本发明涉及热管理，例如对电热源的废热的热管理。特别地，公开了一种用于导热地传输热的热桥和一种用于制造这种热桥的方法。
背景技术：
1、热管理的效率通过热桥的热导率λth或其倒数热阻rth来描述。在热桥的热路径中，热从作为热源(也称为热点hotspot)的电气构件传递到冷却体，其作为散热器将热例如排出到环境中。多组件热桥的制造更简单，并且可以与不同的电热源和热源的不同安装位置灵活地组合。
2、然而，热路径中的各个界面增加了热桥的热阻。原则上，热传输是基于热传导、热对流和热辐射这三种物理效应中的至少一种。尤其是为了有效的热传导，两个固体面之间的热接触是重要的。
3、与固体表面之间的直接接触相比，导热材料提供了在这种界面处的热传导的改善，该导热材料在专业用语上也被称为热界面材料(thermal interface material-tim)。虽然热界面材料进一步增加界面的数量，但是热传导的改善基于挤出在微观粗糙固体表面的接触点之间的空气层。
4、然而，在冷却体和热界面材料的常规的接合中，接合面可能在单独的制造、储存和运输之后，例如由于氧化层、灰尘或冷凝水，在微观上被污染。此外，接合面可能由于在接合时的操作而被污染。由此，传统的热桥的热导性无法达到基于在接合面处使用的热界面材料可能实现的传导性。
技术实现思路
1、因此，本发明的目的在于，改善多组件热桥的效率。替代的或更具体的目的在于，经由多个热负载循环而维持多组件热桥的效率。
2、这个或这些目的分别借助独立权利要求的特征来解决。本发明的符合目标的设计方案和有利的改进方案在从属权利要求中给出。
3、一方面，涉及一种用于导热地传输热的热桥。热桥包括散热区段和吸热区段。散热区段具有接合面和与接合面间隔开的散热面。散热区段从接合面直至散热面包括热桥的第一材料组分。散热区段构造用于，将热从接合面导热地传输到散热面，并且在散热面处排出。此外，热桥包括在接合面上与散热区段材料配合地连接的吸热区段。吸热区段具有能通过压紧力成型的(例如塑性的或弹性的)热接触面。吸热区段从接合面直至热接触面包括热桥的、借助增材式熔融涂覆构造的第二材料组分。第二材料组分与第一材料组分不同。吸热区段构造用于，在热接触面处吸收热，并且经由材料配合的连接将热从吸热区段导热地传输到散热区段。
4、由于增材式熔融涂覆的(例如与部件在单独制造之后、在室温下的传统接合相比，更大的)温度(和/或由于接合面处的分叉部)，热桥的实施例可以在接合面处具有与传统的热桥相比减小的热阻。例如通过在增材制造时两个材料组分的材料配合，更好地(例如更全地或完全地)挤出接合面上的空气，因为在加工的时间点(例如在第二材料组分第一次熔融涂覆在第一材料组分上时)，在散热区段和吸热区段之间产生材料配合。
5、热桥的相同的或另外的实施例也能够由于增材式熔融涂覆的(例如与单独制造的部件在室温下的通常的接合相比，更大的)温度(和/或由于在接合面上的分叉部)，在不同的第一和第二材料组分的热膨胀率和收缩率不同的情况下，在接合面(例如在热界面材料和冷却体之间的连接)上获得材料配合，和/或防止由于机械应力引起的热接触的松脱(专业用语中也称作“跳出pump-out”)。
6、可成型的热接触面可以构造用于，机械地和热力地接触所传输热的(例如电的)热源。例如，热接触面可以通过压紧力全面地润湿(benetzen)热源的表面，以便最小化热阻。
7、可成型的热接触面可以是弹性的或塑性的。例如，塑性的热接触面可以通过一次性的压紧而能成型或已成型在热源的表面上，和/或附着在表面上。替代地或补充地，弹性的热接触面可以通过例如在壳体的壳体壁和热源的表面之间的热桥的压配合或热桥的持久弹性的力配合，能成型或已成型到表面上。
8、塑性和弹性也可以在第二材料组分中组合地存在，例如其方式是，在超过弹性极限时，就会出现成型的塑性。替代地或补充地，第二材料组分可以是粘弹性的。例如，向热源表面上的初始的弹性成型，在预定时间之后，可以转变成塑性成型。由此，能够在热源上实现实验性的成型和/或吸热区段的位置的校正。
9、热源可以是电气构件或电路板的部分。热接触面例如可以直接接触电路板，并且例如在作为热导体的金属导体电路的共同作用下，由此间接地将构件的热通过电路板传输。构件可以被布置在电路板的与热接触面相接触的部分的背离吸热区段的一侧上，或者布置在电路板的被接触部分旁边的、朝向吸热区段的一侧上。
10、替代地或补充地，热接触面可以与构件的侧面热接触，该侧面(例如基本上)垂直于电路板延伸。也即，通过热桥确定的热路径能够平行于电路板走向，和/或构件能够侧向地被接触。
11、第二材料组分的熔融涂层可以具有塑性的、粘性的、弹性的或粘弹性的稠度。替代地或补充地，第二材料组分在熔融涂覆时的颗粒大小可以小于在室温时的颗粒大小，和/或第二材料组分在熔融涂覆时的粘度可以小于在室温时的粘度。替代地或补充地，第二材料组分的熔融涂层可以蠕变到接合面的不平度或微观的粗糙度中，并且例如代替空气填满该不平度或微观粗糙度。替代地或补充地，在第二材料组分的熔融涂覆过程中(例如在高于室温的温度下加工时)，与在室温下在热界面材料与冷却体之间或热界面材料与分热器之间的常规接合(例如在冷却体或分热器的常规装配中)相比，更大的分子迁移率和/或改进的交联是可能的。
12、因为热桥包括分别具有第一或第二材料组分的散热区段和吸热区段，热桥也可以被称为多组分热桥。
13、散热区段可以包括冷却体(技术用语上也称作：散热器heatsink)和/或分热器(技术用语上也称作：均热器heatspreader)。
14、吸热区段和/或中间区段可以利用热界面材料(tim)作为第二材料组分通过增材制造(additive fertigung，am)来制造。由此可以实现根据需要进行控制的生产能力(按需生产能力on-demand-fertigbarkeit)。例如件数可以等于1，和/或其可以用户定制地制造。替代地或补充地，第二材料组分不必提前被批量生产。由此可以消除(例如在产品开发和/或生产开发时)附加的技术开发的耗费。
15、替代地或补充地，吸热区段和/或中间区段借助热界面材料的增材制造，可以在制造过程期间、或者作为制造过程的一部分能够被检验。
16、替代地或补充地，吸热区段和/或中间区段的借助热界面材料的增材制造可以改善过程可靠性和过程稳定性。例如，热界面材料可以被可再现地施加。在开发阶段的原型的资格可以符合系列部件的资格。
17、电气构件可以作为热源产生被吸收的和被传输的热。电气构件可以例如作为在吸热区段的增材制造期间的嵌入部件，嵌入到吸热区段的第二材料组分中。
18、热(也称为热能)可以包括热力学能量，例如无序的微观移动的能量。
19、导热地传输，即热传导(也称为热扩散或传导)包括热能的传输。与热对流相区别，热传导可以在没有(例如宏观的)物质流的情况下传输热。与热辐射相区别，热传导(例如仅)可以在物质中和/或在没有(例如宏观的)电磁辐射的情况下传输热。根据热力学第二定律，即，在产生熵的情况下，热传导能够将热朝温度较低的方向传输。在此没有热能损失，即，符合能量守恒。
20、替代地或补充地，热桥的第一和/或第二材料组分可以包括介电固体(例如电绝缘体)。在介电固体中，热传导(例如仅)可以通过晶格振动(也称为声子)被传输。在此，原子的无序运动的能量可以在相邻的原子之间交换。所有电子可键合在原子上，因此对热传导没有贡献。
21、替代地或补充地，热桥的第一和/或第二材料组分可以包括导电固体(例如金属)。在导电固体中，电子也可以传输热，并因此对热传导有所贡献。
22、流体、即液体和气体，原则上可以导热。与对流相区别，在纯热传导的情况下，在流体中不形成宏观的物质流、例如不形成涡流。轻的原子或分子比重的原子或分子更好地传导热，因为它们在相同的能量含量下更快地运动。
23、优选地，热桥的第一和/或第二材料组分不包括流体(例如不包括液体)，由此接合面、散热面、和/或热接触面具有确定的或预定的(例如塑性的或弹性的)形状。替代地或补充地，热桥的第一和/或第二材料组分不包括流体(例如不包括气体)，因为例如由于小的剪切力和/或在气体的情况下由于小的密度，其热传导是小的。
24、热桥可以仅包括第一材料组分和第二材料组分。
25、散热区段和/或吸热区段可以各自是整体一体的。
26、材料配合的连接可以在吸热区段和散热区段之间的过渡区域中包括第一材料组分和第二材料组分。替代地或补充地，接合面可以(例如多倍地)大于热接触面。
27、接合面可以具有嵌入到第二材料组分中的第一材料组分的分叉部或蜂窝结构。
28、热桥，例如散热区段，可以包括冷却体和/或分热器。
29、分热器在专业用语上也可以称作均热器(heatspreader)。均热器可以包括铜作为第一材料组分。冷却体可以包括铝作为第一材料组分。替代地或补充地，均热器和冷却体能够是整体一体的。
30、散热面可以(例如多倍地)大于热接触面和/或接合面。
31、热桥的散热区段可以构造用于，将热在散热面处扩散地、放射地或对流地排出。
32、散热区段，例如分热器，可以构造用于，将热通过热传导排出到冷却体。替代地或补充地，散热区段或冷却体可以构造用于，将热通过热辐射和/或热对流排出到散热面的周围环境中。
33、散出区段(例如作为均热器)可以构造用于，将热通过热传导(即，扩散地)排出到冷却体。替代地或补充地，散热区段(例如作为冷却体)可以构造用于，将热通过热辐射(即，放射地)、和/或热对流(即，对流地)排出到散热面的周围环境。
34、第一材料组分可以包括金属(例如合金)。替代地或补充地，第二材料组分可以包括，在标准条件或正常条件下，塑性的、弹性的、粘性的或粘弹性的导热材料。
35、第一材料组分可以是金属的(例如金属合金)。第一材料组分可以包括铜或铝。
36、替代地或补充地，第二材料组分可以是电绝缘的。
37、标准条件可包括和100.000kpa＝1.000bar。正常条件可包括和101.325kpa＝1.01325bar＝1大气压。导热材料可以在专业用语中也被称为热界面材料(tim)。
38、散热区段、冷却体和/或分热器能够被挤压(extrudiert)(例如通过挤压加工(strangpressen)而制造)、被铸造、和/或被烧结、和/或通过切削加工被制造或被再加工、和/或由第一材料组分借助于增材式熔融涂覆来制成。
39、铸造可以是压铸或金属粉末注射成型(例如包括脱合和烧结步骤)。烧结可包括基于烧结的增材制造。替代地或补充地，散热区段、冷却体和/或分热器可以是切削加工或再加工(例如铣削)的结果，其例如由半成品、和/或在挤压之后或在铸造之后进行。
40、替代地或补充地，散热区段、冷却体和/或分热器能够增材制造。由此，可以实现根据需要控制的生产能力(按需生产能力on-demand-fertigbarkeit)。例如，件数可以等于1，和/或可以用户定制地制造。替代地或补充地，第一材料组分不必预先被批量生产。由此可以消除附加的(例如在产品开发和/或生产开发时)技术开发的耗费。
41、替代地或补充地，吸热区段可以借助第二材料组分的增材式熔融涂覆、或通过施加第二材料组分，材料配合地在散热区段的接合面上被制造。第二材料组分可以借助于注射器、筒或管来施加。
42、散热区段的散热面可以是第二接合面。此外，热桥可以包括在第二接合面上与散热区段材料配合地连接的中间区段。中间区段可以具有能通过压紧力成型的(例如塑性的或弹性的)第二热接触面。中间区段从第二接合面直至第二热接触面可以包括借助增材式熔融涂覆而构造的第二材料组分。中间区段可以构造用于，将热经由材料配合的连接从散热区段的第二接合面导热地传输到第二热接触面。
43、第二接合面和第二热接触面之间的中间区段的第二宽度，可以小于吸热面和接合面之间的吸热区段的第一宽度。
44、第二热接触面可以构造用于，将热排出到与第二热接触面已连接或能连接的冷却体上。
45、散热区段可以由第一材料组分增材制造而成。
46、例如，均热器能够(例如借助于增材式熔融涂覆)在(例如被挤压的或增材制造的)冷却体上被增材制造。
47、中间区段能够增材制造在冷却体上。散热区段可以是由在中间区段上的第一材料组分增材制造的分热器。
48、散热区段的散热面可以是第二接合面。热桥还可以包括连接件，该连接件被构造用于，在第二接合面塑性变型的情况下，将散热区段的第二接合面与冷却体压紧在一起，用以建立导热的连接。
49、第二接合面的塑性变型能够使粗糙度(例如微观的表面尖端)以塑性的方式降低，和/或将散热区段与冷却体材料配合地连接。由此可以减小在塑性变型的情况下建立的连接处的热阻。连接件能够包括至少一个螺纹连接。
50、(第一)接合面和第二接合面可以是散热区段的相对置的侧面。替代地或补充地，散热区段的(第一)接合面和第二接合面可以例如在散热区段的棱边处彼此邻接。替代地或补充地，(第一)接合面和第二接合面可以互相垂直。由此，热路径(即，热传输路径)可以改变其方向，例如改变90°。
51、具有一致方向的热路径也被称为单轴线的。具有多个(例如顺序的)方向改变的热路径也被称为多轴线的热路径。多轴线热路径的实施例可以允许，热接触面在任一预定侧或多个侧与热源热力地(和机械地)接触。
52、借助在吸热区段中的增材式熔融涂覆，能够引入用于检测温度的温度传感器、或用于容纳温度传感器的凹部。替代地或补充地，借助于在吸热区段中的增材式熔融涂覆，能够引入用于对流地传输热的热管、或用于容纳热管的凹部。
53、温度传感器可以包括金属件(例如具有温度相关的导电率的金属丝)，所述金属件或金属丝借助于增材式熔融涂覆布置在吸热区段中。替代地或补充地，借助于在吸热区段中的增材式熔融涂覆，可以设置用于温度传感器的凹部(例如通道)。温度传感器可以实现在传输热的热路径中的直接的温度测量。
54、温度传感器或凹部可以布置在吸热区段中，用以探测第二材料组分中的和/或在热接触面处的和/或在热源的表面处的温度。替代地或补充地，温度传感器或凹部可以平行于热源的表面或平行于热接触面或垂直于热传输而布置。
55、热管也能够称作热管(heatpipe)。热管或用于容纳热管的凹部可以布置在吸热区段中，用于在第二材料组分(其还扩散地传导热)中对流地传输热。替代地或补充地，热管或凹部可以垂直于热源的表面、或垂直于热接触面、或平行于热传输而布置。
56、根据另一方面，提供了一种用于增材制造导热地传输热的热桥的方法。该方法包括提供热桥的散热区段的步骤，该散热区段具有接合面和与接合面间隔开的散热面，并且该散热区段从接合面直至散热面包括热桥的第一材料组分。散热区段被构造用于，将热从接合面导热地传输到散热面，并且在散热面处排出。此外，该方法包括在接合面上增材制造吸热区段的步骤，吸热区段用于与散热区段材料配合地连接，其中，吸热区段具有可通过压紧力成型的(例如塑性的或弹性的)热接触面，并且从接合面直至热接触面包括热桥的借助增材式熔融涂覆而构造的第二材料组分。第二材料组分不同于第一材料组分。吸热区段被构造用于，在热接触面处吸收热，并且经由材料配合的连接将热从吸热区段导热地传输到散热区段。
57、提供热桥的散热区段的步骤可以包括散热区段的增材制造。吸热区段的增材制造可以借助在接合面处的熔融涂覆来延续散热区段的增材制造。
58、增材式熔融涂覆的温度可以大于第二材料组分的熔化温度。替代地或补充地，第二材料组分可以是非结晶的，并且增材式熔融涂覆的温度大于第二材料组分的玻璃化转变温度。
59、由此可以在增材制造中实现增材式熔融涂层。替代地或补充地，在第二材料组分变软时，接合面的不可避免的表面粗糙度可以润湿第一材料组分，和/或增材式熔融涂覆可以从接合面的微孔驱除空气夹杂。例如，接合面的凸或凹的不平度或公差可以由此得到补偿。
60、可选地，处于液态或粘性状态的第二材料组分具有触变的流动特性，该流动特性防止第二材料组分在增材制造时流溢。因此，能够实现过程可靠地均匀的材料厚度，和/或允许精确的增材制造。
61、第二材料组分能够在接合面处润湿第一材料组分。第二材料组分可以(例如在增材式熔融涂覆时)在接合面处润湿第一材料组分。(例如在增材式熔融涂覆时)当在接合面上的第二材料组分的接触角大于90°时，第二材料组分在接合面上可以被润湿。润湿也可以在增材式熔融涂覆结束之后，根据在接合面上的接触角被检测。就此，润湿也可以是热桥的结构性特征。
62、第二材料组分可以相应于接合面的表面拓扑(例如粗糙度或波纹)，在接合面处润湿第一材料组分。
63、该方法还可以包括将接合面结构化(例如精细结构化)的步骤。例如，分叉部或蜂窝结构可以成型在接合面上。结构化或精细结构化的接合面的实际尺寸与投影的接合面的尺寸的比率可以大于2。替代地或补充地，精细结构化的接合面的实际尺寸与垂直于热传输的横截面的尺寸的比率可以大于2。
64、当形成小于90°的接触角时，第一材料组分的接合面可以被视为能够被(例如处于粘性的或液态的状态的)第二材料组分润湿。由于(例如作为接合面的粗糙表面的)精细结构化，在给定的第一和第二材料组分的情况下，(例如测量的或表观的)接触角可以减小，因此接合面可以更好地被润湿。
65、精细结构化可以包括磨削或喷砂。
66、根据r.n.wenzel(1936)，测量的或表观的接触角的余弦与第二材料组分在第一材料组分的光滑表面上的接触角的余弦之间的比率可以对应于接合面的粗糙度，例如，对应于精细结构化的接合面的实际尺寸与投影的接合面的尺寸的比率。
1.一种用于导热地传输热的热桥(100)，包括：
2.根据权利要求1所述的热桥(100)，其中，接合面(103；105)具有第一材料组分的、嵌入到第二材料组分中的分叉部或蜂窝结构。
3.根据权利要求1或2所述的热桥(100)，其中，热桥(100)、能选地散热区段(102；104)，包括冷却体(102)、和/或分热器(104)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热桥(100)，其中，散热区段(104)被构造用于，将热通过热传导排出到冷却体(102)处，或者其中散热区段(104)或冷却体(102)被构造用于，将热通过热辐射和/或热对流排出到散热面(101)的周围环境中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热桥(100)，其中，第一材料组分包括金属，和/或其中第二材料组分包括在标准条件或正常条件下塑性的、弹性的、粘性的或粘弹性的导热材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热桥(100)，其中，散热区段(102；104)被挤压、被铸造、和/或被烧结、和/或通过切削加工被制造或被再加工，和/或其中散热区段(104)由第一材料组分借助增材式熔融涂覆而制成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热桥(100)，其中，吸热区段(106)借助于第二材料组分的增材式熔融涂覆或通过第二材料组分的施加，材料配合地在散热区段(102；104)的接合面(103；105)上制成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热桥(100)，其中，产生所吸收和所传输的热的电构件作为热源(110)嵌入到吸热区段(106)的第二材料组分中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热桥(100)，其中，散热区段(104)的散热面(101)是第二接合面(101)，并且热桥(100)还包括：
10.根据权利要求1至9中任一项所述的热桥(100)，其中，散热区段(104)的散热面(101)是第二接合面(103)，并且热桥(100)还包括：
11.根据权利要求1至10中任一项所述的热桥(100)，其中，接合面(105)和第二接合面(101；103)是散热区段(104)的相对置的或相邻的侧面。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的热桥(100)，其中，借助于在吸热区段(104)中的增材式熔融涂覆，引入用于检测温度的温度传感器、或用于容纳温度传感器的凹部，和/或
13.一种用于增材制造用于导热地传输热的热桥(100)的方法，包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其中，提供热桥(100)的散热区段(102；104)包括增材制造散热区段(102；104)，并且其中，吸热区段(106)的增材制造借助在接合面(103；105)处的熔融涂覆来延续散热区段(102；104)的增材制造。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，增材式熔融涂覆的温度高于第二材料组分的熔化温度，和/或
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，第二材料组分在接合面(103；105)处润湿第一材料组分。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括：
