柔顺性纤维导热接合层制造技术

一种纤维导热接合层。此种接合层含有：以基本上直立的取向嵌入胶合剂中的植入导热纤维（３２），纤维的一部分伸出胶合剂。并且在伸出胶合剂的纤维（３４）各部分之间的空间填入封闭剂（３０），和一个在接合层的至少一个外表面上的分离衬垫。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
工业上的一种普遍采用的技术是用导热油脂或者油脂样的材料，单独地或者涂在载体上，跨物理接合层传导过剩的热量。然而，在表面的平滑性出现大的偏差导致配合面之间出现缝隙，或者在由于其它的原因，例如表面高度的变化、生产公差等，而在配合表面之间存在大的缝隙时，这些材料的性能受到破坏或者说变差。当这些材料的导热能力受破坏时，受冷却装置的性能就受到不利的影响。本专利技术提供可以有效地进行跨物理接合区传热的纤维接合层。在本专利技术的一个方面，提供有一种夹在两层可取掉的纸或者说分离衬垫之间的纤维接合层材料。此接合层包含植入的，例如电、机械、气动等植入的导热纤维，以基本上直立的取向嵌入胶合剂或者说粘性物质中，纤维各部分伸出胶合剂。伸出胶合剂的纤维各部分之间的空间留下一填入封闭剂，在纤维端上留下一种游离的纤维结构。本专利技术的另一个方面是一种制造纤维接合层的方法。在此方法中，提供要求长度的导热纤维，并且在需要时，对它进行清洁。在一种分离衬垫上涂以胶合剂或者粘性物质，然后把纤维植入到分离衬垫上，从而把纤维嵌入到胶合剂或者粘性物质中，纤维的一部分地伸出胶合剂。固化胶合剂，并且在纤维之间的空间中填入可固化的封闭剂。在纤维的末端上放置第二张分离衬垫。将在纤维上带有分离衬垫的在胶合剂中的纤维进行压缩，此时在纤维之间的空间中填有封闭剂，压缩至小于标称纤维的长度，并且夹持在被压缩的高度。其后，在受压缩的同时把封闭剂固化，得到一种游离纤维尖端结构，其纤维尖端伸出胶合剂和封闭剂(如后文所述也可以同时固化胶合剂和封闭剂)。附图说明图1A、1B和1C是示意图，示出电植入胶合剂中的纤维，被压入胶合剂而得到大致均匀地从胶合剂伸出的纤维；而图2是示意图，示出纤维和游离纤维的尖端之间的封闭剂。接合层材料最好具有低的体积热阻和低的接触热阻。适合的材料是与配合表面相协调的材料，例如湿润表面的材料。体积热阻可以表达为材料厚度、导热性和面积的函数。接触热阻是材料能够如何良好地与配合表面接触的量度。接合层的热阻可以表达如下Θ接合层=t/kA+2Θ接触式中Θ为热阻；t是材料厚度；k是材料的导热率；和A是接合层面积。t/kA项代表材料的体积热阻而2Θ接触是两个接合层上的接触热阻。良好的接合层材料应当有低的体积热阻和低的接触热阻，即配合面上热阻低。许多应用要求接合层材料适宜制造产生的不平整性，和/或由于热膨胀系数(CTE)不匹配产生的部件翘曲。k值低的材料，如导热油脂，在接合层薄的时候性能良好。如果接合层的厚度增加到0.002英寸，导热性能就可能急剧地下降。另外，对于这样的应用，配合部件之间的CTE的差别引起此缝隙随各个温度或者电源周期膨胀和收缩。接合层厚度的变化可能造成从接合层排出流体的接合层材料(如油脂)。面积大的接合层更容易在生产时偏离表面的平整性。为了使热性能理想化，接合层材料必须能够适应不平的表面从而有较低的接触热阻。理想的接合层材料具有高的导热率和高的机械柔顺性，例如在受力时弹性地弯屈。高的导热率降低了公式1中的首项，而高的机械柔顺性降低第二项。均衡的导热纤维材料可以同时达到这两个目的。适当地取向，导热纤维跨在配合表面之间的距离上，从而能够在表面彼此之间有连续的高导热率的通道。如果纤维是柔性的并且能够在其尖端区活动，就可以与表面有较好的接触。这会产生良好的表面接触并且会使接合层材料的热阻最小化。为了散热或者说能够外部散热，可在要冷却的部件和外散热器件诸如散热片等之间施加接合层材料。这样接合层材料就可以适应制造引起的，来自受冷却的部件和散热的表面部件双方的不平整性。接合层材料可以施加在散热表面，例如散热器、热管、热板、热电堆致冷装置等上，也可以施加在冷却的部件表面上。散热器件可以以任何常规的方法用弹簧夹卡、螺栓或者胶合剂等附着在可冷却的部件上。接合层材料可以制造如下把合适的导热纤维例如钻石纤维、碳纤维、石墨纤维、金属纤维，如铜纤维和铝纤维，等切成例如0.0005到约0.250英寸长度，而且直径约大于3微米到约100微米。在本专利技术中，最好直径约为10微米。理想的纤维导热率约大于25W/mk。可用的纤维类型包括可由Amoco公司供应的标号为K-1100、K-800、P-120、P-100、P-79和T50者；以及Tory公司的标号为M46J和M46JB的产品。在需要时把纤维加以清洁。清洁纤维会除去任何覆在纤维上的任何覆层。有些市售纤维有施加在表面上的镀层，最好清洁去掉。清理方法之一是在空气中加热纤维以烧掉覆层，也就是定位尺寸。然而也可以使用化学清洁方法。为了制造接合层，首先对分离衬垫或者涂蜡的硅酮覆层的纸或者其它片料上施胶合剂或者粘性物质。也可以使用一种转载带材料，此种材料一般地以片或者卷的形式出售，并且包括预先涂在分离衬垫或者说载体上的胶合剂。分离衬垫或者涂层的纸可以要么是导电的，要么是足够地薄(薄于0.005英寸)，以免妨碍用金属的衬板产生电埸。最好是，胶合剂产生低应力胶连或者附着力。这可以是含有硅酮凝胶(例如通用电气公司(General Electric Corporation)出品的RTV6166)的粘性物质，也可以使用未固化的环氧树脂、凝胶、喷淋填料、硅酮、有机硅酮、BMI或者氰酸酯等。把纤维植入一种胶合剂，例如用电植入法，把纤维嵌入胶合剂中，如图1A所示。电植入法是一种公知的工艺，把两个分开一定距离的极板，加上相反极性的电荷。这个工艺由Bolgen(Bolgen Stig W.,“Flocking Technology”,Journal of Coated Fabrics,Volume 21,Page 123,1991)总括地说明，并且由Shigematsu在“Application of ElectrostaticFlocking to Thermal Control Coating”,Proceedings of the 14thInfernational Symposium on Space Technology and Science,1984,Page583中，和Kato在“Formation of a Very Low-reflectamce Surface byElectrostatic Flocking”,Pcroceedings ofthe 4thEuropean Symposium onSpace Environmental and Control Systems,1 991,Page 565中专门对电植入碳纤维加以说明。本文参引这些文献。在电植入过程中，在一个极板上的纤维拾取极板上的电荷后被吸到对面的极板上。在它们撞到对面极板上时嵌入到胶合剂中。如果它们开始时没有粘上，纤维就会在极板之间来回弹跳直到它们要么嵌入到胶合剂中，要么逸出电埸，要么去掉了极板的电荷。这样得到的纤维结构与电力线是对准的，也说有基本上直立的取向和天鹅绒样的外观。机械植入法涉及把覆胶物体在一系列快速旋转的辊或者搅拌棒上通过使基片振动，利用重力把纤维从料斗加到基片上。辊或者搅拌棒产生的振动为纤维定向并将纤维驱入胶合剂。除去多余的纤维，得到基本上直立取向的纤维，气动植入用气流把纤维发送到一个附胶的表面。在飞行中，纤维本身沿气流方向对齐然后以取向了的方式嵌入胶合剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接合层，含有：可以在两个主体之间传热的游离纤维尖端结构，和至少一个分离衬垫，所述的游离纤维尖端结构含有：以基本上直立的取向嵌入胶合剂中的植入导热纤维，纤维的一部分伸出胶合剂，并且在伸出胶合剂的纤维各部分之间并于纤维的游离尖端之下，填入封闭剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔R平特，南希F迪安，威廉B威利特，埃米格廷斯，查尔斯史密斯，
申请(专利权)人：约翰逊马太电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]