熱連絡したヒート・パ
イプ要素を含む熱管理装置であって、ヒート・シンク要素が成形可能な熱伝導性
の充填剤入りポリマー、好ましくは射出成形可能な熱伝導性の充填剤入り液晶ポ
リマーを含む前記熱管理装置に関する。好ましくは、熱管理装置をインサート成
形操作によって単体構造として形成する。
[0002] The present invention relates to a heat pipe apparatus for heat management, and more particularly to an improved heat management device including a heat pipe element and a molded heat sink element. Still more particularly, the invention relates to a thermal management device comprising a heat pipe element in thermal communication with a heat sink element, wherein the heat sink element is a moldable, thermally conductive, filled polymer, preferably an injection molded polymer. The invention relates to such a thermal management device, comprising a moldable, thermally conductive, filled liquid crystal polymer. Preferably, the thermal management device is formed as a unitary structure by an insert molding operation.

【0003】 例えば、モーター、変圧器及びソレノイドのワインディング(windings)用のよ
うな、電気デバイスの市場分野はこのようなデバイスの小型化にますます移行し
つつある。このことは次に内部装置の操作温度を上昇させ、これらの用途に用い
られる絶縁材の高いヒート・レイティングの必要性のみでなく、熱の除去と消散
のための改良方法の必要性をも生じる。熱発生も、例えばレーザ・ダイオード、
発光ダイオード、サイリスタ、マイクロ波電子トランスファー・デバイス等のよ
うな、半導体要素から成る非常に多様な電子デバイスにおける問題である。例え
ば、チップの片面上又は近くに配置された無数のトランジスタを有する単結晶シ
リコンから成る半導体又はマルチチップ・モジュールはかなりの量の熱エネルギ
ーを操作中に生じる。電子要素の耐用寿命のためには副生成熱の除去が重要であ
り、当該技術分野は改良された熱管理系と、このようなデバイスに関連した高レ
ベルの熱出力を管理する方法とを絶えず求めている。
[0003] The market segment of electrical devices, such as for motors, transformers and solenoid windings, is increasingly moving toward miniaturization of such devices. This in turn raises the operating temperature of internal equipment, creating not only the need for high heat rating of the insulation used in these applications, but also the need for improved methods for heat removal and dissipation. . Heat generation, for example, laser diodes,
A problem in a wide variety of electronic devices consisting of semiconductor elements, such as light emitting diodes, thyristors, microwave electron transfer devices, and the like. For example, a semiconductor or multi-chip module consisting of single crystal silicon with countless transistors located on or near one side of the chip generates a significant amount of thermal energy during operation. Removal of by-product heat is important for the useful life of electronic components, and the art is continually developing improved thermal management systems and methods for managing the high levels of thermal output associated with such devices. I'm asking.

【0004】 熱管理は長い間、広範囲な研究と調査の対象であった。初期の実施は、それら
の高い熱伝導率のために選択された金属と合金から構成された、キャリヤー及び
ハウジングを包含する、ヒート・シンクの使用に基いており、このようなデバイ
スは広範囲な用途を見出し続けている。材料におけるさらに最近の革新と改良と
は例えば、ダイヤモンドが知られる限りで最高の熱伝導率を有するという事実を
利用しようと意図した、金属ハウジングと金属被覆ダイヤモンド・チップ又はウ
ェファとの組み合わせを包含している。特に、ダイヤモンド要素の限定されたサ
イズと高いコストとによって生ずる実際の問題を含めた、ダイヤモンドに基くデ
バイスの明白な欠点は、熱伝導率を高めるために充填剤としてダイヤモンド粒子
を含有する金属マトリックス複合材料の開発をもたらした。特に高出力密度デバ
イスと共に用いるために設計された、熱管理問題の他の解決策は、冷却剤として
の液体窒素に基く、液体冷却したヒート・シンク構造とチップ・モジュール・ハ
ウジングとを包含する。
[0004] Thermal management has long been the subject of extensive research and investigation. Early implementations were based on the use of heat sinks, including carriers and housings, composed of metals and alloys selected for their high thermal conductivity, and such devices have found widespread application. Continue to headline. More recent innovations and improvements in materials include, for example, the combination of a metal housing with a metallized diamond tip or wafer, which attempts to take advantage of the fact that diamond has the highest thermal conductivity known. ing. In particular, the obvious disadvantages of diamond-based devices, including the practical problems caused by the limited size and high cost of diamond elements, are the metal matrix composites containing diamond particles as fillers to increase thermal conductivity. The development of the material has resulted. Other solutions to the thermal management problem, specifically designed for use with high power density devices, include a liquid cooled heat sink structure and a chip module housing based on liquid nitrogen as a coolant.

【0005】 先行技術構造の欠点は、それらの製造に関連した複雑さにある。一般に、熱管
理デバイスは、主として良好な機械的性質と組み合わせた優れた熱伝導の必要性
のために、金属から構成されている。熱管理デバイスに用いられる大抵の金属と
、冷却される電子要素との間、並びにこれらの要素と、デバイスを収容するプラ
スチック・ケース及び要素との間にはかなりの熱膨張率(CTE)差が存在する 。これらの差が嵌め合い要素にかなりの機械的応力を与え、使用中に破損の機会
を生ずると考えられる。ヒート・シンク材料のCTE性質と半導体のCTE性質
との調和は、切削加工が困難であり、デバイスの重量を有意に高める高密度合金
の使用を必要とする。CTEの大きい差を補うことも行われるが、これは製造を
困難にするような複雑な設計を必要とする。さらに、対流による効果的な熱消散
は表面積の関数である。熱負荷が増加するにつれて、さらに大きい表面積を有す
る対流熱交換要素を用いることが必要になり、このことがさらに重量を高め、設
計のフレキシビリティに不利な影響を与える。
[0005] A disadvantage of prior art structures lies in the complexity associated with their manufacture. Generally, thermal management devices are composed of metal, primarily due to the need for good heat conduction combined with good mechanical properties. There is a significant coefficient of thermal expansion (CTE) difference between most metals used in thermal management devices and the electronic components to be cooled, and between these components and the plastic cases and components that house the device. Exists. It is believed that these differences impart significant mechanical stress to the mating elements, creating opportunities for breakage during use. Harmonizing the CTE properties of the heat sink material with the CTE properties of the semiconductor is difficult to machine and requires the use of high density alloys that significantly increase the weight of the device. Compensation for large differences in CTE is also made, but requires complex designs that make manufacturing difficult. Furthermore, effective heat dissipation by convection is a function of surface area. As the thermal load increases, it becomes necessary to use convective heat exchange elements with a larger surface area, which further increases the weight and adversely affects the design flexibility.

【0006】 熱管理における金属代用品として、低密度材料が提案されている。炭素又は結
晶質黒鉛を含む構造が特に魅力的であり、両方の材料は高度に熱伝導性であり、
それらが代替えする金属よりもかなり低い密度を有し、低い、負でさえあるCT
Eを有する構造に作ることができる。軽量黒鉛と炭素−炭素複合材料とはヒート
・シンク及び熱管理用途に用いるために知られ、受容されるが、これらの材料か
ら複雑な構造を製造することは一般に困難であるので、このような要素は金属か
ら構成された要素に比べてより高価になると考えられる。
[0006] Low density materials have been proposed as metal substitutes for thermal management. Structures containing carbon or crystalline graphite are particularly attractive, both materials are highly thermally conductive,
CT, which has a much lower density than the metal they replace, and is low, even negative
It can be made into a structure having E. Although lightweight graphite and carbon-carbon composites are known and accepted for use in heat sinks and thermal management applications, it is generally difficult to manufacture complex structures from these materials, so Elements are expected to be more expensive than elements composed of metal.

【0007】 良好な成形性を有する熱可塑性樹脂は、注型適性の、成形可能な熱硬化性樹脂
と同様に容易に入手可能である。しかし、樹脂は一般に高い熱膨張率を有し、熱
の不良な導体である。クリープ若しくはそりによる破損、又は硬質熱硬化性樹脂
の場合には亀裂形成若しくは熱機械的な応力による同様な破損を経験せずに、広
範囲な温度にわたって熱サイクルに耐えることができるものは殆どない。CTE
を低下させ、それによって寸法安定性を改良する方法として樹脂に充填剤を加え
ることは、周知であり、樹脂製造分野において広く用いられており、熱伝導性を
改良するためにも有用であると判明すると考えられる。伝導性炭素若しくは黒鉛
充填剤、種々な金属、ガラス若しくはカーボンブラックの球状粒子、非球状金属
若しくはセラミック粒子、ステンレス鋼フィラメント、アルミニウム繊維等を包
含する粒状物質が当該技術分野において開示され、熱伝導性の改良が望ましい場
合に特に有用であると特徴付けられている。しかし、これらの充填剤を含有する
樹脂を熱管理目的に用いている場合に、ごく僅かな改良がなされているにすぎな
い。一般に、電子産業に商業的に用いられている充填剤入り熱硬化性樹脂は2〜
4W/mKのオーダーの熱伝導率を有するが、4〜9W/mK範囲内の熱伝導率
を有する射出成形可能な充填剤入り熱可塑性配合物が開示されている。当該技術
分野において開示されている最大伝導性の充填剤入り樹脂配合物の熱伝導率でさ
え10W/mK未満であり、例えば金属フィラメント等のような高伝導性充填剤
を含む大抵の商業的に入手可能な充填剤入り樹脂は一般に2〜3W/mK程度に
低い、まだ非常に低い熱伝導性である。したがって、充填剤入り樹脂、特に充填
剤入り熱可塑性樹脂は限定された受容性を見出しているに過ぎず、熱負荷が低い
場合及び熱交換デバイスのサイズの小型化が重要な設計要素ではない場合に用い
るために一般に良好に適している。
[0007] Thermoplastics with good moldability are readily available, as are castable, moldable thermosets. However, resin generally has a high coefficient of thermal expansion and is a poor conductor of heat. Few can withstand thermal cycling over a wide range of temperatures without experiencing creep or warp failure, or, in the case of hard thermosets, crack formation or similar failure due to thermomechanical stress. CTE
Adding fillers to resins as a way to reduce dimensional stability and thereby improve dimensional stability is well known and widely used in the resin manufacturing arts, and is also useful for improving thermal conductivity. It is thought to be clear. Particulate materials including conductive carbon or graphite fillers, various metals, spherical particles of glass or carbon black, non-spherical metal or ceramic particles, stainless steel filaments, aluminum fibers and the like are disclosed in the art, Has been characterized as particularly useful where improvement of However, only marginal improvements have been made when resins containing these fillers are used for thermal management purposes. Generally, filled thermosetting resins used commercially in the electronics industry are two to two.
Disclosed are injection moldable filled thermoplastic compounds having a thermal conductivity on the order of 4 W / mK, but having a thermal conductivity in the range of 4-9 W / mK. Even the highest conductivity filled resin formulations disclosed in the art have a thermal conductivity of less than 10 W / mK, and most commercially available fillers containing highly conductive fillers such as, for example, metal filaments and the like. Available filled resins generally have very low thermal conductivities, as low as 2-3 W / mK. Therefore, filled resins, especially filled thermoplastics, have only found limited acceptability, where the heat load is low and where miniaturization of the heat exchange device size is not an important design factor. It is generally well suited for use in

【0008】 さらに最近では、例えばマイクロプロセッサー半導体要素のような熱源から熱
を効果的かつ迅速に移動してさらに消散させるための手段としてヒート・パイプ
に、コンピュータ製造業者が注目している。通常、ヒート・パイプは一部に流体
を充填された中空金属管であるが、固体の熱伝導性物質を含むヒート・パイプを
含めた代替え形もこれらの構造に使用可能である。使用時に、ヒート・パイプの
蒸発器又は入熱帯(heat input zone)が、冷却される半導体構造に又はより一般 的には、デバイスと熱連絡する挿入ヒート・シンクに直接、熱的に結合される。
ヒート・パイプの冷却器又は熱消散帯に取り出される熱は熱的に結合した冷却フ
ィン又は例えば熱プレート等のような第2ヒート・シンク要素によって環境に消
散される。
More recently, computer manufacturers have turned to heat pipes as a means to effectively and quickly transfer and further dissipate heat from heat sources, such as microprocessor semiconductor elements. Typically, the heat pipe is a hollow metal tube partially filled with a fluid, but alternatives, including a heat pipe containing a solid thermally conductive material, can be used for these structures. In use, the evaporator or heat input zone of the heat pipe is thermally coupled directly to the semiconductor structure being cooled or, more generally, to an inserted heat sink in thermal communication with the device. .
Heat extracted to the heat pipe cooler or heat dissipation zone is dissipated to the environment by thermally coupled cooling fins or second heat sink elements such as, for example, heat plates.

【0009】 要素間の良好な熱伝達は効果的かつ効率的な操作のために重要であるので、金
属フィンとヒート・シンク要素とを一般にヒート・パイプにスウェージング、は
んだ付け又はろう付けする。或いは、要素をファスナー、クランピング・デバイ
ス等によって機械的に接触させることができ、これらの目的のために熱伝導性接
着剤も用いられている。アセンブリのヒート・パイプ要素が使用中にヒート・シ
ンク要素に関して例えば回転可能又は滑動可能に転位するように、したがって永
久的に固定されえないように意図される場合には、空隙を充填して、パーツ(par
ts)の接触面間に連続接触領域を与えるために、耐熱性グリース(thermal grease
)が用いられている。米国特許第5,598,320号を参照のこと。ヒート・ パイプがピントル又はヒンジピンとして役立ち、該ピントルを受容するガジオン
(gudgeon)を通してディスプレイ・ハウジングに熱を伝達するヒンジ式コンピュ ーティング・デバイスも開示されている。米国特許第5,621,613号を参
照のこと。
Since good heat transfer between the elements is important for effective and efficient operation, metal fins and heat sink elements are typically swaged, soldered or brazed to heat pipes. Alternatively, the elements can be brought into mechanical contact by fasteners, clamping devices, etc., and thermally conductive adhesives have been used for these purposes. If the heat pipe element of the assembly is intended to be displaced, e.g., rotatably or slidably, with respect to the heat sink element during use, and thus cannot be permanently fixed, filling the gap, Parts (par
ts) to provide a continuous contact area between the contact surfaces.
) Is used. See U.S. Patent No. 5,598,320. Heat pipes serving as pintles or hinge pins and gadion receiving the pintles
A hinged computing device that transfers heat to the display housing through a gudgeon is also disclosed. See U.S. Patent No. 5,621,613.

【0010】 基板内にチャンネルを形成し、次にこれらのチャンネルを封じ込めることによ
って、内部ミクロヒート・パイプを有するヒート・パイプ・パネルを製造するこ
とも当該技術分野において知られている。例えば、ミクロヒート・パイプを形成
する内部管状通路を有する蒸着タングステン又はタングステン−レニウム合金の
ヒート・パネルも開示されている。米国特許第5,598,632号を参照のこ
と。
[0010] It is also known in the art to produce heat pipe panels having internal micro heat pipes by forming channels in a substrate and then enclosing these channels. For example, a vapor-deposited tungsten or tungsten-rhenium alloy heat panel having an internal tubular passage forming a microheat pipe is also disclosed. See U.S. Patent No. 5,598,632.

【0011】 ヒート・パイプの使用は熱除去の効率を非常に改良することができるが、除去
された熱が次に通常は環境に消散され、このことが一般に例えば熱パネル等のよ
うなヒート・シンクの使用を必要とする。実際に、これらの後者の要素は、ポー
タブル電子デバイスのケースの外部特徴又は構造要素として、環境と熱連絡して
配置された熱プレートのような硬質金属構造の形を最も頻繁にとっている。この
ように、熱管理デバイスによって課せられる必要条件は依然として、設計のフレ
キシビリティに影響を与え、制限し、同時にデバイスの総重量を高めるように思
われる。
[0011] Although the use of heat pipes can greatly improve the efficiency of heat removal, the heat removed is then usually dissipated to the environment, which is generally the case with heat pipes such as thermal panels. Requires the use of a sink. In fact, these latter elements most often take the form of a hard metal structure, such as a hot plate, placed in thermal communication with the environment, as an external feature or structural element of the case of the portable electronic device. Thus, the requirements imposed by the thermal management device still seem to affect and limit the flexibility of the design, while at the same time increasing the total weight of the device.

【0012】 当該技術分野は依然として、熱管理問題のよりフレキシブルな解決策を求めて
いる。熱除去のさらなる改良が達成されているとしても、熱負荷は一層小型の電
子デバイスという要望によって増大し続けている。除去された熱を環境に充分に
消散させるために、必然的に、ヒート・シンクのサイズも増大しなければならず
、このことが次に小型化傾向を妨げている。電子デバイスのケース要素としての
使用に適した熱伝導性の、低密度で、容易に成形される構造材から形成された熱
消散手段を含む熱管理装置は熱管理分野の有望な進歩であると考えられる。
The art still seeks more flexible solutions to the thermal management problem. Even though further improvements in heat removal have been achieved, the heat load continues to increase due to the demand for smaller electronic devices. In order to adequately dissipate the removed heat to the environment, the size of the heat sink must also increase, which in turn impedes the miniaturization trend. Thermal management devices, including heat dissipating means formed from thermally conductive, low density, easily molded structural materials suitable for use as case elements in electronic devices, represent a promising advance in the field of thermal management. Conceivable.

【0013】 (発明の概要) 本発明の改良された熱管理装置は、充填剤入り熱伝導性樹脂を含む成形された
熱伝導性ヒート・シンクと熱連絡したヒート・パイプを含む。樹脂は熱可塑性で
も熱硬化性でもよい。本発明に適した熱可塑性樹脂の例は、液晶ポリマー(LC
Ps)、脂肪族ポリアミド、ポリフタルアミド、アクリロニトリルブタジエンス
チレン樹脂(ABS)、及び例えばPPO樹脂とPPS樹脂のようなポリアリー
ルエーテル樹脂を包含する。エポキシ樹脂、シアネート樹脂、熱硬化性ポリエス
テル樹脂及びフェノール樹脂を含めた、幾つかの熱硬化性樹脂も本発明に用いる
ために適する。成形ヒート・シンクの製造にトランスファー成形を用いる場合に
は、熱硬化性樹脂が特に有用である。例えば圧縮成形及び射出成形のような、他
の成形方法も成形可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION [0013] The improved thermal management device of the present invention includes a heat pipe in thermal communication with a molded thermally conductive heat sink containing a filled thermally conductive resin. The resin may be thermoplastic or thermoset. Examples of thermoplastics suitable for the present invention are liquid crystal polymers (LC
Ps), aliphatic polyamides, polyphthalamides, acrylonitrile butadiene styrene resins (ABS), and polyaryl ether resins such as PPO and PPS resins. Some thermosetting resins are also suitable for use in the present invention, including epoxy resins, cyanate resins, thermosetting polyester resins, and phenolic resins. Thermosetting resins are particularly useful when transfer molding is used to produce a molded heat sink. Other molding methods are possible, for example, compression molding and injection molding.

【0014】 好ましい1実施態様では、熱伝導性の充填剤入り液晶ポリマーからヒート・シ
ンク要素を射出成形する。ヒート・パイプを成形ヒート・シンク中に挿入して、
好ましくは、インサート成形によって、優れた熱伝達特性を有する一体式単体構
造を与えることによって、耐熱性グリース等の必要性なく前記ヒート・パイプの
特定部分をヒート・シンク要素と熱連絡させる。他の実施態様では、ヒート・シ
ンク要素を熱伝導性の充填剤入りエポキシ樹脂から圧縮成形する。
In one preferred embodiment, a heat sink element is injection molded from a thermally conductive filled liquid crystal polymer. Insert the heat pipe into the molded heat sink,
Preferably, insert molding provides a one-piece unitary structure with excellent heat transfer properties, so that specific portions of the heat pipe are in thermal communication with the heat sink element without the need for heat resistant grease or the like. In another embodiment, the heat sink element is compression molded from a thermally conductive filled epoxy resin.

【0015】 充填剤入りLCP樹脂の良好な熱的性質と寸法安定性と優れた機械的強度とは
、低い成形収縮及び密接な許容差と非常に薄い区分(sections)とを有するパーツ
への射出成形による製造の容易さと共に、これらの熱伝導性成形コンパウンドを
、特に電気デバイスと電子デバイスとに関する熱管理において非常に望ましくか
つ有用である複雑な設計を有する要素の構成に特に良好に適したものにする。
[0015] The good thermal properties and dimensional stability and excellent mechanical strength of the filled LCP resin provide low molding shrinkage and injection into parts with tight tolerances and very thin sections. Together with the ease of fabrication by molding, these thermally conductive molding compounds are particularly well suited for the construction of elements with complex designs that are very desirable and useful, especially in thermal management for electrical and electronic devices. To

【0016】 (詳細な説明) 好ましい実施態様では、本発明の熱管理デバイスは少なくとも1個のヒート・
パイプを1個以上の成形熱可塑性又は熱硬化性ヒート・シンク要素と共に含む。
本発明のために、ヒート・シンクは熱が伝達される任意の構造を包含する。
DETAILED DESCRIPTION In a preferred embodiment, the thermal management device of the present invention comprises at least one heat
The pipe includes one or more molded thermoplastic or thermoset heat sink elements.
For the purposes of the present invention, a heat sink includes any structure through which heat is transferred.

【0017】 これらの目的に適した熱可塑性及び熱硬化性配合物は熱伝導性であり、好まし
くは、約15W/mKより大きい熱伝導率、600W/mK以上ほどの大きい熱
伝導率をも有し、ヒート・パイプに損傷を与えないような温度において、この成
形温度における高いメルトフローによって容易に成形可能である。一般に7x1
6psiより大きい、高い引張り弾性率値を有し、マグネシウム及びアルミニ ウムを含めた軽量金属の剛性と硬さに類似すると表現されることができる熱可塑
性配合物がさらに一層好ましい。
[0017] Thermoplastic and thermoset formulations suitable for these purposes are thermally conductive, and preferably also have a thermal conductivity of greater than about 15 W / mK, and as high as 600 W / mK or more. However, at a temperature that does not damage the heat pipe, molding can be easily performed by the high melt flow at this molding temperature. Generally 7x1
0 6 psi greater than, have a high tensile modulus values, thermoplastic formulations which can be expressed to be similar to the rigidity and hardness of the light metal, including magnesium and aluminum is even more preferred.

【0018】 本発明に用いるために適した、好ましい熱硬化性配合物は不連続な、ピッチに
基く炭素繊維を充填した、例えばエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を含む。熱
硬化性樹脂は当該技術分野において周知であって、述べられており、炭素繊維の
濡れ(wet out)を容易にする未硬化状態において低密度を有することを特徴とす る。
A preferred thermosetting formulation suitable for use in the present invention comprises a discontinuous, pitch-based carbon fiber filled thermosetting resin, such as an epoxy resin. Thermosets are well known and described in the art and are characterized by having a low density in an uncured state that facilitates wet out of carbon fibers.

【0019】 本発明の実施に用いるために適した、好ましい熱可塑性配合物は不連続な、ピ
ッチに基く炭素繊維を充填した、液晶ポリマー(LCP)樹脂を含む。
A preferred thermoplastic compound suitable for use in the practice of the present invention comprises a discontinuous, pitch-based carbon fiber filled, liquid crystal polymer (LCP) resin.

【0020】 LCP樹脂は当該技術分野において周知であり、述べられている。サーモトロ
ピック液晶ポリマー(LCP)樹脂としてさらに特徴付けられるものは、メルト
製造温度における著しく低い溶融粘度と共に、溶融時に光学的異方性を示す。樹
脂と充填剤との重量に基いて75重量%程度の高レベルまでもの、高レベルの充
填剤をさらに配合したときに、このようなLCP樹脂は良好なメルト加工特徴(m
elt processing character)と成形可能性とを維持する。
LCP resins are well known in the art and have been described. Those further characterized as thermotropic liquid crystal polymer (LCP) resins exhibit optical anisotropy when melted, with a significantly lower melt viscosity at the melt production temperature. Such LCP resins, when further compounded with high levels of filler, up to as high as 75% by weight based on the weight of resin and filler, have good melt processing characteristics (m
Maintain elt processing character) and moldability.

【0021】 好ましいLCP樹脂は1種類以上の芳香族ヒドロキシカルボン酸と共に、1種
類以上の芳香族ジカルボン酸と1種類以上の芳香族ジオールとから選択されたモ
ノマーから誘導された芳香族ポリエステルである。
Preferred LCP resins are aromatic polyesters derived from monomers selected from one or more aromatic dicarboxylic acids and one or more aromatic diols, together with one or more aromatic hydroxycarboxylic acids.

【0022】 本発明の実施に有用なLCP樹脂の形成に用いられる芳香族ジカルボン酸の典
型的な例は、例えばテレフタル酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4
’−トリフェニルジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニル
エーテル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェノキシエタン−4,4’−ジカルボ
ン酸、ジフェノキシブタン−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルエタン−4,
4’−ジカルボン酸、イソフタル酸、ジフェニルエーテル−3,3’−ジカルボ
ン酸、ジフェノキシエタン−3,3’−ジカルボン酸、ジフェニルエタン−3,
3’−ジカルボン酸及びナフタレン−1,6−ジカルボン酸のような芳香族ジカ
ルボン酸、並びに例えばクロロテレフタル酸、ジクロロテレフタル酸、ブロモテ
レフタル酸、メチルテレフタル酸、ジメチルテレフタル酸、エチルテレフタル酸
、メトキシテレフタル酸及びエトキシテレフタル酸のような、アルキル、アルコ
キシル又はハロゲンによって置換された上記芳香族ジカルボン酸の誘導体である
Typical examples of aromatic dicarboxylic acids used to form LCP resins useful in the practice of the present invention include, for example, terephthalic acid, 4,4′-diphenyldicarboxylic acid, 4,4
'-Triphenyldicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, diphenylether-4,4'-dicarboxylic acid, diphenoxyethane-4,4'-dicarboxylic acid, diphenoxybutane-4,4'-dicarboxylic acid, diphenyl Ethane-4,
4'-dicarboxylic acid, isophthalic acid, diphenyl ether-3,3'-dicarboxylic acid, diphenoxyethane-3,3'-dicarboxylic acid, diphenylethane-3,
Aromatic dicarboxylic acids such as 3'-dicarboxylic acid and naphthalene-1,6-dicarboxylic acid, and for example, chloroterephthalic acid, dichloroterephthalic acid, bromoterephthalic acid, methylterephthalic acid, dimethylterephthalic acid, ethylterephthalic acid, methoxyterephthalic acid Derivatives of the above aromatic dicarboxylic acids substituted by alkyl, alkoxyl or halogen, such as acids and ethoxyterephthalic acid.

【0023】 LCP樹脂の形成に有用であると判明されうる芳香族ジオールは、ヒドロキノ
ン、レゾルシノール、4,4’−ジヒドロキシジフェニル、4,4’−ジヒドロ
キシトリフェニル、2,6−ナフタレンジオール、4,4’−ジヒドロキシジフ
ェニルエーテル、ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)エタン、3,3’−ジヒド
ロキシジフェニル、3,3’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、1,6−ナフ
タレンジオール、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−
ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン等と、例えばクロロヒドロキノン、メチ
ルヒドロキノン、1−ブチルヒドロキノン、フェニルヒドロキノン、メトキシヒ
ドロキノン、フェノキシヒドロキノン、4−クロロレゾルシノール、4−メチル
レゾルシノール等のような、上記芳香族ジオールのアルキル、アルコキシ又はハ
ロゲン誘導体を包含する。
Aromatic diols that may be found useful in forming LCP resins include hydroquinone, resorcinol, 4,4′-dihydroxydiphenyl, 4,4′-dihydroxytriphenyl, 2,6-naphthalenediol, 4'-dihydroxydiphenyl ether, bis (4-hydroxyphenoxy) ethane, 3,3'-dihydroxydiphenyl, 3,3'-dihydroxydiphenyl ether, 1,6-naphthalenediol, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane , 2,2-
Bis (4-hydroxyphenyl) methane and the like and the above aromatic diols such as, for example, chlorohydroquinone, methylhydroquinone, 1-butylhydroquinone, phenylhydroquinone, methoxyhydroquinone, phenoxyhydroquinone, 4-chlororesorcinol, 4-methylresorcinol and the like Alkyl, alkoxy or halogen derivatives of

【0024】 LCP樹脂の形成に有用であると判明されうる芳香族ヒドロキシカルボン酸は
、4−ヒドロキシ安息香酸、3−ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナ
フトエ酸、6−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸等と、例えば3−メチル−4−ヒド
ロキシ安息香酸、3,5−ジメチル−4−ヒドロキシ安息香酸、2,6−ジメチ
ル−4−ヒドロキシ安息香酸、3−メトキシ−4−ヒドロキシ安息香酸、3,5
−ジメトキシ−4−ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−5−メチル−2−ナ
フトエ酸、6−ヒドロキシ−5−メトキシ−2−ナフトエ酸、3−クロロ−4−
ヒドロキシ安息香酸、2−クロロ−4−ヒドロキシ安息香酸、2,3−ジクロロ
−4−ヒドロキシ安息香酸、3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシ安息香酸、2,
5−ジクロロ−4−ヒドロキシ安息香酸、3−ブロモ−4−ヒドロキシ安息香酸
、6−ヒドロキシ−5−クロロ−2−ナフトエ酸、6−ヒドロキシ−7−クロロ
−2−ナフトエ酸及び6−ヒドロキシ−5,7−ジクロロ−2−ナフトエ酸等の
ような、該芳香族ヒドロキシカルボン酸のアルキル、アルコキシ又はハロゲン誘
導体を包含する。
Aromatic hydroxycarboxylic acids that may be found to be useful in forming LCP resins include 4-hydroxybenzoic acid, 3-hydroxybenzoic acid, 6-hydroxy-2-naphthoic acid, 6-hydroxy-1-naphthoic acid Acids and the like, for example, 3-methyl-4-hydroxybenzoic acid, 3,5-dimethyl-4-hydroxybenzoic acid, 2,6-dimethyl-4-hydroxybenzoic acid, 3-methoxy-4-hydroxybenzoic acid, , 5
-Dimethoxy-4-hydroxybenzoic acid, 6-hydroxy-5-methyl-2-naphthoic acid, 6-hydroxy-5-methoxy-2-naphthoic acid, 3-chloro-4-
Hydroxybenzoic acid, 2-chloro-4-hydroxybenzoic acid, 2,3-dichloro-4-hydroxybenzoic acid, 3,5-dichloro-4-hydroxybenzoic acid, 2,
5-dichloro-4-hydroxybenzoic acid, 3-bromo-4-hydroxybenzoic acid, 6-hydroxy-5-chloro-2-naphthoic acid, 6-hydroxy-7-chloro-2-naphthoic acid and 6-hydroxy- Includes alkyl, alkoxy or halogen derivatives of the aromatic hydroxycarboxylic acids, such as 5,7-dichloro-2-naphthoic acid and the like.

【0025】 これらのモノマーのチオ含有類似体、例えば、芳香族チオールカルボン酸、ジ
チオール及び芳香族チオールフェノール、並びにヒドロキシルアミン及び芳香族
ジアミンから誘導されるアミド類似体を含むLCP樹脂も当該技術分野において
知られており、これらの樹脂も本発明の実施に有用であると判明すると考えられ
る。
LCP resins containing thio-containing analogs of these monomers, such as amide analogs derived from aromatic thiol carboxylic acids, dithiols and aromatic thiol phenols, and hydroxylamines and aromatic diamines are also known in the art. These resins are known and are believed to prove useful in the practice of the present invention.

【0026】 上述したように、本発明の実施に有用なポリマーは、溶融状態で異方性である
ようなLCP樹脂である。ポリマーが溶融状態で異方性であるかどうかが選択さ
れた特定の要素、ポリマー中の組成比及びシーケンス分布(sequence distributi
on)によって決定されることを当業者は理解し、それ故、経験に応じてかつLC P樹脂分野において一般的な知識と実施とに従ってモノマーと組成パラメーター
とを選択する。
As noted above, polymers useful in the practice of the present invention are LCP resins that are anisotropic in the molten state. The specific factors selected to determine whether the polymer is anisotropic in the molten state, the composition ratio and sequence distribution in the polymer
The skilled artisan will understand that this is dictated by on) and therefore will select the monomers and composition parameters according to experience and according to common knowledge and practice in the LCP resin art.

【0027】 本発明の実施に用いるために特に好ましいLCP樹脂は、例えば6−ヒドロキ
シ−2−ナフトイル、2,6−ジオキシナフタレン又は2,6−ジカルボキシナ
フタレン等のようなナフタレン部分を含有する反復単位 少なくとも約10モル
%、好ましくは約10〜約90モル%を含有する。約10〜90モル%、好まし
くは約65〜85モル%、より好ましくは70〜80モル%のこのようなナフタ
レン単位を、約90〜10モル%、好ましくは20〜30モル%のヒドロキシ安
息香酸−誘導単位と共に含有するポリエステルが特に有用である。約30〜約7
0モル%、好ましくは約40〜約60モル%のヒドロキシ安息香酸単位と、約2
0〜約30モル%の2,6−ナフタレンジオール誘導単位と、約20〜約30モ
ル%のテレフタル酸誘導単位とを含有するポリエステルの有用であると判明する
と考えられる。
Particularly preferred LCP resins for use in the practice of the present invention contain a naphthalene moiety such as, for example, 6-hydroxy-2-naphthoyl, 2,6-dioxynaphthalene or 2,6-dicarboxynaphthalene, and the like. The repeating unit contains at least about 10 mole%, preferably about 10 to about 90 mole%. About 10-90 mol%, preferably about 65-85 mol%, more preferably 70-80 mol% of such naphthalene units are replaced with about 90-10 mol%, preferably 20-30 mol% of hydroxybenzoic acid -Polyesters which are contained together with the derived units are particularly useful. About 30 to about 7
0 mole%, preferably about 40 to about 60 mole%, of hydroxybenzoic acid units and about 2
It is believed that polyesters containing from 0 to about 30 mole% of 2,6-naphthalene diol derived units and from about 20 to about 30 mole% of terephthalic acid derived units will prove useful.

【0028】 有用であると判明すると考えられる、LCP樹脂の他の典型的な例は約20〜
約40モル%、好ましくは20〜30モル%の6−ヒドロキシ−2−ナフタル酸
誘導単位と、10〜約50モル%、好ましくは約25〜40モル%のヒドロキシ
安息香酸誘導単位と、約5〜約30モル%、好ましくは約15〜25モル%のヒ
ドロキノン誘導単位と、5〜約30モル%、好ましくは約15〜25モル%のテ
レフタル酸誘導単位とを含有するポリエステル;約10〜90モル%の6−ヒド
ロキシ−2−ナフタル酸誘導単位と、5〜約45モル%のテレフタル酸誘導単位
と、5〜約45モル%のヒドロキノン誘導単位とを含有するポリエステル;約1
0〜40モル%の6−ヒドロキシ−2−ナフタル酸誘導単位を、それぞれ約10
〜40モル%のテレフタル酸誘導単位及びヒドロキノン誘導単位と共に含有する
ポリエステル;及び約60〜80モル%の6−ヒドロキシ−2−ナフタル酸誘導
単位を、それぞれ約10〜20モル%のテレフタル酸誘導単位及びヒドロキノン
誘導単位と共に含有するポリエステルである。
[0028] Other typical examples of LCP resins that may prove useful are from about 20 to
About 40 mol%, preferably 20 to 30 mol%, of 6-hydroxy-2-naphthalic acid-derived units; 10 to about 50 mol%, preferably about 25 to 40 mol% of hydroxybenzoic acid-derived units; About 10 to 90 mole%, preferably about 15 to 25 mole% of a hydroquinone-derived unit and 5 to about 30 mole%, preferably about 15 to 25 mole% of a terephthalic acid-derived unit; A polyester containing from 5 to about 45 mol% of terephthalic acid derived units and from about 5 to about 45 mol% of hydroquinone derived units; about 1 mol% of 6-hydroxy-2-naphthalic acid derived units;
0 to 40 mol% of 6-hydroxy-2-naphthalic acid-derived units are added in about 10
A polyester containing -40 mole% of terephthalic acid-derived units and hydroquinone-derived units; and about 60-80 mole% of 6-hydroxy-2-naphthalic acid-derived units, each of about 10-20 mole% of terephthalic acid-derived units. And hydroquinone-derived units.

【0029】 本発明の実施に用いられるLCP樹脂の分子量は、樹脂の固有粘度(intrinsic
viscosity)(I.V.)によって表して、少なくとも約0.1dl/gであり 、好ましくは、0.1重量%の濃度で60℃においてペンタフルオロフェノール
中に溶解したときに約0.1〜約10.0dl/gの範囲内である。
The molecular weight of the LCP resin used in the practice of the present invention depends on the intrinsic viscosity (intrinsic viscosity) of the resin.
viscosity, expressed by (IV), is at least about 0.1 dl / g, preferably from about 0.1 to about 0.1% by weight when dissolved in pentafluorophenol at 60 ° C. at a concentration of 0.1% by weight. It is in the range of about 10.0 dl / g.

【0030】 LCP樹脂とそれらの製造方法とは当該技術分野において周知であり、広範囲
に述べられており、多くの適当なLCP樹脂が商業的なソースから容易に入手可
能である。Amoco Polymers社によってXydar(登録商標)L
CP樹脂として販売されるLCP樹脂が特に適切である。
[0030] LCP resins and methods of making them are well known in the art and have been extensively described, and many suitable LCP resins are readily available from commercial sources. Xydar® L by Amoco Polymers
LCP resins sold as CP resins are particularly suitable.

【0031】 本発明の実施に用いるために適した熱伝導性充填剤は窒化アルミニウム、窒化
ホウ素、アルミナ、黒鉛、熱分解黒鉛、アルミニウム、銅及び他の金属粒子、ダ
イヤモンド、炭化ケイ素、好ましくは炭素繊維を包含する。
[0031] Thermally conductive fillers suitable for use in the practice of the present invention include aluminum nitride, boron nitride, alumina, graphite, pyrolytic graphite, aluminum, copper and other metal particles, diamond, silicon carbide, preferably carbon. Fibers.

【0032】 本発明の実施に用いるために適した炭素繊維は、ピッチから製造される、高い
熱伝導率と低い又は負の熱膨張率とを有する高黒鉛化炭素繊維を包含する。本明
細書で用いる限り、“炭素繊維”なる用語は、黒鉛化、部分黒鉛化及び非黒鉛化
炭素強化繊維又はこれらの混合物を包含するように意図される。好ましい炭素繊
維は、約600W/mKより大きい、好ましくは約900W/mKより大きい、
さらに一層好ましくは1000W/mKより大きい熱伝導率を有するピッチに基
く炭素繊維である。さらに大きい熱伝導率、1300W/mK程度の大きさから
単結晶黒鉛の熱伝導率、1800W/mK以上までを有する繊維も適切である。
300W/mK程度の低い熱伝導率を有するピッチに基く炭素繊維を用いて、熱
伝導性配合物を得ることもできる。
[0032] Carbon fibers suitable for use in the practice of the present invention include highly graphitized carbon fibers made from pitch and having high thermal conductivity and low or negative coefficient of thermal expansion. As used herein, the term "carbon fiber" is intended to include graphitized, partially graphitized, and non-graphitized carbon reinforced fibers or mixtures thereof. Preferred carbon fibers are greater than about 600 W / mK, preferably greater than about 900 W / mK.
Even more preferred are pitch based carbon fibers having a thermal conductivity greater than 1000 W / mK. Fibers having a higher thermal conductivity from about 1300 W / mK to a thermal conductivity of single crystal graphite of 1800 W / mK or more are also suitable.
A thermally conductive composition can also be obtained using pitch-based carbon fibers having a low thermal conductivity of the order of 300 W / mK.

【0033】 600W/mKから1100W/mKより大きいまでの範囲内に入る熱伝導率
と、2.16g/ccから2g/ccより大きいまでの密度と、110x106 psiから120x106psiより大きいまでの非常に高い引張り弾性率とを 有する、ピッチに基く炭素繊維が商業的ソースから容易に入手可能である。商業
的炭素繊維は通常、直径5〜20μの複数個の、通常1000〜20,000個
以上の炭素フィラメントを含み、軸方向に整列したフィラメントがトウの繊維方
向に強度を与える連続炭素繊維トウ又はヤーンの形状で供給される。
Thermal conductivity within the range of 600 W / mK to greater than 1100 W / mK, density from 2.16 g / cc to greater than 2 g / cc, and 110 × 10 6 psi to greater than 120 × 10 6 psi. Pitch-based carbon fibers with very high tensile modulus are readily available from commercial sources. Commercial carbon fibers typically comprise a plurality of carbon filaments, typically from 1000 to 20,000 or more, having a diameter of 5 to 20 microns, the axially aligned filaments providing continuous carbon fiber tow to provide strength in the fiber direction of the tow or Supplied in yarn form.

【0034】 一般に、不連続繊維を用いる場合には、繊維は一般に長さが1/4”より大き
い、通常は長さが約1/4”〜約3/4”である細断されたトウ、又は炭素繊維
の粉砕若しくは顆粒化によって得られる約25〜1000μ、好ましくは約50
〜約200μの長さを有する炭素粒子であることができる。
In general, when using discontinuous fibers, the fibers are generally chopped tow having a length greater than 1/4 ", usually from about 1/4" to about 3/4 "in length. Or about 25 to 1000 μ, preferably about 50 μm, obtained by grinding or granulating carbon fiber.
It can be carbon particles having a length of about 200 μ.

【0035】 樹脂配合分野において一般的に用いられる方法及び手段に一般に従うことによ
って、LCP樹脂を含めた熱可塑性樹脂と炭素繊維とを容易に混合して、配合す
ることができる。例えば、不連続炭素繊維を任意の好都合な形状の乾燥樹脂と任
意の適当な慣用的混合手段を用いて乾式混合する又は同様に一緒にしてから、配
合押出機に供給して、それによって、さらなる製造工程に用いるために細断する
ことができる充填剤入り押出物を得る。或いは、熱可塑性樹脂を、連続炭素繊維
トウの形状の炭素繊維の必要量と共に、単軸スクリュー押出機に供給して、スト
ランドとして押し出す、又はプルトルードし(pultruded)、細断して、ペレット を形成して、回収する。熱硬化性樹脂と炭素繊維とは乾式ブレンディングによっ
て容易に混合し、配合することができる、又はミキサー、押出機、スターラー、
ロールミル、及び例えばプレプレグ装置(prepreg machine)のような含浸デバイ スによって配合することができる。さらに、浸漬、噴霧又は他の塗布プロセスを
用いることもできる。
By generally following the methods and means commonly used in the resin compounding field, the thermoplastic resin, including the LCP resin, and the carbon fibers can be easily mixed and compounded. For example, the discontinuous carbon fibers can be dry mixed or similarly combined with the dry resin of any convenient shape using any suitable conventional mixing means and then fed to a compounding extruder, thereby providing additional A filled extrudate is obtained that can be shredded for use in the manufacturing process. Alternatively, the thermoplastic resin, along with the required amount of carbon fiber in the form of continuous carbon fiber tow, may be fed to a single screw extruder and extruded or pultruded as strands and chopped to form pellets. And collect. Thermosetting resin and carbon fiber can be easily mixed and blended by dry blending, or a mixer, extruder, stirrer,
It can be compounded by a roll mill and an impregnating device such as, for example, a prepreg machine. In addition, dipping, spraying or other application processes can be used.

【0036】 当該技術分野において一般に知られているように、ガラス繊維、炭素繊維又は
同様な脆い繊維充填剤を押出機、射出成形機等のような剪断手段を用いてさらに
加工することは一般に、繊維を破断させ、繊維状粒子のサイズをさらに減ずる。
次に、高剪断加工手段によって製造した充填剤入り成形体中の粒子の平均サイズ
は、繊維を最初から連続トウとして供給するか又は細断若しくは粉砕繊維として
供給するかに関係なく、一般に35〜200μの範囲内であり、充填剤のアスペ
クト比は約4より大きく、平均して約10までの範囲である。例えば、圧縮成形
若しくはトランスファー成形により低剪断条件を用いて加工する場合には、又は
注封用樹脂の用途において見出されるように流動性配合物に用いる場合に、繊維
の損傷及び破壊は最小になり、成形体はかなり大きい長さの繊維、100μから
1/4”程度の大きさ、即ち、細断されたトウ繊維の本来の長さまでの範囲の長
さで、一般に約10を超える、対応して大きいアスペクト比を有する繊維を含有
する。
As is generally known in the art, further processing of glass fibers, carbon fibers or similar brittle fiber fillers using shearing means, such as extruders, injection molding machines, etc., generally involves: Break the fibers, further reducing the size of the fibrous particles.
Next, the average size of the particles in the filled compact produced by high shear processing means generally ranges from 35 to irrespective of whether the fibers are supplied as a continuous tow from the beginning or as chopped or ground fibers. The aspect ratio of the filler is in the range of 200μ and greater than about 4, averaging up to about 10. Fiber damage and destruction is minimized, for example, when processing using low shear conditions by compression or transfer molding, or when used in flowable formulations as found in potting resin applications. The shaped body is a fairly large length of fiber, corresponding to a length of the order of 100μ to 1/4 ", i.e. ranging from the original length of chopped tow fiber, generally greater than about 10; Containing fibers having a high aspect ratio.

【0037】 一般に、本発明の実施に有用な充填剤入り樹脂配合物は約20〜約80重量%
、好ましくは約45〜約80重量%、さらに一層好ましくは約60〜約75重量
%の炭素繊維と、対応して、約80〜約20重量%、より好ましくは約55〜約
20重量%、最も好ましくは約40〜約25重量%の樹脂とを含む。この配合物
はさらに、このような成形用樹脂と共に用いるために配合分野において慣用的に
用いられるような、可塑剤及び加工助剤、並びに熱安定剤、酸化抑制剤、難燃剤
、強化充填剤と繊維とを包含する付加的充填剤、染料、顔料等を包含することが
できる。本発明の充填剤入り成形コンパウンドの有用性が材料によって示される
充分な熱伝導率にあることは容易に認識されるであろう。したがって、これらの
付加的な要素と使用量とは、配合物の熱伝導率の低下を回避する又は少なくとも
最小にするように選択される。
Generally, the filled resin formulation useful in the practice of the present invention will comprise from about 20% to about 80% by weight.
Preferably from about 45 to about 80%, even more preferably from about 60 to about 75% by weight of carbon fiber, and correspondingly from about 80 to about 20% by weight, more preferably from about 55 to about 20% by weight, Most preferably, from about 40 to about 25% by weight of the resin. The formulation may further include plasticizers and processing aids, as well as heat stabilizers, oxidation inhibitors, flame retardants, reinforcing fillers, as commonly used in the compounding arts for use with such molding resins. Additional fillers, including fibers, dyes, pigments and the like can be included. It will be readily appreciated that the utility of the filled molding compounds of the present invention lies in the sufficient thermal conductivity exhibited by the material. Accordingly, these additional factors and the amounts used are selected to avoid or at least minimize the thermal conductivity of the formulation.

【0038】 単体構造を与えるようにインサート成形操作を用いて、充填剤入り樹脂をヒー
ト・パイプによって射出成形することが好ましい。インサート成形プロセスは典
型的に、型にインサートを入れて、インサート又はインサートの望ましい部分の
周囲にプラスチック材料を注入して、要素を完成することを含む。本発明の実施
では、ヒート・パイプを型に挿入し、次に充填剤入りLCP樹脂を注入し、ヒー
ト・パイプの望ましい部分を囲み、型を充填して、ヒート・シンクを形成する。
充填剤入りLCP樹脂は、冷却時に、ヒート・パイプの表面との全ての接触点に
おいて近似締り嵌めを有する成形ヒート・シンク要素を形成し、要素間の優れた
熱伝達を与える。
Preferably, the filled resin is injection molded through a heat pipe using an insert molding operation to provide a unitary structure. The insert molding process typically involves placing the insert in a mold and injecting a plastic material around the insert or a desired portion of the insert to complete the element. In the practice of the present invention, a heat pipe is inserted into a mold, then filled with a filled LCP resin, surrounding the desired portion of the heat pipe and filling the mold to form a heat sink.
The filled LCP resin, when cooled, forms a molded heat sink element having an approximate interference fit at all points of contact with the surface of the heat pipe, providing excellent heat transfer between the elements.

【0039】 理解されるように、ヒート・パイプは高温又は高圧にさらされると損傷を受け
る。ヒート・パイプは特定の環境において、作動流体、構成材料及び設計に一部
依存する特定の温度範囲内で操作されるように意図される。過度の圧迫によるヒ
ート・パイプの破壊を防止するために、ヒート・パイプの末端シールを設計上限
を有意に超える温度にさらされると、破裂するように設計することができる。さ
らに、ヒート・パイプが高い外圧又は他の厳しい機械的応力にさらされると、パ
イプは曲がるか又は歪んで、使用不能になる。高度に充填剤入りのポリマーは一
般に射出成形が困難であり、困難に流動する粘性のメルトを形成し、型キャビテ
ィに充填するためにポリマーメルト温度を充分に超えるストック温度と共に高い
射出圧を必要とする。型キャビティ内での高粘性メルトの不均一な流動はヒート
・パイプインサートを厳しい機械的応力にさらすことになり、パイプを歪ませ、
曲げたり、折り畳んだりすることにさえなる。例えば本発明の実施に用いるLC P樹脂のような充填剤入りLCP樹脂は低いメルト粘性を有し、多くのヒート・ パイプの設計限界内に充分にある400〜700°F(200〜370℃)の範
囲内の比較的低いメルト温度を用いた成形を可能にする。さらに、型に充填する
ために過度の射出圧を必要としないので、機械的応力によるヒート・パイプへの
損傷を回避する。
As will be appreciated, heat pipes are damaged when exposed to high temperatures or pressures. Heat pipes are intended to operate in a particular environment and within a particular temperature range that depends in part on the working fluid, materials of construction and design. To prevent breakage of the heat pipe due to excessive compression, the end seal of the heat pipe can be designed to burst when exposed to temperatures significantly above the design upper limit. Further, if the heat pipe is subjected to high external pressure or other severe mechanical stress, the pipe will bend or distort, rendering it unusable. Highly filled polymers are generally difficult to injection mold, forming viscous melts that flow hard and require high injection pressures with stock temperatures well above the polymer melt temperature to fill the mold cavities. I do. Uneven flow of the high viscosity melt in the mold cavity exposes the heat pipe insert to severe mechanical stress, distorting the pipe,
You can even bend and fold. Filled LCP resins, such as LCP resins used in the practice of the present invention, have low melt viscosities and are well within the design limits of many heat pipes at 400-700 ° F (200-370 ° C). To allow molding with relatively low melt temperatures in the range. In addition, damage to the heat pipe due to mechanical stress is avoided because no excessive injection pressure is required to fill the mold.

【0040】 これらの配合物が熱成形可能である限り、インサート成形操作に用いるために
適した、多様な慣用的成形装置及びプロセスのいずれを用いても、充填剤入りL CP樹脂をヒート・パイプによって成形して、本発明による単体熱管理デバイス
を形成することができる。
As long as these formulations are thermoformable, the filled LCP resin can be heat piped using any of a variety of conventional molding equipment and processes suitable for use in insert molding operations. To form a unitary thermal management device according to the present invention.

【0041】 LCP樹脂以外の、非常に多様な押出成形可能な及び射出成形可能な熱可塑性
樹脂が当該技術分野において一般に知られており、このような樹脂も、高モジュ
ラス炭素繊維を充填して射出成形可能である熱伝導性樹脂を形成するときに、g 本発明のために適していると判明すると考えられる。例えば、ナイロン6、ナイ
ロン6,6、ナイロン4,6、ナイロン11等のような広く商業的に入手可能な
ものを含めた脂肪族ポリアミド;例えばヘキサメチレンジアミン、2−メチルペ
ンタメチレンジアミン等のような1種類以上の脂肪族ジアミンの、テレフタル酸
化合物との商業的に入手可能なポリマー、並びに例えばイソフタル酸、アジピン
酸、ナフタレンジカルボン酸等のような付加的なジカルボン酸化合物との、その
コポリマーを含めたポリフタルアミド;ポリエチレンテレフタレート(PET)
樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂等を含めたポリアリーレート
樹脂;ポリ(ビスフェノールAカーボネート)を含めたアリーレンポリカーボネ
ート樹脂;例えばPPS樹脂等のようなそのチオエーテル類似体を含めたPPO
樹脂のような周知のポリアリールエーテル樹脂と、対応するスルホン−及びケト
ン−結合ポリアリールエーテル、例えばポリエーテルスルホン、ポリフェニルエ
ーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニルエーテルケトン等が周知で
あり、このような熱可塑性樹脂を含有する充填剤入り及び非充填剤入り樹脂配合
物は種々な商業的ソースから容易に入手可能である。
A wide variety of extrudable and injection moldable thermoplastic resins other than LCP resins are generally known in the art, and such resins are also filled with high modulus carbon fibers and injected. When forming a thermally conductive resin that is moldable, it is believed that g will prove suitable for the present invention. Aliphatic polyamides, including those widely available, such as, for example, nylon 6, nylon 6,6, nylon 4,6, nylon 11, and the like; for example, hexamethylene diamine, 2-methylpentamethylene diamine, and the like. Commercially available polymers of one or more aliphatic diamines with terephthalic acid compounds and copolymers thereof with additional dicarboxylic acid compounds such as, for example, isophthalic acid, adipic acid, naphthalenedicarboxylic acid, etc. Polyphthalamide including; polyethylene terephthalate (PET)
Resins, polyarylate resins, including polybutylene terephthalate (PBT) resins; arylene polycarbonate resins, including poly (bisphenol A carbonate); PPOs, including thioether analogs thereof, such as PPS resins, etc.
Known polyarylether resins, such as resins, and the corresponding sulfone- and ketone-linked polyarylethers, such as polyethersulfone, polyphenylethersulfone, polyetherketone, polyphenyletherketone, and the like, are well known. Filled and unfilled resin formulations containing various thermoplastic resins are readily available from a variety of commercial sources.

【0042】 このような熱可塑性樹脂は、特に、本明細書で上述したような炭素繊維を包含
する熱伝導性充填剤を充填したときに、多くの熱管理用途に適した熱伝導性にな
ると考えられる。しかし、表面積の有意な増大を必要とせずに熱消散させるヒー
ト・シンクに及び高い熱負荷が予想される他の熱管理用途に用いるために必要な
高レベルの熱伝導率を得るためには、一般に少なくとも45重量%程度の大きさ
、好ましくは50〜80重量%の、高レベルの炭素繊維負荷を用いることが必要 である。これらのレベルまでに充填したときに、大抵のこのような熱可塑性材料
は、成形することが極めて困難になり、例えばヒート・パイプ等のような感熱性
及び感圧性インサートを用いるインサート成形操作にあまり適さない圧力及び高
温を必要とする可能性がある。
[0042] Such thermoplastic resins, when filled with thermally conductive fillers, including carbon fibers as described herein above, may become thermally conductive suitable for many thermal management applications. Conceivable. However, to obtain the high level of thermal conductivity required for heat sinks that dissipate heat without the need for significant increase in surface area and for other thermal management applications where high heat loads are expected, It is generally necessary to use high levels of carbon fiber loading, of the order of at least 45% by weight, preferably 50-80% by weight. When filled to these levels, most such thermoplastic materials are extremely difficult to mold, making them less suitable for insert molding operations using heat and pressure sensitive inserts such as, for example, heat pipes. Unsuitable pressures and high temperatures may be required.

【0043】 熱伝導性の充填剤入り熱硬化性樹脂も知られており、多くが熱伝導性の注封材 料、封入材料、接着材料及び塗料材料並びにシート成形コンパウンド、バルク成
形コンパウンド等として、特に電子工学用途の熱管理のために商業的に用いられ ている。エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ノボラック、レゾール及び同様な熱硬
化性フェノール樹脂、熱硬化性ポリエステル等を含めた、慣用的な熱硬化性樹脂
を、この明細書で上述したような、細断炭素繊維トウ又は粉砕した若しくは顆粒
状の炭素繊維と有利に混合して、熱管理デバイスに用いるために適した熱伝導率
を有する熱硬化性成形用樹脂及び材料を得ることができる。このような配合物は
慣用的な手段によって、通常は、圧縮成形若しくはトランスファー成形プロセス を用いて又は熱成形工程等においてB状態樹脂組成物を用いて成形され、製造さ れることができる。適当に成形してから、熱硬化又は硬化したときに、大抵の熱 硬化性材料の特徴であると一般に認められる高温における寸法安定性と共に、2
〜5W/mKから80〜100W/mK以上までの高い熱伝導率を充填剤の使用
レベルに依存して有する、充填剤入り樹脂成形体を得ることができる。熱成形し
、硬化して、強靭でフレキシブルなパーツを製造することができる充填剤入りエラ
ストマーも当該技術分野で知られており、これらは適当な充填剤の使用によって
熱伝導性にすることもできる。
[0043] Thermoconductive filled thermosetting resins are also known, and most of them are thermally conductive potting materials, encapsulating materials, adhesive materials and coating materials, as well as sheet molding compounds, bulk molding compounds, and the like. It is used commercially for thermal management, especially for electronics applications. Conventional thermosetting resins, including epoxy resins, cyanate resins, novolaks, resols and similar thermosetting phenolic resins, thermosetting polyesters, and the like, can be cut into chopped carbon fiber tows as described herein above. Alternatively, it can be advantageously mixed with pulverized or granular carbon fibers to obtain thermosetting molding resins and materials having a suitable thermal conductivity for use in thermal management devices. Such formulations can be manufactured and molded by conventional means, usually using a compression or transfer molding process or using the B-state resin composition in a thermoforming step or the like. When properly molded and then thermoset or cured, along with dimensional stability at elevated temperatures, which is generally recognized as a characteristic of most thermoset materials,
It is possible to obtain a filled resin molded article having a high thermal conductivity of 55 W / mK to 80 to 100 W / mK or more depending on the usage level of the filler. Filled elastomers that can be thermoformed and cured to produce tough, flexible parts are also known in the art, and they can also be made thermally conductive by use of suitable fillers. .

【0044】 (実施例) 下記実施例に用いる材料を次に挙げる: K−1100X Amoco Performance Products
からThornel(登録商標)UHM炭素繊維K1100Xとして得られる炭
素繊維、公表された仕様書によると、約130x106psiの引張り弾性率、 2.21g/ccの密度、及び1100W/mKの熱伝導率を有する。
Examples The following materials are used in the following examples: K-1100X Amoco Performance Products
Carbon fiber obtained from Thornel® UHM carbon fiber K1100X, according to published specifications, a tensile modulus of about 130 × 10 6 psi, a density of 2.21 g / cc, and a thermal conductivity of 1100 W / mK. Have.

【0045】 P−120 Amoco Polymers社からThornel(登録商
標)炭素繊維P−120として得られる炭素繊維、公表された仕様書によると、
約120x106psiの引張り弾性率、2.17g/ccの密度、及び900 W/mKの熱伝導率を有する。
P-120 Carbon fiber obtained as Thornel® carbon fiber P-120 from Amoco Polymers, according to published specifications:
It has a tensile modulus of about 120 × 10 6 psi, a density of 2.17 g / cc, and a thermal conductivity of 900 W / mK.

【0046】 E600X Amoco Polymers社からThornel(登録商
標)炭素繊維E−600Xとして得られる炭素繊維、公表された仕様書によると
、約120x106psiの引張り弾性率、2.14g/ccの密度、及び60 0W/mKの熱伝導率を有する。
E600X Carbon fiber obtained as Thornel® carbon fiber E-600X from Amoco Polymers, according to published specifications, a tensile modulus of about 120 × 10 6 psi, a density of 2.14 g / cc, and It has a thermal conductivity of 600 W / mK.

【0047】 Radel A Amoco Polymer社からRadel(登録商標
)A3800ポリアリールエーテルスルホンとして得られるポリエーテルスルホ
ン樹脂。
Radel A A polyether sulfone resin obtained from Amoco Polymer as Radel® A3800 polyaryl ether sulfone.

【0048】 PPA−1 Amoco Polymers社からAmodel(登録商標
)ポリフタルアミド樹脂として得られるポリフタルアミド樹脂 Nylon6,6 ポリヘキサメチレンアジパミド LCP Amoco Polymers社からXydar(登録商標)SR
T900樹脂として得られる液晶ポリマー。
PPA-1 Polyphthalamide resin Nylon 6,6 polyhexamethylene adipamide LCP obtained from Amoco Polymers as Amodel® polyphthalamide resin LCP Xydar® SR from Amoco Polymers
Liquid crystal polymer obtained as T900 resin.

【0049】 機械的性質は、他に指定しない限り、ASTM標準化試験方法によって測定し
た。
Mechanical properties were measured by ASTM standardized test methods unless otherwise specified.

【0050】 熱伝導率は、多重路に沿った出力/入熱及び温度差の測定と、定常条件下での
横断面熱流の測定とから得られる。既知熱伝導率のアルミニウム又は銅パネルを
用いて、デバイスのキャリブレーションを行った。
Thermal conductivity is obtained from measurements of power / heat input and temperature differences along multiple paths and measurements of cross-sectional heat flow under steady-state conditions. The device was calibrated using aluminum or copper panels of known thermal conductivity.

【0051】 熱伝導率はFourier Conduction Law: q=KA・△T/△X を用いて算出する:式中、q=入力;A=横断面積;K=熱伝導率;△T=熱流
の方向における抵抗熱デバイス間の温度差;及び△X=温度測定デバイス間の距
離。データはW/mKで報告する。
The thermal conductivity is calculated using Fourier Construction Law: q = KA · ΔT / ΔX: where q = input; A = cross-sectional area; K = thermal conductivity; ΔT = direction of heat flow And ΔX = distance between temperature measuring devices. Data is reported in W / mK.

【0052】 (充填剤入り樹脂組成物) 実施例1. 1/4”の公称長さを有する細断K―1100炭素繊維トウにX
ydar LCP樹脂ペレットを乾式混合し、押出し配合し(extrusion compoun
ded)、細断して、45重量%の目標レベルの炭素繊維を含有する充填剤入り樹脂 のペレットを得た。HPM75トン射出成形機を用いて乾燥した樹脂ペレットを
射出成形することによって、供試体(6”x6”x1/16”)を製造した。性
質を表Iに要約する。
[0052] (filled resin composition) Example 1. X to chopped K-1100 carbon fiber tow with nominal length of 1/4 "
ydar LCP resin pellets are dry-mixed and extruded (extrusion compoun
ded) and chopped to obtain a filled resin pellet containing 45% by weight of the target level of carbon fiber. Specimens (6 "x 6" x 1/16 ") were prepared by injection molding dried resin pellets using an HPM 75 ton injection molding machine and the properties are summarized in Table I.

【0053】 実施例2〜5. 実施例1の方法に実質的に従って、10、45及び60重量
%の炭素繊維レベルで一連の充填剤入りXydar樹脂を得た。実施例1におけ
るようにペレットを射出成形して、フラットパネルと4”x4”x1/8”の供
試体とを得た。熱伝導率を下記表Iに要約する。
Examples 2 to 5 Substantially according to the method of Example 1, a series of filled Xydar resins were obtained at carbon fiber levels of 10, 45 and 60% by weight. The pellets were injection molded as in Example 1 to obtain flat panels and 4 "x 4" x 1/8 "specimens. The thermal conductivity is summarized in Table I below.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】 約20重量%未満の炭素繊維を含む配合物が充分な熱伝導率を有さないことは
明らかである。多少変動があるが、充填剤入り材料は、熱的性質に関して異方性
であるように、又は成形体の平面において実質的に等方性であるように成形する ことができる。大抵の系に関して、繊維面に沿った若干の繊維整列度があり、流
動方向に最も頻繁に生じる大きい整列度が存在するように思われる。しかし、流
動面に垂直な性質は、大抵の射出成形品では三次元の繊維配向が生ずることを示
している。
It is clear that formulations containing less than about 20% by weight of carbon fibers do not have sufficient thermal conductivity. With some variation, the filled material can be shaped to be anisotropic with respect to thermal properties or to be substantially isotropic in the plane of the shaped body. For most systems, there is some degree of fiber alignment along the fiber plane, and there appears to be a large degree of alignment that occurs most frequently in the direction of flow. However, the property perpendicular to the flow surface indicates that three-dimensional fiber orientation occurs in most injection molded articles.

【0056】 本発明による組成物を他の熱可塑性樹脂を用いて製造して、熱伝導性パーツを 得ることもできる。The composition according to the invention can also be produced with other thermoplastic resins to obtain thermally conductive parts.

【0057】 実施例6と7. Killion1.5”単軸スクリュー押出機に連続K−1
100X炭素繊維をポリスルホン樹脂と共に供給することによって、連続K−1
100X炭素繊維にRadelポリエーテルスルホンを配合して、配合済み樹脂
をストランドに押出成形し、ストランドを細断して、充填剤入りポリスルホンペ
レットを形成した。供給速度を調節して、18重量%目標レベルと33重量%目
標レベルの炭素繊維を有するストランドを得た。これらのペレットを次に乾燥さ
せ、圧縮成形して、供試体として用いるための4”x4”x1/8”のクーポン
を得た。
Embodiments 6 and 7 Killion 1.5 "single screw extruder continuously K-1
By supplying 100X carbon fiber with polysulfone resin, continuous K-1
Radel polyethersulfone was blended with 100X carbon fiber, the blended resin was extruded into strands, and the strands were chopped to form filled polysulfone pellets. The feed rate was adjusted to obtain strands with 18% and 33% target carbon fiber levels. The pellets were then dried and compression molded to obtain 4 "x4" x1 / 8 "coupons for use as test specimens.

【0058】 実施例8. 60重量%目標レベルの炭素繊維を有するロッドを得るように調
節した供給速度で、樹脂と連続K1100X炭素繊維とを押出機に供給すること
によって、プルトルーディッド・ロッド(pultruded rod)をナイロン6,6から 製造した。このプルトルーディッド・ロッドを細断して、1/2”ペレットを得
た。HPM75トン射出成形機を用いて、乾燥ペレットから試験プラークを射出
成形した。性質を表IIに要約する。
Embodiment 8 FIG. By feeding the resin and continuous K1100X carbon fiber to the extruder at a feed rate adjusted to obtain a rod having a target level of carbon fiber of 60% by weight, the pultruded rod is converted to nylon 6,6. From No. 6. The pltruded rods were chopped to give 1/2 "pellets. Test plaques were injection molded from the dried pellets using a 75 ton HPM injection molding machine. Properties are summarized in Table II.

【0059】 実施例9、10及び11. 1/4”の公称長さを有する細断E―600X炭
素繊維トウにPPA−1樹脂ペレットを乾式混合し、押出し配合し、細断して、 10、50及び70重量%の目標レベルの炭素繊維を含有する充填剤入り樹脂の
ペレットを得た。前述したように乾燥樹脂ペレットを射出成形することによって
、供試体を製造した。性質を表IIに要約する。
Embodiments 9, 10 and 11 PPA-1 resin pellets are dry blended, extruded and chopped into shredded E-600X carbon fiber tow having a nominal length of 1/4 "to achieve a target level of carbon of 10, 50 and 70% by weight. Specimens were prepared by injection molding dry resin pellets as described above, with pellets of filled resin containing fibers, the properties are summarized in Table II.

【0060】[0060]

【表2】 [Table 2]

【0061】 本発明による組成物を圧縮成形して、熱伝導性パーツを得ることもできる。 実施例12. 50重量%のRadelポリエーテルスルホンと、50重量%
の、公称長さ1/4”を有する細断K−1100炭素繊維トウとから成る組成物
を溶液含浸によって用意した。この混合物を圧縮成形して、熱的性質の供試体を
得た。面内(又はXとY方向)熱伝導率は90.4W/mKと102.9W/m Kであった。熱膨張率は4.0ppm/°Fであった。
The composition according to the invention can also be compression molded to obtain thermally conductive parts. Embodiment 12 FIG . 50% by weight of Radel polyethersulfone and 50% by weight
Of a chopped K-1100 carbon fiber tow having a nominal length of 1/4 "was prepared by solution impregnation. The mixture was compression molded to obtain a specimen having thermal properties. The internal (or X and Y directions) thermal conductivity was 90.4 W / mK and 102.9 W / m K. The coefficient of thermal expansion was 4.0 ppm / ° F.

【0062】 実施例13. 50重量%のRadelポリエーテルスルホン粉末と、50重
量%の、公称長さ1”を有する細断K−1100炭素繊維トウとから成る乾燥ブ
レンドを圧縮成形して、熱的性質の供試体を得た。面内(又はX方向)熱伝導率 は67.8W/mKであった。幾らかの濡れ難さが観察された。
Embodiment 13 FIG. A dry blend of 50% by weight of Radel polyethersulfone powder and 50% by weight of chopped K-1100 carbon fiber tow having a nominal length of 1 "is compression molded to obtain a thermal property specimen. The in-plane (or X-direction) thermal conductivity was 67.8 W / mK, and some difficulty in wetting was observed.

【0063】 実施例14. 50重量%のRadelポリエーテルスルホン粉末と、50重
量%の、200μ粒子を得るように粉砕又は顆粒化したP−120炭素繊維とか
ら成る乾燥ブレンドを圧縮成形して、熱的性質の供試体を得た。面内(又はX方 向)熱伝導率は37.0W/mKであった。幾らかの濡れ難さが観察された。
Embodiment 14 FIG. A dry blend of 50% by weight of Radel polyethersulfone powder and 50% by weight of P-120 carbon fiber ground or granulated to obtain 200μ particles is compression molded to provide a thermal property specimen. Obtained. The in-plane (or X direction) thermal conductivity was 37.0 W / mK. Some resistance to wetting was observed.

【0064】 例えば一般的なエポキシ注封用樹脂のような熱硬化性樹脂に炭素繊維を充填し
て、成形、硬化して、熱伝導性パーツを得ることもできる。
For example, a thermosetting resin such as a general epoxy potting resin may be filled with carbon fibers, molded and cured to obtain a thermally conductive part.

【0065】 実施例15. 70重量%のエポキシ樹脂と、30重量%の、200μ粒子を
得るように粉砕又は顆粒化したP−120炭素繊維とから成る充填剤入りエポキ
シ組成物を、該液体樹脂と該粒状物とを一緒にし、手で混合することによって製
造して、型中に注入し、プラークを硬化させて、熱的性質の供試体を得た。面内(
又はX方向)熱伝導率は15W/mKであった。
Embodiment 15 FIG. A filled epoxy composition consisting of 70% by weight of epoxy resin and 30% by weight of P-120 carbon fiber ground or granulated to obtain 200μ particles is obtained by combining the liquid resin and the granules. Prepared by hand mixing, poured into a mold, and the plaque was cured to obtain a specimen of thermal properties. In the plane (
(Or X direction) The thermal conductivity was 15 W / mK.

【0066】 (インサート成形熱デバイス) 実施例16. 実施例5の60重量%炭素繊維充填LCP樹脂配合物を用いて
、3mmx160mmヒート・パイプと射出成形ヒート・シンクとを含む熱デバ
イスを構成した。12mmx12mmx96mmのサイズである型キャビティを
、この型キャビティ中に挿入されたヒート・パイプを中央に据えて、支えるよう
に固定した。次に、閉鎖した型に、前述したようなHPM75トン射出成形機を
用いて、充填剤入りLCP樹脂配合物を注入した。冷却した成形物を取り出した
後に、センターリング固定具(centering fixture)を取り出し、射出成形樹脂中に
51mmの長さまで冷却器部分においてはめ込まれたヒート・パイプを形成した
。次に、このブロックを粉砕して、厚さ1mm、高さ4〜5mmの複数個のフィ
ンを形成した、これらのフィンはヒート・パイプの軸に集中し、この軸に垂直に
配置され、はめ込まれた長さに沿って1mm間隔を置いて配置された。ヒート・ シンクの総重量は12gであった。ヒート・パイプのソース端部を14mmの長
さまで熱伝達ブロック中に埋め込む。熱伝達ブロックを5.5ワットの一定の入
力で電気的に加熱した。ソースの温度と周囲温度とを熱電対によって測定し、一
定入力に関する温度上昇は、構造の熱を消散させる能力に反比例する。
Example 16 (Insert Molding Thermal Device) Using the 60 wt% carbon fiber filled LCP resin formulation of Example 5, a thermal device including a 3 mm × 160 mm heat pipe and an injection molded heat sink was constructed. A mold cavity having a size of 12 mm × 12 mm × 96 mm was fixed so as to support the heat pipe inserted into the mold cavity with the center placed. The filled LCP resin formulation was then injected into the closed mold using an HPM 75 ton injection molding machine as described above. After removal of the cooled molding, the centering fixture was removed to form a heat pipe fitted in the cooler section to a length of 51 mm in the injection molded resin. The block was then crushed to form a plurality of fins 1 mm thick and 4-5 mm high, these fins were concentrated on the axis of the heat pipe, placed perpendicular to this axis and fitted. 1 mm apart along the length. The total weight of the heat sink was 12 g. The source end of the heat pipe is embedded in the heat transfer block to a length of 14 mm. The heat transfer block was electrically heated with a constant input of 5.5 watts. The temperature of the source and the ambient temperature are measured by a thermocouple, and the temperature rise for a constant input is inversely proportional to the ability of the structure to dissipate heat.

【0067】 周囲温度が23℃であるときに、ダイ/ソース温度は71℃であり、8.6℃
/ワットの熱抵抗を生じた。
When the ambient temperature is 23 ° C., the die / source temperature is 71 ° C. and 8.6 ° C.
/ Watt thermal resistance.

【0068】 比較例. 3x160mmのヒート・パイプを冷却器端部に、13mmx20
mmx長さ14mmのサイズであり、26gの重量を有する商業的キャストマグ
ネシウム・フィン付きヒート・シンクに埋め込み長さ95mmで取り付けた。熱
接着(thermal additive)をヒート・シンクとヒート・パイプとの間の接触面に適
用した。ソース端部を熱伝達ブロック中に14mmの長さまで埋め込み、実施例
16におけるように加熱した。ダイ/ソース温度は71℃であり、周囲温度は2
5℃であり、8.3℃/ワットの熱抵抗値を生じた。
Comparative example . A 3 x 160 mm heat pipe was placed at the end of the cooler, 13 mm x 20 mm.
It was mounted on a commercial cast magnesium finned heat sink weighing 26 g and measuring 95 mm long with a size of mm × 14 mm long. A thermal additive was applied to the interface between the heat sink and the heat pipe. The source end was embedded in the heat transfer block to a length of 14 mm and heated as in Example 16. Die / source temperature is 71 ° C and ambient temperature is 2 ° C.
5 ° C., resulting in a thermal resistance of 8.3 ° C./watt.

【0069】 したがって、射出成形したヒート・シンクは先行技術の大型で、かなり重いキ ャストマグネシウム・ヒート・シンクと実質的に同じ程度ノ熱消散を生じること
が見られる。
Thus, it can be seen that the injection molded heat sink produces substantially the same heat dissipation as the large, fairly heavy cast magnesium heat sink of the prior art.

【0070】 本発明の成形熱管理デバイスが当該技術分野における実質的な進歩を表し、熱
管理用途に用いるために有意に改良された材料を提供することは、明らかである
。本発明のデバイスの形成に用いられる熱伝導性樹脂配合物は慣用的な加工手段
を用いて用意に製造され、一般に、優れた機械的性質と良好な寸法安定性とを有 する強靭な材料である。これらの改良された熱伝導性樹脂成形用コンパウンドは
熱管理要素の製造に用いるために広範囲な用途を見出すと考えられる。
It is clear that the molding thermal management device of the present invention represents a substantial advance in the art and provides significantly improved materials for use in thermal management applications. The thermally conductive resin compound used to form the device of the present invention is readily prepared using conventional processing means and is generally a tough material having excellent mechanical properties and good dimensional stability. is there. It is believed that these improved thermally conductive resin molding compounds will find a wide range of applications for use in making thermal management elements.

【0071】 したがって、本発明の熱管理デバイスがヒート・パイプを成形ヒート・シンク
と共に含むと表現されることができ、ヒート・シンク要素が好ましくはヒート・
パイプと共にインサート成形されて、一体式単体構造を形成する。熱伝導性ヒー
ト・シンク要素は、配合物中の伝導性充填剤の量に依存して、約5W/mKより
大きい、好ましくは約10W/mKより大きい、さらに好ましくは約80W/m
Kから600W/mK程度の大きさまで、さらに一層好ましくは約100〜約4
50W/mKの熱伝導率を、やはり伝導性充填剤の種類とレベルとに依存して、
一般に10ppm/℃未満の特に低い熱膨張率と共に有する充填剤入り熱可塑性
又は熱硬化性成形用コンパウンドから成形されるとして、さらに特徴付けられる
ことができる。本発明のより好ましい実施態様に用いられる充填剤入り熱可塑性
射出成形用コンパウンドは約80〜約20重量%、好ましくは約50〜約20重
量%の熱可塑性LCP樹脂と、約20〜約80重量%、好ましくは約50〜約8
0重量%の炭素繊維とを含むとさらに表現されることができ、前記炭素繊維は約
600W/mKより大きい、好ましくは約750W/mKより大きい、より好ま
しくは約900W/mKより大きい、さらに一層好ましくは1000W/mKよ
り大きい熱伝導率を有する。
Thus, the thermal management device of the present invention can be described as including a heat pipe with a molded heat sink, wherein the heat sink element is preferably a heat sink.
It is insert molded with the pipe to form an integral unitary structure. The heat conductive heat sink element may be greater than about 5 W / mK, preferably greater than about 10 W / mK, and more preferably about 80 W / m, depending on the amount of conductive filler in the formulation.
K to a size of the order of 600 W / mK, even more preferably from about 100 to about 4
A thermal conductivity of 50 W / mK, again depending on the type and level of conductive filler,
It can be further characterized as being molded from a filled thermoplastic or thermoset molding compound having a particularly low coefficient of thermal expansion of generally less than 10 ppm / ° C. The filled thermoplastic injection molding compound used in a more preferred embodiment of the present invention comprises from about 80 to about 20%, preferably from about 50 to about 20% by weight of a thermoplastic LCP resin and from about 20 to about 80% by weight. %, Preferably from about 50 to about 8
0% by weight of carbon fiber, said carbon fiber being greater than about 600 W / mK, preferably greater than about 750 W / mK, more preferably greater than about 900 W / mK, and even more. Preferably it has a thermal conductivity of more than 1000 W / mK.

【0072】 充填剤入り樹脂配合物がさらに、樹脂配合及び樹脂成形分野で慣用的に用いら
れるような、可塑剤、加工助剤、安定剤等を含むことができることは理解される
であろう。高い熱伝導率を有する適当で、容易に製造される材料を技術分野が今 まで有していなかった電気及び電子用途の熱管理デバイスの製造に用いるために
、この配合物は特に適する。
It will be appreciated that the filled resin formulation can further include plasticizers, processing aids, stabilizers, and the like, as commonly used in the resin formulation and resin molding arts. This formulation is particularly suitable for use in the manufacture of thermal management devices for electrical and electronic applications where the art has not had a suitable, easily manufactured material with high thermal conductivity.

【0073】 さらなる修正及び変更は樹脂分野に熟練した人に容易に明らかであろう。例え
ば、ヒート・スプレッダー又はヒート・プレーン、インサート成形操作における
要素を含めたヒート・シンク中にはめ込まれた複数個のヒート・パイプ要素を用
いて、非常に多様な熱管理デバイスを設計することができることは、当業者によ
って容易に理解されるであろう。例えば、付属の密封シールされたハウジングを
形成するために、任意に付属の電気又は電子要素を含む、熱管理デバイスのオー
バーモールディング(overmolding)を含めた、さらなる成形又は後成形操作の使 用も考えられる。このようなさらなる実施態様と改変とは当業者の熟練の範囲内
に充分に入ることが見られるので、特許請求の範囲によって定義される本発明の
範囲内であることは理解されるであろう。
[0073] Further modifications and variations will be readily apparent to those skilled in the resin art. For example, a wide variety of heat management devices can be designed using multiple heat pipe elements fitted into a heat sink, including elements in a heat spreader or heat plane, insert molding operation. Will be readily understood by those skilled in the art. For example, the use of additional molding or post-molding operations, including overmolding of thermal management devices, optionally including accessory electrical or electronic components, to form an attached hermetically sealed housing is also contemplated. Can be It will be understood that such further embodiments and modifications are well within the skill of those in the art and are therefore within the scope of the invention as defined by the appended claims. .

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年6月15日(2000.6.15)[Submission date] June 15, 2000 (2000.6.15)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1個のヒート・パイプとそれと熱連絡する成形ヒ
ート・シンクとを含む熱管理デバイスであって、前記ヒート・シンクが約5W/
mKより大きい熱伝導率を有する充填剤入り樹脂組成物を含み、前記組成物が充
填剤と樹脂との合計重量に基いて10〜80重量%の熱伝導性充填剤と約90〜
約20重量%の樹脂とを含む前記デバイス。
1. A thermal management device comprising at least one heat pipe and a molded heat sink in thermal communication therewith, wherein said heat sink is about 5 W /
a filled resin composition having a thermal conductivity greater than mK, wherein said composition comprises 10-80% by weight of a thermally conductive filler, based on the total weight of the filler and the resin, and about 90-90%.
About 20% by weight of the resin.
【請求項2】 少なくとも1個のヒート・パイプとそれと熱連絡する成形ヒ
ート・シンクとを含む熱管理デバイスであって、前記ヒート・シンクが約10W
/mKより大きい熱伝導率を有する充填剤入り樹脂組成物を含み、前記組成物が
炭素繊維と樹脂との合計重量に基いて10〜80重量%の炭素繊維と約90〜約
20重量%の樹脂とを含む前記デバイス。
2. A thermal management device comprising at least one heat pipe and a molded heat sink in thermal communication therewith, wherein said heat sink is about 10 Watts.
/ MK comprising a filled resin composition having a thermal conductivity of greater than 10% to 80% by weight carbon fiber and about 90% to about 20% by weight based on the total weight of carbon fiber and resin. The device comprising: a resin.
【請求項3】 前記樹脂が液晶ポリマーである、請求項2記載の熱管理デバ
イス。
3. The thermal management device according to claim 2, wherein said resin is a liquid crystal polymer.
【請求項4】 前記樹脂が熱硬化性樹脂である、請求項2記載の熱管理デバ
イス。
4. The thermal management device according to claim 2, wherein said resin is a thermosetting resin.
【請求項5】 前記樹脂が熱可塑性樹脂である、請求項2記載の熱管理デバ
イス。
5. The thermal management device according to claim 2, wherein said resin is a thermoplastic resin.
【請求項6】 少なくとも1個のヒート・パイプとそれと熱連絡する射出成
形ヒート・シンクとを含む熱管理デバイスであって、前記ヒート・シンクが約1
0W/mKより大きい熱伝導率を有する射出成形可能な充填剤入り樹脂組成物を
含み、前記組成物が炭素繊維と液晶ポリマーとの合計重量に基いて20〜80重
量%の炭素繊維と約80〜約20重量%の液晶ポリマーとを含む前記デバイス。
6. A thermal management device comprising at least one heat pipe and an injection molded heat sink in thermal communication therewith, wherein said heat sink comprises at least one heat pipe.
An injected moldable resin composition having a thermal conductivity greater than 0 W / mK, wherein said composition comprises 20-80% by weight carbon fiber and about 80% based on the total weight of carbon fiber and liquid crystal polymer. About 20% by weight of a liquid crystal polymer.
【請求項7】 少なくとも1個のヒート・パイプとそれと熱連絡する圧縮成
形ヒート・シンクとを含む熱管理デバイスであって、前記ヒート・シンクが約1
0W/mKより大きい熱伝導率を有する圧縮成形可能な充填剤入り樹脂組成物を
含み、前記組成物が炭素繊維と樹脂との合計重量に基いて20〜80重量%の炭
素繊維と約80〜約20重量%の熱硬化性樹脂とを含む前記デバイス。
7. A thermal management device comprising at least one heat pipe and a compression molded heat sink in thermal communication therewith, wherein said heat sink comprises at least one heat pipe.
A compression moldable filled resin composition having a thermal conductivity greater than 0 W / mK, said composition comprising 20-80 wt% carbon fiber and about 80-80 wt% based on the total weight of carbon fiber and resin. About 20% by weight of a thermosetting resin.
【請求項8】 前記炭素繊維が約300W/mKより大きい熱伝導率を有す
るピッチに基く炭素繊維である、請求項2記載のデバイス。
8. The device of claim 2, wherein said carbon fibers are pitch-based carbon fibers having a thermal conductivity greater than about 300 W / mK.
【請求項9】 前記炭素繊維が約600W/mKより大きい熱伝導率を有す
るピッチに基く炭素繊維である、請求項2記載のデバイス。
9. The device of claim 2, wherein said carbon fibers are pitch-based carbon fibers having a thermal conductivity greater than about 600 W / mK.
【請求項10】 前記組成物が約15W/mK〜約600W/mKの範囲内
の熱伝導率を有する、請求項2記載のデバイス。
10. The device of claim 2, wherein said composition has a thermal conductivity in the range of about 15 W / mK to about 600 W / mK.
【請求項11】 前記炭素繊維が約1000W/mKより大きい熱伝導率を
有する、請求項9記載のデバイス。
11. The device of claim 9, wherein said carbon fibers have a thermal conductivity of greater than about 1000 W / mK.
【請求項12】 前記炭素繊維が600W/mK〜約1800W/mKの範
囲内の熱伝導率を有する、請求項9記載のデバイス。
12. The device of claim 9, wherein said carbon fibers have a thermal conductivity in the range of 600 W / mK to about 1800 W / mK.
【請求項13】 前記成形ヒート・シンク要素中にはめ込まれた前記ヒート
・パイプ要素を有する単体構造を与えるように、前記デバイスがインサート成形
されている、請求項1記載の熱管理デバイス。
13. The thermal management device of claim 1, wherein the device is insert molded to provide a unitary structure having the heat pipe element embedded in the molded heat sink element.
【請求項14】 前記成形ヒート・シンク要素中にはめ込まれた前記ヒート
・パイプ要素を有する単体構造を与えるように、前記デバイスがインサート成形
されている、請求項2記載の熱管理デバイス。
14. The thermal management device of claim 2, wherein said device is insert molded to provide a unitary structure having said heat pipe element embedded within said molded heat sink element.
【請求項15】 前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、シアネート樹脂、熱硬
化性ポリエステル樹脂及びフェノール樹脂から成る群から選択される、請求項4
記載の熱管理デバイス。
15. The thermosetting resin according to claim 4, wherein the thermosetting resin is selected from the group consisting of an epoxy resin, a cyanate resin, a thermosetting polyester resin, and a phenol resin.
A thermal management device as described.
【請求項16】 前記熱可塑性樹脂がポリアミド、ポリフタルアミド、アク
リロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリールエ
ーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン及びポリエーテルス
ルホンから成る群から選択される、請求項5記載の熱管理デバイス。
16. The thermoplastic resin of claim 5, wherein the thermoplastic resin is selected from the group consisting of polyamide, polyphthalamide, acrylonitrile butadiene styrene resin, polycarbonate resin, polyaryl ether resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone and polyether sulfone. Thermal management device.
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