DE202009017662U1 - Thermal paste High temperature range, non-conductive based on natural stone flour, oil emulsion and various additives - Google Patents
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Abstract
Wärmeleitpaste, dadurch gekennzeichnet, dass sie zu 50 bis 80 Gew% aus einem Füllstoff von Natursteinmehl in Partikelgrößen zwischen 10 bis 30 nm und zu 20 bis 50 Gew% aus einem Matrixmaterial auf Basis einer Silikonölemulsion besteht.Thermal paste, characterized in that it consists of 50 to 80% by weight of a filler of natural stone powder in particle sizes between 10 to 30 nm and 20 to 50% by weight of a matrix material based on a silicone oil emulsion.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeleitpaste, insbesondere eine Wärmeleitpaste aus Kohlenstoff mit biologisch neutraler Matrix. Die Paste wird zur Herstellung einer Wärme leitenden Verbindung zwischen einem elektronischen Bauteil, wie z. B. einem Computerchip, oder einem elektrischen Bauteil, wie einem Leistungshalbleiter, und einem Kühlsystem verwendet.The The present invention relates to a thermal grease, in particular a thermally conductive paste made of carbon with biologically neutral Matrix. The paste is used to make a heat conductive Connection between an electronic component, such. B. one Computer chip, or an electrical component, such as a power semiconductor, and a cooling system used.
Elektrische Geräte produzieren aus einem Teil der ihnen zugeführten Elektroenergie Verlustwärme, welche zur Verhinderung von Ausfällen der elektronischen Komponenten abgeführt werden muss.electrical Devices produce from a part of them Electric energy loss heat, which is used to prevent Failures of the electronic components dissipated must become.
Allgemein bekannt sind Vorrichtungen zur Kühlung von elektrischen Bauelementen durch Kombinationen von Kühlkörpern (passive Kühlung) und geeigneten Lüftern.Generally Devices are known for cooling of electrical Components by combinations of heat sinks (passive cooling) and suitable fans.
Aber auch in vielen anderen elektrischen Geräten des täglichen Bedarfs wie etwa bei der Kfz-Elektronik, Waschmaschinen, Geschirrspüler, Geräte mit Regelelektronik wie Bohrmaschinen usw., Radio, Fernseher, Maschinensteuerungen, Spannungssteller im Kraftwerk, Windgeneratoren oder Solaranlagen müssen elektrische Bauteile gekühlt werden. Auch in diesen Fällen wird Wärmeleitpaste zum Ausgleich von Unebenheiten der Oberflächen zwischen einem Halbleiter oder Leistungshalbleiter und Kühlkörper oder Wärmetransportsystem eingesetzt.But also in many other everyday electrical appliances Demands such as in the automotive electronics, washing machines, dishwashers, appliances with control electronics such as drills, etc., radio, TV, machine controls, Voltage regulator in the power plant, wind generators or solar systems electrical components must be cooled. Also In these cases, thermal grease is compensated of unevenness of the surfaces between a semiconductor or power semiconductors and heat sink or heat transport system used.
Damit die Kühlung effektiv ausgeführt werden kann, muss die Verbindung von dem zu kühlenden elektronischen Bauteil zum Kühlsystem eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Daneben sind auch bestimmte, in jeder elektronischen Baueinheit vorhandene, Herstellungstoleranzen auszugleichen. Bei der Montage von Chips mit Hilfe der sogenannten Schaltungsverbindungstechnik mit gesteuerter Anbindung treten auf Grund von Schwankungen der Größe und Form der zum Verbinden eines Chips mit einer Leiterplatte verwendeten Lötknötchengruppen beträchtliche Schwankungen der Chiphöhe und -neigung gegenüber der Leiterplatte auf. Die elektrischen Anschlüsse der Chips sind sehr zerbrechlich, und die wärmeleitende Verbindung muss ein bestimmtes Maß an unterschiedlicher Bewegung der einzelnen, eine elektrische Systemgruppe bildenden Chips zulassen. Ebenso führen Herstellertoleranzen zu unterschiedlich großen Abständen zwischen Chip und Kühlsystem. Zusätzliche gibt es topographische Unebenheiten, wie etwa in elektronischen Bauteilen eingravierte Kennzeichen, zu überbrücken. Ähnliche Anforderungen gibt es auch bei anderen zu kühlenden Bauteilen.In order to the cooling must be able to be carried out effectively the connection of the electronic component to be cooled to the cooling system a high thermal conductivity have. In addition, certain, existing in each electronic module, Compensate for manufacturing tolerances. When mounting chips with the help of so-called circuit connection technology with controlled Connection occurs due to variations in size and shape used for connecting a chip to a circuit board Lötknötchengruppen considerable fluctuations the chip height and tilt with respect to the circuit board on. The electrical connections of the chips are very fragile, and the thermally conductive connection needs a certain degree of different movement of the individual, an electrical system group allow forming chips. Likewise, manufacturer tolerances lead to different distances between chip and cooling system. Additional there are topographical Unevenness, such as engraved in electronic components License plate to bridge. Similar requirements There are also other components to be cooled.
Die Kombination geometrischer Variationen und Toleranzen steht dem Ziel entgegen, eine gute Wärmeleitung mittels einer sehr dünnen Schicht Paste zwischen bestimmten Bauteilen und dem Kühlsystem zu erreichen. Trotz der anzutreffenden Schwierigkeiten ist eine gute Wärmeleistung immer noch erreichbar, wenn eine Paste mit guter Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Eine solche Paste wird im Allgemeinen bei Raumtemperatur auf die Oberfläche des zu kühlenden elektronischen Bauteils aufgebracht, woraufhin das Kühlsystem aufgesetzt wird.The Combination of geometric variations and tolerances is the goal contrary, a good heat conduction by means of a very thin Layer paste between specific components and the cooling system to reach. Despite the difficulties encountered, one is good heat output still achievable when a paste with good thermal conductivity is used. A Such paste is generally applied to the surface at room temperature applied to the electronic component to be cooled, whereupon the cooling system is put on.
Der Einsatz bekannter, herkömmlicher Wärmeleitpasten hat zu mäßig guter Wärmeübertragung geführt. Eine üblicherweise eingesetzte Paste enthält ein Gemisch von Zinkoxid in Mineralöl oder Silikonöl. Solche Pasten besitzen eine Wärmeleitfähigkeits-Obergrenze von 1 W/mK. Eine etwas verbesserte Wärmeleitpaste enthält als wärmeleitfähige Komponente Aluminiumoxid und weist eine maximale Wärmeleitfähigkeit von 2 W/mK auf. Solche Pasten mit geringer Wärmeleitfähigkeit sind jedoch den Anforderungen für neue Computergenerationen mit noch höherer Integrationsdichte bei gleichzeitig erhöhter Prozessorleistung oder von moderner Leistungselektronik in zunehmendem Maße nicht gewachsen.Of the Use of known, conventional thermal compounds has led to moderately good heat transfer. A commonly used paste contains a Mixture of zinc oxide in mineral oil or silicone oil. Such Pastes have a thermal conductivity upper limit from 1 W / mK. Contains a slightly improved thermal grease as a thermally conductive component alumina and has a maximum thermal conductivity of 2 W / mK on. Such pastes with low thermal conductivity However, these are the requirements for new computer generations with even higher integration density and increased at the same time Processor performance or of modern power electronics in increasing Measures not grown.
In
In
der Gebrauchsmusterschrift
Die
Wärmeleitfähigkeit der Gebrauchsmusterschrift
Es gibt im Handel auch Wärmeleitpasten, die mit Partikeln aus Metallen gefüllt sind, die eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Dazu gehören vor allem Kupfer, Aluminium und Silber. Silberbasierende Pasten erreichen Wärmeleitfähigkeiten von bis zu 9 W/mK, sind jedoch sehr teuer und besitzen ein allergenes Potential. Daneben ist die Langzeitwirkung von auf Metall basierenden Pasten umstritten, da diese Metalle eine gewisse Duktilität aufweisen, also bei erhöhten Temperaturen und Druck fließen, und somit der wärmeleitende Kontakt im Laufe der Zeit abnehmen kann. Damit sind sie nicht verwendbar für Geräte, die im Lebensmittelnahen Bereich eingesetzt werden, da hier mögliche toxische Emissionen auftreten.It There are also commercially available thermal transfer pastes containing particles made of metals that have a particularly high thermal conductivity have. These include mainly copper, aluminum and Silver. Silver-based pastes achieve thermal conductivities of up to 9 W / mK, but are very expensive and have an allergenic Potential. In addition, the long-term effect of metal-based Pasts controversial, because these metals have a certain ductility have, ie at elevated temperatures and pressure flow, and thus the heat-conducting contact will decrease over time can. So they are not usable for devices, which are used in the food sector, as possible here toxic emissions occur.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmeleitpaste bereitzustellen, welche durch ihre Wärmeleitfähigkeit von mehr als 10 W/mK auch die Anforderungen für moderne Elektronik erfüllt, die eingestellte Viskosität auch im Hochtemperaturbereich einhalten und damit langzeitstabil ist, preiswert herzustellen sowie ungiftig und biologisch unbedenklich ist.The Object of the present invention is to provide a thermal paste to provide, which by their thermal conductivity from more than 10 W / mK also the requirements for modern Electronics met, the viscosity set also in the high temperature range and thus long-term stable is inexpensive, as well as non-toxic and biologically harmless is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Wärmeleitpaste bereitgestellt wird, welche auf Basis von Natursteinmehl und synthetischem Silikonöl sowie Stäke, Wasser und Geliermittel hergestellt wird.These The object is achieved according to the invention that a thermal compound is provided, which on Base of natural stone flour and synthetic silicone oil as well Stäke, water and gelling agent is produced.
Natursteinmehl biologisch inert und lässt sich abbauen.Natural stone powder biologically inert and can be degraded.
Der Naturstein kann durch verschiedene Mahlverfahren auf Körnungen von 10 bis 30 Nanometer gemahlen werden. Diese kleine Korngröße ist für die erfindungsgemäße Paste notwendig, um topographische Unebenheiten an den elektronischen Bauteilen auszugleichen.Of the Natural stone can be applied to grains by various grinding methods from 10 to 30 nanometers. This small grain size is necessary for the paste according to the invention, to compensate for topographic bumps on the electronic components.
Je nach Korngröße lässt sich vor allem die Kompressibilität der Paste in einem gewissen Maße modifizieren.ever The particle size makes it possible, above all, to compressibility modify the paste to some extent.
Der Gesamtanteil des Natursteinmehls in der Paste kann zwischen 50 bis 80 Gew% liegen.Of the Total content of natural stone flour in the paste can be between 50 to 80% by weight.
Die mit einer erfindungsgemäßen Paste erzielten Wärmeleitfähigkeiten liegen zwischen 10 und 15 W/mK und genügen damit den Anforderungen modernster Elektronik und übertreffen den Wert der leitfähigsten kommerziell erhältlichen Wärmeleitpasten. Optional können einer erfindungsgemäßen Wärmeleitpaste noch Additive wie z. B. entfettetes Russ beigesetzt werden. Diese Additive können die Wärmeleitfähigkeit und Verarbeitbarkeit der Paste noch weiter verbessern.The achieved with a paste according to the invention thermal conductivities are between 10 and 15 W / mK and thus meet the requirements of the most modern Electronics and surpass the value of the most conductive commercially available thermal paste. optional can a thermal paste according to the invention still additives such. B. degreased soot be buried. These Additives can improve the thermal conductivity and processability of the paste even further.
Als Matrixmaterialien kommen für die erfindungsgemäße Wärmeleitpaste bevorzugt biologisch neutrale Silikonöle zum Einsatz. Dazu gehören Silikonölemulsionen auf Basis von synthetischen Silikonölen sowie Stärke, Wasser und Geliermittel. Je nach gewünschter Konsistenz der Wärmeleitpaste können die Matrixmaterialien miteinander kombiniert werden. Diese können auch noch verschiedene Additive enthalten, welche die Verarbeitbarkeit und/oder Beständigkeit der Paste verbessern.When Matrix materials come for the invention Thermal paste preferably biologically neutral silicone oils for use. These include silicone oil emulsions based on synthetic silicone oils and starch, Water and gelling agent. Depending on the desired consistency the thermal compound can be the matrix materials be combined with each other. These can also be different Contain additives that the processability and / or durability improve the paste.
Erfindungsgemäße Pasten lassen sich des Weiteren rückstandsfrei durch geeignete Reinigungsmittel von elektronischen Bauteilen oder anderen Substraten entfernen.invention Furthermore, pastes can be prepared without residue by means of suitable Cleaning agents of electronic components or other substrates remove.
Die fertigen Pasten lassen sich mit bekannten Verfahren in die herkömmlichen Behältnisse für Wärmeleitpasten, wie etwa Kunststoffspritzen, Dosen, Kartuschen, Eimer und geeignete Fässer abpacken.The finished pastes can be prepared by conventional methods in the conventional Containers for thermal compounds, such as about plastic syringes, cans, cartridges, buckets and suitable Pack barrels.
Die so hergestellten Wärmeleitpasten wurden erfolgreich für die Kühlung verschiedener elektronischer Bauteile in Computern und andren elektronischen Geräte eingesetzt.The Thermal compounds prepared in this way were successfully used for the cooling of various electronic components in computers and other electronic devices.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 202004017339 U1 [0009, 0010, 0010] - DE 202004017339 U1 [0009, 0010, 0010]
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2009
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