NO20120549A1 - Ceramic hotplate components and their manufacturing method - Google Patents

Ceramic hotplate components and their manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
NO20120549A1
NO20120549A1 NO20120549A NO20120549A NO20120549A1 NO 20120549 A1 NO20120549 A1 NO 20120549A1 NO 20120549 A NO20120549 A NO 20120549A NO 20120549 A NO20120549 A NO 20120549A NO 20120549 A1 NO20120549 A1 NO 20120549A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
components
ceramic
cooling
paste
manufacturing
Prior art date
Application number
NO20120549A
Other languages
Norwegian (no)
Inventor
Gall Maelenn Le
Bernt Thorstensen
Original Assignee
Keranor As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keranor As filed Critical Keranor As
Priority to NO20120549A priority Critical patent/NO20120549A1/en
Priority to PCT/NO2013/050086 priority patent/WO2013169120A1/en
Publication of NO20120549A1 publication Critical patent/NO20120549A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111Fine ceramics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B21/00Methods or machines specially adapted for the production of tubular articles
    • B28B21/52Methods or machines specially adapted for the production of tubular articles by extruding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/12Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein one or more rollers exert pressure on the material
    • B28B3/126Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein one or more rollers exert pressure on the material on material passing directly between the co-operating rollers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • C04B35/634Polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632Organic additives
    • C04B35/636Polysaccharides or derivatives thereof
    • C04B35/6365Cellulose or derivatives thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L23/3731Ceramic materials or glass
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3213Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Oppfinnelsen beskriver en fabrikasjonsmetode for plane, keramiske kjøleplate- og sokkelkomponenter til kjøling av høyeffekts LED og varmeproduserende integrerte, elektroniske komponenter, belysningskomponenter innen transportsektoren, og til bolig- og utendørsbelysning, omfattende i rekkefølge: i) blanding av en keramisk, "grønn" pasta, ii) dimensjonering og eventuell strukturering av den keramiske pastaen, og iii) sintring av den dimensjonerte og strukturerte keramiske pastaen. Dimensjoneringen og struktureringen av den keramiske pastaen foregår i to steg, hvor første steget er en ekstrudering av pastaen og det andre er kalandrering av den ekstruderte pastaen, noe som muliggjør fabrikasjon av tette eller porøse, ustrukturerte eller strukturerte kjøleplatekomponenter. Keramiske komponenter fremstilt med denne metoden er også beskrevet.The invention describes a fabrication method for flat, ceramic heat sink and plinth components for cooling high-power LEDs and heat-producing integrated electronic components, lighting components in the transport sector, and for residential and outdoor lighting, comprising in order: i) mixing of a ceramic, "green" paste , ii) sizing and optionally structuring the ceramic paste, and iii) sintering the sized and structured ceramic paste. The dimensioning and structuring of the ceramic paste takes place in two stages, the first step being an extrusion of the paste and the second being calendering of the extruded paste, which enables fabrication of dense or porous, unstructured or structured cooling plate components. Ceramic components made by this method are also described.

Description

Keramiske kjøleplatekomponenter og deres fabrikasjonsmetode Ceramic heat sink components and their fabrication method

For det første omfatter denne oppfinnelsen en metode for fabrikasjon av plane, keramiske kjøleplate- (heat sinks) og sokkelkomponenter som definert i Krav 1. For det andre omfatter denne oppfinnelsen både porøse og tette, strukturerte og ustrukturerte kjøleplatekomponenter fremstilt etter denne produksjonsmetoden. Firstly, this invention encompasses a method for the fabrication of planar, ceramic heat sinks and base components as defined in Claim 1. Secondly, this invention encompasses both porous and dense, structured and unstructured heat sink components produced according to this production method.

Bakgrunnen til Oppfinnelsen Background to the Invention

Lysemitterende dioder (LED) og andre elektroniske komponenter utvikles løpende mot stadig høyere ytelser på et stadig mindre areal. En viss del av energiomsetningen i slike komponenter ender som varme som må ledes bort fra et stadig mindre areal. For dette formålet må kjøleplater benyttes. Light-emitting diodes (LED) and other electronic components are continuously being developed towards ever higher performance in an ever smaller area. A certain part of the energy turnover in such components ends up as heat that must be led away from an ever smaller area. For this purpose, cooling plates must be used.

Kjøleplater er generelt godt kjent av brukere, og forskjellige strukturer, konfigurasjoner og materialer er i bruk. Kjøleplater kan enten passivt lede bort varme , eller aktivt f.eks. ved bruk av vifter, eventuelt kombinert med delvis porøse strukturer (US patent 6,967,844), eller ved bruk av sirkulerende væsker i kanaler integrert i, eller koplet til kjøleplaten (f.eks. europeisk patent EP 1 175 135). Det eksterne kjølemediet kan være både gass og væske. Heatsinks are generally well known by users, and various structures, configurations and materials are in use. Cooling plates can either passively dissipate heat, or actively e.g. by using fans, optionally combined with partially porous structures (US patent 6,967,844), or by using circulating fluids in channels integrated in, or connected to, the cooling plate (e.g. European patent EP 1 175 135). The external refrigerant can be both gas and liquid.

De fleste kommersielt tilgjengelige kjøleplater utnytter metall med høy termisk ledningsevne, som aluminium (Al). Fordelene er at metall ofte er lette å forme (fresing, støping, smiing, ekstrudering, etc, se f.eks.: F. Forghan et al., Manuf. Eng., May 1999,1-8), har meget høy termisk ledningsevne, og har ofte en moderat materialpris. Most commercially available heatsinks utilize metal with high thermal conductivity, such as aluminum (Al). The advantages are that metal is often easy to shape (milling, casting, forging, extrusion, etc., see e.g.: F. Forghan et al., Manuf. Eng., May 1999,1-8), has a very high thermal conductivity, and often has a moderate material price.

En alternativ løsning er å benytte keramiske materialer. Enkelte keramiske materialer har en høy termisk ledningsevne, men er relativt dyre. Andre har en moderat god ledningsevne, men er billige og enkle å forme ved hjelp av keramiske metoder. An alternative solution is to use ceramic materials. Certain ceramic materials have a high thermal conductivity, but are relatively expensive. Others have a moderately good conductivity, but are cheap and easy to shape using ceramic methods.

I litteraturen finner man også forslag om å kombinere metalliske og keramiske materialer (se f.eks.: WO patent 2008/072845, US patent 6,033,787). In the literature, one also finds proposals to combine metallic and ceramic materials (see e.g.: WO patent 2008/072845, US patent 6,033,787).

Når material til kjøleplaten skal velges, må alle funksjonene til kjøleplaten vurderes. For alle elektriske/elektroniske komponenter behøves elektriske tilførselsledninger for tilføring av energi (strøm) og utveksling av informasjon/kommunikasjon. Disse ledningene deponeres enklest ved hjelp av en trykketeknologi direkte på kjøleplaten. Bruken av metalliske kjøleplater vil derfor kreve et elektrisk isolerende sjikt mellom kjøleplaten og det trykte ledningsnettet, for å hindre en elektrisk kortslutning mellom ledningene. Dette isolerende sjiktet vil generelt redusere varmestrømmen vekk fra den varmegenererende komponenten. Med bruk av keramisk kjøleplate vil dette ikke være noe problem, siden disse materialene i seg selv er meget gode elektriske isolatorer, med svært høy elektrisk motstand. Det elektriske ledningsnettet kan derfor trykkes direkte på toppen av den keramiske kjøleplaten uten noen mellomliggende isolasjon. Den keramiske kjøleplaten vil derfor bli strukturelt enklere og billigere å produsere enn de mer komplekse metalliske, og vil ofte oppvise en bedret termisk kjøling av den monterte LEDen/ elektronikkomponenten enn en tilsvarende metallisk med et isolerende sjikt. When choosing material for the cooling plate, all the functions of the cooling plate must be considered. For all electrical/electronic components, electrical supply lines are needed for the supply of energy (power) and the exchange of information/communication. These wires are most simply deposited using a printing technology directly on the cooling plate. The use of metallic cooling plates will therefore require an electrically insulating layer between the cooling plate and the printed wiring network, to prevent an electrical short circuit between the wires. This insulating layer will generally reduce the heat flow away from the heat generating component. With the use of a ceramic cooling plate, this will not be a problem, since these materials are in themselves very good electrical insulators, with very high electrical resistance. The electrical wiring harness can therefore be pressed directly on top of the ceramic cooling plate without any intermediate insulation. The ceramic cooling plate will therefore be structurally simpler and cheaper to produce than the more complex metallic ones, and will often show better thermal cooling of the mounted LED/electronic component than a corresponding metallic one with an insulating layer.

Keramiske kjøleplater fins i dag i noen grad kommersielt tilgjengelig. Disse kan være fremstilt av forskjellige materialer, som f.eks.: alumina (Al203), aluminium nitrid (AIN), beryllium oksid (BeO), silisium karbid (SiC), og andre. Termisk ledningsevne varierer fra lavest for alumina (25 W/m K) til høyest for beryllium oksid (250 W/m K). Keramiske kompositt materialer er også foreslått (f.eks.: Si-impregnert SiC: US patent 2007/0252267, keramisk/metall: US patent 7,598,533). Videre er lavtemperatur-samsintret keramikk (LTCC) brukt som en integrert del av kjøleplater (US patent 2010/0089620, US patent 2009/0091020), selv om termisk ledningsevne generelt er lav for slike materialer. I tillegg til dette er også diamant foreslått brukt i kjøleplater, ofte i kompositt- eller laminatform (f.eks.: US patent 5,791,045, US patent 7,538,423, US patent 6,758,264). Også porøse kjøleplater er blitt foreslått (US patent 2010/0019380, Europeisk patent EP1463 113, US patent 2008/0315238). Ceramic cooling plates are now commercially available to some extent. These can be made of different materials, such as: alumina (Al2O3), aluminum nitride (AIN), beryllium oxide (BeO), silicon carbide (SiC), and others. Thermal conductivity varies from the lowest for alumina (25 W/m K) to the highest for beryllium oxide (250 W/m K). Ceramic composite materials have also been proposed (eg: Si-impregnated SiC: US patent 2007/0252267, ceramic/metal: US patent 7,598,533). Furthermore, low-temperature sintered ceramics (LTCC) are used as an integral part of heat sinks (US patent 2010/0089620, US patent 2009/0091020), although thermal conductivity is generally low for such materials. In addition to this, diamond has also been proposed for use in cooling plates, often in composite or laminate form (eg: US patent 5,791,045, US patent 7,538,423, US patent 6,758,264). Porous cooling plates have also been proposed (US patent 2010/0019380, European patent EP1463 113, US patent 2008/0315238).

Kostnadsbildet er viktig for svært mange kjøleplateanvendelser. For keramiske kjøleplater betyr dette at det mest kosteffektive materialet er alumina. Dette krever imidlertid at også produksjonsmetoden må være en effektiv og lavkosts metode, slik at kjøleplatekostnaden totalt sett blir lav. Tidligere rapportert produksjon av kjøleplater har vært utført med pressing og/eller maskinering av det "grønne"/sintrede produktet, som kan klassifiseres som en "batch" eller enkeltkomponent metode, (se f.eks.: US patent 2004/0027067). Også støping har blitt foreslått (US patent 6,786,982). The cost picture is important for many cooling plate applications. For ceramic heat sinks, this means that the most cost-effective material is alumina. However, this requires that the production method must also be an efficient and low-cost method, so that the overall cost of the cooling plate is low. Previously reported production of cooling plates has been carried out with pressing and/or machining of the "green"/sintered product, which can be classified as a "batch" or single component method, (see e.g.: US patent 2004/0027067). Casting has also been proposed (US patent 6,786,982).

Terpstra et al. (US patent 5,523,049) har foreslått en metode for produksjon av kjøleplater ved formpressing av materialpartikler i en polymermatrise inn i en form, etterfulgt av en dekomponering av polymeren og en konsolidering av den resulterende komponenten i en presse/smie, før den sluttlige sintringen av platen. Denne prosessen må også klassifiseres som en "batch" eller enkeltkomponent metode, og spesielt egnet for metalliske komponenter. Terpstra et al. (US patent 5,523,049) has proposed a method for the production of cooling plates by compression molding material particles in a polymer matrix into a mold, followed by a decomposition of the polymer and a consolidation of the resulting component in a press/forge, before the final sintering of the plate . This process must also be classified as a "batch" or single component method, and particularly suitable for metallic components.

Formålet med Oppfinnelsen Purpose of the Invention

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret produksjonsmetode for fabrikasjon av plane, keramiske kjøleplate- og sokkelkomponenter, beregnet for bruk til kjøling av høyeffekts LED og varmeproduserende integrerte elektroniske komponenter. One purpose of the invention is to provide an improved production method for the fabrication of planar, ceramic cooling plate and base components, intended for use in cooling high-power LED and heat-producing integrated electronic components.

Det er videre et formål å tilveiebringe en metode for å kunne dimensjonere kjøleplaten på en presis måte, raskt, og i en "in-line" prosess. It is further an object to provide a method to be able to dimension the cooling plate in a precise manner, quickly, and in an "in-line" process.

Det er ytterligere et formål å tilveiebringe en metode for direkte, hurtig og "in-line" å kunne strukturere kjøleplaten. It is a further object to provide a method for directly, quickly and "in-line" to be able to structure the cooling plate.

Oppfinnelsen The invention

De ovenfor nevnte formål er oppnådd med fabrikasjonsmetoden i henhold til et første aspekt av oppfinnelsen, som er beskrevet i krav 1. The above-mentioned purposes are achieved with the fabrication method according to a first aspect of the invention, which is described in claim 1.

I henhold til et annet aspekt omfatter oppfinnelsen kjøleplate- og sokkelkomponenter definert i krav 11. According to another aspect, the invention includes cooling plate and base components defined in claim 11.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen er beskrevet i de forskjellige, uselvstendige krav. Preferred embodiments of the invention are described in the various, independent claims.

Oppfinnelsen tilveiebringer en høyeffektiv, lavkosts fabrikasjonsmetode for det formålet å fremstille plane, porøse eller ikke-porøse, keramiske kjøleplate- og sokkelkomponenter til høyeffekts LED og varmeproduserende integrerte elektroniske innretninger, materialformuleringen av innsatsmaterialet, struktureringen av platene, og sluttbehandlingen av komponentene fremstilt med metoden. Fabrikasjonsmetoden er godt egnet for en kontinuerlig, "in-line" produksjon, men fremstillingen kan naturligvis også utføres i en segmentert, ikke-kontinuerlig prosess. De fremstilte kjøleplatene kan kjøles både passivt og aktivt. Derfor kan porøse kjøleplater oppnå enøket konvektiv kjøling ved en tvungen kjøling gjennom porene. The invention provides a highly efficient, low-cost fabrication method for the purpose of producing planar, porous or non-porous, ceramic heat sink and socket components for high-power LED and heat-producing integrated electronic devices, the material formulation of the input material, the structuring of the plates, and the final processing of the components produced by the method. The manufacturing method is well suited for a continuous, "in-line" production, but the production can of course also be carried out in a segmented, non-continuous process. The manufactured cooling plates can be cooled both passively and actively. Therefore, porous cooling plates can achieve increased convective cooling by forced cooling through the pores.

De fremstilte komponentene kan også benyttes for oppvarmingsformål, som oppvarming, fordamping og/eller koking. The manufactured components can also be used for heating purposes, such as heating, evaporation and/or boiling.

Metoden benytter en kombinasjon av en ekstruder og en kalander/valse, noe som sikrer både en meget god blanding og homogenisering av den "grønne", keramiske materialpastaen, samt en meget god og nøyaktig dimensjonering av de fremstilte komponentene. Begge disse stegene utføres fortrinnsvis "in-line", noe som resulterer i en høy produksjonshastighet. Metoden fremstiller et plate- eller folieprodukt som kan struktureres under kalandreringen/valsingen, eller alternativt kan dyptrekkes, preges eller struktureres på en mer kompleks måte i et ekstra følgende steg utenfor produksjonslinjen. Denne innovative, nye fabrikasjonsmetoden utgjør en enkel, effektiv og høyvolums metode for enkel og billig fremstilling av kjøleplatekomponenter. The method uses a combination of an extruder and a calender/roller, which ensures both a very good mixing and homogenization of the "green", ceramic material paste, as well as a very good and accurate dimensioning of the manufactured components. Both of these steps are preferably carried out "in-line", which results in a high production rate. The method produces a sheet or foil product that can be structured during the calendering/rolling, or alternatively can be deep drawn, embossed or structured in a more complex way in an additional subsequent step outside the production line. This innovative, new fabrication method provides a simple, efficient and high-volume method for simple and inexpensive manufacturing of heatsink components.

Det keramiske utgangsmateriale bør fortrinnsvis være en lett tilgjengelig handelsvare i store volumer. En utmerket kandidat er alumina, som er elektrisk isolerende, men med en akseptabel termisk ledningsevne. "Akseptabel" i denne henseende kan defineres som ledningsevner over 15 W/m K, avhengig av anvendelsen. Bruken av keramiske kjøleplater vil forenkle den elektriske tilkoplingen, ved at ledningsnettet kan trykkes direkte på overflaten til kjøleplaten, f.eks. med trykketeknologi. Den keramiske kjøleplaten kan lages med en uniform materialstruktur eller som et laminat. Videre kan den fremstilles som en flat plate, eller som en strukturert plate, f.eks. med kjølefinner. I denne forbindelse skal "strukturert" bety en hvilken som helst utforming som skiller seg fra en enkel flat og jevntykk struktur, f.eks. strukturer som inneholder finner eller kjøleribber på minst én side. The ceramic starting material should preferably be a readily available commodity in large volumes. An excellent candidate is alumina, which is electrically insulating but with an acceptable thermal conductivity. "Acceptable" in this respect can be defined as conductivities above 15 W/m K, depending on the application. The use of ceramic cooling plates will simplify the electrical connection, as the wiring can be pressed directly onto the surface of the cooling plate, e.g. with printing technology. The ceramic cooling plate can be made with a uniform material structure or as a laminate. Furthermore, it can be produced as a flat plate, or as a structured plate, e.g. with cooling fins. In this context, "structured" shall mean any design that differs from a simple flat and uniformly thick structure, e.g. structures containing fins or heat sinks on at least one side.

Det nødvendige, elektriske ledningsmønsteret kan påføres direkte på den keramiske platens overflate med en hvilken som helst trykketeknologi. Den varmegenererende komponenten kan deretter monteres direkte på den keramiske platens overflate med liming, lodding eller andre sammenføyningsmetoder. Det ytre, varmeabsorberende mediet kan enten være en gass eller en væske. Tvungen, konvektiv kjøling kan øke kjøleeffekten betydelig. For dette formålet kan kjøleplaten fremstilles av et porøst material, uten vesentlige endringer av fabrikasjonsmetoden. For mange anvendelser er imidlertid en ytre, konvektiv kjøling tilstrekkelig, og kjøleplaten bør i disse tilfelle fabrikkeres av tette, ikke-porøse materialer. The required electrical wiring pattern can be applied directly to the ceramic plate surface using any printing technology. The heat-generating component can then be mounted directly on the ceramic plate's surface by gluing, soldering or other joining methods. The external, heat-absorbing medium can either be a gas or a liquid. Forced, convective cooling can significantly increase the cooling effect. For this purpose, the cooling plate can be made of a porous material, without significant changes to the manufacturing method. For many applications, however, an external, convective cooling is sufficient, and in these cases the cooling plate should be manufactured from dense, non-porous materials.

Bruken av disse komponentene er innen: bilindustri, husholdnings- og gatebelysning, foruten elektronikkindustri og mange andre applikasjoner. The use of these components is in: automotive industry, household and street lighting, besides electronics industry and many other applications.

Videre vil slike kjøleplatekomponenter kunne brukes til oppvarmings-, fordampings- og/eller kokeformål og andre, og vil dermed ikke nødvendigvis være begrenset til kjølekomponenter og - anvendelser. Furthermore, such cooling plate components can be used for heating, evaporation and/or cooking purposes and others, and will thus not necessarily be limited to cooling components and applications.

Kort Figurbeskrivelse Short figure description

Nedenfor vil oppfinnelsen bli beskrevet i detalj, med eksempler som ikke skal betraktes som begrensende for oppfinnelsen, og med henvisning til figurene: Figur 1: Skjematisk presentasjon av den innovative fabrikasjonsmetoden. (1) representerer blandingen og homogeniseringen av den keramiske massen, (2) dimensjonerings- og struktureringssteget, (3) tørkesteget, (4) kuttesteget, og (5) sintringssteget. Figur 2: Analytisk simulering av tvungen konvektiv kjøling per cm<2>fra en 2 mm tykk, porøs, plan kjøleplate med porestørrelse 15 um, som en funksjon av overtrykk av kjølegass med en temperaturforskjell på 60°C. Figur 3: Viser en sintret, porøs, keramisk kjøleplate med finner, i alumina material. Diameter er 75 mm og finnene er ribber med dimensjon lxl mm (aspekt ratio 1), tykkelsen på baseplaten er Below, the invention will be described in detail, with examples which should not be considered as limiting the invention, and with reference to the figures: Figure 1: Schematic presentation of the innovative fabrication method. (1) represents the mixing and homogenization of the ceramic mass, (2) the sizing and structuring step, (3) the drying step, (4) the cutting step, and (5) the sintering step. Figure 2: Analytical simulation of forced convective cooling per cm<2> from a 2 mm thick, porous, planar cooling plate with pore size 15 µm, as a function of cooling gas overpressure with a temperature difference of 60°C. Figure 3: Shows a sintered, porous, ceramic cooling plate with fins, in alumina material. Diameter is 75 mm and the fins are ribs with dimensions lxl mm (aspect ratio 1), the thickness of the base plate is

2 mm. 2 mm.

Figur 4: Viser sintrete 60 x 15 mm ustrukturerte, tette, keramiske kjøleplater av alumina med tykkelse 1, 2, og 3 mm. Figur 5: Viser eksperimentelle verdier for luminescens versus effekt, for en LXK2-PW12-S00 LED montert på flate, keramiske kjøleplater av tykkelse 1, 2, og 3 mm. Figur 6: Viser sintrete 60 x 15 mm, tette, keramiske kjøleplater av alumina med finner med aspekt ratio 1 og tykkelse på baseplaten på 2 mm. Figur 7: Viser en fremstilt, "grønn", keramisk (Al203) kjøleplate tape med finner med aspekt ratio 1 og tykkelse på baseplaten på 2 mm. Figure 4: Shows sintered 60 x 15 mm unstructured, dense, alumina ceramic heat sinks with thicknesses of 1, 2, and 3 mm. Figure 5: Shows experimental values for luminescence versus power, for an LXK2-PW12-S00 LED mounted on flat ceramic heat sinks of thickness 1, 2, and 3 mm. Figure 6: Shows sintered 60 x 15 mm dense alumina ceramic heat sinks with aspect ratio 1 fins and 2 mm base plate thickness. Figure 7: Shows a manufactured, "green", ceramic (Al203) cooling plate tape with fins with aspect ratio 1 and thickness of the base plate of 2 mm.

Detaljert Beskrivelse av Oppfinnelsen Detailed Description of the Invention

Den foreliggende oppfinnelsen foreskriver en kontinuerlig eller diskret, lavkost fabrikasjonsmetode for fremstilling av plane kjøleplate- og sokkelkomponenter for høyeffekts LED og varmeproduserende, elektroniske integrertkretser. The present invention provides a continuous or discrete, low cost fabrication method for manufacturing planar heat sink and socket components for high power LED and heat producing electronic integrated circuits.

For en mer fullstendig forståelse av teknologien til foreliggende oppfinnelse, følger nedenforstående beskrivelse: For a more complete understanding of the technology of the present invention, the following description follows:

1. De separate, tekniske stegene i fremstillingsmetoden, 1. The separate, technical steps in the manufacturing method,

2. Formulering av utgangsmaterialet, 2. Formulation of the starting material,

3. Strukturering av de fremstilte komponentene, 3. Structuring of the manufactured components,

4. Sluttbehandling av komponentene, 4. Final processing of the components,

5. Anvendelse av komponentene. 5. Application of the components.

De separate, tekniske stegene i fremstillingsmetoden The separate, technical steps in the manufacturing method

Figur 1 viser et skjematisk flytdiagram for den foreslåtte, kontinuerlige, "in-line" fabrikasjonsmetoden. Fabrikasjonen kan også utføres i adskilte prosess-steg som ikke er organisert i en linjeproduksjon. De enkelte stegene i fabrikasjonen er imidlertid alle nødvendige steg, og kan utgjøres av enten en enkel fysisk enhet, eller to eller flere enheter i kombinasjon, for å oppnå detønskede resultatet. De vesentlige stegene i fabrikasjonsprosessen er pa sta bl and ing, strukturering og sintring. Tallene viser til Figur 1: Pasta blanding og homogenisering ( 1). Det grønne innsatsmaterialet blir først blandet sammen og homogenisert.. Denne prosessen kan gjøres i én eller to fysiske prosessmaskiner. Hvis én maskin blir benyttet, er en "high shear" blander eller eltemaskin å foretrekke. Med to maskiner er en høyhastighets, intensiv rotorblander kombinert med en ekstruder å foretrekke. Dette skal imidlertid ikke begrense patentet fra å benytte andre effektive blande- og homogeniseringsmetoder. Figure 1 shows a schematic flow diagram for the proposed continuous in-line fabrication method. Fabrication can also be carried out in separate process steps that are not organized in a production line. However, the individual steps in the fabrication are all necessary steps, and can be made up of either a simple physical unit, or two or more units in combination, in order to achieve the desired result. The essential steps in the fabrication process are solid mixing, structuring and sintering. The numbers refer to Figure 1: Pasta mixing and homogenization ( 1). The green input material is first mixed together and homogenized. This process can be done in one or two physical processing machines. If one machine is used, a high shear mixer or kneader is preferable. With two machines, a high-speed, intensive rotary mixer combined with an extruder is preferable. However, this shall not limit the patent from using other effective mixing and homogenization methods.

Pastaen som produseres ved hjelp av dette steget (f.eks. fra en ekstruder) er fortrinnsvis en flat folie, klar til neste steg som er dimensjonering og strukturering. Forming til folie kan imidlertid også skje under dimensjonerings- og struktureringssteget. The paste produced using this step (e.g. from an extruder) is preferably a flat foil, ready for the next step which is sizing and structuring. However, forming into foil can also take place during the dimensioning and structuring step.

Dimensjonering og strukturering ( 2). Dimensjoneringen og struktureringen finner sted med en valse eller kalander. Antallet valser/valsesett kan velges etter formålet. Dette er avgjørende for en høy overflatekvalitet og en nøyaktig dimensjonering av det "grønne" produktet. Dimensioning and structuring ( 2). Dimensioning and structuring takes place with a roller or calender. The number of rollers/roll sets can be chosen according to the purpose. This is essential for a high surface quality and an accurate dimensioning of the "green" product.

Ved å inngravere et mønster i én eller to valser kan et mønster eller en struktur preges inn i det "grønne" produktet. Dette dekker både en delvis mønsterpreging, som når finner eller ribber skal fremstilles på den ene siden for økt varmeavgivning, og en partiell perforering av produktet for å kunne lette separeringen av de enkelte komponenter. By engraving a pattern in one or two rollers, a pattern or structure can be embossed into the "green" product. This covers both a partial pattern embossing, as when fins or ribs are to be produced on one side for increased heat release, and a partial perforation of the product to facilitate the separation of the individual components.

Formingen og strukturering av folien (pastaen) kan i prinsippet også gjøres med ekstruderen. Dette ville imidlertid medføre at overflatekvaliteten og dimensjonsnøyaktigheten ikke ville bli så god som hvis dette gjøres etter valsing/kalandrering. Kjøleplatekomponenter fremstilt med den foreslåtte metoden, burde derfor valses/kalandreres for høy overflatekvalitet og stor dimensjonsnøyaktighet. The shaping and structuring of the foil (paste) can in principle also be done with the extruder. However, this would mean that the surface quality and dimensional accuracy would not be as good as if this were done after rolling/calendering. Heat sink components produced with the proposed method should therefore be rolled/calendered for high surface quality and high dimensional accuracy.

Både ekstrudere og valser/kalandere er kjente verktøy for keramindustrien. Imidlertid er kombinasjonen av de to verktøyene for fremstilling av keramiske kjøleplatekomponenter ikke rapportert tidligere, og representerer derfor en ny og innovativ metode for fremstilling av keramiske kjøleplater. Both extruders and rollers/calenders are well-known tools for the ceramics industry. However, the combination of the two tools for the manufacture of ceramic heat sink components has not been reported previously, and therefore represents a new and innovative method for the manufacture of ceramic heat sinks.

Som et alternative, kan den fremstilte og dimensjonerte "grønne" tapen også anvendes for dyptrekking, stansing, pressing, preging, støping og formes som et plastmateriale på en mer sammensatt måte i et etterpå følgende "off-line" prosess steg. As an alternative, the manufactured and dimensioned "green" tape can also be used for deep drawing, punching, pressing, embossing, casting and shaped as a plastic material in a more complex way in a subsequent "off-line" process step.

Omønskelig kan også forskjellige, keramiske materialer bli laminerte i valse-/ kalandreringssteget, for å oppnå spesielle egenskaper for komponenten, enten mekanisk, strukturelt eller kjemisk. Slike laminerte strukturer vil fremstå som monolittiske strukturer med isotrope og homogene egenskaper innen hvert sjikt. Optionally, different ceramic materials can also be laminated in the rolling/calendering step, to achieve special properties for the component, either mechanically, structurally or chemically. Such laminated structures will appear as monolithic structures with isotropic and homogeneous properties within each layer.

Kutting (4) er en del av struktureringen, og kan finne sted etter et tørkesteg, like før sintringen. Enkeltkomponenter kan kuttes direkte, men en mer kosteffektiv måte vil være å stanse ut multikomponent ark, slik at et stort antall komponenter henger sammen i et perforert ark, som etter sintring enkelt kan brytes fra hverandre ved behov. Den videre håndtering og prosessering (f.eks. trykking av elektrisk ledningsmønster) vil på denne måten bli forenklet. Alternativt kan kuttingen finne sted etter at folien er blitt fremstilt. Cutting (4) is part of the structuring, and can take place after a drying step, just before sintering. Individual components can be cut directly, but a more cost-effective way would be to punch out multi-component sheets, so that a large number of components hang together in a perforated sheet, which after sintering can be easily broken apart if necessary. The further handling and processing (e.g. printing of electrical wiring pattern) will be simplified in this way. Alternatively, the cutting can take place after the foil has been produced.

Kuttingen vil til vanlig være organisert "in-line", som et kontinuerlig prosessteg, hvor komponenter, eller multikomponent ark, kuttes ut i en form som gjør sintringen enklere. Om nødvendig kan ark eller enkeltkomponenter kuttes ut i et eksternt steg før de sintres. Komponenten leveres enten som enkeltkomponenter eller komponentark etter det dimensjonerende og strukturerende steget. The cutting will usually be organized "in-line", as a continuous process step, where components, or multi-component sheets, are cut out in a shape that makes sintering easier. If necessary, sheets or individual components can be cut out in an external step before sintering. The component is delivered either as individual components or component sheets after the dimensioning and structuring step.

Sintringen ( 5) er det siste leddet i en kontinuerlig produksjonslinje. Tørkingen (3) av de "grønne" produktene kan betraktes som en del av sintringsprosessen, som finner sted direkte etter valsingen/kalandreringen, som fortrinnsvis en del av den kontinuerlige, eller "in-line", prosessen. Luft, enten tørr eller fuktet, ved romtemperatur eller høyere temperatur, kan benyttes som tørkemedium. Alternativt kan tørkingen finne sted etter kuttingen. Det er også mulig å utføre tørkingen utenfor den kontinuerlige linjen, off-line. Sintringen er også fortrinnsvis kontinuerlig, men kan alternativt være en batch-ovn, "off-line". The sintering ( 5) is the last link in a continuous production line. The drying (3) of the "green" products can be considered as part of the sintering process, which takes place directly after the rolling/calendering, preferably as part of the continuous, or "in-line", process. Air, either dry or humidified, at room temperature or a higher temperature, can be used as a drying medium. Alternatively, drying can take place after cutting. It is also possible to carry out the drying outside the continuous line, off-line. The sintering is also preferably continuous, but can alternatively be a batch furnace, "off-line".

Etterbehandling av komponentene, kan finne sted etter den sluttlige sintringen, og vil eksempelvis omfatte trykking (f.eks.: silke- eller tampongtrykking, blekkjettrykking, dyptrykking eller stensiltrykking) av det elektriske ledningsnettet. Den varmegenererende komponenten kan deretter monteres direkte på kjøleplatens overflate, på ønsket sted, med liming, lodding, eller andre sammenføyningsmetoder. Finishing of the components can take place after the final sintering, and will for example include printing (eg: silk or tampon printing, inkjet printing, intaglio printing or stencil printing) of the electrical wiring network. The heat-generating component can then be mounted directly on the surface of the cooling plate, in the desired location, with gluing, soldering or other joining methods.

Som et alternativ til trykking som et etterbehandlingssteg, kan også et mønster bli preget inn i det grønne materialet før sintringen. As an alternative to printing as a post-processing step, a pattern can also be embossed into the green material prior to sintering.

Til sist vil kvalitetskontroll (QC), pakking og forsendelse finne sted. Finally, quality control (QC), packaging and shipping will take place.

Formuleringen av utgangsmaterialet The formulation of the starting material

Den foretrukne fabrikasjonsmetoden krever et innsatsmateriale i form av en høyviskøs pasta, med keramisk pulvermateriale, organisk bindemiddel, mykner, dispergeringsmiddel og løsningsmiddel. Avhengig av kvaliteten av det benyttede keramiske pulvermaterialet, partikkelstørrelse, -form og egenskaper, vil pastaen typisk bestå av: 60-90 vekt-% keramisk pulvermateriale, 2-15 vekt-% bindemiddel, 0-10 vekt-% mykner, 0-5 vekt-% dispergeringsmiddel og 0-30 vekt-% løsningsmiddel. Med "høyviskøs pasta" forstås her en pasta som har en viskositet som er tilstrekkelig til å beholde sin fysikalske form under prosessen så lenge den ikke utsettes for ytre krefter (annet enn gravitasjon). The preferred manufacturing method requires an input material in the form of a highly viscous paste, with ceramic powder material, organic binder, plasticizer, dispersant and solvent. Depending on the quality of the ceramic powder material used, particle size, shape and properties, the paste will typically consist of: 60-90 weight-% ceramic powder material, 2-15 weight-% binder, 0-10 weight-% plasticizer, 0-5 wt% dispersant and 0-30 wt% solvent. By "high-viscosity paste" here is meant a paste which has a viscosity which is sufficient to retain its physical form during the process as long as it is not exposed to external forces (other than gravity).

Av keramiske materialer som vil være passende og nyttige for oppfinnelsen, er handelsvarer med stor tilgjengelighet. Av disse er mange oksider av de rimeligste, med alumina som foretrukket material. Alumina er elektrisk isolerende (elektrisk motstand av størrelsesorden IO<14>ohnrvcm) men med akseptabel varmeledning (termisk varmeledning av størrelsesorden 25 W/m K). Tette materialer laget med den foreslåtte metoden vil ofte være å foretrekke med materialer med små partikler av ulike størrelser. Porøse materialer er enten fremstilt med pulvermateriale med så lik størrelse på partiklene som praktisk mulig og med store partikler, eller med poredannere. Of the ceramic materials that will be suitable and useful for the invention, commercial goods are widely available. Of these, many oxides are the cheapest, with alumina as the preferred material. Alumina is electrically insulating (electrical resistance of the order of 10<14>ohnrvcm) but with acceptable heat conduction (thermal heat conduction of the order of 25 W/m K). Dense materials made with the proposed method will often be preferable to materials with small particles of different sizes. Porous materials are either produced with powder material with the same particle size as practically possible and with large particles, or with pore formers.

Det kan væreønskelig å blande andre uorganiske materialer inn i grunnmaterialet for å oppnå spesielle egenskaper eller en annen bindefase etter sintring som garanterer en god mekanisk binding mellom de keramiske pulverpartiklene. Disse tilsatsene er ofte, men ikke begrenset til, andre oksider basert på metaller som kalsium, cerium, lantan, silisium, strontium, titan, og/eller zirkonium, og avledninger, utvidelser, blandinger og kombinasjoner av disse. It may be desirable to mix other inorganic materials into the base material to achieve special properties or a different binding phase after sintering which guarantees a good mechanical bond between the ceramic powder particles. These additives are often, but not limited to, other oxides based on metals such as calcium, cerium, lanthanum, silicon, strontium, titanium, and/or zirconium, and derivatives, extensions, mixtures, and combinations thereof.

Det organiske bindemiddelet kan anvendes enten sammen med et løsningsmiddel eller uten. Dette løsningsmiddelet kan være enten et organisk løsemiddel eller vann. Løsningsmiddelfrie bindemidler er vanligvis vokser, gummityper, termoplastiske materialer, eller andre polymere materialer som raskt kan herdes med lys, løsningsmidler (inkludert vann) eller temperatur. Bindemidler som krever løsningsmidler er vanligvis organiske eller uorganiske materialer som lar seg løse i spesielle løsningsmidler (inkludert vann), og som vil få enøket viskositet når løsningsmiddelet fjernes. Ekstrudering og kalandrering vil generelt behøve pastaer med et relativt lavt innhold av bindemiddel og løsningsmiddel. The organic binder can be used either together with a solvent or without. This solvent can be either an organic solvent or water. Solvent-free binders are usually waxes, rubber types, thermoplastic materials, or other polymeric materials that can be quickly cured by light, solvents (including water) or temperature. Binders that require solvents are usually organic or inorganic materials that can be dissolved in special solvents (including water) and that will have an increased viscosity when the solvent is removed. Extrusion and calendering will generally require pastes with a relatively low content of binder and solvent.

Kjøleplatekomponenter fremstilt med den foreslåtte fabrikasjonsmetoden er homogene og vil generelt være monolittiske med en i hovedsak uniform struktur. Laminerte materialer vil være ideelt uniforme og homogene i hvert lag. For porøse komponenter, designet for tvungen konveksjon gjennom porer, er det vesentlig at alle porer er åpne, isotrope og homogene, slik at tvungen konveksjon (med f.eks. luft) kan skje homogent gjennom hele komponenten, med en åpen tilgang for omgivelsen. Lukket porøsitet vil ikke gi noe bidrag til en tvungen kjøling. Heatsink components produced by the proposed fabrication method are homogeneous and will generally be monolithic with a substantially uniform structure. Laminated materials will be ideally uniform and homogeneous in each layer. For porous components, designed for forced convection through pores, it is essential that all pores are open, isotropic and homogeneous, so that forced convection (with e.g. air) can occur homogeneously throughout the component, with open access for the environment. Closed porosity will not contribute to forced cooling.

Øket varmeovergang: I prinsippet vil enhver kjøleplate utsatt for fri konveksjon, bli kjølt fra overflaten forårsaket av at omsluttende luft oppvarmes av varmen fra den varmegenererende komponenten. I tillegg til fri, konvektiv kjøling, kan også tvungen konvektiv kjøling benyttes for å fjerne varme fra kjøleplaten. Tvungen konvektiv kjøling kan oppnås f.eks. ved hjelp av en vifte som blåser luft over kjøleplaten. Dette vil merkbart øke kjølingen av platen med den varmegenererende komponenten, med neglisjerbart energiforbruk. For kjøleplater av tette, ikke-porøse materialer, vil denøkede kjølingen på grunn av tvungen konveksjon i sin helhet skje gjennom den ytre overflaten på kjøleplaten. Increased heat transfer: In principle, any heatsink exposed to free convection will be cooled from the surface caused by the surrounding air being heated by the heat from the heat-generating component. In addition to free convective cooling, forced convective cooling can also be used to remove heat from the cooling plate. Forced convective cooling can be achieved e.g. using a fan that blows air over the cooling plate. This will noticeably increase the cooling of the plate with the heat-generating component, with negligible energy consumption. For cooling plates made of dense, non-porous materials, the increased cooling due to forced convection will occur entirely through the outer surface of the cooling plate.

For porøse materialer, vil imidlertid den økede varmeovergangen også kunne skje gjennom de indre poreveggene i det porøse materialet, noe som representerer et overflateareal som er 5-6 størrelsesordener større enn det ytre overflatearealet på kjøleplaten. Porestørrelsen vil derfor bli utvalgt for å oppnå mest mulig effektiv strømning gjennom porene. Hvis porene er for små så vil friksjonen for luftstrømningen bli for høy (for lav permeabilitet). Imidlertid, hvis porene blir for store, vil de mekaniske egenskapene bli sterkt reduserte, ifølge Griffith's likning: For porous materials, however, the increased heat transfer will also be able to occur through the inner pore walls in the porous material, which represents a surface area that is 5-6 orders of magnitude larger than the outer surface area of the cooling plate. The pore size will therefore be selected to achieve the most efficient flow through the pores. If the pores are too small, the friction for the air flow will be too high (permeability too low). However, if the pores become too large, the mechanical properties will be greatly reduced, according to Griffith's equation:

hvor Of er bruddstyrken til materialet og D er pore diameter. where Of is the breaking strength of the material and D is the pore diameter.

Permeabiliteten (*:) til et porøst material kan defineres som følgende: som er gitt i enheter av Darcy når porediameteren er gitt i pm [1 Darcy = IO"<12>m<2>], p er porøsiteten og den geometriske faktoren a er: The permeability (*:) of a porous material can be defined as follows: which is given in units of Darcy when the pore diameter is given in pm [1 Darcy = IO"<12>m<2>], p is the porosity and the geometric factor a is:

hvor t er porenes tortuositet. where t is the pore tortuosity.

Materialporøsiteten er også viktig i denne sammenheng og må ikke være for lav da dette vil redusere permeabiliteten og følgelig den konvektive kjølingen i porene, men heller ikke for høy da dette vil redusere bortledingen av varme fra den varmegenererende kilden, etter en generell, empirisk likning: The material porosity is also important in this context and must not be too low as this will reduce the permeability and consequently the convective cooling in the pores, but also not too high as this will reduce the removal of heat from the heat-generating source, according to a general, empirical equation:

hvor Xp er dentermiske ledningsevnen til det porøse materialet og Å,0 er den termiske ledningsevnen til det tilsvarende tette materialet. where Xp is the denthermal conductivity of the porous material and Å,0 is the thermal conductivity of the corresponding dense material.

Permeabiliteten relater til et veldefinert strømmende medium (kjølevæske), blir således: The permeability relates to a well-defined flowing medium (coolant), thus becomes:

som vanligvis er gitt i enheter av [m<2>/barh], hvor \ i er viskositeten til det strømmende mediet, f.eks. luft, gitt i enheter av Poise [1 P = 1 dyn sec/cm2= 0,1 N-s/m2 = 2,781010barh]. For luft ved 50°C er viskositeten 1,95110"<4>P. which is usually given in units of [m<2>/barh], where \ i is the viscosity of the flowing medium, e.g. air, given in units of Poise [1 P = 1 dyn sec/cm2= 0.1 N-s/m2 = 2.781010barh]. For air at 50°C the viscosity is 1.95110"<4>P.

For porøse materialer er Reynolds tallet for tvungen konveksjon i porene definert som følger: For porous materials, the Reynolds number for forced convection in the pores is defined as follows:

hvor Um er den midlere lufthastigheten i porene og v er den kinematiske viskositeten definert av: where Um is the mean air velocity in the pores and v is the kinematic viscosity defined by:

hvor p er tettheten av kjølemediet, f.eks. luft. Kinematisk viskositet \ i er gitt i enheter av Stoke [1 St = 1 cm<2>/s]. For luft ved 50°C er kinematisk viskositet 0,1785 St. where p is the density of the refrigerant, e.g. air. Kinematic viscosity \ i is given in units of Stoke [1 St = 1 cm<2>/s]. For air at 50°C, the kinematic viscosity is 0.1785 St.

For tvungen konvektiv kjøling gjennom porene til en porøs kjøleplate er den foretrukne porestørrelsen i området 5-40 pm, og porøsiteten i området 20 - 50%. En slik tvungen kjøling vil øke kjølingen av kjøleplaten sterkt, med kun et liten tillegg i energiforbruket, på grunn av den effektive kjølingen i porene av det isotrope materialet, se Figur 2. For forced convective cooling through the pores of a porous cooling plate, the preferred pore size is in the range 5-40 pm, and the porosity in the range 20-50%. Such forced cooling will greatly increase the cooling of the cooling plate, with only a small addition in energy consumption, due to the effective cooling in the pores of the isotropic material, see Figure 2.

Et estimat av kjøleeffekten for den porøse kjøleplate med sirkulær geometri som vist i Figur 3, i et material med porestørrelse 15 pm, viser at med et overtrykk på kun 0,8 bar vil den tvungne konvektive kjølingen absorbere 880 W fra kjøleplaten med en temperatur på omgivelsesluften på 20°C og en maksimum temperatur på kjøleplate på 80°C. I dette regime er luftstrømningen i porene laminær og fullt utviklet. Til sammenlikning er kjøleeffekten ved fri konveksjon fra en tett kjøleplate under samme betingelser av størrelsesorden 0,2 W/cm<2>, ved tvungen konvektiv kjøling av størrelsesorden 2 W/cm<2>(med lufthastigheter av størrelsesorden 10 m/s), mens tvungen konvektiv kjøling gjennom porer vil gi kjøleeffekt på størrelsesorden 20 W/cm<2>(med et tilført overtrykk på 0,8 bar) An estimate of the cooling effect for the porous cooling plate with circular geometry as shown in Figure 3, in a material with a pore size of 15 pm, shows that with an excess pressure of only 0.8 bar, the forced convective cooling will absorb 880 W from the cooling plate with a temperature of ambient air of 20°C and a maximum temperature on the heatsink of 80°C. In this regime, the air flow in the pores is laminar and fully developed. For comparison, the cooling effect with free convection from a dense cooling plate under the same conditions is of the order of 0.2 W/cm<2>, with forced convective cooling of the order of 2 W/cm<2> (with air speeds of the order of 10 m/s), while forced convective cooling through pores will produce a cooling effect of the order of 20 W/cm<2> (with an added overpressure of 0.8 bar)

Det tilførte kjølemediet kan være enten en gass eller en væske. I våre eksempler er luft gjennomgående beskrevet. Dette skal imidlertid ikke ekskludere et vilkårlig annet kjølemedium. The added refrigerant can be either a gas or a liquid. In our examples, air is described throughout. However, this shall not exclude any other cooling medium.

Porøse materialer fabrikkeres etter tilsvarende oppskrifter og prosedyrer som tette materialer. Porous materials are manufactured according to similar recipes and procedures as dense materials.

Struktureringen av komponentene The structuring of the components

Kjøleplater kan leveres som flate plater, som et ark med plater av regulær form, eller som strukturerte komponenter med f.eks. kjølefinner. Cooling plates can be supplied as flat plates, as a sheet of plates of regular shape, or as structured components with e.g. cooling fins.

Når den varmegenererende komponenten (f.eks. LED) er montert på overflaten av kjøleplaten, vil temperaturen raskt nå nær den samme verdien på begge sider. Spesielt for materialer med moderat termisk ledningsevne (som f.eks. alumina) vil kjøleplatens tykkelse spille en viktig rolle. Tykke kjøleplater vil generelt spre varmen bort fra den varmegenererende komponenten på en mer effektiv måte og dermed sørge for en lavere operativ temperatur - og lengre levetid - for LEDen/ komponenten. Etøket kjøleplateareal vil gi tilsvarende resultater. Figur 4 viser ustrukturerte, sintrede og tette kjøleplater laget av alumina med tykkelse 1, 2, og 3 mm, og figur 5 viser luminescens til en kommersiell LED montert på en ustrukturert kjøleplate med tykkelse 1, 2, og 3 mm. Øket LED luminescens er et resultat avøket kjøling av LEDen (redusert LED temperatur). When the heat generating component (e.g. LED) is mounted on the surface of the heatsink, the temperature will quickly reach close to the same value on both sides. Especially for materials with moderate thermal conductivity (such as alumina) the thickness of the cooling plate will play an important role. Thick cooling plates will generally spread the heat away from the heat-generating component in a more efficient way and thus ensure a lower operating temperature - and longer life - for the LED/component. An increased cooling plate area will give similar results. Figure 4 shows unstructured, sintered and dense heat sinks made of alumina with thicknesses of 1, 2, and 3 mm, and Figure 5 shows luminescence of a commercial LED mounted on an unstructured heat sink with thicknesses of 1, 2, and 3 mm. Increased LED luminescence is a result of increased cooling of the LED (reduced LED temperature).

For å øke kjøleevnen til en kjøleplate, kan kjølefinner lages. Dette representerer en strukturering som kan gjøres direkte i den foreslåtte fabrikasjonsmetoden, i valse- eller kalandreringssteget, uten vesentlige justeringer av metoden. Figurene 3, 6, og 7 viser alumina kjøleplater med kjølefinner. Figur 3 viser en sintret, porøs kjøleplate, Figur 6 viser sintrede, tette kjøleplater, mens To increase the cooling capacity of a cooling plate, cooling fins can be made. This represents a structuring that can be done directly in the proposed fabrication method, in the rolling or calendering step, without significant adjustments to the method. Figures 3, 6 and 7 show alumina cooling plates with cooling fins. Figure 3 shows a sintered, porous cooling plate, Figure 6 shows sintered, dense cooling plates, while

Figur 7 viser en "grønn" kjøleplate sammen med et tverrsnitt av det strukturerte materialet. Figure 7 shows a "green" cooling plate together with a cross-section of the structured material.

Sluttbehandlingen av komponentene The final processing of the components

Sluttbehandlingen av komponentene, når dette behøves, finner sted etter sintringen og vil typisk inneholde trykking (silke- eller tampongtrykking, blekkjettrykking, dyptrykking eller stensiltrykking) av det elektriske ledningsmønsteret, separering av de enkelte kjøleplatene fra et ark og kantrensing av komponentene, før kvalitetskontrollen, pakking og avsendelse av produktene. The final processing of the components, when required, takes place after sintering and will typically include printing (silk or tampon printing, inkjet printing, gravure printing or stencil printing) of the electrical wiring pattern, separation of the individual cooling plates from a sheet and edge cleaning of the components, before quality control, packaging and dispatch of the products.

Anvendelsen av komponentene The application of the components

Alumina kjøleplater egner seg for lavkost markedet, hvor prisen på kjøleplaten er av betydning. Nye, voksende markeder for LED basert belysning er f.eks. innen transportmarkedet, boligbelysning, utendørsbelysning og mange andre anvendelser. Alumina cooling plates are suitable for the low-cost market, where the price of the cooling plate is important. New, growing markets for LED-based lighting are e.g. in the transport market, residential lighting, outdoor lighting and many other applications.

Andre markeder er innen elektronikksektoren hvor også tvungen kjøling benyttes. Other markets are within the electronics sector where forced cooling is also used.

Videre vil også de fabrikkerte kjølekomponentene kunne anvendes for oppvarmingsformål, slik som oppvarming, fordamping og koking, og vil dermed ikke være begrenset til kjøleinnretninger og Furthermore, the fabricated cooling components will also be able to be used for heating purposes, such as heating, evaporation and boiling, and will thus not be limited to cooling devices and

-anvendelser. - applications.

På grunn av materialets egenskaper, lav pris og tilfredsstillende varmeledning, er alumina, Al203, det foretrukne materialet for den foreslåtte oppfinnelsen. Imidlertid kan alle varmeledende, keramiske materialer benyttes for å fabrikkere kjøleplater etter den foreslåtte oppfinnelsen, og skal derfor ikke utelukkes. Due to the material's properties, low price and satisfactory heat conduction, alumina, Al 2 O 3 , is the preferred material for the proposed invention. However, all heat-conducting ceramic materials can be used to manufacture cooling plates according to the proposed invention, and should therefore not be excluded.

For anvendelser hvor høy termisk ledningsevne er prioritert, kan det med fordel benyttes andre keramiske materialer, som f.eks.: aluminium nitrid (AIN), beryllium oksid (BeO), silisium karbid (SiC), og andre. Også keramiske komposittmaterialer, eller kombinasjonen av de nevnte materialene, kan med fordel benyttes. Disse kan alle fremstilles med den foreslåtte fabrikasjonsmetoden. For applications where high thermal conductivity is a priority, other ceramic materials can be advantageously used, such as: aluminum nitride (AIN), beryllium oxide (BeO), silicon carbide (SiC), and others. Ceramic composite materials, or the combination of the aforementioned materials, can also be used with advantage. These can all be produced with the proposed fabrication method.

For å fremstille porøse, keramiske materialer, kan det også være behov for andre tilsatsmaterialer for å gjøre sintringen enklere. Disse tilsatsmaterialene inkluderer andre, uorganiske oksidmaterialer basert på kalsium, cerium, lantan, silisium, strontium, titan, og/eller zirkonium, og avledninger, utvidelse, blandinger og/eller kombinasjoner av disse. To produce porous ceramic materials, other additive materials may also be needed to make sintering easier. These additive materials include other inorganic oxide materials based on calcium, cerium, lanthanum, silicon, strontium, titanium, and/or zirconium, and derivatives, expansions, blends, and/or combinations thereof.

Eksempler Examples

Forskjellige kjøleplater har blitt fremstilt etter den foreslåtte oppfinnelsen. Også eksperimenter med påmontert LED har blitt utført. Various cooling plates have been produced according to the proposed invention. Experiments with attached LED have also been carried out.

Eksempel 1 Example 1

Kjøleplater fremstilt etter oppfinnelsen er vist i Figur 4. Disse er ustrukturerte, tette kjøleplater med dimensjoner 60 x 15 mm, og med tykkelser 1, 2 og 3 mm. Cooling plates manufactured according to the invention are shown in Figure 4. These are unstructured, dense cooling plates with dimensions 60 x 15 mm, and with thicknesses of 1, 2 and 3 mm.

De tette kjøleplatene er fremstilt etter oppfinnelsen med en pasta bestående av: 68,6 vekt-% alumina pulvermateriale, 10,3 vekt-% bindemiddel, 2,6 vekt-% mykner, og 18,5 vekt-% vann. The dense cooling plates are manufactured according to the invention with a paste consisting of: 68.6% by weight of alumina powder material, 10.3% by weight of binder, 2.6% by weight of plasticizer, and 18.5% by weight of water.

Kjøleplatene er sintret tette ved 1650°C. The cooling plates are densely sintered at 1650°C.

Eksempel 2 Example 2

Kjøleplater fremstilt etter oppfinnelsen er vist i Figur 6. Disse er tette kjøleplater med dimensjon 60 x 15 mm, med en baseplate av 2 mm tykkelse, og med kjølefinner med aspekt ratio 1 (med høyde og bredde lik 1 mm) og adskilt med 1 mm. Finnene er orientert parallelt med den lange siden av komponenten. Cooling plates manufactured according to the invention are shown in Figure 6. These are dense cooling plates with dimensions 60 x 15 mm, with a base plate of 2 mm thickness, and with cooling fins with aspect ratio 1 (with height and width equal to 1 mm) and separated by 1 mm . The fins are oriented parallel to the long side of the component.

Den tette kjøleplaten var fabrikkert og sintret slik den ustrukturerte kjøleplaten i Eksempel 1 ble det. The dense cooling plate was fabricated and sintered as was the unstructured cooling plate in Example 1.

Elektriske tilkoblinger har blitt silketrykket direkte på den keramiske, sintrede kjøleplaten, med sølvpasta av kommersiell type. En enkel LED var så montert og testet, se Eksempel 4. Electrical connections have been screen printed directly onto the ceramic sintered heatsink, using commercial grade silver paste. A simple LED was then mounted and tested, see Example 4.

Eksempel 3 Example 3

Kjøleplate fremstilt etter oppfinnelsen er vist i Figur 3. Dette er en porøs kjøleplate med diameter 75 mm, med en baseplate av 2 mm tykkelse, og med kjølefinner med aspekt ratio 1 (med høyde og bredde lik 1 mm) og adskilt med 1 mm. Kjøleplaten er beregnet for flere LED. A cooling plate manufactured according to the invention is shown in Figure 3. This is a porous cooling plate with a diameter of 75 mm, with a base plate of 2 mm thickness, and with cooling fins with aspect ratio 1 (with height and width equal to 1 mm) and separated by 1 mm. The cooling plate is intended for several LEDs.

Den porøse kjøleplaten er fremstilt etter oppfinnelsen med en pasta bestående av: 81,6 vekt-% keramisk pulvermateriale, 3,5 vekt-% bindemiddel, 1,9 vekt-% mykner, 0,05 vekt-% dispergeringsmiddel, og 13,0 vekt-% vann. The porous cooling plate is manufactured according to the invention with a paste consisting of: 81.6 wt% ceramic powder material, 3.5 wt% binder, 1.9 wt% plasticizer, 0.05 wt% dispersant, and 13.0 % water by weight.

Kjøleplatene er sintret porøse ved 1650°C. The cooling plates are sintered porous at 1650°C.

Elektriske tilledninger har blitt silketrykket direkte på den keramiske, sintrede kjøleplaten, med sølvpasta av kommersiell type. Flere LED ble montert og testet. Electrical leads have been screen printed directly onto the ceramic sintered heatsink with commercial grade silver paste. Several LEDs were installed and tested.

Eksempel 4 Example 4

Kjøleplatene fra Eksempel 1, fremstilt etter oppfinnelsen, ble testet med én LED (Luxeon K2-type: LXK2-PW12-S00; cool white) montert i en integrerende sfære. Tykkelsene til kjøleplatene ble valgt 1, 2 og 3 mm. Det emitterte lyset ble målt med en VIS detektor og et kalibrert spektrometer (ILT). De oppnådde data i lumen er gitt som funksjon av tilført effekt (strøm) til LEDen. Resultatene er vist i Figur 5. The cooling plates from Example 1, manufactured according to the invention, were tested with one LED (Luxeon K2 type: LXK2-PW12-S00; cool white) mounted in an integrating sphere. The thicknesses of the cooling plates were chosen to be 1, 2 and 3 mm. The emitted light was measured with a VIS detector and a calibrated spectrometer (ILT). The data obtained in lumens are given as a function of the supplied power (current) to the LED. The results are shown in Figure 5.

Claims (15)

1. En fabrikasjonsmetode for plane, keramiske kjøleplate- og sokkelkomponenter for kjøling av høyeffekts LED og varmeproduserende integrerte, elektroniske komponenter, belysningskomponenter innen transportsektoren, og til bolig- og utendørsbelysning, omfattende i rekkefølge: i) blanding av en keramisk, "grønn" pasta, ii) dimensjonering og eventuell strukturering av den keramiske pastaen, og iii) sintring av den dimensjonerte og strukturerte keramiske pastaen, karakterisert vedat dimensjoneringen og struktureringen av den keramiske pastaen foregår i to steg, hvor første steget er en ekstrudering av pastaen og det andre er kalandrering av den ekstruderte pastaen, noe som vil gjøre mulig en fabrikasjon av tette eller porøse, ustrukturerte eller strukturerte kjøleplatekomponenter.1. A fabrication method for planar ceramic heat sink and plinth components for cooling high-power LED and heat-generating integrated electronic components, lighting components in the transportation sector, and for residential and outdoor lighting, comprising in order: i) mixing a ceramic "green" paste , ii) dimensioning and any structuring of the ceramic paste, and iii) sintering of the dimensioned and structured ceramic paste, characterized in that the sizing and structuring of the ceramic paste takes place in two steps, where the first step is an extrusion of the paste and the second is calendering of the extruded paste, which will enable the fabrication of dense or porous, unstructured or structured cooling plate components. 2. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat kalandersteget følger umiddelbart etter ekstruderingssteget2. A manufacturing method as specified in Claim 1, characterized in that the calendering step follows immediately after the extrusion step 3. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat blandingen og homogeniseringen av fødematerialet skjer i en "high shear" blander eller eltemaskin, eller i en høyhastighets, intensiv rotorblander i kombinasjon med en ekstruder.3. A manufacturing method as specified in Claim 1, characterized in that the mixing and homogenization of the feed material takes place in a "high shear" mixer or kneader, or in a high-speed, intensive rotary mixer in combination with an extruder. 4. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat dimensjoneringen og struktureringen av den "grønne" pastaen finner sted i en "in-line" enkelt- eller flerstegs valse eller kalander, eller "off-line" i et tilleggssteg med dyptrekking, stansing, pressing, støping eller smiing.4. A manufacturing method as stated in Claim 1, characterized in that the sizing and structuring of the "green" paste takes place in an "in-line" single or multi-stage roller or calender, or "off-line" in an additional step with deep drawing, punching, pressing, casting or forging. 5. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat det "grønne" formede produktet tørkes kontinuerlig "in-line", eller i et "off-line" tørkekammer.5. A manufacturing method as stated in Claim 1, characterized in that the "green" shaped product is dried continuously "in-line", or in an "off-line" drying chamber. 6. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat det "grønne" platematerialet kuttes til ønsket form i et "in-line" eller "off-line" kutte eller stansesteg.6. A manufacturing method as stated in Claim 1, characterized in that the "green" plate material is cut to the desired shape in an "in-line" or "off-line" cutting or punching step. 7. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat de formede, "grønne" materialkomponentene sintres i en kontinuerlig eller "batch" type ovn.7. A manufacturing method as stated in Claim 1, characterized in that the shaped, "green" material components are sintered in a continuous or "batch" type furnace. 8. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat det "grønne" materialet består av 60-90 vekt-% keramisk pulvermateriale, 2-15 vekt-% bindemiddel, 0-10 vekt-% mykner, 0-5 vekt-% dispergeringsmiddel, og 0-30 vekt-% løsningsmiddel.8. A manufacturing method as specified in Claim 1, characterized in that the "green" material consists of 60-90 wt% ceramic powder material, 2-15 wt% binder, 0-10 wt% plasticizer, 0-5 wt% dispersant, and 0-30% by weight solvent. 9. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat foretrukket hovedmateriale for den ferdige komponenten er Al203.9. A manufacturing method as stated in Claim 1, characterized in that the preferred main material for the finished component is Al2O3. 10. En fabrikasjonsmetode som angitt i Krav 1,karakterisert vedat foretrukne andre uorganiske materialelementer er andre oksider basert på kalsium, cerium, lantan, silisium, strontium, titan, og/eller zirkonium, og avledninger, utvidelser, blandinger og/ eller kombinasjoner av disse.10. A fabrication method as stated in Claim 1, characterized in that preferred other inorganic material elements are other oxides based on calcium, cerium, lanthanum, silicon, strontium, titanium, and/or zirconium, and derivatives, extensions, mixtures and/or combinations of these . 11. Kjøleplatekomponenter fremstilt som angitt i Krav 111. Heatsink components manufactured as specified in Claim 1 12. Kjøleplatekomponenter som angitt i Krav 11,karakterisert vedat kjøleplatekomponentene er porøse med en foretrukket porestørrelse i området 5-40 um, og porøsitet i området 20 - 50%, egnet for tvungen konvektiv porekjøling.12. Cooling plate components as stated in Claim 11, characterized in that the cooling plate components are porous with a preferred pore size in the range 5-40 µm, and porosity in the range 20 - 50%, suitable for forced convective pore cooling. 13. Kjøleplatekomponenter som angitt i Krav 11,karakterisert vedat varme ekstrahert fra den ferdige, porøse komponenten blir overført fra poreveggen inne i materialet ved hjelp av tvungen konvektiv kjøling gjennom porene.13. Cooling plate components as stated in Claim 11, characterized in that heat extracted from the finished, porous component is transferred from the pore wall inside the material by means of forced convective cooling through the pores. 14. Kjøleplatekomponenter som angitt i Krav 11,karakterisert vedat det nødvendige elektriske ledningsmønsteret er påført direkte på den fabrikkerte komponentens overflate med trykketeknologier som silke- eller tampongtrykking, blekkjettrykking, dyptrykking eller stensiltrykking.14. Heatsink components as specified in Claim 11, characterized in that the required electrical wiring pattern is applied directly to the manufactured component's surface with printing technologies such as silk or tampon printing, inkjet printing, gravure printing or stencil printing. 15. Kjøleplatekomponenter som angitt i Krav 11,karakterisert vedat den varmeavgivende komponenten kan monteres direkte på kjøleplatens overflate med liming, lodding eller annen sammenføyningsteknologi.15. Heatsink components as specified in Claim 11, characterized in that the heat-emitting component can be mounted directly on the surface of the heatsink with gluing, soldering or other joining technology.
NO20120549A 2012-05-11 2012-05-11 Ceramic hotplate components and their manufacturing method NO20120549A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20120549A NO20120549A1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Ceramic hotplate components and their manufacturing method
PCT/NO2013/050086 WO2013169120A1 (en) 2012-05-11 2013-05-10 Ceramic heat sink components and method for their fabrication

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20120549A NO20120549A1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Ceramic hotplate components and their manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO20120549A1 true NO20120549A1 (en) 2013-11-12

Family

ID=49551036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20120549A NO20120549A1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Ceramic hotplate components and their manufacturing method

Country Status (2)

Country Link
NO (1) NO20120549A1 (en)
WO (1) WO2013169120A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9718993B2 (en) * 2012-05-11 2017-08-01 Keranor As Green ceramic tapes and method for their fabrication

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19924134A1 (en) * 1999-05-26 2000-11-30 Bosch Gmbh Robert Process for the production of ceramic green bodies
FR2831891A1 (en) * 2001-11-05 2003-05-09 Centre Nat Rech Scient PROCESS FOR PRODUCING METAL / CERAMIC COMPOSITE PLATES
CN1933948A (en) * 2004-03-19 2007-03-21 电气化学工业株式会社 Process for producing ceramic sheet, ceramic substrate utilizing the same and use thereof
AT9339U1 (en) * 2006-07-06 2007-08-15 Plansee Se METHOD FOR PRODUCING AN EXTRUDED FORM BODY
EP2071620A1 (en) * 2007-12-12 2009-06-17 Wen-Long Chyn Heat sink having enhanced heat dissipation capacity

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013169120A1 (en) 2013-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240021495A1 (en) Apparatus and Methods for Processing Exfoliated Graphite Materials
US11570933B2 (en) Exfoliated graphite materials and composite materials and devices for thermal management
US20110083835A1 (en) Heat-dissipating structure and method for fabricating the same
CN102651961A (en) Heat-conduction heat-dissipation interface material and manufacturing method thereof
WO2005003668A3 (en) Microchannel heat exchangers and methods of manufacturing the same
Andreozzi et al. Numerical study of metal foam heat sinks under uniform impinging flow
WO2017086241A1 (en) Radiator, electronic device, illumination device, and method for manufacturing radiator
CN113260138B (en) Printed circuit board with embedded array micro-channel and preparation method
EP3125288B1 (en) Passage member and semiconductor module
WO2013139058A1 (en) Thermal dissipation substrate and manufacturing method therefor
JP6876569B2 (en) Metal-carbon particle composite
NO20120549A1 (en) Ceramic hotplate components and their manufacturing method
US20190001652A1 (en) Method for producing metal-carbon fiber composite material
WO2015029385A1 (en) Method for manufacturing thermally conductive sheet and thermally conductive sheet
US20150132549A1 (en) Green Ceramic Tapes and Method for Their Fabrication
EP2071620A1 (en) Heat sink having enhanced heat dissipation capacity
CN109808282A (en) A kind of graphite aluminum matrix composite and preparation method thereof
JP6821409B2 (en) Method for manufacturing metal-carbon particle composite material
WO2021049218A1 (en) Surface layer porous graphite sheet
JP2020191347A (en) Cooling device
CN209472831U (en) A kind of high heat dissipation FR-4 single-side coated copper plate
KR101309746B1 (en) Heatsink and method for manufacturing heatsink
CN105984867A (en) Artificial graphite flake and manufacturing method thereof, and graphite substrate stack structure containing artificial graphite flake
TWI299975B (en)
JP7404845B2 (en) heat sink

Legal Events

Date Code Title Description
FC2A Withdrawal, rejection or dismissal of laid open patent application