冷却される機能素子によって形成された少なくとも１つの熱源、少なくとも１つの吸熱源、および熱源と吸熱源の間に置かれて熱伝導材料から作られた少なくとも１つの中間層を備えるデバイス、および特にそのようなデバイスで使用される熱伝導材料
本発明は、少なくとも１つの電気または電子コンポーネントから形成されるかそのようなコンポーネントを備えた熱源、吸熱源、および熱源と吸熱源の間に置かれて熱伝導材料から作られた中間層を含む新規なデバイスに関する。前記熱伝導材料は、ナノファイバを組み込まれた有機マトリックスから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに従った配列または装置に関し、また請求項３６のプリアンブルに従ったそのような装置の中間層の熱伝導集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に従った「熱源」とは、一般的に、少なくとも１つの熱生成機能素子を含有する装置または配列の一部分、例えば対応するコンポーネントまたはアセンブリを意味する。特に、本発明に従った「熱源」とは、電気または電子コンポーネント、幾つかのそのようなコンポーネントのグループ、集積回路、または１つ以上のそのようなコンポーネントまたは回路を含有する電気または電子回路を意味する。
【０００３】
本発明に従った「吸熱源」とは、一般的に、例えば冷却を目的として可能な限り最適の仕方で熱源からの熱が移送される本発明の装置または配列の一部分を意味する。特に、本発明に従った「吸熱源」は、電気または電気コンポーネントまたはモジュールを冷却するように働く本発明の装置または配列の一部分を意味する。
本発明に従った「熱伝導集合体」とは、特に液体、半液体／粘性、または固体状態の材料を意味する。この材料は、熱源と吸熱源の間の中間層として、熱源と吸熱源の間の熱移送に提供された対応面（熱移送面）が、例えば製造上の理由のため完全には平坦でないか、および／または、かなりの凹凸を有する場合に、可能な最大面区域への熱の最適移送を確実にする。
【０００４】
最適の冷却および熱散逸は、電気および電子コンポーネント、特に高パワー出力を有するそのようなコンポーネント、または回路またはモジュールを含むコンポーネントで必須である。不十分な冷却は、コンポーネントの破壊および対応する回路またはモジュールのサービス寿命または耐用年数の低減を生じる。隣接した熱移送面、例えばコンポーネント、電気または電子回路、またはモジュールおよび吸熱源（例えば受動または能動クーラ）の底面または冷却面上の非平坦および／または凹凸区域を補償するため、通常、熱伝導ペーストから構成される中間層が前記熱移送面の間に設けられる。この方法の欠点は、或る動作期間の後、知られた多くの熱伝導ペーストが当初の熱伝導率をかなりの程度喪失し、それぞれのコンポーネント、回路、またはモジュールの所望の冷却効果が失われることである。この効果は、パワー散逸の一定の変化、したがって温度の一定の変化が、動作中、例えば電気アクチュエータのスイッチング中に起こるような応用で特に著しい。この場合、本発明の根底的発見によれば、熱源（コンポーネント、回路、またはモジュール）と吸熱源の間の移送温度変化は、明らかに機械的ポンプ効果を生じ、この効果によって、熱伝導ペーストおよび特に該ペーストの熱伝導率に影響する成分が、縮小された面区域、例えば熱源と吸熱源の間の熱移送面端部区域に凝縮され、熱移送に利用できる実際の面の著しい低減を生じ、したがって冷却効果の低減を生じる。
【０００５】
この問題は、微細化の要因、およびその結果として、特にパワーモジュールのパワー密度の増加によって複雑になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、これらの欠点を除去し、長い動作期間にわたって熱源と吸熱源の間の安定した熱移送を可能にする配列、配置、または装置を説明することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に従った配置または装置によって達成される。本発明に従った配置の中間層として特に適した熱伝導ペーストは、請求項３６に従って具体化される。
【発明の効果】
【０００８】
有機マトリックスに含まれるナノファイバだけで、熱源と吸熱源の間に存在する中間層、または該中間層の熱伝導集合体は、高い熱伝導率を有する。更に、ナノファイバの使用は、長い動作または使用期間にわたって、前記中間層を安定したものにする。即ち、特に、中間層の近くで頻繁な温度変化が生じても、前記層に変化は起こらず、または少なくとも注目される変化は生じない。したがって、本発明の発見によれば、ナノファイバは中間層への安定効果を有する。
【０００９】
本発明の更なる実施形態は従属請求項に記述される。以下で、図面を参照して、例示的実施形態に基づき本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、吸熱源２を介して熱エネルギーが散逸する熱源は、概略的に１で示される。熱源１は、例えば、電気または電子コンポーネント、好ましくは電気または電子パワーコンポーネント、例えば半導体コンポーネント、例えばトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、または更に、レーザダイオード、集積回路、サイリスタ、レーザダイオードなど、または更に、動作中に電力損を生成し、したがって冷却されなければならない１つ以上の電気または電子コンポーネントを備える電気または電子回路（更にモジュール）である。
【００１１】
吸熱源２は、同様に、熱源１によって供給された熱出力を散逸するのに適した任意の設計であってよい。熱源１および吸熱源２は適切な仕方で相互に接続され、２つの本質的に平坦な面１．１および２．１（熱移送面）で隣接している。熱源１および吸熱源２は、例えば一緒にボルトで締められるか、他の仕方で一緒に接続および圧着されている。
例えば製造に起因して、避けることのできない凸凹または非平坦区域があっても、面１．１および２．１の全体を最大に使用して最適の熱移送を得るため、即ち熱伝導の抵抗を最小にするため、高い熱伝導率を有する材料から作られた中間プライまたは層３が熱源１と吸熱源２との間に設けられる。熱を生成するコンポーネントの少なくとも動作中に、低い抵抗との熱伝導接続が、熱源１と吸熱源２との間で、熱移送面の非平坦区域にも作り出されるように、中間層３または該中間層を形成する材料が選択される。更に、中間層３の厚さは可能な限り小さくされ、例えば面１．１および２．１の非平坦区域が、前記中間層３によって平らにされる。
【００１２】
図示された実施形態において、中間層３の厚さは０．０１〜０．５ｍｍの間である。
中間層３に使用される材料は、最も単純な場合、少なくともマトリックスとしての有機成分、およびこの有機成分に埋め込まれたカーボンナノファイバ、例えばシングルウォールドナノチューブ、ダブルウォールドまたはマルチウォールドナノチューブ、または他の形態では、例えば有機マトリックスへの最適集積を可能にする魚骨面構造を有するものから構成される。
【００１３】
ナノチューブは、１μｍ〜１００μｍの間の長さ、および約１．３ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚さを有し、長さと厚さの比は少なくとも１０である。中間層３として使用される材料の好ましい実施形態において、有機マトリックス内に埋め込まれたナノファイバの少なくとも大多数は、１０μｍよりも大きい長さを有する。中間層内のナノファイバの長手方向の配向はランダムである。
【００１４】
有機マトリックス内のナノファイバのパーセンテージは、材料または熱伝導集合体の材料の全重量に対して、１〜７０質量パーセントの間である。ここで、５〜２０質量パーセントの間のパーセンテージは、特に熱伝導率および安定性に関して優れた特性を生じる。
中間層３の本質的利点は、ナノファイバの使用が、中間層について安定構造を生じることである。即ち、有機マトリックスが、少なくとも熱源１の動作中に液体または粘性状態にあっても、中間層３を形成する集合体は安定に維持される。即ち、特に熱源で温度が変化する場合、既知の熱伝導ペーストで看取されるように、ナノファイバが、例えば面１．１および２．１の中心から端部区域まで分離または変位することはない。これは、明らかに、有機マトリックスへ加えられた他の添加剤または成分に加えて、ナノファイバがマトリックス内で相互に保持または固定される事実に起因する。
【００１５】
室温または室温近傍、即ち１０〜３０℃の間の温度で既に液体である様々な材料または材料混合物は、有機マトリックスとして適切である。この場合の有機マトリックスの適切な材料は、例えば油、例えばシリコーン油である。動作中に熱源１の温度範囲、即ち約４０〜８０°の間で液体である材料および材料混合物も、有機マトリックスとして適切である。この場合、有機マトリックスとして適切な材料は、例えば熱可塑性合成材料である。
【００１６】
図１の矢印Ｐで示されるように、熱源１および吸熱源２は、中間層３を介して相互に圧着される。表面の圧力は約０．１〜１００バールの間である。
カーボンから作られたナノファイバを有機マトリックス内で使用すると、特徴として、中間層３の熱伝導率が高くなる利点がある。ナノファイバの対応するパーセンテージ、例えば１０重量パーセントの高さを使用すると、中間層３として使用される材料は、熱伝導率がアルミニウムの熱伝導率にほぼ対応するにも拘わらず、更に電気伝導特性を示す。
【００１７】
上記の材料の代わりに、他の有機化合物、特にエラストマー有機化合物、例えばシリコーンゴムまたはポリマー、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、またはポリエチレンを、マトリックス成分として使用することができる。特に、エラストマー材料から作られたマトリックスを使用すると、中間層３の弾性構造によって、接触圧力Ｐの変化が少なくとも或る制限範囲内で補償され、中間層３がこれらの制限内で面１．１および２．２の双方と完全に接触し、したがって大きな面での所望の熱伝導を維持するという利点を有する。接触圧力Ｐのそのような変化は、例えば熱源１の温度変化、およびその結果として、熱源および吸熱源と相互に引っ張り合う素子の長さの変化から生じる。
【００１８】
図２で示されたテスト配列を使用して、１０質量パーセントのナノファイバと共にシリコーン油のマトリックスから構成される中間層３の熱伝導率が、全体の集合体に関してテストされた。この図で概略的に４で示されるテスト配列は、本質的に、アルミニウムから作られた２つの正方形金属板５．１および５．２から構成される。２つの板の各々は、５ｃｍの辺の長さおよび０．２ｍの厚さを有し、板は平行であって相互から或る距離だけ離され、ギャップ６は１５０μｍである。
【００１９】
板５．２とは反対側の板５．１の面に、１．２ワットのパワー出力を有する電気加熱デバイス５．３が存在する。板５．２は板５．１とは反対側の面を黒く塗られ、赤外線カメラ７による非接触測定によって、板５．２の温度を測定できるようになっている。
図３は、赤外線カメラ７で測定された温度の時間勾配を示す。曲線ａは、２つの板５．１および５．２の間に１５０μｍの空気ギャップ６が存在する場合を示し、曲線ｂは、ギャップ６が純粋のアルミニウムで充填された場合を示し、曲線ｃは、ギャップ６が中間層３の材料、即ち１０重量パーセントのカーボンナノファイバと共にシリコーン油の有機マトリックスから構成されるペーストによってブリッジされる場合を示す。
【００２０】
図３で示されるように、曲線ｃは、曲線ｂを非常に良く近似し、また明らかに曲線ａの上にある。これは、有機マトリックスおよびナノファイバから構成される集合体の高い熱係数の利点を立証する。
ナノファイバの適切な処理によって、即ち約２７００〜３１００℃の間の温度でグラファイト化するステップによって、ナノファイバの熱伝導率、したがって前記ナノファイバを含む集合体の熱伝導率を更に改善することができる。
【００２１】
これまで、中間層３を形成する集合体は、有機マトリックスおよび添加ナノファイバからのみ構成されると仮定した。更なる成分または添加剤、例えば粉末形態の熱伝導性セラミック、例えばＡｌ２Ｏ３、Ａｌｎ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＺｒＯを考えることができる。これらの代わりに、またはこれらに加えて、例えば金属粒子、例えば銀、銅、金、またはこれら金属の合金の形態をした更なる添加剤または成分が可能である。特に、５０℃より高い温度で溶融状態へ変化する金属粒子または金属合金粒子を、添加剤として使用することができる。
【００２２】
更なる可能な実施形態において、有機マトリックス内に含まれたナノファイバは、少なくとも１つの金属または金属合金で少なくとも部分的にコーティングされ、例えば電気的または電解的に、および／または化学的にコーティングされる。
図４は、再び、他の添加剤または成分に加えて、有機マトリックスおよびこのマトリックス内に埋め込まれたナノファイバ８から構成される中間層３の部分拡大図である。図４の８で示されたナノファイバは、絡むかねじれた形態でマトリックス内に埋め込まれているように示される。
【００２３】
図５は、図４と類似した図において、更に可能な実施形態の中間層３を示す。この実施形態において、ナノファイバ８の少なくとも大部分は長手方向の配向を有し、面１．１および２．１に垂直であるか、ほぼ垂直である。これは、例えば電圧、例えば直流電源９の電圧が、導電性材料から作られて電極として機能する面１．１および２．１へ印加されることによって達成される。電圧は、中間層３内でμｍ当たり約１ボルトの電界の強さを生成するように選択される。ナノファイバ８の配向に起因して、中間層３の熱伝導率は顕著に改善される。更に、電圧は追加の安定性を生じる。実際的な実施形態において、中間層３におけるこの低い電界の強さは、例えば、熱源１と吸熱源２の間の対応する電位差によって容易に達成され得る。
【００２４】
図６は、図４と類似した図において、更に可能な実施形態としての中間層３を示す。この実施形態において、ナノファイバ８は長手方向の配向を有し、したがって面１．１および２．１と平行である。
図４〜図６から逸脱して、有機マトリックス内に埋め込まれたナノファイバは、少なくとも大部分が相互に接続され、例えば、一種の織物または不織材料（羊毛）または３次元多孔性構造体または３次元網状組織または網として、２次元または３次元構造体を形成することができる。
【００２５】
次の図７〜図１０は、吸熱源２の様々な可能実施形態を示す。例えば、図７は、熱源１および吸熱源２ａを有する本発明の装置を再び略図として示す。この装置は、熱源１とは反対側の面に複数の冷却フィンまたはピンまたはピン状突起を有する冷却素子または受動クーラ１０によって形成される。クーラ１０は、熱を散逸する目的で、ブロワまたはファン１１の空気流の中に置かれる。
【００２６】
図８は、能動クーラ１２によって形成された吸熱源を有する本発明の装置を示す。能動クーラ１２は、例えばＤＥ１９７１０７８３Ａ１で説明されるマイクロクーラである。冷媒、例えば水または冷媒含有水は、前記クーラを通って循環する。これを目的として、クーラ１２は、循環ポンプ１２、ブロワ１５を有する外部リクーラ（ｒｅｃｏｏｌｅｒ）１４、および冷媒補償または収集タンク１６を含む冷却回路の中に置かれる。
【００２７】
図９は、吸熱源がヒートパイプ１７によって形成された本発明の装置の実施形態を示す。前記ヒートパイプ１７は、その細長い密閉ハウジングの中に、加熱によって気化する冷媒、例えばアルコールまたは他の揮発性有機媒体を含有する。更に、細長い密閉ハウジングの中には、ハウジングの少なくとも２つの端部で相互に接続された少なくとも２つの平行流路が存在する。即ち、１つは揮発媒体のチャネル状流路であり、１つは液体状態冷媒の毛管状流路である。熱源１は、中間層３を介してヒートパイプ１７の１つの端部に接続される。ヒートパイプ１７の他の端部には、例えば複数の冷却フィンまたは対応する突起またはピンを含むクーラ１８が存在し、このクーラはブロワ１９の空気流の中に置かれる。
【００２８】
図１０は、更に可能な実施形態として、本発明に従った装置を示す。この実施形態において、吸熱源２は、熱スプレッダとして働く１つのヒートパイプ２０およびクーラ１０に対応する１つのクーラ２１によって形成される。クーラ２１は、同様に、図示されないブロワの空気流の中に置かれるか、または冷媒が循環する能動クーラ、例えばマイクロクーラとして、クーラ１２に対応して設計される。ヒートパイプ２０は、その機能においてヒートパイプ１７に対応するが、熱源１を設けられた区域がヒートパイプ２０のハウジングの中心に置かれ、したがってヒートパイプ２０は、少なくとも、熱源１の面１．１に垂直に配向された平面に関して対称であることが異なる。
【００２９】
中間層３に対応する１つの中間層または中間プライは、熱源１とヒートパイプ２０の最上部との間、およびこのヒートパイプの底部とクーラ２１の隣接面との間に設けられる。更に、図７〜図１０で示された実施形態の全てにおいて、それぞれの中間層３の両側に置かれたコンポーネントは、前述した仕方、即ち０．１〜１００バールの間の表面圧力で相互に圧着される。
【００３０】
図１１は、この図でも概略的に２で示される吸熱源の上で、セラミック金属基板、好ましくは銅セラミック基板を使用する電子回路２３が提供される実施形態を示す。前記電気回路は、少なくとも１つの電気または電子パワーコンポーネント２４、例えばダイオード、半導体スイッチングまたは制御素子、例えばトランジスタ（または更にＭＯＳＦＥＴ）、サイリスタなど、またはレーザダイオードである。基板２２は、既知の仕方で、セラミック層、例えば酸化アルミニウムまたはチッ化アルミニウムのセラミックから構成され、同様に知られたＤＣＢまたは能動はんだ付けプロセスによって、両面に金属フォイル、例えば銅フォイルによって形成されたメタライゼーションを設けられる。上方メタライゼーション２．２は条導体、接触面などを形成するように構成される。パワーコンポーネント２４も、例えばはんだ付けによって、このメタライゼーションへ付加される。下方メタライゼーション２２．３は、熱放散および冷却に使用され、中間層３を介して吸熱源２へ接続される。吸熱源２は、それぞれの応用に対応する任意の仕方で同じように、例えば図７〜図１０に関して前述したように、設計されることができる。
【００３１】
これまで、本発明は例示的実施形態に基づいて説明された。もちろん、本発明の基礎である発明的アイデアを放棄することなく、多数の修正および変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に従った配置または装置の基本構造の略図である。
【図２】本発明に従った装置で使用される中間層および該中間層で使用される材料（熱伝導ペースト）の熱伝導率をテストする装置の略図である。
【図３】本発明に従った中間層を介して加熱されたサンプルの温度変化、および比較測定値の温度勾配のグラフである。
【図４】図１の装置における中間層を、本発明の異なった実施形態について熱源と吸熱源の間で拡大した図である。
【図５】図１の装置における中間層を、本発明の異なった実施形態について熱源と吸熱源の間で拡大した図である。
【図６】図１の装置における中間層を、本発明の異なった実施形態について熱源と吸熱源の間で拡大した図である。
【図７】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図８】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図９】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図１０】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図１１】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 熱源
１．１ 熱源の熱移送面または熱移送面側
２ 吸熱源
２．１ 吸熱源の熱移送面または熱移送面側
３ 中間プライまたは層
４ 測定またはテストのセットアップ
５．１、５．２ アルミニウム板
５．３ 板５．１上の電気加熱デバイス
６ クリアランス
７ 非接触で温度を測定する赤外線カメラ
８ ナノファイバ
９ 電圧源
１０ 受動冷却素子
１１ ブロワ
１２ 能動クーラ
１３ 循環ポンプ
１４ リクーラ
１５ ブロワ
１６ 補償タンク
１７ ヒートパイプ
１８ 冷却素子
１９ ブロワ
２０ 熱スプレッダとしてのヒートパイプ
２１ クーラ
２２ 金属セラミック基板
２２．１ セラミック層
２２．２、２２．３ メタライゼーション
２３ 電気または電子回路
２４ 電気または電子パワーコンポーネント
ａ、ｂ、ｃ 時間温度勾配
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに従った配列または装置に関し、また請求項３６のプリアンブルに従ったそのような装置の中間層の熱伝導集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に従った「熱源」とは、一般的に、少なくとも１つの熱生成機能素子を含有する装置または配列の一部分、例えば対応するコンポーネントまたはアセンブリを意味する。特に、本発明に従った「熱源」とは、電気または電子コンポーネント、幾つかのそのようなコンポーネントのグループ、集積回路、または１つ以上のそのようなコンポーネントまたは回路を含有する電気または電子回路を意味する。
【０００３】
本発明に従った「吸熱源」とは、一般的に、例えば冷却を目的として可能な限り最適の仕方で熱源からの熱が移送される本発明の装置または配列の一部分を意味する。特に、本発明に従った「吸熱源」は、電気または電気コンポーネントまたはモジュールを冷却するように働く本発明の装置または配列の一部分を意味する。
本発明に従った「熱伝導集合体」とは、特に液体、半液体／粘性、または固体状態の材料を意味する。この材料は、熱源と吸熱源の間の中間層として、熱源と吸熱源の間の熱移送に提供された対応面（熱移送面）が、例えば製造上の理由のため完全には平坦でないか、および／または、かなりの凹凸を有する場合に、可能な最大面区域への熱の最適移送を確実にする。
【０００４】
最適の冷却および熱散逸は、電気および電子コンポーネント、特に高パワー出力を有するそのようなコンポーネント、または回路またはモジュールを含むコンポーネントで必須である。不十分な冷却は、コンポーネントの破壊および対応する回路またはモジュールのサービス寿命または耐用年数の低減を生じる。隣接した熱移送面、例えばコンポーネント、電気または電子回路、またはモジュールおよび吸熱源（例えば受動または能動クーラ）の底面または冷却面上の非平坦および／または凹凸区域を補償するため、通常、熱伝導ペーストから構成される中間層が前記熱移送面の間に設けられる。この方法の欠点は、或る動作期間の後、知られた多くの熱伝導ペーストが当初の熱伝導率をかなりの程度喪失し、それぞれのコンポーネント、回路、またはモジュールの所望の冷却効果が失われることである。この効果は、パワー散逸の一定の変化、したがって温度の一定の変化が、動作中、例えば電気アクチュエータのスイッチング中に起こるような応用で特に著しい。この場合、本発明の根底的発見によれば、熱源（コンポーネント、回路、またはモジュール）と吸熱源の間の移送温度変化は、明らかに機械的ポンプ効果を生じ、この効果によって、熱伝導ペーストおよび特に該ペーストの熱伝導率に影響する成分が、縮小された面区域、例えば熱源と吸熱源の間の熱移送面端部区域に凝縮され、熱移送に利用できる実際の面の著しい低減を生じ、したがって冷却効果の低減を生じる。
【０００５】
この問題は、微細化の要因、およびその結果として、特にパワーモジュールのパワー密度の増加によって複雑になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、これらの欠点を除去し、長い動作期間にわたって熱源と吸熱源の間の安定した熱移送を可能にする配列、配置、または装置を説明することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に従った配置または装置によって達成される。本発明に従った配置の中間層として特に適した熱伝導ペーストは、請求項３６に従って具体化される。
【発明の効果】
【０００８】
有機マトリックスに含まれるナノファイバだけで、熱源と吸熱源の間に存在する中間層、または該中間層の熱伝導集合体は、高い熱伝導率を有する。更に、ナノファイバの使用は、長い動作または使用期間にわたって、前記中間層を安定したものにする。即ち、特に、中間層の近くで頻繁な温度変化が生じても、前記層に変化は起こらず、または少なくとも注目される変化は生じない。したがって、本発明の発見によれば、ナノファイバは中間層への安定効果を有する。
【０００９】
本発明の更なる実施形態は従属請求項に記述される。以下で、図面を参照して、例示的実施形態に基づき本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、吸熱源２を介して熱エネルギーが散逸する熱源は、概略的に１で示される。熱源１は、例えば、電気または電子コンポーネント、好ましくは電気または電子パワーコンポーネント、例えば半導体コンポーネント、例えばトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、または更に、レーザダイオード、集積回路、サイリスタ、レーザダイオードなど、または更に、動作中に電力損を生成し、したがって冷却されなければならない１つ以上の電気または電子コンポーネントを備える電気または電子回路（更にモジュール）である。
【００１１】
吸熱源２は、同様に、熱源１によって供給された熱出力を散逸するのに適した任意の設計であってよい。熱源１および吸熱源２は適切な仕方で相互に接続され、２つの本質的に平坦な面１．１および２．１（熱移送面）で隣接している。熱源１および吸熱源２は、例えば一緒にボルトで締められるか、他の仕方で一緒に接続および圧着されている。
例えば製造に起因して、避けることのできない凸凹または非平坦区域があっても、面１．１および２．１の全体を最大に使用して最適の熱移送を得るため、即ち熱伝導の抵抗を最小にするため、高い熱伝導率を有する材料から作られた中間プライまたは層３が熱源１と吸熱源２との間に設けられる。熱を生成するコンポーネントの少なくとも動作中に、低い抵抗との熱伝導接続が、熱源１と吸熱源２との間で、熱移送面の非平坦区域にも作り出されるように、中間層３または該中間層を形成する材料が選択される。更に、中間層３の厚さは可能な限り小さくされ、例えば面１．１および２．１の非平坦区域が、前記中間層３によって平らにされる。
【００１２】
図示された実施形態において、中間層３の厚さは０．０１〜０．５ｍｍの間である。
中間層３に使用される材料は、最も単純な場合、少なくともマトリックスとしての有機成分、およびこの有機成分に埋め込まれたカーボンナノファイバ、例えばシングルウォールドナノチューブ、ダブルウォールドまたはマルチウォールドナノチューブ、または他の形態では、例えば有機マトリックスへの最適集積を可能にする魚骨面構造を有するものから構成される。
【００１３】
ナノチューブは、１μｍ〜１００μｍの間の長さ、および約１．３ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚さを有し、長さと厚さの比は少なくとも１０である。中間層３として使用される材料の好ましい実施形態において、有機マトリックス内に埋め込まれたナノファイバの少なくとも大多数は、１０μｍよりも大きい長さを有する。中間層内のナノファイバの長手方向の配向はランダムである。
【００１４】
有機マトリックス内のナノファイバのパーセンテージは、材料または熱伝導集合体の材料の全重量に対して、１〜７０質量パーセントの間である。ここで、５〜２０質量パーセントの間のパーセンテージは、特に熱伝導率および安定性に関して優れた特性を生じる。
中間層３の本質的利点は、ナノファイバの使用が、中間層について安定構造を生じることである。即ち、有機マトリックスが、少なくとも熱源１の動作中に液体または粘性状態にあっても、中間層３を形成する集合体は安定に維持される。即ち、特に熱源で温度が変化する場合、既知の熱伝導ペーストで看取されるように、ナノファイバが、例えば面１．１および２．１の中心から端部区域まで分離または変位することはない。これは、明らかに、有機マトリックスへ加えられた他の添加剤または成分に加えて、ナノファイバがマトリックス内で相互に保持または固定される事実に起因する。
【００１５】
室温または室温近傍、即ち１０〜３０℃の間の温度で既に液体である様々な材料または材料混合物は、有機マトリックスとして適切である。この場合の有機マトリックスの適切な材料は、例えば油、例えばシリコーン油である。動作中に熱源１の温度範囲、即ち約４０〜８０°の間で液体である材料および材料混合物も、有機マトリックスとして適切である。この場合、有機マトリックスとして適切な材料は、例えば熱可塑性合成材料である。
【００１６】
図１の矢印Ｐで示されるように、熱源１および吸熱源２は、中間層３を介して相互に圧着される。表面の圧力は約０．１〜１００バールの間である。
カーボンから作られたナノファイバを有機マトリックス内で使用すると、特徴として、中間層３の熱伝導率が高くなる利点がある。ナノファイバの対応するパーセンテージ、例えば１０重量パーセントの高さを使用すると、中間層３として使用される材料は、熱伝導率がアルミニウムの熱伝導率にほぼ対応するにも拘わらず、更に電気伝導特性を示す。
【００１７】
上記の材料の代わりに、他の有機化合物、特にエラストマー有機化合物、例えばシリコーンゴムまたはポリマー、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、またはポリエチレンを、マトリックス成分として使用することができる。特に、エラストマー材料から作られたマトリックスを使用すると、中間層３の弾性構造によって、接触圧力Ｐの変化が少なくとも或る制限範囲内で補償され、中間層３がこれらの制限内で面１．１および２．２の双方と完全に接触し、したがって大きな面での所望の熱伝導を維持するという利点を有する。接触圧力Ｐのそのような変化は、例えば熱源１の温度変化、およびその結果として、熱源および吸熱源と相互に引っ張り合う素子の長さの変化から生じる。
【００１８】
図２で示されたテスト配列を使用して、１０質量パーセントのナノファイバと共にシリコーン油のマトリックスから構成される中間層３の熱伝導率が、全体の集合体に関してテストされた。この図で概略的に４で示されるテスト配列は、本質的に、アルミニウムから作られた２つの正方形金属板５．１および５．２から構成される。２つの板の各々は、５ｃｍの辺の長さおよび０．２ｍの厚さを有し、板は平行であって相互から或る距離だけ離され、ギャップ６は１５０μｍである。
【００１９】
板５．２とは反対側の板５．１の面に、１．２ワットのパワー出力を有する電気加熱デバイス５．３が存在する。板５．２は板５．１とは反対側の面を黒く塗られ、赤外線カメラ７による非接触測定によって、板５．２の温度を測定できるようになっている。
図３は、赤外線カメラ７で測定された温度の時間勾配を示す。曲線ａは、２つの板５．１および５．２の間に１５０μｍの空気ギャップ６が存在する場合を示し、曲線ｂは、ギャップ６が純粋のアルミニウムで充填された場合を示し、曲線ｃは、ギャップ６が中間層３の材料、即ち１０重量パーセントのカーボンナノファイバと共にシリコーン油の有機マトリックスから構成されるペーストによってブリッジされる場合を示す。
【００２０】
図３で示されるように、曲線ｃは、曲線ｂを非常に良く近似し、また明らかに曲線ａの上にある。これは、有機マトリックスおよびナノファイバから構成される集合体の高い熱係数の利点を立証する。
ナノファイバの適切な処理によって、即ち約２７００〜３１００℃の間の温度でグラファイト化するステップによって、ナノファイバの熱伝導率、したがって前記ナノファイバを含む集合体の熱伝導率を更に改善することができる。
【００２１】
これまで、中間層３を形成する集合体は、有機マトリックスおよび添加ナノファイバからのみ構成されると仮定した。更なる成分または添加剤、例えば粉末形態の熱伝導性セラミック、例えばＡｌ２Ｏ３、Ａｌｎ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＺｒＯを考えることができる。これらの代わりに、またはこれらに加えて、例えば金属粒子、例えば銀、銅、金、またはこれら金属の合金の形態をした更なる添加剤または成分が可能である。特に、５０℃より高い温度で溶融状態へ変化する金属粒子または金属合金粒子を、添加剤として使用することができる。
【００２２】
更なる可能な実施形態において、有機マトリックス内に含まれたナノファイバは、少なくとも１つの金属または金属合金で少なくとも部分的にコーティングされ、例えば電気的または電解的に、および／または化学的にコーティングされる。
図４は、再び、他の添加剤または成分に加えて、有機マトリックスおよびこのマトリックス内に埋め込まれたナノファイバ８から構成される中間層３の部分拡大図である。図４の８で示されたナノファイバは、絡むかねじれた形態でマトリックス内に埋め込まれているように示される。
【００２３】
図５は、図４と類似した図において、更に可能な実施形態の中間層３を示す。この実施形態において、ナノファイバ８の少なくとも大部分は長手方向の配向を有し、面１．１および２．１に垂直であるか、ほぼ垂直である。これは、例えば電圧、例えば直流電源９の電圧が、導電性材料から作られて電極として機能する面１．１および２．１へ印加されることによって達成される。電圧は、中間層３内でμｍ当たり約１ボルトの電界の強さを生成するように選択される。ナノファイバ８の配向に起因して、中間層３の熱伝導率は顕著に改善される。更に、電圧は追加の安定性を生じる。実際的な実施形態において、中間層３におけるこの低い電界の強さは、例えば、熱源１と吸熱源２の間の対応する電位差によって容易に達成され得る。
【００２４】
図６は、図４と類似した図において、更に可能な実施形態としての中間層３を示す。この実施形態において、ナノファイバ８は長手方向の配向を有し、したがって面１．１および２．１と平行である。
図４〜図６から逸脱して、有機マトリックス内に埋め込まれたナノファイバは、少なくとも大部分が相互に接続され、例えば、一種の織物または不織材料（羊毛）または３次元多孔性構造体または３次元網状組織または網として、２次元または３次元構造体を形成することができる。
【００２５】
次の図７〜図１０は、吸熱源２の様々な可能実施形態を示す。例えば、図７は、熱源１および吸熱源２ａを有する本発明の装置を再び略図として示す。この装置は、熱源１とは反対側の面に複数の冷却フィンまたはピンまたはピン状突起を有する冷却素子または受動クーラ１０によって形成される。クーラ１０は、熱を散逸する目的で、ブロワまたはファン１１の空気流の中に置かれる。
【００２６】
図８は、能動クーラ１２によって形成された吸熱源を有する本発明の装置を示す。能動クーラ１２は、例えばＤＥ１９７１０７８３Ａ１で説明されるマイクロクーラである。冷媒、例えば水または冷媒含有水は、前記クーラを通って循環する。これを目的として、クーラ１２は、循環ポンプ１２、ブロワ１５を有する外部リクーラ（ｒｅｃｏｏｌｅｒ）１４、および冷媒補償または収集タンク１６を含む冷却回路の中に置かれる。
【００２７】
図９は、吸熱源がヒートパイプ１７によって形成された本発明の装置の実施形態を示す。前記ヒートパイプ１７は、その細長い密閉ハウジングの中に、加熱によって気化する冷媒、例えばアルコールまたは他の揮発性有機媒体を含有する。更に、細長い密閉ハウジングの中には、ハウジングの少なくとも２つの端部で相互に接続された少なくとも２つの平行流路が存在する。即ち、１つは揮発媒体のチャネル状流路であり、１つは液体状態冷媒の毛管状流路である。熱源１は、中間層３を介してヒートパイプ１７の１つの端部に接続される。ヒートパイプ１７の他の端部には、例えば複数の冷却フィンまたは対応する突起またはピンを含むクーラ１８が存在し、このクーラはブロワ１９の空気流の中に置かれる。
【００２８】
図１０は、更に可能な実施形態として、本発明に従った装置を示す。この実施形態において、吸熱源２は、熱スプレッダとして働く１つのヒートパイプ２０およびクーラ１０に対応する１つのクーラ２１によって形成される。クーラ２１は、同様に、図示されないブロワの空気流の中に置かれるか、または冷媒が循環する能動クーラ、例えばマイクロクーラとして、クーラ１２に対応して設計される。ヒートパイプ２０は、その機能においてヒートパイプ１７に対応するが、熱源１を設けられた区域がヒートパイプ２０のハウジングの中心に置かれ、したがってヒートパイプ２０は、少なくとも、熱源１の面１．１に垂直に配向された平面に関して対称であることが異なる。
【００２９】
中間層３に対応する１つの中間層または中間プライは、熱源１とヒートパイプ２０の最上部との間、およびこのヒートパイプの底部とクーラ２１の隣接面との間に設けられる。更に、図７〜図１０で示された実施形態の全てにおいて、それぞれの中間層３の両側に置かれたコンポーネントは、前述した仕方、即ち０．１〜１００バールの間の表面圧力で相互に圧着される。
【００３０】
図１１は、この図でも概略的に２で示される吸熱源の上で、セラミック金属基板、好ましくは銅セラミック基板を使用する電子回路２３が提供される実施形態を示す。前記電気回路は、少なくとも１つの電気または電子パワーコンポーネント２４、例えばダイオード、半導体スイッチングまたは制御素子、例えばトランジスタ（または更にＭＯＳＦＥＴ）、サイリスタなど、またはレーザダイオードである。基板２２は、既知の仕方で、セラミック層、例えば酸化アルミニウムまたはチッ化アルミニウムのセラミックから構成され、同様に知られたＤＣＢまたは能動はんだ付けプロセスによって、両面に金属フォイル、例えば銅フォイルによって形成されたメタライゼーションを設けられる。上方メタライゼーション２．２は条導体、接触面などを形成するように構成される。パワーコンポーネント２４も、例えばはんだ付けによって、このメタライゼーションへ付加される。下方メタライゼーション２２．３は、熱放散および冷却に使用され、中間層３を介して吸熱源２へ接続される。吸熱源２は、それぞれの応用に対応する任意の仕方で同じように、例えば図７〜図１０に関して前述したように、設計されることができる。
【００３１】
これまで、本発明は例示的実施形態に基づいて説明された。もちろん、本発明の基礎である発明的アイデアを放棄することなく、多数の修正および変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に従った配置または装置の基本構造の略図である。
【図２】本発明に従った装置で使用される中間層および該中間層で使用される材料（熱伝導ペースト）の熱伝導率をテストする装置の略図である。
【図３】本発明に従った中間層を介して加熱されたサンプルの温度変化、および比較測定値の温度勾配のグラフである。
【図４】図１の装置における中間層を、本発明の異なった実施形態について熱源と吸熱源の間で拡大した図である。
【図５】図１の装置における中間層を、本発明の異なった実施形態について熱源と吸熱源の間で拡大した図である。
【図６】図１の装置における中間層を、本発明の異なった実施形態について熱源と吸熱源の間で拡大した図である。
【図７】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図８】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図９】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図１０】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【図１１】本発明に従った装置の様々な実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 熱源
１．１ 熱源の熱移送面または熱移送面側
２ 吸熱源
２．１ 吸熱源の熱移送面または熱移送面側
３ 中間プライまたは層
４ 測定またはテストのセットアップ
５．１、５．２ アルミニウム板
５．３ 板５．１上の電気加熱デバイス
６ クリアランス
７ 非接触で温度を測定する赤外線カメラ
８ ナノファイバ
９ 電圧源
１０ 受動冷却素子
１１ ブロワ
１２ 能動クーラ
１３ 循環ポンプ
１４ リクーラ
１５ ブロワ
１６ 補償タンク
１７ ヒートパイプ
１８ 冷却素子
１９ ブロワ
２０ 熱スプレッダとしてのヒートパイプ
２１ クーラ
２２ 金属セラミック基板
２２．１ セラミック層
２２．２、２２．３ メタライゼーション
２３ 電気または電子回路
２４ 電気または電子パワーコンポーネント
ａ、ｂ、ｃ 時間温度勾配
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば少なくとも１つの電気または電子コンポーネントから構成されるか１つのそのようなコンポーネントを備える熱源（１）と、吸熱源（２）と、前記熱源と前記吸熱源の間に設けられた熱伝導材料から作られた中間層とを有する装置または配置であって、
中間層（３）がナノファイバを埋め込まれた有機マトリックスから構成されること、および熱源（１）および吸熱源（２）が、熱伝導面（１．１、２．１）によって約０．１〜１００バールの間の表面圧力で中間層（３）を圧していることを特徴とする装置または配置。
【請求項２】
有機マトリックスが、装置または熱源（１）の少なくとも動作温度で粘性または液体状態、例えば半液体状態であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
有機マトリックスが、室温、即ち１０〜３０℃の間の温度で既に粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
有機マトリックスが、３０℃よりも高い温度、例えば４０〜８０℃の間の温度で粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
有機マトリックスが、少なくとも１種の油、例えば合成油、例えばシリコーン油を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
有機マトリックスが、エラストマー、例えば完全または部分的に架橋エラストマー、例えば合成エラストマー、例えばシリコーンゴムを少なくとも部分的に含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
有機マトリックスが、少なくとも部分的にポリマー、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、またはポリエチレンであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
マトリックス中のナノファイバのパーセンテージが、中間層（３）の全集合体に対して１〜７０重量パーセントの間、好ましくは５〜２０重量パーセントの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
ナノファイバが約１．３ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚さを有し、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの大多数の長さ／厚さの比が１０よりも大きいことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
ナノファイバの長さが、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも大多数について、１μｍ〜１００μｍの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
中間層（３）の厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
ナノファイバの少なくとも一部分がカーボンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
ナノファイバの少なくとも一部分がチッ化ホウ素および／または炭化タングステンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）がランダムおよび／または絡み合った構成で配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）が、少なくとも大部分について、長手方向の同じ方向に、例えば隣接した熱移送面（１．１、２．１）に垂直または交差して、または熱移送面（１．１、２．１）に平行に、またはほぼ平行に配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
有機マトリックス中でナノファイバを配向し、および／またはその配向を維持する手段（９）、例えば有機マトリックス中に電界の強さを作り出す手段を特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも一部分が、２次元または３次元構造を形成し、前記構造の中で、ナノファイバが、例えば織物または織物類似構造、不織材料構造、および／または網または網類似構造の形態で相互にリンクされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
有機マトリックスが、例えばナノファイバのパーセンテージよりも低いパーセンテージで、更なる成分または添加剤を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末形態をした少なくとも１つの熱伝導セラミック、例えばＡｌ２Ｏ３、ＡＩＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＺｒＯを添加剤として含有することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末の形態をした少なくとも１つの金属および／または金属化合物および／または金属合金、例えば銀、銅、または金を添加剤として含有することを特徴とする、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
マトリックスが、熱伝導性であって５０℃を超える温度で溶融状態へ変化する少なくとも１つの材料および／または材料化合物および／または合金を、微細な粒子または粉末の形態で添加剤として含有することを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
ナノファイバの少なくとも一部分がナノチューブ、例えばシングルウォールドおよび／またはダブルウォールドのナノチューブであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
ナノファイバの少なくとも一部分が少なくとも１つの金属でコーティングされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
カーボンから作られたナノファイバが、有機マトリックス中に埋め込まれる前に、２７００〜３１００℃の温度で熱処理またはグラファイト化ステップにさらされたナノファイバであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
熱源（１）が少なくとも１つの電子コンポーネント、例えばダイオード、半導体スイッチまたは制御素子（トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ）によって形成されるか、集積コンポーネントによって形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
熱源（１）が、少なくとも１つの電気または電子コンポーネント（２４）を有する少なくとも１つの回路またはモジュールによって形成され、前記少なくとも１つの電気または電子コンポーネント（２４）が、ＤＣＢプロセスまたは能動はんだ付けプロセスを使用して製造された金属セラミック基板（２２）の上に置かれ、中間層（３）が、基板の１つのメタライゼーション（２２．３）と該メタライゼーションに隣接した１つの熱移送面（２．１）の間に置かれることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
熱源（１）がマイクロプロセッサによって形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
熱源（１）が少なくとも１つのダイオードまたはレーザダイオードバーであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
吸熱源（２）が、冷却フィン、冷却ピン、または類似の構造体を有する受動クーラ（１０）によって形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
吸熱源（２）が少なくとも１つの能動クーラ（１２）を備え、冷媒、例えば水が前記能動クーラを介して循環することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
少なくとも１つのクーラ（１２）が冷媒循環システムの一部分であることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
吸熱源が少なくとも１つのヒートパイプ（１７、２０）を備えること、および中間層（３）が、少なくとも熱源（１）とヒートパイプによって形成された１つの冷却面の間に設けられることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
１つのクーラまたは熱交換器（１８、２１）がヒートパイプ上に設けられ、好ましくは少なくとも１つの中間層が、ヒートパイプおよびこの熱交換器またはクーラの間に設けられることを特徴とする、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
ヒートパイプ（１７）がヒートポンプとして機能することを特徴とする、請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３５】
ヒートパイプ（２０）が熱スプレッダとして機能することを特徴とする、請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
熱源（１）と吸熱源（２）の間の中間層（３）を形成する熱伝導集合体、例えば熱伝導ペーストであって、ナノファイバを埋め込まれた有機マトリックスから構成されることを特徴とする熱伝導集合体。
【請求項３７】
有機マトリックスが、装置または熱源（１）の少なくとも動作温度で粘性または液体状態、例えば半液体状態であることを特徴とする、請求項３６に記載の熱伝導集合体。
【請求項３８】
有機マトリックスが、室温、即ち１０〜３０℃の間の温度で既に粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項３６または３７に記載の熱伝導集合体。
【請求項３９】
有機マトリックスが、３０℃よりも高い温度、例えば４０〜８０℃の間の温度で粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項３８に記載の熱伝導集合体。
【請求項４０】
有機マトリックスが少なくとも１種の油、例えば合成油、例えばシリコーン油を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４１】
有機マトリックスがエラストマー、例えば完全または部分的に架橋エラストマー、例えば合成エラストマー、例えばシリコーンゴムを少なくとも部分的に含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４２】
有機マトリックスが、少なくとも部分的にポリマー、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、またはポリエチレンてあることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４３】
マトリックス中のナノファイバのパーセンテージが、中間層（３）の全集合体に対して１〜７０重量パーセントの間、好ましくは５〜２０重量パーセントの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４４】
ナノファイバが約１．３ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚さを有し、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの大多数の長さ／厚さの比が１０よりも大きいことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４５】
ナノファイバの長さが、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも大多数について１μｍ〜１００μｍの間にあることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４６】
中間層（３）の厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４７】
ナノファイバの少なくとも一部分がカーボンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４８】
ナノファイバの少なくとも一部分がチッ化ホウ素および／または炭化タングステンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４９】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）がランダムおよび／または絡み合った構成で配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５０】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）が、少なくとも大部分について、長手方向の同じ方向に、例えば隣接した熱移送面（１．１、２．１）に垂直または交差して、または熱移送面（１．１、２．１）と平行に、またはほぽ平行に配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５１】
有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも一部分が２次元または３次元の構造を形成し、前記構造の中で、ナノファイバが、例えば織物または織物類似構造、不織材料構造、および／または網または網類似構造の形態で相互にリンクされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５２】
有機マトリックスが、例えばナノファイバのパーセンテージよりも低いパーセンテージで、更なる成分または添加剤を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５３】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末の形態をした少なくとも１つの熱伝導セラミック、例えばＡｌ２Ｏ３、ＡＩＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＺｒＯを添加剤として含有することを特徴とする、請求項５２に記載の熱伝導集合体。
【請求項５４】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末の形態をした少なくとも１つの金属および／または金属化合物および／または金属合金、例えば銀、銅、または金を添加剤として含有することを特徴とする、請求項５２または５３に記載の熱伝導集合体。
【請求項５５】
マトリックスが、熱伝導性であって５０℃より上の温度で溶融状態へ変化する少なくとも１つの材料および／または材料化合物および／または合金を微細な粒子または粉末の形態で添加剤として含有することを特徴とする、請求項５２〜５４に記載の熱伝導集合体。
【請求項５６】
ナノファイバの少なくとも一部分がナノチューブ、例えばシングルウォールドおよび／またはダブルウォールドナノチューブであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５７】
ナノファイバの少なくとも一部分が少なくとも１つの金属でコーティングされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５８】
カーボンから作られたナノファイバが、有機マトリックス中に埋め込まれる前に、２７００〜３１００℃の間の温度で熱処理またはグラファイト化ステップにさらされたナノファイバであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項１】
例えば少なくとも１つの電気または電子コンポーネントから構成されるか１つのそのようなコンポーネントを備える熱源（１）と、吸熱源（２）と、前記熱源と前記吸熱源の間に設けられた熱伝導材料から作られた中間層とを有する装置または配置であって、
中間層（３）がナノファイバを埋め込まれた有機マトリックスから構成されること、および熱源（１）および吸熱源（２）が、熱伝導面（１．１、２．１）によって約０．１〜１００バールの間の表面圧力で中間層（３）を圧していることを特徴とする装置または配置。
【請求項２】
有機マトリックスが、装置または熱源（１）の少なくとも動作温度で粘性または液体状態、例えば半液体状態であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
有機マトリックスが、室温、即ち１０〜３０℃の間の温度で既に粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
有機マトリックスが、３０℃よりも高い温度、例えば４０〜８０℃の間の温度で粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
有機マトリックスが、少なくとも１種の油、例えば合成油、例えばシリコーン油を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
有機マトリックスが、エラストマー、例えば完全または部分的に架橋エラストマー、例えば合成エラストマー、例えばシリコーンゴムを少なくとも部分的に含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
有機マトリックスが、少なくとも部分的にポリマー、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、またはポリエチレンであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
マトリックス中のナノファイバのパーセンテージが、中間層（３）の全集合体に対して１〜７０重量パーセントの間、好ましくは５〜２０重量パーセントの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
ナノファイバが約１．３ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚さを有し、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの大多数の長さ／厚さの比が１０よりも大きいことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
ナノファイバの長さが、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも大多数について、１μｍ〜１００μｍの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
中間層（３）の厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
ナノファイバの少なくとも一部分がカーボンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
ナノファイバの少なくとも一部分がチッ化ホウ素および／または炭化タングステンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）がランダムおよび／または絡み合った構成で配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）が、少なくとも大部分について、長手方向の同じ方向に、例えば隣接した熱移送面（１．１、２．１）に垂直または交差して、または熱移送面（１．１、２．１）に平行に、またはほぼ平行に配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
有機マトリックス中でナノファイバを配向し、および／またはその配向を維持する手段（９）、例えば有機マトリックス中に電界の強さを作り出す手段を特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも一部分が、２次元または３次元構造を形成し、前記構造の中で、ナノファイバが、例えば織物または織物類似構造、不織材料構造、および／または網または網類似構造の形態で相互にリンクされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
有機マトリックスが、例えばナノファイバのパーセンテージよりも低いパーセンテージで、更なる成分または添加剤を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末形態をした少なくとも１つの熱伝導セラミック、例えばＡｌ２Ｏ３、ＡＩＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＺｒＯを添加剤として含有することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末の形態をした少なくとも１つの金属および／または金属化合物および／または金属合金、例えば銀、銅、または金を添加剤として含有することを特徴とする、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
マトリックスが、熱伝導性であって５０℃を超える温度で溶融状態へ変化する少なくとも１つの材料および／または材料化合物および／または合金を、微細な粒子または粉末の形態で添加剤として含有することを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
ナノファイバの少なくとも一部分がナノチューブ、例えばシングルウォールドおよび／またはダブルウォールドのナノチューブであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
ナノファイバの少なくとも一部分が少なくとも１つの金属でコーティングされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
カーボンから作られたナノファイバが、有機マトリックス中に埋め込まれる前に、２７００〜３１００℃の温度で熱処理またはグラファイト化ステップにさらされたナノファイバであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
熱源（１）が少なくとも１つの電子コンポーネント、例えばダイオード、半導体スイッチまたは制御素子（トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ）によって形成されるか、集積コンポーネントによって形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
熱源（１）が、少なくとも１つの電気または電子コンポーネント（２４）を有する少なくとも１つの回路またはモジュールによって形成され、前記少なくとも１つの電気または電子コンポーネント（２４）が、ＤＣＢプロセスまたは能動はんだ付けプロセスを使用して製造された金属セラミック基板（２２）の上に置かれ、中間層（３）が、基板の１つのメタライゼーション（２２．３）と該メタライゼーションに隣接した１つの熱移送面（２．１）の間に置かれることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
熱源（１）がマイクロプロセッサによって形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
熱源（１）が少なくとも１つのダイオードまたはレーザダイオードバーであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
吸熱源（２）が、冷却フィン、冷却ピン、または類似の構造体を有する受動クーラ（１０）によって形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
吸熱源（２）が少なくとも１つの能動クーラ（１２）を備え、冷媒、例えば水が前記能動クーラを介して循環することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
少なくとも１つのクーラ（１２）が冷媒循環システムの一部分であることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
吸熱源が少なくとも１つのヒートパイプ（１７、２０）を備えること、および中間層（３）が、少なくとも熱源（１）とヒートパイプによって形成された１つの冷却面の間に設けられることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
１つのクーラまたは熱交換器（１８、２１）がヒートパイプ上に設けられ、好ましくは少なくとも１つの中間層が、ヒートパイプおよびこの熱交換器またはクーラの間に設けられることを特徴とする、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
ヒートパイプ（１７）がヒートポンプとして機能することを特徴とする、請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３５】
ヒートパイプ（２０）が熱スプレッダとして機能することを特徴とする、請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
熱源（１）と吸熱源（２）の間の中間層（３）を形成する熱伝導集合体、例えば熱伝導ペーストであって、ナノファイバを埋め込まれた有機マトリックスから構成されることを特徴とする熱伝導集合体。
【請求項３７】
有機マトリックスが、装置または熱源（１）の少なくとも動作温度で粘性または液体状態、例えば半液体状態であることを特徴とする、請求項３６に記載の熱伝導集合体。
【請求項３８】
有機マトリックスが、室温、即ち１０〜３０℃の間の温度で既に粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項３６または３７に記載の熱伝導集合体。
【請求項３９】
有機マトリックスが、３０℃よりも高い温度、例えば４０〜８０℃の間の温度で粘性または液体状態であることを特徴とする、請求項３８に記載の熱伝導集合体。
【請求項４０】
有機マトリックスが少なくとも１種の油、例えば合成油、例えばシリコーン油を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４１】
有機マトリックスがエラストマー、例えば完全または部分的に架橋エラストマー、例えば合成エラストマー、例えばシリコーンゴムを少なくとも部分的に含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４２】
有機マトリックスが、少なくとも部分的にポリマー、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン、またはポリエチレンてあることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４３】
マトリックス中のナノファイバのパーセンテージが、中間層（３）の全集合体に対して１〜７０重量パーセントの間、好ましくは５〜２０重量パーセントの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４４】
ナノファイバが約１．３ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚さを有し、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの大多数の長さ／厚さの比が１０よりも大きいことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４５】
ナノファイバの長さが、有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも大多数について１μｍ〜１００μｍの間にあることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４６】
中間層（３）の厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの間であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４７】
ナノファイバの少なくとも一部分がカーボンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４８】
ナノファイバの少なくとも一部分がチッ化ホウ素および／または炭化タングステンから作られることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項４９】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）がランダムおよび／または絡み合った構成で配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５０】
有機マトリックス中のナノファイバ（８）が、少なくとも大部分について、長手方向の同じ方向に、例えば隣接した熱移送面（１．１、２．１）に垂直または交差して、または熱移送面（１．１、２．１）と平行に、またはほぽ平行に配向されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５１】
有機マトリックス中に埋め込まれたナノファイバの少なくとも一部分が２次元または３次元の構造を形成し、前記構造の中で、ナノファイバが、例えば織物または織物類似構造、不織材料構造、および／または網または網類似構造の形態で相互にリンクされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５２】
有機マトリックスが、例えばナノファイバのパーセンテージよりも低いパーセンテージで、更なる成分または添加剤を含有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５３】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末の形態をした少なくとも１つの熱伝導セラミック、例えばＡｌ２Ｏ３、ＡＩＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＺｒＯを添加剤として含有することを特徴とする、請求項５２に記載の熱伝導集合体。
【請求項５４】
有機マトリックスが、微細な粒子または粉末の形態をした少なくとも１つの金属および／または金属化合物および／または金属合金、例えば銀、銅、または金を添加剤として含有することを特徴とする、請求項５２または５３に記載の熱伝導集合体。
【請求項５５】
マトリックスが、熱伝導性であって５０℃より上の温度で溶融状態へ変化する少なくとも１つの材料および／または材料化合物および／または合金を微細な粒子または粉末の形態で添加剤として含有することを特徴とする、請求項５２〜５４に記載の熱伝導集合体。
【請求項５６】
ナノファイバの少なくとも一部分がナノチューブ、例えばシングルウォールドおよび／またはダブルウォールドナノチューブであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５７】
ナノファイバの少なくとも一部分が少なくとも１つの金属でコーティングされることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【請求項５８】
カーボンから作られたナノファイバが、有機マトリックス中に埋め込まれる前に、２７００〜３１００℃の間の温度で熱処理またはグラファイト化ステップにさらされたナノファイバであることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の熱伝導集合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００６−５２７９１２（Ｐ２００６−５２７９１２Ａ）
【公表日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１５６６６（Ｐ２００６−５１５６６６）
【出願日】平成１６年６月２日（２００４．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００４／００１１１５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４４０４
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（５０５４６５０７０）キュラミック エレクトロニックス ゲーエムベーハー (2)
【出願人】（５０５４６５０８１）エレクトロバック アーゲー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２日（２００４．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００４／００１１１５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４４０４
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（５０５４６５０７０）キュラミック エレクトロニックス ゲーエムベーハー (2)
【出願人】（５０５４６５０８１）エレクトロバック アーゲー (1)
【Ｆターム（参考）】
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