KR20210084618A - 탄소 나노 구조 기반 섬유를 구비한 히트 싱크 - Google Patents

탄소 나노 구조 기반 섬유를 구비한 히트 싱크 Download PDF

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KR20210084618A
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 기본 몸체(2) 및 복수의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB, 3)들, 특히 탄소 나노 튜브(CNT, 4) 또는 그래핀 섬유를 구비하는 히트 싱크(1)에 관한 것이며, 이러한 탄소 나노 구조 기반 섬유들 중 적어도 일부가 기본 몸체(2)에 고정된다. 섬유(3, 4)들은 서로 부착 또는 지지로 인해 특히 워딩, 펠트 또는 거미줄 구조 형태의 체적 구조(12)를 형성하고, 또는 이러한 섬유(3, 4)들은 루프(6) 또는 3차원 직물을 형성한다.

Description

탄소 나노 구조 기반 섬유를 구비한 히트 싱크
본 발명은 기본 몸체 및 복수의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB)들, 특히 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노관(CNT) 또는 그래핀 섬유를 구비한 히트 싱크에 관한 것이며, 이러한 탄소 나노 구조 기반 섬유들 중 우선 일부가 열 전달을 위해 기본 몸체에 고정된다.
US 2007158584호에는 도입부에 언급된 유형의 히트 싱크가 공지되어 있다. 공지된 히트 싱크는 기본 몸체를 갖고, 이러한 기본 몸체로부터는 서로 평행하게 배열된 탄소 나노 구조 기반 섬유들이 시작된다. 히트 싱크는 기본 몸체와 연결된 대상물의 냉각에 사용되고, 탄소 나노 구조 기반 섬유들은 냉각제에 의해 관류된다. 따라서, 이러한 대상물의 열은 기본 몸체에 도달하고, 그곳으로부터 탄소 나노 구조 기반 섬유들에, 그리고 이어서 냉각제에 도달한다.
이러한 유형의 히트 싱크는 예를 들어 파워 반도체에서 생성되는 열을 방출하기 위해 전기 공학 분야, 특히 전력 전자 분야에서 사용될 수 있다. 특히 전력 전자 분야에서, 특히 현재의 인버터에서는 작은 구조 형상을 갖는 고효율의 히트 싱크가 필요하다. 본 발명은, 제조가 간단하고 작은 구조 형상을 갖지만, 표면적이 매우 큰 구조를 제공함으로써, 많은 양의 열이 문제없이 방출될 수 있도록 하는 히트 싱크에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히트 싱크는 기본 몸체 및 복수의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB)들, 특히 탄소 나노관(CNT) 또는 그래핀 섬유를 구비하고, 이러한 탄소 나노 구조 기반 섬유들 중 적어도 일부가 열 전달을 위해 기본 몸체에 고정되며, 이러한 섬유들은 서로 부착 또는 지지로 인해 특히 워딩(wadding), 펠트(felt) 또는 거미줄 구조 형태의 체적 구조를 형성하고, 또는 이러한 섬유들은 루프 또는 3차원 직물을 형성한다. 본 발명은 매우 양호한 열전도성을 갖도록 구성되는 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB), 특히 탄소 나노 튜브(CNT) 또는 그래핀 섬유의 특별한 특성을 활용한다. 섬유의 체적 구조, 섬유의 루프 또는 3차원 직물로 인해, 매우 큰 표면적이 제공되므로, 이러한 섬유는 바람직하게 유동하는 냉각제로 열을 매우 효과적으로 방출할 수 있고, 냉각제는 이러한 섬유를 둘러싸거나 관류한다. 특히, 냉각제는 냉각액일 수 있다. 섬유들이 상호 접촉함으로써 일종의 부착 또는 지지가 발생하는 체적 구조를 통하거나, 섬유의 루프를 통하거나, 3차원 직물의 직물 구조를 통해 상술한 큰 표면적이 제공될 뿐만 아니라, 이와 동시에 비교적 견고한 기계적 구조가 생성되므로, 유동하는 냉각제도 이러한 섬유를 전혀 변형시키지 않거나 약간만 변형시키게 된다. 오히려, 상술한 구조로 인해 냉각제 흐름의 매우 양호한 난류가 야기되는데, 이는 개선된 열방출을 유도한다. 상술한 섬유들 서로 간의 "부착"은 기본적으로 접착 등을 의미하는 것이 아니라, 예를 들어 접촉하는 두 섬유들 사이에 존재하는 일종의 마찰 저항을 의미한다. 그럼에도 불구하고, (다른 실시예에 따라) 상술한 부착은, 예를 들어 일종의 접착제 등과 같은 추가 물질에 의한, 접촉하는 2개의 섬유들의 결합도 의미한다. 납땜 지점도 고려 가능하다. 기본 몸체는 냉각될 대상물, 바람직하게는 하나 이상의 파워 반도체와 열 기술적으로 연결된다.
본 발명의 일 개선예에 따라, 섬유들은 적어도 영역별로 질서있는 구조 및/또는 적어도 영역별로 무질서한 구조를 형성한다. 워딩 형태의 체적 구조의 경우, 무질서한 구조가 존재한다. 이는 펠트 또는 거미줄 구조에도 상응하게 적용된다. 루프형으로 연장되는 섬유의 경우, 질서있는 구조를 가정할 수 있다. 이는, 특정 매쉬 패턴이 항상 반복되므로 상술한 직물에도 동일하게 적용된다.
본 발명의 일 개선예는, 기본 몸체에 대해 간격을 갖고, 섬유들 중 적어도 일부가 고정되는 상대 몸체를 제공한다. 기본 몸체 및 상대 몸체에 섬유를 고정함으로써 전체 섬유 구조는 기계적으로 특히 양호하게 고정되므로, 유동하는 냉각제를 통한 원하지 않는 변형이 발생할 수 없게 된다. 이후, 냉각제는 기본 몸체와 상대 몸체 사이에서 유동하므로, 그 사이에 위치한 섬유로부터 열이 방출된다. 바람직하게는, 상대 몸체도 열을 방출할 수 있다.
바람직하게, 기본 몸체 및/또는 상대 몸체에 대한 고정은 납땜 지점, 접착 지점 및/또는 몰딩 지점으로서 형성된다. 기본 몸체 및/또는 상대 몸체는 예를 들어 플레이트형으로 구성될 수 있으며, 이러한 플레이트에는 섬유의 상술한 고정이 실행되거나, 기본 몸체 및/또는 상대 몸체의 제조 시에 몰딩 과정을 통해 섬유의 단편이 함께 몰딩된다.
특히, 루프는 단부 영역들을 가질 수 있고, 루프의 단부 영역들 중 적어도 일부가 기본 몸체 및/또는 상대 몸체에/그 내부에 고정될 수 있다. 단부 영역은 루프의 시작 및/또는 끝일 수 있고, 또는 루프의 방향 전환 영역일 수도 있다.
바람직하게, 섬유들은 적어도 영역별로 서로 압축된다. 제조 시에는 예를 들어 섬유의 워딩 형태의 구조가 생성된 이후, 더 견고한 구조가 생성되도록 압축되지만, 이러한 압축은 냉각제를 위한 관류 경로가 지나치게 닫힐 정도로 강하게 실행되지는 않는다.
유동하는 냉각제에 대한 특별한 저항을 제공하기 위해, 섬유들 중 적어도 일부에 기계적 안정화를 위한 코팅을 제공할 수 있다. 같은 이유로, 본 발명의 또 다른 일 개선예에 따르면, 특히 금속 및/또는 바람직하게는 추가의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB), 특히 탄소 나노 튜브(CNT) 또는 그래핀 섬유로 이루어진, 섬유를 지지하는 하나 이상의 지지 구조를 제공 가능하다. 따라서, 이러한 지지 구조는 특히 금속 구조 또는 섬유 구조이며, 이때 이러한 섬유 구조는 재차 (특히 다른) 탄소 나노 구조 기반 섬유 또는 탄소 나노 튜브로 구성된다.
일 개선예에서, 하나 이상의 지지 구조는 격자형으로 형성되고, 기본 몸체 및/또는 상대 몸체에의 고정에 사용되며, 특히 지지 구조는 기본 몸체 및/또는 상대 몸체 내에 몰딩될 수 있다.
바람직하게, 3차원 직물은 직물의 매쉬 형태 및/또는 직물의 매쉬 폭에 의해 기계적으로 안정화된다. 매쉬로부터 얻어지는 이러한 안정화를 통해서도, 탄소 나노 구조 기반 섬유, 특히 탄소 나노 튜브는 변형으로부터 기계적으로 보호된다.
섬유들 중 적어도 일부는, 섬유 및/또는 추가의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB), 특히 탄소 나노관(CNT) 또는 그래핀 섬유에 의해 형성된 특히 평평한 섬유 기반부로부터 시작될 수 있다. 이러한 섬유 기반부는 특히 기본 몸체 및/또는 상대 몸체에 고정될 수 있거나 기본 몸체 및/또는 상대 몸체 내에 몰딩될 수 있다.
특히, 상술한 섬유 기반부는 직물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 개선예에서, 섬유들 중 적어도 일부는 기본 몸체로부터 상대 몸체를 향하여 이러한 두 몸체들 사이의 가능한 한 긴 섬유 길이를 달성하기 위해 90°가 아닌 각도 하에 연장되고 그리고/또는 90°의 각도 하에 연장된다. 기본 몸체와 상대 몸체 사이의 섬유 길이가 길수록, 개별 섬유가 더 많은 열을 방출할 수 있다.
도면들은 실시예를 참조하여 본 발명을 도시한다.
도 1은 루프형의 탄소 나노 구조 기반 섬유를 구비한 히트 싱크의 영역을 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 히트 싱크의 영역을 상대 몸체의 영역과 함께 도시한 도면이고,
도 3은 개별 필라멘트 형태 및 루프 형태를 갖는 탄소 나노 구조 기반 섬유를 구비한 히트 싱크의 영역을 도시한 도면이고,
도 4는 예를 들어 워딩 또는 펠트 또는 거미줄 구조 형태의 체적 구조 형태를 갖는 섬유 기반부 또는 탄소 나노 구조 기반 섬유를 구비한 히트 싱크의 영역을 도시한 도면이고,
도 5는 실질적으로 섬유 기반부에 대해 직각으로 또는 섬유 기반부에 대해 비스듬하게 연장되는 필라멘트를 구비한 제2 변형예의 히트 싱크의 영역을 도시한 도면이고,
도 6은 격자형 지지 구조와 루프형으로 연장되는 섬유를 구비한 히트 싱크의 영역을 도시한 도면이다.
도 1은 기본 몸체(2) 및 탄소 나노 구조 기반 섬유(3), 특히 탄소 나노관으로도 불리는 탄소 나노 튜브(4) 또는 대안적으로 그래핀 섬유를 포함하는 히트 싱크(1)를 도시한다. 히트 싱크(1)와는, 작동 중에 냉각되어야 하는 전력 전자 부품이 열 기술적으로 연결된다(도시되지 않음). 화살표(5)로 표시된 냉각제, 예를 들어 냉각액은 히트 싱크(1)를 따라, 특히 탄소 나노 튜브(4)의 진행 곡선에 횡방향으로 유동한다. 전력 전자 부품의 열은 기본 몸체(2)로 옮겨지고, 그곳으로부터 탄소 나노 튜브(4)로 안내되고, 냉각제로부터 방출된다. 탄소 나노 튜브(4)는, 대략 곡류형 구조를 형성하는 루프(6)로서 연장되며, 루프(6)의 단부 영역(7)은 기본 몸체(2) 내에 매립되어 있다. 이러한 매립은 바람직하게는 기본 몸체(2)의 생성 시에 몰딩에 의해 실행된다. 기본 몸체(2)는 바람직하게는 열전도성이 양호한 재료, 특히 금속으로 구성된다. 탄소 나노 튜브(4)의 루프 구조를 통해, 이러한 탄소 나노 튜브는 유동하는 냉각제에 대하여 양호한 기계적 안정성을 가지므로, 유동에 의해 변형되지 않는다. 또한 루프 형태는 큰 표면적이 생성되기 때문에 매우 양호한 열 전달을 유도한다.
도 2 및 하기의 다른 모든 도면에서는 도 1에서와 동일한 부분에 대해 동일한 도면 부호가 사용되므로, 다시 상세히 설명할 필요가 없다. 오히려 상응하는 내용이 적용된다. 도 2의 히트 싱크(1)의 영역은 도 1과 마찬가지로 구성되지만, 루프(6)의 단부 영역(9)이 상대 몸체(8)에 고정되고, 바람직하게는 그 안에 몰딩되는 방식으로 추가적으로 이러한 상대 몸체(8)가 기본 몸체(2)에 대해 간격을 갖고 대향 배치된다. 이를 통해, 루프(6)가 양단부에서 고정됨으로써, 더 양호한 기계적 안정성이 제공된다. 기본 몸체(2) 및/또는 상대 몸체(8)에 탄소 나노 튜브(4)를 고정하는 것은 다른 방법 및 방식으로도, 예를 들어 납땜 지점 또는 접착 지점의 형태로도 실행될 수 있다.
도 3은 탄소 나노 튜브(4)와 관련하여 개별 필라멘트(10)뿐만 아니라 루프(6)도 포함하는 히트 싱크(1)의 영역을 도시한다. 대안적으로, 개별 필라멘트(10)만을 갖거나 루프(6)만을 갖는 히트 싱크(1)도 존재 가능하다. 개별 필라멘트(10)는 각각 일종의 막대형 형상을 갖는다. 도 3의 실시예에서, 탄소 나노 튜브(4)는, 기본 몸체(2)에 고정되거나 그 내부에 매립된(도시되지 않음) 섬유 기반부(11)로부터 시작된다. 바람직하게, 탄소 나노 튜브(4)는 섬유 기반부(11)뿐만 아니라 개별 필라멘트(10) 또는 루프(6)도 형성한다. 섬유 기반부(11)는 바람직하게는 탄소 나노 튜브(4)의 뒤엉키거나 뒤얽힌 영역의 형태로 형성될 수 있다.
도 4는 바람직하게는 실질적으로 평평한 형태의 직물로서 형성되는 섬유 기반부(11)가 마찬가지로 존재하는 히트 싱크(1)의 영역을 도시한다. 도 3의 실시예에서와 마찬가지로, 섬유 기반부(11)는 기본 몸체(2) 내부에 매립되거나 그에 고정된다(도시되지 않음). 또한, 도 4의 히트 싱크(1)는, 이러한 실시예에서 체적 구조(12)를 형성하는 탄소 나노 구조 기반 섬유(3), 특히 탄소 나노 튜브(4) 또는 그래핀 섬유를 포함하며, 이러한 섬유들은 부착 또는 지지로 인해 서로 접촉하므로, 특히 워딩, 펠트 또는 거미줄 구조 형태의 체적 구조(12)가 존재한다. 이러한 체적 구조(12)는 탄소 나노 튜브(4)의 매우 큰 표면적을 야기하고, 안정적인 기계적 구조도 야기한다. 특별한 일 실시예에 따라, 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)들은, 더 콤팩트하고, 이에 따라 더 견고하지만 냉각제를 위해 충분한 유동 경로가 개방되도록 하는 구조를 달성하기 위해 적어도 영역별로 서로 압축될 수 있다.
도 5의 실시예에서, 좌측면에는 이미 도 3의 좌측면에 도시된 바와 같이 하나의 구조, 즉 바람직하게는 부분적으로 섬유 기반부(11)에 통합되어 있지만, 이후 "자유 영역"에 의해 냉각제의 유동 경로 내에 위치하는 개별 필라멘트(10)를 갖는 구조가 도시되어 있고, 이때 도 3에 대한 도 5의 차이점은, 섬유 기반부(11)의 반대 측면에도, 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)의 단부 영역에 의해 형성되는 추가의 섬유 기반부(13)가 존재함으로써, 자유 섬유 영역들이 전체적으로 양단부에서 지지되고, 이에 따라 냉각제의 유동에 의해 변형되지 않는다는 것이다. 도 5의 우측면에는 도 5의 좌측면에 도시된 바와 같이 히트 싱크(1)의 상응하는 예시가 도시되어 있으며, 그러나 이러한 두 변형예들 간의 차이점은, 좌측면에서는 자유 섬유 영역들이 특히 냉각제(5)의 흐름에 수직을 이루고 이에 따라 실질적으로 두 섬유 기반부(11 또는 13)들에 대해 직각을 이루지만, 도 5의 우측면에서는 이러한 자유 섬유 영역들이 냉각제의 흐름에 대해 비스듬하게 연장되고, 즉 각각의 섬유 기반부(11 또는 13)와 90°가 아닌 각도를 이룬다. 이를 통해, 도 5의 우측면에서는 좌측면의 실시예에 비해 더 긴 자유 섬유 길이가 얻어짐으로써, 냉각제 흐름 내에 위치하는 표면적이 더 커지게 된다.
도 6은, 마찬가지로 기본 몸체(2) 및 상대 몸체(8)가 존재하는 히트 싱크(1) 영역의 일 실시예를 도시하지만, 이러한 두 부품들은 도시되지 않으며, 격자형 지지 구조(14 또는 15)만이 각각 도시되고, 지지 구조(14, 15)는 바람직하게는 탄소 나노 구조 기반 섬유(3), 특히 탄소 나노 튜브(4)로 형성될 수 있다. 이러한 두 지지 구조(14, 15)들은 기본 몸체(2) 및/또는 상대 몸체(8)에 고정되거나 그곳에 몰딩되며, 그 사이에서 연장되는 탄소 나노 구조 기반 섬유(3), 특히 탄소 나노 튜브(4)의 단부 영역(7 및 9)들을 수용한다. 지지 구조(14 및 15)들은 안정화 효과를 갖는다. 특히 이들은 고정 또는 몰딩을 개선시킨다. 두 지지 그리드(14 및 15)들은 서로 연결될 수도 있다. 이는 상응하는 연결부(16)들에 의해 실행되며, 도 6에는 이러한 연결부들 중 하나의 연결부만 예시적으로 도시되어 있다. 이를 통해, 두 지지 구조(14 및 15)들은 간격을 유지한다. 두 지지 구조(14 및 15)들은 금속으로 구성될 수도 있고, 즉 금속 격자일 수 있다.
모든 실시예들과 관련하여, 자주 단지 하나의 탄소 나노 구조 기반 섬유(3) 또는 단지 적은 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)만 도시된다는 것도 언급되어야 한다. 각각의 완전한 히트 싱크(1)에서는, 큰 표면적을 달성하기 위해 특히 3차원 배열을 갖는 매우 많은 수의 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)들이 물론 제공된다.
도 5의 실시예에서는(좌측에서뿐만 아니라 우측에서도), 이 경우 실질적으로 서로 평행하게 연장되는 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)들의 질서있는 구조가 각각 존재한다. 도 4의 실시예에서는, 완전히 다른 구조, 즉 무질서한 구조가 존재한다.
또한, 다양한 실시예들에서는, 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)들 중 적어도 일부에 기계적 안정화를 위한 코팅이 제공될 수 있다. 이 또한, 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)가 냉각된 매체의 흐름 내에서 비교적 안정적으로 유지되고, 너무 많이 만곡되지 않도록 유도한다. 예를 들어, 구리 또는 다른 금속으로 구성된 코팅이 제공될 수 있다.
특히 도 4의 실시예에서는, 워딩, 펠트 또는 거미줄 구조 형태를 갖는 체적 구조(12) 대신에, 3차원 직물이 존재할 수 있고, 즉 체적 구조(12)는 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)에 의해 직조된 다음, 적어도 일측에서 기본 몸체(2) 내에 매립되거나 그곳에 고정될 수 있으며, 대안적으로 이는 (도 4에 도시된 바와 같이) 바람직하게는 마찬가지로 직조 구조로서 탄소 나노 구조 기반 섬유(3)로부터 생성되는 섬유 기반부(11)에 의해 실행될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기본 몸체(2) 및 복수의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB, 3)들, 특히 탄소 나노 튜브(CNT, 4) 또는 그래핀 섬유를 구비하는 히트 싱크(1)로서, 이러한 탄소 나노 구조 기반 섬유들 중 적어도 일부가 열 전달을 위해 기본 몸체(2)에 고정되는 히트 싱크에 있어서,
    섬유(3, 4)들은 서로 부착 또는 지지로 인해 특히 워딩, 펠트 또는 거미줄 구조 형태의 체적 구조(12)를 형성하고, 또는 이러한 섬유(3, 4)들은 루프(6) 또는 3차원 직물을 형성하는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  2. 제1항에 있어서, 섬유(3, 4)들은 적어도 영역별로 질서있는 구조 및/또는 적어도 영역별로 무질서한 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기본 몸체(2)에 대해 간격을 갖고, 섬유(3, 4)들 중 적어도 일부가 고정되는 상대 몸체(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기본 몸체(2) 및/또는 상대 몸체(8)에 대한 고정은 납땜 지점, 접착 지점 및/또는 몰딩 지점으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 루프(6)는 단부 영역(7, 9)들을 갖고, 루프(6)의 단부 영역(7, 9)들 중 적어도 일부가 기본 몸체(2) 및/또는 상대 몸체(8)에/그 내부에 고정되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유(3, 4)들은 적어도 영역별로 서로 압축되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유(3, 4)들 중 적어도 일부에 기계적 안정화를 위한 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 및/또는 바람직하게는 추가의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB, 3), 특히 탄소 나노 튜브(CNT,4) 또는 그래핀 섬유로 이루어진, 섬유(3, 4)를 지지하는 하나 이상의 지지 구조(14, 15)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 지지 구조(14, 15)는 격자형으로 형성되고, 기본 몸체(2) 및/또는 상대 몸체(8)에의 고정에 사용되며, 특히 기본 몸체(2) 및/또는 상대 몸체(8) 내에 몰딩되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 3차원 직물은 직물의 매쉬 형태 및/또는 직물의 매쉬 폭에 의해 기계적으로 안정화되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유(3, 4)들 중 적어도 일부는, 섬유(3, 4) 및/또는 추가의 탄소 나노 구조 기반 섬유(CNB, 3), 특히 탄소 나노관(CNT, 4) 또는 그래핀 섬유에 의해 형성된 특히 평평한 섬유 기반부(11, 13)로부터 시작되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 기반부(11, 13)는 기본 몸체(2) 및/또는 상대 몸체(8)에/그 내부에 고정되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 기반부(11, 13)는 직물로 형성되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유(3, 4)들 중 적어도 일부는 기본 몸체(2)로부터 상대 몸체(8)를 향하여 이러한 두 몸체들 사이의 가능한 한 긴 섬유 길이를 달성하기 위해 90°가 아닌 각도 하에 연장되고 그리고/또는 90°의 각도 하에 연장되는 것을 특징으로 하는, 히트 싱크.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4266364A4 (en) * 2020-12-16 2024-05-15 Sony Group Corporation COOLING MECHANISM WITH NANOCAPILLARY STRUCTURE, SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH COOLING MECHANISM, METHOD FOR MANUFACTURING SAME AND ELECTRONIC DEVICE
US20220344239A1 (en) * 2021-04-26 2022-10-27 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Cooling assembly and an electronic circuit module having the same

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4489861B2 (ja) 1999-02-05 2010-06-23 ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
US20050168941A1 (en) 2003-10-22 2005-08-04 Sokol John L. System and apparatus for heat removal
US20070053168A1 (en) * 2004-01-21 2007-03-08 General Electric Company Advanced heat sinks and thermal spreaders
US20050254208A1 (en) 2004-05-17 2005-11-17 Belady Christian L Air flow direction neutral heat transfer device
US8080487B2 (en) * 2004-09-20 2011-12-20 Lockheed Martin Corporation Ballistic fabrics with improved antiballistic properties
CN105696139B (zh) * 2004-11-09 2019-04-16 得克萨斯大学体系董事会 纳米纤维纱线、带和板的制造和应用
US20060231946A1 (en) 2005-04-14 2006-10-19 Molecular Nanosystems, Inc. Nanotube surface coatings for improved wettability
EP1964188A4 (en) * 2005-09-06 2010-06-16 Nantero Inc CARBON NANOTUBES FOR SELECTIVE HEAT TRANSFER FROM ELECTRONIC ELEMENTS
CN1964028B (zh) 2005-11-11 2010-08-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 散热器
US20090282802A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 Cooper Christopher H Carbon nanotube yarn, thread, rope, fabric and composite and methods of making the same
US20100021736A1 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 Slinker Keith A Interface-infused nanotube interconnect
JP5239768B2 (ja) 2008-11-14 2013-07-17 富士通株式会社 放熱材料並びに電子機器及びその製造方法
ITMI20090251A1 (it) 2009-02-24 2010-08-25 Dmt System S P A Ovvero Dmts S P A Dissipatore di calore a ventilazione forzata, particolarmente per dispositivi elettronici di alta potenza.
US8702897B2 (en) * 2009-05-26 2014-04-22 Georgia Tech Research Corporation Structures including carbon nanotubes, methods of making structures, and methods of using structures
WO2011094347A2 (en) * 2010-01-26 2011-08-04 Metis Design Corporation Multifunctional cnt-engineered structures
IT1401734B1 (it) 2010-06-29 2013-08-02 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico comprendente uno strato di interfaccia di connessione basato su nanotubi, e procedimento di fabbricazione
CN103178026B (zh) * 2011-12-21 2016-03-09 清华大学 散热结构及应用该散热结构的电子设备
JP6244651B2 (ja) * 2013-05-01 2017-12-13 富士通株式会社 シート状構造体及びその製造方法、並びに電子装置及びその製造方法
JP6398627B2 (ja) * 2014-11-10 2018-10-03 富士通株式会社 放熱シート、放熱シートの製造方法、及び電子装置の製造方法
US10791651B2 (en) 2016-05-31 2020-09-29 Carbice Corporation Carbon nanotube-based thermal interface materials and methods of making and using thereof

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