分層的散熱器及製造分層的散熱器的方法

2023-07-19 14:57:36 3

專利名稱：分層的散熱器及製造分層的散熱器的方法
分層的散熱器及製造分層的散熱器的方法
背景技術：
本發明涉及一種用於從器件傳導熱量的散熱器(heat spreader)和製造該散熱器的方法。電子部件變得更小，同時熱耗散要求也變得更高。為了耗散由這些電子部件所產 生的熱量，在電子部件與散熱設備(heat sink)之間使用散熱器。散熱器可以由固體的熱 傳導金屬製造。固體的傳導金屬具有有限的散熱能力，並且具有有限的熱導率特性。

發明內容
根據本發明，提供一種散熱器和用於製造該散熱器的方法，並且公開了一種從熱 源耗散熱量的方法。在某些實施例中，提供一種散熱器，所述散熱器具有至少第一層和第二層條帶或 平面元件。第一層和第二層中的至少一個具有至少兩個鄰接(adjoin)的由熱解石墨材料 製造的平面元件或條帶，而第一層或第二層中的另一個具有至少一個條帶。第一層的條帶 的定向的方向與第二層的條帶的定向的方向不同，如以下所述。這些條帶通過從熱解石墨的片材切割條帶而製造，使得片材具有沿著ζ方向的貫 穿的切口。熱解石墨的片材在xy平面內的熱導率大於沿著ζ方向的熱導率。ζ方向切割提 供條帶，所述條帶繼而各自定向成大約90度，使得原始的熱解石墨片材的厚度方向成為切 割的條帶的寬度或長度。通過切割石墨的片材並將片材定向成大約90度而形成的第一條 帶的橫向側面的一部分鄰接第二條帶的側面上的面。由於條帶在xy平面內的熱導率與沿 著ζ方向的熱導率相比更大，所以熱量沿著條帶的長度和沿著定向的條帶的厚度方向傳遞 比橫過條帶(所述條帶鄰接散熱器的一個層中的鄰接的條帶)的側面傳遞更快。以上提供的、如在以上段落中說明的第一條帶具有沿著第一條帶的第一橫向尺寸 的方向和沿著條帶的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿著第一條帶的第二橫向尺 寸的方向的相對較低的熱導率。所提供的、如在以上段落中說明的第二條帶具有沿著第二 條帶的第二橫向尺寸的方向和沿著第二條帶的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿 著第二條帶的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率。沿著脫離第一平面元件的第一平 面的方向延伸的第一平面元件的第一側面的至少一部分鄰接沿著脫離第二平面元件的第 二平面的方向延伸的第二平面元件的第二側面的至少一部分。第一條帶和第二條帶由此形 成散熱器的第一層。至少一個額外的條帶設置在散熱器的第二層中，例如第三條帶，所述第三條帶從 熱解石墨的片材切割，使得原始的片材的厚度尺寸成為第三條帶的寬度或長度。第二層的 第三條帶鄰接第一層，並且定向成使得第一條帶和第二條帶的厚度方向沿著與第三條帶的 厚度方向大致相同的方向定向。第一層的第一條帶和第二條帶的相對較低的熱導率的方向 的定向相對於第三條帶的相對較低的熱導率的方向的定向不同。不沿著厚度方向的相對較 高的熱導率的方向的分量(component)相對於不沿著第三條帶的厚度方向的相對較高的 熱導率的方向的分量也在第一條帶和第二條帶中是不同的定向。由於第一條帶和第二條帶沿著第一條帶和第二條帶的厚度方向的相對較高的熱導率，熱量沿著散熱器的第一層的條帶的厚度方向傳遞到散熱器的第二層的鄰接的條帶。 由於第三條帶沿著厚度方向的相對較高的熱導率，從第一層傳遞到第二層的熱量因此沿著 第二層的第三條帶的厚度方向傳遞。在本發明的某些實施例中，散熱器的第一層的第一條帶的第一側面鄰接與第一側 面共同延展的第一層的第二條帶的第二側面。在本發明的某些實施例中，第一層和第二層中的至少一個具有並 排放置的、基本 相等長度的三個或更多個條帶。第二層具有鄰接第一層的條帶的至少一個條帶。在本發明的某些實施例中，至少一個條帶的第三層，例如第四條帶，鄰接散熱器的 第二層。第二層的第三條帶的相對較低的熱導率的方向的定向相對於第四條帶的相對較低 的熱導率的方向的定向不同。在某些實施例中，第一條帶和第二條帶鄰接成使得第一條帶的第一側面的僅一部 分鄰接第二條帶的第二側面的僅一部分，使得第一條帶的第一側面延伸超出第二條帶的第 二側面。本發明的另一個實施例是通過在第一層中由熱解石墨的片材提供至少兩個熱解 石墨的條帶或平面元件並在第二層中提供至少一個其它的條帶而製造散熱器的方法。第一 層的條帶的相對較低的熱導率的方向的定向與第二層的條帶的相對較低的熱導率的方向 不同。為了提供條帶，沿著片材的厚度方向(通常所說的Z方向)進行切割。與在Xy平面 內或者通稱為a方向或軸線的熱導率相比，沿著ζ方向或者通稱為c方向的片材的熱導率 是相對較低的。第一條帶的側面繼而放置成使得該側面鄰接第二條帶的側面。在該構造中， 熱量沿著條帶的長度和沿著定向的條帶的厚度方向傳遞比橫過條帶(其鄰接相鄰的條帶) 的側面傳遞更加快速。本發明的又一個實施例是通過在本發明的散熱器的第一層中提供鄰接的熱解石 墨的條帶而將散熱器放置成與熱源成熱傳導關係的方法。第一條帶的側面放置成使得該側 面鄰接第二條帶的側面。熱量沿著條帶的長度和沿著定向的條帶的厚度方向傳遞比橫過條 帶(其鄰接相鄰的條帶)的側面傳遞更加快速。熱量從熱源傳導到第一層的第一條帶和第 二條帶。熱量沿著第二層的至少一個條帶的厚度方向傳導，所述第二層的至少一個條帶定 向成與第一層的條帶不同的方向。熱量通過散熱器沿著熱解石墨的條帶的a方向或軸線的 方向傳導，所述a方向或軸線的方向是xy平面所延伸的方向。


圖1是本發明中使用的熱解石墨的片材的平行透視圖，示出了熱解石墨的片材的 層的a和c軸線的方向；圖2是圖1的熱解石墨的片材的平行透視圖，示出了已經從片材切成小塊並且與 其分離的第一平面元件；圖3a示出了在定向成大約90度之後的圖2的第一平面元件；圖3b示出了在鄰接之前的第一平面元件和第二平面元件；圖4示出了圖5中所示的本發明的散熱器的實施例的一部分，和在第一平面元件 和第二平面元件中的熱解石墨的a和c軸線的方向；圖5示出了本發明的散熱器的實施例，和在第一平面元件和第二平面元件中的熱解石墨的3和C軸線的方向；圖6示出了在第一層中具有三個平面元件的本發明的散熱器的另一個實施例的 一部分，和在第一平面元件、第二平面元件和第三平面元件中的熱解石墨的a和c軸線的方 向；圖6A示出了圖6的散熱器的第三平面元件；圖7示出了與電子器件和散熱設備結合的本發明的散熱器的另一個實施例；圖8示出了與電子器件結合的本發明的散熱器的另一個實施例；圖9示出了與電子器件結合的本發明的散熱器的又一個實施例，所述 散熱器具有
第一層、第一層禾口第二層；圖10示出了本發明的散熱器的又一個實施例，在所述散熱器中，第一層和第二層 鄰接的區域是共同延展的，並且第一層和第二層中的每個都具有兩個平面元件；圖11示出了本發明的散熱器的又一個實施例，所述熱散熱器在第一層和第二層 中的每個中都具有三個平面元件，並且在與兩個電子器件一起的散熱器的第三層中具有一 個平面元件；以及圖12示出了本發明的散熱器的又一個實施例，在所述熱散熱器中第一平面元件 的第一側面延伸越過第二平面元件的第二側面。
具體實施例方式現在將參照以下的說明書和非限制性的示例詳細地描述本發明。在沒有進一步詳細描述的情況下，相信本領域的技術人員可以使用之前的描述在 最大程度上利用本發明。因此，以下實施例無論以什麼方式都將解釋為本公開的僅示例性 的而非限制性的剩餘部分。石墨由碳原子的六邊形排列或網絡的多個層平面(layer planes)構成。這些六邊 形布置的碳原子的層平面基本是平坦的，並且定向成使得彼此是基本平行的和等距的。碳 原子的基本平坦的平行層稱為基面，並且被連結或結合到一起在布置成微晶的組中。傳統 的或電解的石墨具有隨機的微晶順序。高度有序的石墨具有高度優選的微晶取向。因此， 石墨的特徵可以是具有兩個主軸線的碳的疊層結構，即「c」軸線或方向，其通常被確定為 與碳層垂直的軸線或方向；和「a」軸線或方向，其與碳層平行且橫向於c軸線。 現在詳細地參照附圖，其中，在若干附圖中，相同的附圖標記指示相同的元件，在 圖1中示出了用於製造本發明的散熱器的片材10，所述片材10具有沿著碳原子的六邊形排 列的方向的多條軸線。所示的C軸線與碳層垂直。呈現出高度定向的石墨材料包括天然石墨和合成或熱解石墨。天然石墨在市場上 可買到薄片(小板)的形式或者粉末的形式。熱解石墨通過含碳氣體在高溫下在適當的襯 底上熱解而生產。簡要地，熱解沉積處理可以在適當的壓力下在加熱的熔爐內執行，其中， 諸如甲烷、天然氣、乙炔等碳氫化合物氣體被引入到加熱的熔爐內，並且在適當成分(例如 具有任何期望的形狀的石墨)的襯底的表面處熱分解。襯底可以從熱解石墨去除或與其分 離。然後，熱解石墨可以在高溫下進一步受到熱退火，以形成通常稱為HOPG的高度定向的 熱解石墨。在圖2中示出了熱解石墨製成的片材10，所述熱解石墨的片材10具有所示的a軸線和C軸線的方向。第一平面元件12或條帶從熱解石墨的片材10切割或切成小塊，並且在第一平面元件12從片材切割之後，第一平面元件12內的a軸線和c軸線的方向保持與 當第一平面元件12形成片材10的一部分時相同的方向。平面元件12在從片材10切割之後定向成大約90度或大約270度，使得第一平面 元件12的c軸線的方向從圖2中所示的方向改變到圖3中所示的方向。因此，可以看到， 在第一平面元件12定向之後，第一平面元件12的第一側面14的相對位置已經從圖2中所 示的位置改變到圖3a中所示的位置。圖3b中所示的第二平面元件16從片材10切割，並 且以與上述的用於第一平面元件12的方式類似的方式定向成90度或270度。根據本發明的實施例，脫離第一平面元件12的平面的第一平面元件12的第一側 面14與脫離第二平面元件16的平面的第二平面元件16的第二側面18鄰接，使得第一側 面14的至少一部分鄰接第二側面18的至少一部分，如圖5中所示。第二層第一平面元件 32鄰接第一平面元件12，並且定向成使得第一平面元件12和第二平面元件16的厚度方向 沿著與第二層第一平面元件12的厚度方向大致相同的方向定向。第一層的第一平面元件 12和第二平面元件16的相對較低的熱導率的方向的定向相對於第二層第一平面元件32的 相對較低的熱導率的方向的定向不同。不沿著厚度方向的相對較高的熱導率的方向的分量 相對於不沿著第二層第一平面元件32的厚度方向的相對較高的熱導率的方向的分量在第 一平面元件12和第二平面元件16中是處在不同的定向中的。由於第一平面元件12和第二平面元件16沿著第一平面元件12和第二平面元件 16的厚度方向的相對較高的熱導率，熱量沿著第一層的第一平面元件12和第二平面元件 16的厚度方向傳遞到鄰接的第二層的條帶，此處為散熱器22的圖5的第二層第一平面元件 32。由於第二層第一平面元件沿著厚度方向的相對較高的熱導率，從第一層傳遞到第二層 的熱量因此沿著第二層第一平面元件32的厚度方向傳遞。在如圖10中所看到的本發明的另一個實施例中，第一平面元件12的第一側面14 可以與第二平面元件16的第二側面18基本共同延展地延伸。而且，鄰接第一層的條帶的 第二層的條帶或平面元件的多個部分可以是第一層和第二層條帶的鄰接的面的整個範圍。以類似的方式，本發明的散熱器可以在第一層和第二層中的每一個中製成有第四 個、第五個或第六個等等平面元件。特定層的每個額外的平面元件都具有鄰接散熱器的該 特定層中的平面元件的相鄰的側面的側面。如從圖4和5中可以看到的那樣，鄰接第二平面元件16的部分的第一平面元件12 的第一側面14的部分與第一平面元件12的第一平面基本正交地延伸。第一平面元件12 的第一平面通過如圖4中所示的較大的尺寸h和較小的尺寸g延伸的方向限定。較大的尺 寸h和較小的尺寸g可以是相等的量值，然而較大的尺寸h和較小的尺寸g不是平面元件 的厚度尺寸。較大的尺寸h和較小的尺寸g可以是第一平面元件12的第一橫向尺寸和第二橫 向尺寸。第一平面元件12的第一橫向尺寸或較大的方向h的方向和第一平面元件12的厚 度方向i可以是形成第一平面元件12的熱解石墨的片材10的a軸線的方向。第二橫向尺 寸的方向可以是形成第一平面元件12的熱解石墨的片材10的c軸線的方向，如在圖1中所 看到的那樣。因此，如在圖4中看到的那樣，第一平面元件12具有沿著第一橫向尺寸(此處為平面元件的較大的尺寸h)和沿著第一平面元件的厚度方向i的相對較高的熱導率，但 是沿著第二橫向尺寸或較小的尺寸g具有相對較低的熱導率。因此，熱量沿著較大的尺寸h 和沿著厚度方向i傳導比沿著橫過第一平面元件12的第一側面14到第二平面元件16的 第二側面18的較小的尺寸g傳導更加容易。圖5的散熱器可以製造成使得平面元件各自都具有三組平行的側面。每個側面都 可以是與平面元件的其它兩個側面正交。每組側面的兩個側面可以沿著每個側面被間隔開 基本相同的距離。熱解石墨的片材在尺寸方面在圖1中所示的f尺寸的厚度可達到0.2毫米到5釐 米，所述熱解石墨的片材通過諸如線切割機、劃片機、或者切片機的任何用於切割片材的裝 置而被切割成或分成平面元件。典型的厚度是1.3釐米。市場上可買到的熱解石墨的片材 的長度或d尺寸可以是約3米，並且寬度尺寸e可以長達40釐米。適於用在本發明中的熱 解石墨的片材可來自紐約州紐約市的Minteq InternationalInc.的Pyrogenics Group。 一個示例是PYROID HT熱解石墨。在一個實施例中，第一平面元件的第一側面和第二側面間隔開的距離是至少約 1. 5毫米。
在另一個實施例中，第一平面元件的第一側面和第二側面間隔開的距離是從約 1. 5毫米到約1. 3釐米。在又一個實施例中，第一平面元件的第一側面和第二側面間隔開的距離是從約 1. 3釐米到約2. 5釐米。在又一個實施例中，第一平面元件的第一側面和第二側面間隔開的距離是至少約 1. 3釐米。在又一個實施例中，第一平面元件的第一側面和第二側面間隔開的距離是至少約 4. O釐米。在又一個實施例中，第一平面元件的第一側面和第二側面間隔開的距離是從約 1. 3釐米到約5. O釐米。在又一個實施例中，第一平面元件的第三側面和第四側面間隔開的距離是至少約 1. 0釐米。在又一個實施例中，第一平面元件的第三側面和第四側面間隔開的距離是從約 1. 0釐米到約40釐米。第二層第一平面元件的第一側面和第二側面間隔開的距離可以是如以上闡述的。 第二層第一平面元件的第三側面和第四側面間隔開的距離可以足夠長的，以延伸橫過如圖 5中所看到的散熱器的第一層的條帶或平面元件的第一側面和第二側面中的每一個。第二 層的條帶中的每個都可以是足夠長的，以延伸橫過如圖10中所看到的散熱器的第一層的 條帶或平面元件的第一側面和第二側面中的每一個。沿著片材的a軸線的片材的熱導率可以是從約450Watts/m° K到約2000Watts/ m° K，並且用於特定應用的特定的熱導率可以是特製的。沿著c軸線或者在ζ方向上的熱 導率可以低至約2. 0Watts/m° K，或者在PYROID HT熱解石墨的情況下是約7Watts/ m° K。相比之下，銅的熱導率是400WattS/m° K。由於與熱解石墨的2. 25g/cc的密度相 比，銅的密度是8. 9g/cc，因此使用本發明的散熱器可以實現更好的效率和重量節省。
在第一平面元件12和第二平面元件16之間的界面處可以使用熱油脂(thermal grease)。圖6的散熱器22可以通過任何適當的用於將第一平面元件12和第二平面元件 16鄰接到襯底的裝置而鄰接到諸如散熱器的襯底(此處為如從圖7中看到的銅板20)。在 將散熱器22鄰接到散熱設備的情況下，用於將散熱器22鄰接到襯底的裝置允許熱量從散 熱器22傳遞到襯底。諸如夾緊裝置的機械裝置可以是將散熱器結合到襯底的裝置，所述襯 底繼而將來自散熱器的熱量傳遞到散熱設備。而且，散熱器可以直接鄰接到散熱設備。用 於將散熱器鄰接到襯底或散熱設備的額外的裝置可以是結合裝置。結合裝置可以是在散熱 器的平面元件上的一層金屬或者是包括金屬的層，所述平面元件例如通過將含有金屬的層 的至少一部分焊接到襯底或散熱設備而結合到襯底。所述層在平面元件的待鄰接襯底的至 少一部分上施加到平面元件。在平面元件的至少一部分上施加含有金屬的層之後，平面元 件可以通過用在諸如焊接的半導體工業中的技術甚至通過諸如機械緊固件的機械裝置而 鄰接到襯底或者散熱設備。在平面元件的鄰接襯底的至少一部分上施加含有金屬的層可以通過金屬化技術 (metallization technique)、濺射或者通過施加一層焊料到平面元件的待連結到襯底的 部分而實現。在使用適於在半導體上使用的技術施加含有金屬的層之前，可以對平面元件 進行表面處理。可以使用任何用於連結第一平面元件12和第二平面元件16的裝置。例如，諸如機 械緊固件的機械夾緊裝置可以用於將第一平面元件12和第二平面元件16連結在一起，或 者可以使用能夠將碳基(carbon-based)表面連結在一起的技術將第一平面元件12和第二 平面元件16焊接在一起。在將第一平面元件12和第二平面元件16鄰接之後，熱量可以從 第一平面元件12和第二平面元件16沿著第一平面元件12和第二平面元件16鄰接的部分 傳遞。散熱器的第二層的鄰接的平面元件的條帶或平面元件可以被焊接在一起，或者使用 能夠將碳基表面連結在一起的技術。連結到第二層的第一層的鄰接的條帶或平面元件可以 通過任何以上提及的技術而連結。而且，含有金屬的層可以施加在待彼此鄰接的第一層的 平面元件的一部分和第二層的平面元件的一部分上。施加含有金屬的層可以通過金屬化技 術、濺射或者通過施加一層焊料到平面元件的待連結到另一個平面元件的部分而實現。在 使用適於在半導體上使用的技術施加含有金屬的層之前，可以對平面元件進行表面處理。諸如圖11的第二層第一平面元件34的特定的平面元件可以具有施加到多於一 個、兩個、三個或四個面的含有金屬的層，以便使熱量可以傳遞到散熱器的所有鄰接的平面 元件。在本發明的另一個實施例中，散熱器具有第一層，所述第一層具有第一平面元件 12、第二平面元件16和第三平面元件24，如從圖6和6A中所看到的那樣。第三平面元件 24從熱解石墨的片材10切割或者切成小塊，並且以與切割第一平面元件12和第二平面元 件16的方式類似的方式定向。第二平面元件16的第三側面26布置成使得第三側面26鄰 接第三平面元件24的第四側面28。第二層具有第二層第一平面元件32、第二層第二平面 元件34和第二層第三平面元件36，如在圖11中所看到的那樣。散熱器可以具有第三層，所 述第三層具有第三層平面元件38，所述第三層平面元件38定向成使得相對較低的熱導率 的方向相對於散熱器的鄰接散熱器的第三層的第二層的條帶或平面元件的相對較低的熱 導率的方向處在完全不同的方向上。
以類似的方式，本發明的散熱器可以製成有第四、第五或第六等層的平面元件。平 面元件的每個額外的層都具有鄰接散熱器的平面元件的相鄰層的至少一個平面元件的相 鄰側面的側面。 因為構成本發明的實施例的所有三個條帶的熱解石墨的a和c軸線沿著如圖6中 所示的方向布置，所以與1尺寸傳遞相比，熱量沿著j和k尺寸更加容易傳遞。在圖7中，本發明的散熱器示出為與電子器件30和散熱設備20結合，其中所述散 熱設備20是銅板。來自電子器件30的熱量被傳遞到散熱器22。熱量沿著厚度尺寸i的方 向和沿著橫向尺寸h的方向從散熱器22最快速地傳遞，其中所述厚度尺寸i的方向和橫向 尺寸h的方向沿著製成散熱器22的熱解石墨的a軸線定向。熱量橫過第一平面元件12和 第二平面元件16之間的界面較不快速地傳遞。電子器件可以是微處理器、集成電路、諸如雷射二極體、LED、寬禁帶(wide band gap)、RF和微波器件的大功率器件、功率放大器、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、特定用途集成 電路(ASIC)、液晶顯示器(LCD)和其它類型的視頻顯示器。散熱器可以從多於一個的電子器件耗散熱量，例如從圖11所看到的電子器件，其 中兩個電子器件30鄰接第三層平面元件38並且從其耗散熱量。在本發明的又一個實施例中，第一層第一平面元件12與第一層第二平面元件16 偏移，如從圖12中所看到的那樣。第一層第一平面元件12的第一側面14的僅一部分鄰接 第一層第二平面元件16的第二側面18。類似地，第一層第二平面元件16的第二側面18的 僅一部分鄰接第一層第一平面元件12的第一側面14。第二層第一平面元件32鄰接第一層 第一平面元件12和第二層第二平面元件16的側面。本發明還包括公開了從熱源耗散熱量的方法的另外的實施例，所述方法包括提 供散熱器，所述散熱器具有如上所述布置在第一層中的第一平面元件和第二平面元件以及 第二層第一平面元件中。散熱器放置成與熱源成熱傳導關係，以便使散熱器將熱量從熱源 傳導到第一條帶和第二條帶中。熱量通過散熱器沿著相對較高的熱導率的方向在第一層的 平面元件與至少一個第二層第一平面元件之間傳導。因此，應當理解，本發明的上述說明容易受到由本領域的技術人員可考慮到的修 改、改變和適應，並且這些修改、改變和適應意欲在本發明的範圍內考慮。
權利要求
一種散熱器，其包括a)熱解石墨製成的第一平面元件，所述第一平面元件具有沿著所述第一平面元件的第一平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第一平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿著所述第一平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述第一平面元件具有第一側面和第二側面，所述第一側面沿著脫離所述第一平面元件的第一平面的方向延伸，所述第二側面沿著所述第一平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，b)熱解石墨製成的第二平面元件，所述第二平面元件具有沿著所述第二平面元件的第二平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第二平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿著所述第二平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述第二平面元件具有第三側面和第四側面，所述第三側面沿著脫離所述第二平面元件的第二平面的方向延伸，所述第四側面沿著所述第二平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，其中，沿著脫離所述第一平面元件的第一平面的方向延伸的所述第一平面元件的第一側面的至少一部分鄰接沿著脫離所述第二平面元件的第二平面的方向延伸的所述第二平面元件的第二側面的至少一部分，以及c)熱解石墨製成的第三平面元件，所述第三平面元件具有沿著所述第三平面元件的第三平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第三平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿著所述第三平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述第三平面元件具有第五側面，所述第五側面沿著所述第三平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，所述第三平面元件的第五側面鄰接所述第一平面元件的第二側面和所述第二平面元件的第四側面，並且所述第一平面元件和第二平面元件的相對較低的熱導率的方向的定向相對於所述第三平面元件的相對較低的熱導率的方向處在不同的角度。
2.一種散熱器，其包括a)熱解石墨製成的第一平面元件，所述第一平面元件具有沿著所述第一平面元件的第 一平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第一平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率， 並且具有沿著所述第一平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，其中，所述 第一平面元件的第一平面的第一橫向尺寸的方向和所述第一平面元件的厚度方向基本沿 著所述第一平面元件的熱解石墨的a軸線的定向的方向延伸，並且所述第一平面元件的第 二橫向尺寸的方向基本沿著所述第一平面元件的熱解石墨的c軸線的方向延伸，所述第一 平面元件具有第一側面和第二側面，所述第一側面沿著脫離所述第一平面元件的第一平面 的方向延伸，所述第二側面沿著所述第一平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，b)熱解石墨製成的第二平面元件，所述第二平面元件具有沿著所述第二平面元件的第 二平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第二平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率， 並且具有沿著所述第二平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，其中，所述 第二平面元件的第二平面的第一橫向尺寸的方向和所述第二平面元件的厚度方向基本沿 著所述第二平面元件的熱解石墨的a軸線的定向的方向延伸，並且所述第二平面元件的第 二橫向尺寸的方向基本沿著所述第二平面元件的熱解石墨的c軸線的方向延伸，所述第二 平面元件具有第三側面和第四側面，所述第三側面沿著脫離所述第二平面元件的第二平面 的方向延伸，所述第四側面沿著所述第二平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，其中，沿著脫離所述第一平面元件的第一平面的方向延伸的所述第一平面元件的第一側面的至少一部分鄰接沿著脫離所述第二平面元件的第二平面的方向延伸的所述第二平 面元件的第三側面的至少一部分，C)熱解石墨製成的第三平面元件，所述第三平面元件具有沿著所述第三平面元件的第 三平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第三平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率， 並且具有沿著所述第三平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，其中，所述 第三平面元件的第三平面的第一橫向尺寸的方向和所述第三平面元件的厚度方向基本沿 著所述第三平面元件的熱解石墨的a軸線的定向的方向延伸，並且所述第三平面元件的第 二橫向尺寸的方向基本沿著所述第三平面元件的熱解石墨的c軸線的方向延伸，所述第三 平面元件具有第五側面，所述第五側面沿著所述第三平面元件的相對較高的熱導率的方向 延伸，所述第三平面元件的第五側面鄰接所述第一平面元件的第二側面和所述第二平面元 件的第四側面，並且所述第一平面元件和第二平面元件的相對較低的熱導率的方向的定向 相對於所述第三平面元件的相對較低的熱導率的方向處在不同的角度。
3.根據權利要求2所述的散熱器，其中，所述第一平面元件的第一側面和所述第二平 面元件的第三側面中的每個各自都具有基本平行相對的側面，所述基本平行相對的側面分 別從所述第一側面和第三側面中的每個沿著所述第二橫向尺寸的方向間隔開第一距離，並 且所述第一平面元件的第二側面和所述第二平面元件的第四側面中的每個各自都具有基 本平行相對的側面，所述基本平行相對的側面分別從所述第一側面和第三側面中的每個沿 著所述第一橫向尺寸的方向間隔開第二距離，其中，所述第一平面元件的第一側面與所述第一平面元件的第二側面正交，並且所述 第二平面元件的第三側面與所述第二平面元件的第四側面正交。
4.根據權利要求3所述的散熱器，其中，所述第一平面元件的第一側面與所述第二平 面元件的第三側面基本共同延展地鄰接。
5.根據權利要求4所述的散熱器，其中，所述第三平面元件的第五側面從所述第一平 面元件的第一側面延伸到所述第一平面元件的第一側面的相對的側面，並且從所述第二平 面元件的第三側面延伸到所述第二平面元件的第三側面的相對的側面。
6.根據權利要求5所述的散熱器，其中，所述第三平面元件具有第六側面，所述第六 側面與所述第三平面元件的第五側面基本垂直，並且其中，所述散熱器還包括熱解石墨制 成的第四平面元件，所述第四平面元件具有沿著所述第四平面元件的第四平面的第一橫向 尺寸的方向和沿著所述第四平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿著所述 第四平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，其中，所述第四平面元件的第 四平面的第一橫向尺寸的方向和所述第四平面元件的厚度方向基本沿著所述第四平面元 件的熱解石墨的a軸線的定向的方向延伸，並且所述第四平面元件的第二橫向尺寸的方向 基本沿著所述第三平面元件的熱解石墨的c軸線的方向延伸，所述第四平面元件具有第七 側面，所述第七側面沿著所述第四平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，所述第四平 面元件的第七側面鄰接所述第一平面元件的第二側面和所述第二平面元件的第四側面，並 且所述第一平面元件和第二平面元件的相對較低的熱導率的方向的定向相對於所述第四 平面元件的相對較低的熱導率的方向處在不同的角度，所述第四平面元件具有第八側面， 所述第八側面與所述第七側面基本垂直，並與所述第三平面元件的第六側面共同延展地鄰 接。
7.根據權利要求4所述的散熱器，其中，所述第二平面元件具有與所述第二平面元件 的第三側面相對的側面，並且其中，所述散熱器還包括熱解石墨製成的第四平面元件，所述 第四平面元件具有沿著所述第四平面元件的第四平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述 第四平面元件的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿著所述第四平面元件的第二橫 向尺寸的方向的相對較低的熱導率，其中，所述第四平面元件的第四平面的第一橫向尺寸 的方向和所述第四平面元件的厚度方向基本沿著所述第四平面元件的熱解石墨的a軸線 的定向的方向延伸，並且所述第四平面元件的第二橫向尺寸的方向基本沿著所述第四平面 元件的熱解石墨的c軸線的方向延伸，所述第四平面元件具有第七側面和第八側面，所述 第七側面沿著脫離所述第四平面元件的第四平面的方向延伸，所述第八側面沿著所述第四 平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，其中，沿著脫離所述第四平面元件的第四平面 的方向延伸的所述第四平面元件的第七側面的至少一部分鄰接與沿著脫離所述第二平面 元件的第二平面的方向延伸的所述第二平面元件的第三側面相對的側面的至少一部分。
8.根據權利要求6所述的散熱器，所述散熱器還包括熱解石墨製成的第五平面元件， 所述第五平面元件橫過所述第三平面元件和所述第四平面元件延伸，其中，所述第五平面 元件具有沿著所述第五平面元件的第五平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第五平面 元件的厚度方向的相對較高的熱導率，並且具有沿著所述第五平面元件的第二橫向尺寸的 方向的相對較低的熱導率，所述第五平面元件具有第九側面，所述第九側面沿著所述第五 平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，所述第五平面元件的第九側面鄰接與所述第三 平面元件的第五側面相對的所述第三平面元件的側面，並且鄰接與所述第四平面元件的第 七側面相對的所述第四平面元件的側面，並且所述第三平面元件和第四平面元件的相對較 低的熱導率的方向的定向相對於所述第五平面元件的相對較低的熱導率的方向處在不同 的角度。
9.根據權利要求1所述的散熱器與電子器件的結合，其中，所述電子器件設置在所述 散熱器的第三平面元件上，並且所述散熱器從所述電子器件傳導熱量。
10.根據權利要求1所述的散熱器與電子器件和散熱設備的結合，其中，所述電子器件 設置在所述散熱器的第三平面元件上，並且所述散熱器將熱量從所述電子器件傳導到所述 散熱設備。
11.根據權利要求1所述的散熱器與散熱設備的結合，其中，所述散熱器設置在所述散 熱設備上。
12.根據權利要求3所述的散熱器，其中，在所述第一平面元件的第一側面和所述第一 側面的相對的側面之間以及在所述第二平面元件的第三側面和所述第三側面的相對的側 面之間的所述第一距離至少是約1. 5毫米。
13.根據權利要求3所述的散熱器，其中，在所述第一平面元件的第一側面和所述第一 側面的相對的側面之間以及在所述第二平面元件的第三側面和所述第三側面的相對的側 面之間的所述第一距離是從約1. 5毫米到約1. 3釐米。
14.根據權利要求3所述的散熱器，其中，在所述第一平面元件的第一側面和所述第一 側面的相對的側面之間以及在所述第二平面元件的第三側面和所述第三側面的相對的側 面之間的所述第一距離是從約1. 3釐米到約2. 5釐米。
15.根據權利要求3所述的散熱器，其中，在所述第一平面元件的第二側面和所述第二側面的相對的側面之間的所述第二距離是至少約1.0釐米。
16.根據權利要求3所述的散熱器，其中，在所述第一平面元件的第二側面和所述第二 側面的相對的側面之間的所述第二距離是從約1. O釐米到約40釐米。
17.一種用於製造根據權利要求1所述的散熱器的方法，所述方法包括以下步驟a)提供熱解石墨製成的第一平面元件，所述第一平面元件具有沿著所述第一平面元件 的第一平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第一平面元件的厚度方向的相對較高的熱 導率，並且具有沿著所述第一平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述 第一平面元件具有第一側面和第二側面，所述第一側面沿著脫離所述第一平面元件的第一 平面的方向延伸，所述第二側面沿著所述第一平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，b)提供熱解石墨製成的第二平面元件，所述第二平面元件具有沿著所述第二平面元件 的第二平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第二平面元件的厚度方向的相對較高的熱 導率，並且具有沿著所述第二平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述 第二平面元件具有第三側面和第四側面，所述第三側面沿著脫離所述第二平面元件的第二 平面的方向延伸，所述第四側面沿著所述第二平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，c)使沿著脫離所述第一平面元件的第一平面的方向延伸的所述第一平面元件的第一 側面的至少一部分鄰接到沿著脫離所述第二平面元件的第二平面的方向延伸的所述第二 平面元件的第二側面的至少一部分，以及d)提供熱解石墨製成的第三平面元件，所述第三平面元件具有沿著所述第三平面元件 的第三平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第三平面元件的厚度方向的相對較高的熱 導率，並且具有沿著所述第三平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述 第三平面元件具有第五側面，所述第五側面沿著所述第三平面元件的相對較高的熱導率的 方向延伸，e)使所述第三平面元件的第五側面鄰接到所述第一平面元件的第一側面和所述第二 平面元件的第三側面，以便使所述第一平面元件和第二平面元件的相對較低的熱導率的方 向的定向相對於所述第三平面元件的相對較低的熱導率的方向處在不同的角度。
18.一種從熱源耗散熱量的方法，所述方法包括a)提供一種散熱器，所述散熱器包括 )熱解石墨製成的第一平面元件，所述第一平面元件具有沿著所述第一平面元件的 第一平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第一平面元件的厚度方向的相對較高的熱導 率，並且具有沿著所述第一平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述第 一平面元件具有第一側面和第二側面，所述第一側面沿著脫離所述第一平面元件的第一平 面的方向延伸，所述第二側面沿著所述第一平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，ii)熱解石墨製成的第二平面元件，所述第二平面元件具有沿著所述第二平面元件的 第二平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第二平面元件的厚度方向的相對較高的熱導 率，並且具有沿著所述第二平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述第 二平面元件具有第三側面和第四側面，所述第三側面沿著脫離所述第二平面元件的第二平 面的方向延伸，所述第四側面沿著所述第二平面元件的相對較高的熱導率的方向延伸，其中，沿著脫離所述第一平面元件的第一平面的方向延伸的所述第一平面元件的第一 側面的至少一部分鄰接沿著脫離所述第二平面元件的第二平面的方向延伸的所述第二平面元件的第三側面的至少一部分，iii)熱解石墨製成的第三平面元件，所述第三平面元件具有沿著所述第三平面元件的 第三平面的第一橫向尺寸的方向和沿著所述第三平面元件的厚度方向的相對較高的熱導 率，並且具有沿著所述第三平面元件的第二橫向尺寸的方向的相對較低的熱導率，所述第 三平面元件具有第五側面，所述第五側面沿著所述第三平面元件的相對較高的熱導率的方 向延伸，所述第三平面元件的第五側面鄰接所述第一平面元件的第二側面和所述第二平面 元件的第四側面，並且所述第一平面元件和第二平面元件的相對較低的熱導率的方向的定 向相對於所述第三平面元件的相對較低的熱導率的方向處在不同的角度， b)將所述散熱器放置成與熱源成熱傳導關係；C)將熱量從所述熱源傳導到所述第一平面元件和第二平面元件中，並且從所述第一平面元件和第二平面元件傳導到所述第三平面元件；以及d)將熱量沿著所述相對較高的熱導率的方向傳導通過所述散熱器。
全文摘要
一種散熱器，所述散熱器具有至少兩個鄰接的層，每個所述層都具有至少兩個熱解石墨的條帶，所述至少兩個熱解石墨的條帶從熱解石墨的片材沿著z方向切割。在石墨片材的xy平面內的熱導率大於沿著z方向的熱導率。z方向切割提供條帶，所述條帶各自定向成90度，使得原始的片材的厚度方向成為切割的條帶的寬度或長度。在每個層中第一條帶的側面鄰接第二條帶的側面。因為與z方向相比，條帶的xy平面內的熱導率更大，所以在每個層中熱量沿著條帶的長度和厚度方向傳遞比橫過定向的條帶的鄰接的側面傳遞更加快速。第一層條帶被定向成與第二層條帶的取向成大約90度。
文檔編號H05K7/20GK101822134SQ200880111473
公開日2010年9月1日 申請日期2008年9月5日 優先權日2007年9月7日
發明者R·J·勒馬克, V·N·P·拉奧 申請人:密執安特種礦石公司