(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導性材料の電子デバイス及びヒートスプレッダ又は蓋と熱源との間への熱継手の形成のための方法を提供する。【解決手段】電子デバイス１００のヒートスプレッダ１０８と熱源１１２との間で熱を伝導するため熱継手を形成する方法において、ヒートスプレッダ１０８及び熱源１１２間に熱伝導性材料１０４を配置し、熱伝導性材料１０４は、熱源１１２の通常動作温度範囲内又は未満にある軟化温度を有する相変化熱伝導性材料と、熱源１１２の通常動作温度範囲を超える軟化又は融解温度を有する熱可塑性熱伝導性材料とのうち少なくも一方を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスのヒートスプレッダ及び熱源間で熱を伝導するための熱継手を形成する方法において、
前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に熱伝導性材料（ＴＩＭ１）を配置することを含み、
前記熱伝導性材料は、
前記熱源の通常動作温度範囲内又は未満にある軟化温度を有する相変化熱伝導性材料と、
前記熱源の通常動作温度範囲を超える軟化又は融解温度を有する熱可塑性熱伝導性材料とのうち少なくも一方を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記熱伝導性材料は、熱サイクル中に前記熱伝導性材料の層間剥離が発生し、熱継手の界面接触抵抗及び熱抵抗が増加した場合、前記熱源からの熱が前記熱伝導性材料を軟化させ、接触抵抗を減少させ、かつ前記熱継手を再形成することによって、前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に復元可能熱継手を形成するために動作可能である方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記熱伝導性材料が圧力下で流動可能となるように、前記通常動作温度範囲を超える温度に前記熱伝導性材料を加熱することと、
前記熱伝導性材料が前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に熱継手を形成することによって、通常動作温度範囲内又は未満に戻ることを可能にすることとを含む方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に薄いボンドラインを形成するために前記熱伝導性材料が流れるように圧力下中において相変化温度に前記熱伝導性材料を加熱することと、
前記熱伝導性材料が前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に熱継手を形成することによって、前記熱伝導性材料が固体状態に戻ることを可能とすることとを含む方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に前記熱伝導性材料を配置する前に、前記ヒートスプレッダ又は前記熱源に前記熱伝導性材料を塗布することと、
前記方法は、前記ヒートスプレッダを前記電子デバイスに取り付けるための接着剤を硬化させ、前記硬化の工程は前記熱伝導性材料を少なくとも軟化温度まで加熱することとのうち少なくも一方を含む方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法において、
前記熱伝導性材料の前記軟化温度が、前記熱源の前記通常動作温度範囲内又は未満にあることと、
前記熱伝導性材料が摂氏約４５℃から摂氏約７０℃までの軟化温度範囲を有する相変化材料を含むことと、
前記熱伝導性材料が前記熱源の前記通常動作温度範囲内又は未満である相変化温度を有することと、
前記熱伝導性材料が、圧力下を除き、前記熱伝導性材料が相変化温度で流動しないように、ずり減粘性及びチキソトロピックを有することと、
前記熱伝導性材料は、前記熱源の前記通常動作温度範囲内で前記熱伝導性材料が融解することなく軟化するように、前記熱源の前記通常動作温度範囲を超える相変化温度を有することとのうち少なくも一つを含む方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において、
前記電子デバイスは、前記熱源を有する半導体デバイスを含み、
前記ヒートスプレッダは、前記電子デバイスの蓋を含み、
前記熱伝導性材料は、前記半導体デバイス及び前記蓋間の第１の熱伝導性材料を含み、
前記方法は、さらに、ヒートシンク及び前記蓋スプレッダ間に第２の熱伝導性材料(ＴＩＭ２)を配置することによって、前記半導体デバイスが前記第１の熱伝導性材料、前記蓋、及び前記第２の熱伝導性材料を介して、前記ヒートシンクと効果的に熱的に連通していることを含む方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において、
前記ヒートスプレッダは、前記電子デバイスの一体型ヒートスプレッダ又は蓋を含み、
前記熱源は、前記電子デバイスの１つ以上の発熱部品を含み、
前記熱伝導性材料は、前記１つ以上の発熱部品の通常の動作温度より高い軟化又は融解温度を有する熱可塑性熱伝導性材料を含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋及び１つ以上の発熱部品間に前記熱可塑性熱伝導性材料を配置することと、
前記熱可塑性熱伝導性材料が前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋及び１つ以上の発熱部品間に薄いボンドラインを形成して流れるように、圧力下中に前記熱可塑性熱伝導性材料を少なくとも前記軟化又は融解温度に加熱することと、
前記熱可塑性熱伝導性材料は前記熱可塑性熱伝導性材料が前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋及び１つ以上の発熱部品間に熱継手を形成することによって固体状態に戻ることを可能とすることとを含む方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記電子デバイスは、
１つ以上の発熱部品を有する中央処理装置と、
前記中央処理装置に前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋を取り付ける接着剤の硬化過程中に、圧力下で前記熱可塑性熱伝導性材料の少なくとも軟化又は融解温度に加熱をすることと、を含む方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の方法において、
約５重量ポンド毎平方インチ（Ｐｓｉ）〜約１００ｐｓｉ、又は約１０ｐｓｉ〜約５０ｐｓｉの範囲内の圧力下で約１００℃〜約２００℃又は約１２５℃〜約１７５℃の範囲内の温度に前記熱可塑性熱伝導性材料を加熱することと、
前記熱可塑性熱伝導性材料は、前記熱可塑性熱伝導性材料が一体型ヒートスプレッダ又は蓋及び１つ以上の発熱部品に対して圧縮されつつ前記１つ以上の発熱部品間に挟まれていることと、
前記熱可塑性熱伝導性材料が熱伝導性熱プラスチック又は熱伝導温度可逆性ゲルを含むことと、
前記熱可塑性熱伝導性材料を配置することは、前記ヒートスプレッダ及び前記ヒートスプレッダの片側又は両側に沿う１つ以上の層の前記熱可塑性熱伝導性材料を備える多層の前記熱可塑性熱伝導性材料を配置することを含むことと、
のうち少なくも一つを含む方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法において、
前記一つ以上の発熱部品の通常の動作温度は約６０℃〜約１００℃の範囲であり、
前記熱可塑性熱伝導性材料の前記軟化又は融解温度は約１００℃〜約２００℃の範囲であり、
少なくとも約１００℃以上の温度に前記熱可塑性熱伝導性材料を加熱することを含む方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法において、
さらに、前記１つ以上の発熱部品によって生成された熱が前記可塑性熱伝導性材料、一体型ヒートスプレッダ又は蓋、及び第２の熱伝導性材料を通じてヒートシンクに移動可能となるように、熱伝導性熱経路が前記可塑性熱伝導性材料、前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋、及び第２の熱伝導性材料を通じて１つ以上の発熱部品から前記ヒートシンクに形成されることによって、前記ヒートシンク及び一体型ヒートスプレッダ又は蓋間に第２の熱伝導性材料を設置することで、前記ヒートシンク及び前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋間に熱継手を形成することを含む方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか一項に記載の方法において、
前記１つ以上の発熱部品の動作は、
前記熱継手を保持するため前記熱可塑性熱伝導性材料が固体状態において軟化又は融解温度未満に維持されることによって、前記熱継手の存在により通常の動作温度を超えない温度に熱可塑性熱伝導性材料を加熱する方法。
【請求項１５】
電子デバイスのヒートスプレッダ及び熱源間で熱を伝導するための熱継手を形成するとともに、前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に熱伝導性材料（ＴＩＭ１）を配置することを含む方法において、
前記熱伝導性材料が前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に復元可能熱継手を形成することと、
前記方法が前記ヒートスプレッダを前記電子デバイスに取り付けるための接着剤を硬化させる前に前記熱伝導性材料を配置することとのうち少なくも一方を含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記熱伝導性材料は、熱サイクル中に前記熱伝導性材料の層間剥離が発生し、熱継手の界面接触抵抗及び熱抵抗が増加した場合、前記熱源からの熱が前記熱伝導性材料を軟化させ、接触抵抗を減少させ、かつ前記熱継手を再形成することによって、前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に前記復元可能熱継手を形成する方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の方法において、
前記ヒートスプレッダを前記電子デバイスに取り付けるための接着剤を硬化させる前に前記熱伝導性材料を前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に配置することを含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
さらに、前記接着剤を硬化させることで、前記ヒートスプレッダを前記電子デバイスに取り付けることを含む方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、
前記接着剤を硬化させることで、前記ヒートスプレッダを電子デバイスに取り付けることを含み、
前記硬化中に、前記熱伝導性材料は前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に薄いボンドラインを形成するために流れるように圧力下で加熱されることと、
前記熱伝導性材料は、前記熱伝導性材料が前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に低熱抵抗を有する熱継手を形成することによって固体状態に戻ることを可能とすることとを含む方法。
【請求項２０】
請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法において、
前記熱伝導性材料は、前記熱伝導性材料が圧力下で少なくとも軟化又は融解温度まで加熱されたとき、薄いボンドラインを形成するために流れることによって、前記熱源の通常の動作温度よりも高い軟化又は融解温度を有する方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、
前記電子デバイスは、１つ以上の発熱部品を有する中央処理装置を含み、
前記ヒートスプレッダは、前記電子デバイスの一体型ヒートスプレッダ又は蓋を含み、
前記方法は、硬化中に、前記中央処理装置及び前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋間に前記熱伝導性材料が薄いボンドラインを形成するために流れることによって、前記中央処理装置を前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋に取り付けるために接着剤が硬化することを含む方法。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の方法において、
前記熱伝導性材料は、熱伝導性熱プラスチック、熱伝導温度可逆性ゲルを含むことと、
前記熱伝導性材料は、低融点合金を含むことと、
前記ヒートスプレッダ及びヒートスプレッダの片側又は両側上の前記熱伝導性材料の１層以上を含む多層の前記熱伝導性材料を配置することを含む前記熱伝導性材料を配置することと、
前記熱伝導性材料の前記軟化又は融解温度は、約１００℃〜約２００℃又は約１２５℃〜約１７５℃の範囲内の温度であることと、
のうち少なくも一つを含む方法。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の方法において、
さらに、前記熱源から前記熱伝導性材料、前記ヒートスプレッダ及び第２の熱伝導性材料を通じて、ヒートシンクに移動可能となるように、前記熱源から前記熱伝導性材料、前記ヒートスプレッダ、及び前記第２の熱伝導性材料を介して前記ヒートシンクに、熱伝導熱経路が形成されることによって、前記ヒートシンク及び前記ヒートスプレッダ間に前記第２の熱伝導性材料を配置することを含む方法。
【請求項２４】
請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の方法において、
前記熱伝導性材料は、前記熱伝導性材料と、前記ヒートスプレッダ及び前記熱源の少なくとも一方との間の接触が失われた後、前記熱継手を再形成又は復元するために動作可能である方法。
【請求項２５】
ヒートスプレッダと、
通常動作温度範囲を有する熱源と、
前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間の第１の熱伝導性材料(ＴＩＭ１)と、を備え、
前記熱伝導性材料は、
前記熱源の通常動作温度範囲内又は未満にある軟化温度を有する相変化熱伝導性材料と、
前記熱源の通常動作温度範囲を超える軟化又は融解温度を有する熱可塑性熱伝導性材料と、
前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に復元可能熱継手を形成する熱伝導性材料とのうち少なくも一つを含む電子デバイス。
【請求項２６】
請求項２５に記載の電子デバイスにおいて、
前記電子デバイスは、前記熱源を有する半導体デバイスを含み、かつ前記ヒートスプレッダは、前記電子デバイスの蓋を含み、かつ前記熱伝導性材料が前記半導体デバイス及び前記蓋間に位置することと、
前記熱源は、前記電子デバイスの１つ以上の発熱部品を含み、かつ前記ヒートスプレッダは、電子デバイスの一体型ヒートスプレッダ又は蓋を含み、かつ前記熱伝導性材料が前記一体型ヒートスプレッダ又は蓋及び１つ以上の発熱部品間に位置し、かつ前記熱伝導性材料は、前記１つ以上の発熱部品の通常の動作温度よりも高い軟化又は融解温度を有すること、かつ前記熱伝導性材料が圧力下で少なくとも前記軟化又は融解温度まで加熱されたとき、薄いボンドラインに流動可能であることと、
の少なくとも一方を含む電子デバイス。
【請求項２７】
請求項２５又は２６に記載の電子デバイスにおいて、
ヒートシンクと、
前記熱源及び前記ヒートシンク間の第２の熱伝導性材料と、を含み、
それによって、前記熱源から前記熱伝導性材料、前記ヒートスプレッダ及び第２の熱伝導性材料を通じて、前記ヒートシンクに熱伝導熱経路が形成される電子デバイス。
【請求項２８】
請求項２５〜２７の何れか一項に記載の電子デバイスにおいて、
前記熱伝導性材料は、熱サイクル中に前記熱伝導性材料の層間剥離が発生し、熱継手の界面接触抵抗及び熱抵抗が増加した場合、前記熱源からの熱が前記熱伝導性材料を軟化させ、接触抵抗を減少させ、かつ前記熱継手を再形成することによって、前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に前記復元可能熱継手を形成する電子デバイス。
【請求項２９】
電子デバイスのヒートスプレッダ及び熱源間に熱を伝導するための復元可能熱継手を形成する熱伝導性材料であって、
熱サイクル中に前記熱伝導性材料の層間剥離が発生し、熱継手の界面接触抵抗及び熱抵抗が増加した場合、前記熱源からの熱が前記熱伝導性材料を軟化させ、接触抵抗を減少させ、かつ前記熱継手を再形成することによって、前記ヒートスプレッダ及び前記熱源間に復元可能熱継手を形成する熱可塑性及び相変化の少なくとも一方の材料を含む熱伝導性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に熱伝導材料（ＴＩＭ１）に関連し、特に（限定するものではないが）、熱継手をヒートスプレッダ又は蓋及び熱源間に形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このセクションでは、必ずしも従来技術ではなく、本開示に関連する背景情報を提供する。
半導体、集積回路パッケージ、トランジスタ等の電気部品は、一般的に電気部品が最適に動作する温度が予め設計される。理想的には、予め設計された温度は、周囲の空気の温度に近似する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０２０４２８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電気部品の動作は熱を発生させる。熱が除去されない場合、電気部品は、それらの正常又は望ましい動作温度よりかなり高い温度で動作することになる。このような過剰な温度は、電気部品の動作特性及び関連するデバイスの動作に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
発熱による有害動作特性を回避又は少なくとも減少させるために、例えば、ヒートシンクに動作する電気部品から熱を伝導することによって熱は除去される。ヒートシンクは、従来の対流及び／又は放射技術によって冷却されてもよい。伝導時、熱が電気部品及びヒートシンク間の直接的な表面接触、及び／又は中間媒体又は熱伝導材料を介した電気部品及びヒートシンクの表面接触によって、動作する電気部品からヒートシンクへ熱が通過することができる。比較的に低い熱伝導体である空気で満たされた空隙を有するものと比較して熱伝達効率を増加させるために、熱伝導材料は、熱伝達表面間の空隙を埋めるために使用することができる。最も特に相変化及び熱グリースの場合においては、有意な空隙が要求されず、熱伝導材料の目的は、単に接触面間の表面の凹凸を埋めることである。一部のデバイスでは、電気絶縁体は、多くの場合、熱伝導材料そのものであり、電子デバイス及びヒートシンク間に配置される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このセクションでは、開示の一般的な概要を提供し、その全範囲又はその全ての特徴を包括的に開示しない。
種々の態様によると、例示的な実施形態は、ヒートスプレッダ又は蓋及び熱源間への熱継手の形成のための方法が開示されている。また、同一物を含むそれぞれ複数の熱伝導材料及び電子デバイスが開示される。
【０００７】
例示的な実施形態においては、電子デバイスのヒートスプレッダ及び熱源間で熱を伝導するため熱継手を形成する方法は、一般に、ヒートスプレッダ及び熱源間への熱伝導材料（ＴＩＭ１）の配置を含む。別の例示的な実施形態では、本方法は、一般に、電子デバイスにヒートスプレッダを取り付けるための接着剤が硬化する前における、電子デバイスのヒートスプレッダ及び熱源間への熱伝導材料（ＴＩＭ１）の配置を含む。さらなる例示的な実施形態において、電子デバイスは、一般に、蓋及び通常動作温度範囲を有する半導体デバイスを含む。熱伝導材料（ＴＩＭ１）は、蓋及び半導体デバイスとの間で熱継手を形成する。
【０００８】
さらなる適用可能領域は、本明細書に提供される説明から明らかになる。本要約における説明及び特定の実施例は、例示のみを目的としたものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ヒートスプレッダ（例えば、一体型ヒートスプレッダ（ＩＨＳ）、蓋等）及び熱源（例えば、１つ以上の発熱部品、中央処理装置（ＣＰＵ）、ダイ、半導体デバイス等）間に配置された熱伝導材料（ＴＩＭ１）を示す電子デバイスの断面図である。
【図２】例示的な実施形態に係るヒートスプレッダ（例えば、一体型ヒートスプレッダ（ＩＨＳ）、蓋等）の表面における熱伝導材料（ＴＩＭ１）を示す図である。
【図３】例示的な実施形態によるＴＩＭ１のための温度−デュロメータの試験結果を示す折れ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示的な実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
ヒートスプレッダは、一般にヒートシンクへの熱移動時に小さな領域に熱が集中することがないように、１つ以上の発熱部品からの熱を拡散するために使用される。一体型ヒートスプレッダ（ＩＨＳ）は、中央処理装置（ＣＰＵ）又はプロセッサダイの動作により発生する熱を拡散するために使用することができるヒートスプレッダの一種である。一体型ヒートスプレッダ又は蓋（例えば、集積回路（ＩＣ）パッケージ等の蓋）は、典型的には、ＣＰＵ又はプロセッサダイの上面に設置される熱伝導性金属（例えば、銅等）プレートである。
【００１１】
ヒートスプレッダは密封されたパッケージと連携して、チップや基板実装電子デバイスを保護するために（例えば、蓋等として）使用される。従って、本明細書においては、ヒートスプレッダは蓋と称する、又はその逆に蓋はヒートスプレッダと称する。
【００１２】
第１の熱伝導材料又は層（ＴＩＭ１と称する）は、ホットスポット（局所的高温部）を低減し、一般に発熱部品又はデバイスの温度を低減するために、一体型ヒートスプレッダ又は蓋と熱源との間で使用されてもよい。第２の熱伝導材料又は層（ＴＩＭ２と称する）は、ヒートスプレッダからヒートシンクへの熱伝達効率を高めるために、一体型ヒートスプレッダ（又は蓋）とヒートシンクとの間に使用することができる。
【００１３】
熱源は、１つ以上の発熱部品又はデバイス（例えば、ＣＰＵ、アンダーフィル内のダイ、半導体デバイス、フリップチップ・デバイス、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マルチプロセッサシステム、集積回路、マルチコアプロセッサ等）を含む。一般に、熱源は、動作中にヒートスプレッダ又は蓋よりも高い温度を有する任意の構成要素又はデバイスを含み、熱が熱源によって生成されるものか、単に熱源を通過又は経由して転送されるものであるかに関わらず、熱が蓋、即ちヒートスプレッダへ移動又は提供される。
【００１４】
従来のポリマー熱伝導材料は、ＴＩＭ１として使用することができる。しかし、本発明者らは、現在、使用されるポリマーＴＩＭ１材料は、一般的に、出荷、凍結保存が要求される所定の位置のシリコンゲル材料で硬化されることを認識している。これらは、また、開放時に短いポットライフ、短い貯蔵寿命を有していて、塗布するために特殊な調合デバイスを必要とする。これらの欠点を認識した後、本発明者らは、従来のポリマーＴＩＭ１材料に関連するこれらの前述の欠点を除去、回避又は少なくとも減らす本明細書における例示的な実施形態を開発及び開示した。
【００１５】
例示的な実施形態は、天然粘着性となり得る熱可塑性材料（例えば、熱可塑性相変化材料等）のパッド形状のＴＩＭ１を含む。いくつかの実施形態では、ＴＩＭ１は、例えばＣＰＵ（例えば、通常の動作温度は約６０℃〜約１００℃、又は約３０〜約４０℃等）等の熱源の通常の動作温度よりも高い軟化温度（例えば、融解温度、状態遷移又は相変化温度等）を有していてもよい。これらの例示的な実施形態において、熱可塑性材料のパッドが一旦（例えば、接着剤の硬化段階中に、ＣＰＵの初期動作中等）、軟化又は融解し、その後に固化する。その後、熱可塑性材料のパッドはその軟化又は融解温度以下で使用でき、固化した状態を維持する。他の例示的な実施形態において、ＴＩＭ１は、例えばＣＰＵ等の熱源の通常動作温度範囲内又はそれ未満で軟化する。
【００１６】
いくつかの例示的な実施形態において、ＴＩＭ１は、約７５℃〜約２００℃又は約１２５℃〜約１７５℃等の範囲内となる軟化温度を有する熱可塑性相変化材料（例えば、融解温度や相転移温度等）を含む。又は、例えば、ＴＩＭ１は、約４０℃、５０℃、７５℃等の軟化又は融解温度を有することができる。ＴＩＭ１は、熱可塑性材料に熱伝導性フィラーを混合することによって高めることができる約０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有していてもよい。例示的な実施形態では、ＴＩＭ１は、約１６０℃以下の融解温度を有する低融点合金を含む。
【００１７】
従来は、ＣＰＵに取り付けられており、外側の縁又はＩＨＳの周囲に縁に沿って接着剤を介して所定の位置に保持される一体型ヒートスプレッダ（ＩＨＳ）又は蓋が一般的である。接着剤は、特定の温度（例えば、約７５℃〜約２００℃又は約１２５℃〜約１７５℃の範囲内、約４０℃、５０℃、７５℃等の温度）における圧力（例えば、約５重量ポンド毎平方インチ（約３４４７３．７８５Ｐａ）〜約１００ｐｓｉ（約６８９４７５．７Ｐａ）、又は約１０ｐｓｉ（約６８９４７．５７Ｐａ）〜約５０ｐｓｉ（約３４４７３７．８５Ｐａ）までの範囲内等）下で硬化させることができる。本明細書に開示される例示的な実施形態において、ＴＩＭ１材料は、約７５℃〜約２００℃又は約１２５℃〜約１７５℃の範囲内の温度又は約４０℃、５０℃、７５℃の温度等である軟化温度（例えば、融解温度等）を有している。これはＴＩＭ１を接着硬化工程の間に軟化（例えば、融解、変化相、流動性となる等）及び流動可能とする。これらの例示的な実施形態において、ＴＩＭ１（例えば、熱可塑性パッド等）は、接着剤硬化工程の前に、ＩＨＳ（又は蓋）及びＣＰＵ間に配置されてもよい。可塑性パッドは、接着剤硬化工程中の圧力の下で、軟化、融解し、又はそれが薄いボンド（結合）ライン（例えば、約１０ミル以下、約５ミル未満、又は約１〜約３ミル等の厚さを有する）に流動可能となる。その結果、ＩＨＳ及びＣＰＵ間がジョイント又は伝導される低熱抵抗（例えば、約０．２℃ｃｍ２／Ｗ、０．１５ｃｍ２／Ｗ未満等）が得られる。代替の実施形態では、接着剤は必ずしも圧力下で硬化されなくてもよい。例えば、機械的ストッパを使用することができ、圧力を所望の程度まで接着剤及びＴＩＭ１を締結するために使用することができる。その後、接着剤は、圧力下になく硬化された温度で硬化される。さらに他の実施形態では、一体型ヒートスプレッダ（又は蓋）及びＴＩＭ１は、ガスケット及び機械的な留め具を使用する等して、何れの接着剤を使用せずにＣＰＵ又はその他の電子デバイスとともに取り付けられ、かつ使用される。
【００１８】
本明細書に開示された例示的な実施形態は、以下の１つ以上の効果（必ずしもその何れか又はすべてでない）を提供することができる。例えば、ＴＩＭ１は、一体型ヒートスプレッダ又は蓋に事前に塗布（適用）可能であって、これにより、組立工程数を減少させることができる。ＴＩＭ１は、事前に塗布されたときに、任意の追加の接着剤なしにヒートスプレッダ又は蓋に付着する天然の粘着性を有していてもよい（しかしながら接着剤を使用してもよい）。ヒートスプレッダ又は蓋は予め加熱され、その後に、ＴＩＭ１は、暖かいヒートスプレッダ又は蓋に予め塗布されてもよい。ＴＩＭ１は、例えば、任意の検出可能なシリコンを有しない、シリコンが完全に存在しないものであってもよい。ＴＩＭ１は容易に再加工可能である。ＴＩＭ１は、ポットライフを有せず、使用前に暖機する必要がなく、水分の混入がないように室温で保存してもよい。
【００１９】
本明細書に開示されたＴＩＭ１は、現在の製品のための貯蔵寿命を６ヶ月以内から１２ヶ月以上に増大させることができる。また、例示的な実施形態は、高い熱伝導率及び低い熱抵抗を提供しながら、凍結材料の出荷及び保存の必要性を排除し、ポットライフの排除、及び／又は付加的な床面積を提供する機器を分配するための必要性の排除を可能にする。
【００２０】
熱サイクルの間に、硬化したＴＩＭ１は、ＣＰＵ又はＩＨＳの端から剥離し得る。この層間剥離が発生した場合は、ＴＩＭ１の界面接触抵抗及び熱抵抗が大幅に増加する。これにより、ＣＰＵの過熱をもたらし得る。この層間剥離及びＣＰＵの過熱問題を回避するために、本明細書に開示された例示的な実施形態は、ＴＩＭ１（例えば、熱可塑性樹脂等）を含む。熱サイクル中にＴＩＭ１離層した場合、ＣＰＵは、ＴＩＭ１の剥離に応じて増加した界面接触抵抗及び熱抵抗によって、発熱を開始する。動作するＣＰＵからの熱によって、ＴＩＭ１は軟化し、これにより、接触抵抗を低減し、表面を再湿潤（rewets）する。これによって、表面が剥離された継手を再形成又は復元し、かつＣＰＵを低温度に維持できる。
【００２１】
図１を参照すると、同図は、本開示の１つ以上の態様を具現化するＴＩＭ１又は熱伝導材料１０４を有する電子デバイス１００の例示的な実施形態を示す。図１に示すように、ＴＩＭ１又は熱伝導材料１０４は、ヒートスプレッダ又は蓋１０８及び熱源１１２間に配置され、この熱源１１２は一つ以上の発熱部品又はデバイス（例えば、ＣＰＵ、アンダーフィル内のダイ、半導体デバイス、フリップチップデバイス、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マルチプロセッサシステム、集積回路、マルチコアプロセッサ等）を含む。ＴＩＭ２又は熱伝導材料１１６は、ヒートシンク１２０及びヒートスプレッダ又は蓋１０８間に配置される。
【００２２】
一例として、熱源１１２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１２４に実装された中央処理装置（ＣＰＵ）又はプロセッサダイを含む。このＰＣＢ１２４は、ＦＲ４（難燃性ガラス繊維強化エポキシ積層板）又は他の適切な材料から形成される。また、この例では、ヒートスプレッダ又は蓋１０８は、金属又は他の熱伝導性構造体を含むことができる一体型ヒートスプレッダ（ＩＨＳ）である。ヒートスプレッダ又は蓋１０８は、周囲リッジ、フランジ、又は側壁部１２８を含む。接着剤１３２は、ＰＣＢ１２４にヒートスプレッダ又は蓋１０８を取り付けるための周囲リッジ１２８に沿うとともに塗布される。周囲リッジ１２８は、周囲リッジ１２８上の接着剤１３２とＰＣＢ１２４との間の接触を可能にするように、プリント基板１２４上のシリコンダイの周りに延びるように十分に下向きに突出していてもよい。プリント基板１２４にヒートスプレッダ又は蓋１０８を接着して取り付けることは、ベースＰＣＢに取り付けられるパッケージの強化を効果的に助ける。
【００２３】
また、図１には、ピンコネクタ１３６を示す。ヒートシンク１２０は、一般的に自身から連続するフィンが外方向に突出するベースを含む。代替的な実施形態は、図１に示すもの以外の別の電子デバイス、ＣＰＵ又はプロセッサダイ以外の別の発熱部品、別のヒートスプレッダ及び／又は別のヒートシンクとともに使用されたＴＩＭ１を含むことができる。従って、本開示の態様は、例示的な実施形態が電子デバイス、熱源及びヒートスプレッダの広い範囲のいずれかで使用可能なＴＩＭ１を含むように、任意の特定タイプの電子デバイスとの使用に限定されるべきではない。
【００２４】
ＴＩＭ２又は熱伝導材料１１６は、レアードテクノロジーズインクからの熱伝導材料を含む熱伝導材料の広い範囲（例えば、Ｔｆｌｅｘ（商標）３００シリーズの熱ギャップフィラー、Ｔｆｌｅｘ（商標）６００シリーズの熱ギャップフィラー、Ｔｐｃｍ（商標）５８０シリーズの相変化材料、Ｔｐｌｉ（商標）２００シリーズギャップフィラー、及び／又はセントルイス、ミズーリのレアードテクノロジーズ社からのＴｇｒｅａｓｅ（商標）８８０シリーズ熱グリース等）のいずれかを含む。
【００２５】
また、ＴＩＭ１又は熱伝導材料１１６は、相変化及び／又は熱可塑性熱伝導材料のような広範囲の材料を含む。いくつかの例示的実施形態では、ＴＩＭ１は、熱源１１２の通常動作温度（例えば、ＣＰＵは約６０℃〜１００℃の通常動作温度を有する）よりも高い軟化温度（例えば、融解温度、相変化温度等）を有する熱可塑性及び／又は相変化材料のパッドを含む。例えば、ＴＩＭ１は、約１２０℃の軟化温度を有することができ、ＣＰＵ又は他の熱源の通常動作温度は約１１５℃であってもよい。ＴＩＭ１パッドは、一旦、軟化又は融解（例えば、接着剤の硬化段階中、ＣＰＵの初期動作中等に）をしてから固化する。その後、熱可塑性及び／又は相変化材料のＴＩＭ１パッドは、その軟化又は融解温度未満で使用することができ、固化した状態を維持する。いくつかの例示的実施形態においては、本明細書及び米国特許出願公開第２０１１／０２０４２８０号明細書に開示されるような熱可逆性ゲルを含む熱伝導材料を含むことができ、この内容全体を本明細書に開示するものとする。
【００２６】
他の例示的な実施形態において、ＴＩＭ１は、熱源１１２の通常動作範囲（例えば、ＣＰＵは約６０℃〜１００℃の通常動作温度を有する）内又は未満である軟化温度（例えば、融解温度、相変化温度、等）を有する熱可塑性及び／又は相変化材料のパッドを含む。レアードテクノロジーズ社からのＩｃｅＫａｐ（商標）熱伝導性エラストマオイルゲルベース伝導材料は、例示的な実施形態において使用されるＴＩＭ１である。
【００２７】
図２は、ヒートスプレッダ又は蓋２０８の部分２４０上のＴＩＭ１又は熱伝導材料２０４を示す。この例では、ヒートスプレッダ又は蓋２０８は、一体型ヒートスプレッダであってもよい。ヒートスプレッダ又は蓋２０８は、ＴＩＭ１が熱源に対して圧縮されつつ、ＴＩＭ１又は熱伝導材料２０４がヒートスプレッダ又は蓋２０８と熱源の間に挟まれるように熱源に対して（例えばその上に）配置される。この熱源は、１つ以上の発熱部品又はデバイス（例えば、ＣＰＵ、アンダーフィル内のダイ、半導体デバイス、フリップチップデバイス、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マルチプロセッサシステム、集積回路、マルチコアプロセッサ等）を含む。
【００２８】
引き続き図２を参照すると、ヒートスプレッダ又は蓋２０８は、周囲リッジ又は概ね平坦なフランジ２２８、平面部２４０を含む。接着剤は、ＰＣＢにヒートスプレッダ又は蓋２０８を取り付けるために周囲リッジ２２８に沿って塗布される。周囲リッジ２２８は、ＰＣＢ上に実装された電子デバイスの周囲に延在するように部分２４０から外側に十分に突出していてもよい。それによって周囲リッジ２２８上の接着剤とＰＣＢとの間の接触を可能とする。
【００２９】
ＰＣＢにヒートスプレッダ又は蓋２０８を接着して取り付けることは、ベースＰＣＢに取り付けられたパッケージの強化を助ける。パッケージ自体は、一般的にチップ及びヒートスプレッダ又は蓋２０８を備える小型ＰＣＢを含む。
【００３０】
別の実施形態は、ＰＣＢに蓋又はヒートスプレッダを取り付ける他の方法又は手段を含むことができる。例えば、接着剤は、蓋又はヒートスプレッダの周囲の全てのサイド未満に沿って配置されてもよい。あるいは、例えば、蓋又はヒートスプレッダは、周囲リッジや側壁のない平坦板であってもよい。その場合において、接着剤自体は、平坦蓋及びＰＣＢ間の隙間を埋めることができる。従って、本開示の態様は、蓋又はヒートスプレッダ及びＰＣＢ間の任意の特定の取付方法に限定されるものではない。
【００３１】
また、本明細書に開示される実施形態は、相変化及び／又は熱可塑性熱伝導材料（ＴＩＭ１）を用いたヒートスプレッダと熱源（例えば、１つ以上の発熱部品等）との間で熱を伝導するための熱継手、伝導、又は経路を形成する又は関連する方法である。例示的な実施形態では、方法は、一般に、電子デバイスに取り付ける前（接着剤硬化工程等の事前に）におけるヒートスプレッダの表面に熱伝導材料（ＴＩＭ１）（例えば、自立型熱可塑性相変化パッド等）を配置することを含む。この例では、ＴＩＭ１は、電子デバイスの通常動作温度よりも高い軟化温度（例えば、融解温度、相変化温度、材料硬度が低下する温度等）を有していてもよい。又は、例えば、ＴＩＭ１は、電子デバイスの通常動作温度範囲内又は未満にある軟化温度を有することができる。ＴＩＭ１の軟化温度は、接着剤の硬化工程中（例えば、接着剤が１００℃〜２００℃又は１２５℃〜１７５℃の温度において圧力下で硬化したとき等）に、ＴＩＭ１が軟化、融解し、流れるように十分に低くなり得る。接着剤硬化工程中に、ＴＩＭ１は、薄いボンドラインに流れる。それにより、ＴＩＭ１がヒートスプレッダと電子デバイスとの間に低熱抵抗を有する比較的短い熱経路を形成する。
【００３２】
硬化工程の後、ＴＩＭ１は凝固し、電子デバイスとヒートスプレッダの間に低い熱抵抗熱継手／経路を形成する。いくつかの例示的実施形態では、ＴＩＭ１は、ＴＩＭ１が変形、軟化又は融解するのに十分に高い電子デバイスの動作温度に到達しないように、電子デバイスの通常動作温度より高い軟化又は融解温度を有する。固化した熱継手は、次の動作時における電子デバイスの通常の動作温度を超えて電子デバイスが発熱することを妨げる。液状化の問題を回避するために、初期の接着剤硬化段階の間だけ変形するようにＴＩＭ１は選択可能である。
【００３３】
別の例示的な実施形態において、本方法は、一般に、接着剤を硬化させることにより、電子デバイス（例えば、ＣＰＵ等）に対してその上にＴＩＭ１を有するヒートスプレッダを取り付けることを含む。ＴＩＭ１は軟化／融解し、圧力下で硬化工程中に薄いボンドラインに流れる。その結果、電子デバイス及びヒートスプレッダの間に低い熱抵抗を有する熱継手／経路が形成される。ＴＩＭ１は、電子デバイスの通常動作温度範囲内、未満、又はそれよりも高い軟化温度を有していてもよい。
【００３４】
いくつかの例示的な実施形態では、前記方法は、前記ヒートシンクとヒートスプレッダとの間に熱伝導材料（ＴＩＭ２）を配置することにより、ヒートスプレッダとヒートシンクの間に熱継手を形成することを含む。熱伝導性熱経路は、その熱源からの熱（例えば、１つ以上の発熱部品で発生する）がヒートシンクへＴＩＭ１、ヒートスプレッダ及びＴＩＭ２を介して移動可能となるように、熱源からＴＩＭ１、ヒートスプレッダ、及びＴＩＭ２を介してヒートシンクに形成される。熱源が半導体デバイスである場合、例えば、半導体デバイスはＴＩＭ１、ヒートスプレッダ及びＴＩＭ２を介してヒートシンクに効果的に熱的に連通する。
【００３５】
別の例示的実施形態では、ＴＩＭ１は、ヒートスプレッダ又は蓋の上にコーティング、さもなければ塗布（例えば、スクリーン印刷、ステンシル等により）されるコーティング又は材料を含むことができる。ヒートスプレッダは、ＴＩＭ１がヒートスプレッダと熱源との間になるように、熱源（例えば、１つ以上の発熱部品等）に対して配置されてもよい。ＴＩＭ１は、最初は固体状態であって、ヒートスプレッダ及び熱源の合わせ面間に生じる全ての空隙を埋めなくてもよい。これにより、初期動作時に、熱経路は非効率であってもよい。この非効率は、熱源を、ＴＩＭ１において、通常動作温度範囲以上及び／又は軟化温度（例えば、融解温度等）以上の温度に到達させることができる。例えば、動作中における１つ以上の発熱部品は、ＴＩＭ１が薄いボンドラインに流動可能となって、かつ熱源及びヒートスプレッダの合わせ面間の空隙を充填するように、その軟化温度に又はそれより上の温度にＴＩＭ１を加熱する。これにより、低熱抵抗を有する効率的な熱継手が形成される。次に、より多くの熱が、温度が通常の動作温度まで低下するように、熱源からヒートスプレッダへ流れる。この冷却時には、ＴＩＭ１温度はその軟化温度未満となり、これにより、既に形成された熱継手を維持しつつ、ＴＩＭ１がその固体状態（例えば、パッド等）に戻される。その後の動作時においては、既に形成された熱継手がヒートスプレッダに熱源からの熱を伝導するとき、通常の動作温度は超えない。ＴＩＭ１は、通常の動作温度が融解又は流動可能になる温度より低い状態を維持するとき融解又は流動しない。ＴＩＭ１が融解及び流動しないため、ＴＩＭ１は、その液体状態の熱伝導率よりも高い固体状態の熱伝導率を維持することができる。さらに、ＴＩＭ１が熱継手から離れて流れないため、熱継手は完全な状態に維持されている。
【００３６】
いくつかの例示的実施形態では、ＴＩＭ１は、米国特許出願第２０１１／０２０４２８０号明細書に開示されるように、熱可逆性ゲルを含む熱伝導材料を含むことができ、この開示の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。例示的な実施形態では、ＴＩＭ１は、熱可逆性ゲル（例えば、オイルゲル等）における少なくとも１つの熱伝導性フィラー（例えば、窒化ホウ素、アルミナ、酸化亜鉛等）を含む。熱可逆性ゲルは、ゲル化剤及びオイル及び／又は溶媒を含む。オイル及び／又は溶媒は、パラフィン系オイル及び／又は溶媒を含んでもよい。ゲル化剤は、熱可塑性材料を含んでもよい。熱可塑性材料は、スチレン系ブロックコポリマーを含んでもよい。熱伝導材料は、パラフィンオイル及びジブロック及び／又はトリブロックスチレンコポリマーを含むオイルゲルとすることができる。ＴＩＭ１は、ナフテン系オイル及び溶媒及び／又はパラフィン系オイル及び溶媒（例えば、アイソパー、高温安定なオイル及び／又は溶媒等）を含むことができる。熱可塑性材料（例えば、熱可塑性エラストマー等）は、オイルゲルのゲル化剤のために使用される。好適な熱可塑性材料は、ジブロック及びトリブロックポリマー（例えば、ジブロック及びトリブロックスチレン系ポリマー等）をはじめとするブロックコポリマーを含む。パッドを含有するジブロックは、室温で比較的軟質となる。これは、殆どの組み立て又は取り付けは室温で行われ、かつ柔軟なジブロック含有パッドは生成される組み立て圧力を有利に減少させるために重要となる。いくつかの実施形態では、ＴＩＭ１は、約５℃〜約２００℃の温度範囲内のような、オイルゲルが１５０℃より高い又は未満で軟化するように配合されたオイルゲル樹脂系を含むことができる。
【００３７】
一つ以上の熱伝導性フィラーは、熱伝導性伝導材料を生成するために添加され、その１つ以上の熱伝導性フィラーは、熱可逆性ゲルに懸濁され、添加され、混合等される。例えば、少なくとも一つの熱伝導性フィラーは、ゲル化可能流体及びゲル化剤がゲル化又は熱可逆性ゲルを形成する前に、ゲル化可能流体及びゲル化剤を含む混合物を添加することができる。別の例として、少なくとも一つの熱伝導性フィラーは、ゲル化可能流体に添加されてもよいし、次いでゲル化剤は、ゲル化可能流体及び熱伝導性フィラーを含有する混合物に添加されてもよい。さらに別の例では、少なくとも一つの熱伝導性フィラーは、ゲル化剤が添加されてもよいし、次いでゲル化可能流体は、ゲル化剤及び熱伝導性フィラーを含有する混合物に添加されてもよい。さらなる例として、ゲル化可能液体及びゲル化剤がゲル化した後、少なくとも一つの熱伝導性フィラーが添加されてもよい。ゲルが冷却され、フィラーを添加可能に緩くネットワーク化されるときに、例えば、少なくとも一つの熱伝導性フィラーはゲルに添加されてもよい。熱可逆性ゲル中の熱伝導性フィラーの量は、異なる実施形態で変更可能である。一例として、熱伝導性材料のいくつかの例示的な実施形態は、少なくとも１つの熱伝導性フィラーの重量は５％未満ではなく、９８％を超えない。
【００３８】
例示的な実施形態では、ＴＩＭ１は、熱伝導性エラストマー界面材料を含むことができる。一例として、例示的な実施形態は、下記表に示す特性を有するＴＩＭ１を含むことができる。さらに、追加又は代替的に、例示的な実施形態は、薄いボンドラインに流れ易く、複数の表面を湿潤する能力を有する等の低接触抵抗のような特性を有するＴＩＭ１を含む。
【００３９】
【表１】
2015002351.tif 000003
低消費電力低動作温度システム（例えば、３０℃、４０℃等）のための代表的な実施形態は、セントルイス、ミズーリ州のレアードテクノロジーズインコーポレイテッドからのＴｐｃｍ（商標）７８０相変化熱伝導性材料を含む（又は同様の特性を有する）ＴＩＭ１を備える。これは、レアードテクノロジーズの商標を参照することにより確認される。これらの異なる材料の詳細は、ｗｗｗ．ｌａｉｒｄｔｅｃｈ．ｃｏｍで入手可能である。そのような例示的な実施形態では、ＴＩＭ１は下記表に示す特性を有する。７０℃の温度で、ＴＩＭ１は２０ｐｓｉで厚さ約０.００１５インチ（約０．００３８１センチメートル）、４０ｐｓｉで厚さ約０.００１インチ（約０．００２５４センチメートル）、１００ｐｓｉで厚さ約０.００５インチ等のボンドラインを有していてもよい。
【００４０】
【表２】
2015002351.tif 000004
例示的な実施形態では、ＴＩＭ１は、その動作温度範囲内で相が大きく変化することがないように設計されている。例えば、ＴＩＭ１は、冷却される部品の通常動作温度を超えるまで顕著に軟化又は相変化しない。いくつかの例示的実施形態では、ＴＩＭ１は、熱源の通常動作温度範囲内又は未満である軟化温度（例えば、融解温度、相変化温度等）を有することができる。熱源は約８０℃以上の通常の動作温度を有することができる一方、例えば、ＴＩＭ１は約４５℃〜約７０℃の軟化温度範囲を有してもよい。
【００４１】
図３は、例示的な実施形態で使用されるＴＩＭ１温度−ショアデュロメータショア００の試験結果を示す折れ線グラフである。これらの試験結果は、ＴＩＭ１が意図される使用温度内の全域で有意な構造を維持することを一般的に示している。試験結果において、試験されたＴＩＭ１は、室温で比較的軟質であって、温度の上昇とともに軟化することを示すが、動作温度範囲内で一般に固体を維持する。下記表は、ＴＩＭ１のための２つのデュロメータ試験結果（３秒間のショア００）であって、また、平均値は、図３にプロットされた２つの試験の平均を示す。
【００４２】
【表３】
2015002351.tif 000005
上記表は、４．７Ｗ／ｍＫ及び５．４Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する熱伝導性材料を例示的に列挙する。これらの熱伝導率は、他の実施形態として５.４Ｗ／ｍＫより高い、例４.７Ｗ／ｍＫ未満又は他の値の熱伝導率を有する熱伝導性材料を含む単なる例である。例えば、いくつかの実施形態では、約０.３Ｗ／ｍｋ、約３.０Ｗ／ｍＫ又は０.３Ｗ／ｍｋと３.０Ｗ／ｍＫとの間の熱伝導率のような、０.０２４Ｗ／ｍＫの空気の熱伝導率より高い熱伝導率を有する熱伝導性材料を含むことができる。
【００４３】
広い範囲の異なる熱伝導性フィラーは、例示的な実施形態で使用することができる。いくつかの例示的実施形態では、熱伝導性フィラーは、熱伝導率が最大数百Ｗ／ｍＫとなる銅フィラーのような、少なくとも１Ｗ／ｍＫ（メートルケルビンあたりのワット）以上の熱伝導率を有する。適切な熱導電性フィラーは、例えば、酸化亜鉛、窒化ホウ素、アルミナ、アルミニウム、グラファイト、セラミック、それらの組み合わせ（例えば、アルミナ、酸化亜鉛等）を含む。また、熱伝導性材料の例示的な実施形態は、同一の（又は異なる）熱伝導性フィラーの異なるグレード（例えば、異なるサイズ、異なる純度、異なる形状、等）を含むことができる。例えば、熱伝導性材料は、２つの異なるサイズの窒化ホウ素を含むことができる。熱伝導性フィラーのタイプ及びグレードを変えることにより、熱伝導性材料（例えば、熱伝導率、コスト、硬度等）の最終的な特性を記載のように変化させることができる。
【００４４】
別の例示的な実施形態では、ＴＩＭ１は、等方性又は異方性であるヒートスプレッダ（例えば、金属、合金、グラファイト、スタンピングアルミニウムや銅のシートから形成されたコアに拡散した内部熱等）を備える多層熱伝導性材料とすることができる。ヒートスプレッダは、熱可塑性熱伝導性材料の層の間に配置され、又は挟まれてもよい。あるいは、例えば、熱可塑性熱伝導性材料は、ヒートスプレッダの両面又は片面に沿って、ヒートスプレッダに塗布（例えば、コーティング等）してもよい。
【００４５】
熱源、例えば、冷却される部品のフットプリント（占領領域）に対するＴＩＭ１のサイズは、特定の用途に応じて変更可能である。ＴＩＭ１は、熱源、例えば、冷却された部品のフットプリントのサイズに対して大きい、小さい、又は約同一のフットプリントのサイズを有することができる。例えば、ＴＩＭ１は、最初に、上記部品のフットプリントよりも小さいフットプリントを有するようなサイズにすることができる。しかし、ＴＩＭ１材料の体積が実質的に冷却される部品（単数又は複数）とほぼ同じサイズのフットプリントを有する薄いパッドのそれと同じになるように大きな初期厚さを有するようにＴＩＭ１は構成することができる。ＴＩＭが流動可能となる温度まで熱されると、ＴＩＭ１は流動可能となり、ＴＩＭ１は本明細書に開示されるように、薄いボンドラインを形成するために流れ、そして、ＴＩＭ１のフットプリントを増加させる。
【００４６】
ＴＩＭ１は、種々の方法を用いて塗布することができる。例えば、ＴＩＭ１は、一体型ヒートスプレッダ又は蓋に事前に塗布することができ、これにより、組立工程数を減少させることができる。ＴＩＭ１は、事前に塗布されたときに、任意の追加の接着剤なしにヒートスプレッダ又は蓋に付着する天然の粘着性であってもよい（しかしながら接着剤を使用してもよい）。別の例として、ヒートスプレッダ又は蓋は予め加熱され、その後に、ＴＩＭ１は、暖かいヒートスプレッダ又は蓋に予め塗布されてもよい。また、ＴＩＭ１はヒートスプレッダ又は蓋の代わりに冷却される部品に予め塗布されてもよい。
【００４７】
別の例示的な実施形態では、ＴＩＭ１は、溶媒中に添加され、あるいは溶媒中に存在していてもよい。溶媒及びＴＩＭ１は、ヒートスプレッダ又は蓋に又は冷却される１つ以上の部品にグリース又は分配される材料として塗布することができる。組み立ては、次いで、ヒートスプレッダ又は蓋が冷却する１つ以上の部品を含むＰＣＢに接着的に取り付けられることで一体となってもよい。次いで、溶媒を徐々に蒸発させてもよい。溶媒を蒸発させた後、ＴＩＭ１は残存し、それは１つ以上の部品の通常動作温度範囲を超える、その範囲内、又はその範囲未満の軟化温度を有する。この特定の例では、蓋／ヒートスプレッダへの取り付け中に、ＴＩＭ１の軟化又は融解工程は必要とされない。ＴＩＭ１が低粘度で組み立てられているため、ＴＩＭ１は空隙を充填し、表面を湿潤させることになる。
【００４８】
ＴＩＭ２を含む例示的な実施形態では、様々な材料がＴＩＭ２のために使用することができる。例示的な実施形態では、ＴＩＭ２は、コンプライアント又は適合性シリコンパッド、非シリコン系材料（例えば、非シリコンベースのギャップフィラー材料は、熱可塑性及び／又は熱硬化性ポリマー、エラストマ材料等）、シルクスクリーニング材料、ポリウレタンフォーム又はゲル、熱パテ、熱グリース、熱伝導性添加剤等を含んでいてもよい。例示的な実施形態において、ＴＩＭ２は、非平坦、湾曲、又は凹凸合わせ表面を含む合わせ面と接触して置かれたとき、ＴＩＭ２材料が密接に合わせ面に適合するために十分な順応性、コンパイル性（compliability）、及び／又は柔らかさを有するように構成することができる。一例として、いくつかの例示的な実施形態は、軟質熱伝導性材料であっても相変化や再流動せずに順応するように、エラストマ及び少なくとも一つの熱伝導性金属、窒化ホウ素、及び／又はセラミックフィラーから形成された導電性軟質熱伝導性材料を含む。ＴＩＭ２は、レアードテクノロジーズの商標を参照することによって認識されるセントルイス、ミズーリのレアードテクノロジーズ社からのＴｆｌｅｘ（商標）３００シリーズの熱ギャップフィラー、Ｔｆｌｅｘ（商標）６００シリーズの熱ギャップフィラー、Ｔｐｃｍ（商標）５８０シリーズ相変化材料、Ｔｐｌｉ（商標）２００シリーズギャップフィラー、及び／又はＴｇｒｅａｓｅ（商標）８８０シリーズの熱グリースの一つ以上を含むことができる。これらの異なる材料の詳細は、ｗｗｗ．ｌａｉｒｄｔｅｃｈ．ｃｏｍで入手可能である。また、他の熱伝導性コンプライアント材料又は熱伝導性材料は、ＴＩＭ２のために使用される。例えば、ＴＩＭ２は、グラファイト、フレキシブルグラファイトシート、膨張グラファイト及び／又はレイクウッド、オハイオ州のアドバンストエネルギーテクノロジー社から市販されているｅＧｒａｆ（商標）のような化合物及び片状グラファイトから形成された膨張グラファイトの圧縮粒子を含んでもよい。このような化合物及び膨張グラファイトは、接着剤層をその上に含むフレキシブルグラファイトシートを形成するために加工されてもよい。
【００４９】
いくつかの例示的実施形態では、ヒートスプレッダと電子デバイスの熱源との間で熱を伝導するための熱継手を形成する方法は、一般に、ヒートスプレッダと熱源との間への熱伝導性材料（ＴＩＭ１）の配置を含む。この熱伝導性材料は、熱源の通常動作温度範囲内又は未満にある軟化温度を有する相変化熱伝導性材料を含むことができる。例えば、相変化熱伝導性材料は、熱源の通常動作温度範囲内又は未満にある相変化温度を有することができる。この相変化熱伝導性材料は、圧力下を除き、相変化熱伝導性材料が相変化温度で流動しないように、ずり減粘性（shear  thinning）及びチキソトロピック（thixotropic）を有する。その場合には、相変化熱伝導性材料は、粒子、添加剤及びポリマーの適切な組み合わせを含んでもよく、その結果、たとえ軟化状態であっても、力が印加されない限り形状を維持する材料が得られる。また、例えば、相変化熱伝導性材料は、約４５℃から約７０℃の軟化温度範囲を有する相変化材料（例えば、シリコンを含まない又はシリコンワックスの相変化材料、シリコン添加剤を有する相変化材料等）を含む。
【００５０】
相変化熱伝導性材料は、熱源の通常動作温度範囲内で融解することなく、相変化熱伝導性材料が軟化するように、熱源の通常動作温度範囲を超える上記相変化温度を有する。この方法は、相変化熱伝導性材料が圧力下で流動可能となるように、通常動作温度範囲を超える温度に相変化熱伝導性材料を加熱することを含み、相変化熱伝導性材料がヒートスプレッダと熱源との間に熱継手を形成することにより、相変化熱伝導性材料を通常動作温度範囲未満又は内の温度に戻ることを可能とする。この方法は、相変化熱伝導性材料がヒートスプレッダと熱源の間に薄いボンドラインを形成して流れるように圧力下で相変化温度に相変化熱伝導性材料を加熱することを含み、相変化熱伝導性材料がヒートスプレッダと熱源との間に熱継手を形成することにより、相変化熱伝導性材料は、固体状態に戻ることができる。この方法はさらに、ヒートスプレッダと熱源との間に相変化熱伝導性材料を配置する前に、相変化熱伝導性材料をヒートスプレッダに適用することを含んでもよい。又はヒートスプレッダと熱源との間に相変化熱伝導性材料を配置する前に、熱源に相変化熱伝導性材料を塗布する。この方法は、電子デバイスにヒートスプレッダを取り付けるための接着剤の硬化を含み、それは、硬化工程が少なくとも軟化温度まで相変化熱伝導性材料を加熱する。
【００５１】
いくつかの例示的な実施形態では、一般的に電子デバイスのヒートスプレッダ及び熱源間で熱を伝導するための熱継手を形成する方法は、ヒートスプレッダ及び熱源間の熱伝導性材料（ＴＩＭ１）の配置を含む。特定の実施形態に応じて、熱伝導性材料は、熱伝導性材料及び他の部品（例えば、ヒートスプレッダ、熱源等）間の接触が失われた後、熱継手又は熱経路を再形成又は回復させるための熱源の通常動作温度範囲を超える、未満又は内で動作可能であって、その結果、熱移動等を低下させる。例えば、熱サイクル中に熱伝導性材料の剥離が発生した場合、熱源からの熱が熱伝導性材料を軟化させ、接触抵抗を低減させ、表面を再湿潤することによって、熱継手の界面接触抵抗及び熱抵抗が増加する。時間の経過とともに、軟化した熱伝導材は、その後、熱継手を再形成又は復元し、例えば、元の熱移動に戻る等して熱移動を向上させる。他の例として、熱伝導性材料における小さい隙間（例えば、ガス放出等によって作成された隙間）は、より小さくなり得て、熱伝導性材料が時間をかけて圧力（例えば、一定の圧力等）下にあるとき完全に充填する。
【００５２】
いくつかの例示的な実施形態において、本方法は、一般に、電子デバイスにヒートスプレッダを取り付けるための接着剤が硬化する前に、電子デバイスのヒートスプレッダと熱源との間の熱伝導性材料（ＴＩＭ１）の配置を含む。熱伝導性材料は、熱源の通常動作温度範囲内又は未満の軟化温度を有する。この方法はさらに、接着剤を硬化させることで電子デバイスにヒートスプレッダを取り付けることを含むことができる。硬化の間に、熱伝導性材料は、熱伝導性材料がヒートスプレッダと熱源との間の薄いボンドラインを形成するために流れるように圧力下で加熱されてもよい。また、この方法は、熱伝導性材料がヒートスプレッダと熱源との間に低熱抵抗を有する熱継手を形成することにより、熱伝導性材料が固体状態に戻ることが可能となる。熱伝導性材料は、本明細書に記載されるような熱継手を再形成又は復元するために動作可能である。
【００５３】
さらなる例示的な実施形態では、電子デバイスは、一般に、蓋と、通常動作温度範囲を有する半導体デバイスとを含む。第１の熱伝導性材料（ＴＩＭ１）は、蓋及び半導体デバイス間に復元可能な熱継手を形成する。第１の熱伝導性材料は、通常動作温度範囲内又は未満にある軟化温度を有する相変化熱伝導性材料を含み、及び／又は第１の熱伝導性材料は蓋及び半導体デバイス間に熱継手を復元又は再形成するために動作可能となり得る。また、電子デバイスはヒートシンクを含むことができる。第２の熱伝導性材料は、蓋とヒートシンクとの間に配置することができる。半導体デバイスは、第１の熱伝導性材料、蓋、及び第２の熱伝導性材料を介してヒートシンクとの間で効果的に熱的に連通することができる。
【００５４】
例示の実施形態は、本開示が当業者に完全にかつ十分に範囲を伝えるように提供される。多数の特定の詳細は、本開示の実施形態の完全な理解を可能とするために、特定の部品、デバイス及び方法の実施例として記載されている。具体的な詳細は、その例示的な実施形態を採用する必要はないこと、多くの異なる形態で具体化可能であること及び開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことが当業者にとって明らかである。いくつかの実施形態例では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、及び周知の技術は詳細には説明しない。また、本明細書に開示される例示的な実施形態は、上述の効果及び改良の全てを提供又は何れも提供せず、かつ依然として本開示の範囲内に入るため、本開示の１つ以上の例示的な実施形態を用いて達成することができる効果及び改良は、例示のみを目的として提供されており、本開示の範囲を限定するものではない。
【００５５】
本明細書に開示された具体的な寸法、特定の材料、及び／又は特定の形状は、例示であり、本開示の範囲を限定するものではない。特定の値及び指定されたパラメータの値の特定の範囲の開示は、開示される本明細書の実施例の一つ以上に有用であり得る他の値及び範囲の値について排他的ではない。さらに、本明細書に記載の特定のパラメータのためのいずれか２つの特定の値が所定のパラメータ（例えば、所定のパラメータのための第１の値及び第２の値は、所定のパラメータのため採用され得る第１及び第２の値間の任意の値を開示することとして解釈される）に適した値の範囲の終点を定義することが考えられる。例えば、パラメータＸが値Ａ及び値Ｚを有するように本明細書に例示されている場合、パラメータＸは、約Ａから約Ｚの値の範囲を有し得ることが想定される。同様に、パラメータ（このような範囲が入れ子、重複、又は別個）のための複数の範囲の開示は、開示された複数の範囲の終点を使用して主張され得る値のための複数の範囲のすべての可能な組み合わせを包含することが想定される。例えば、パラメータＸが１−１０又は２−９又は３−８の範囲の値を有するように本明細書に例示されている場合、パラメータＸは、１−９、１−８、１−３、１−２、２−１０、２−８、２−３、３−１０及び３−９を含む他の値の範囲を有し得ることが想定される。
【００５６】
本明細書で使用する用語は、特定の実施例のみを説明するためのものであって、かつ限定することを意図していない。用語「含む」、「有する」、「備える」は包括的であり、従って、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、一つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。本明細書に記載の方法ステップ、プロセス、及び動作は、具体的に実行手順として特定されない限り、必ずしも、説明又は図示した特定の順番における実行が必須であるとして解釈されるべきではない。また、追加又は代替のステップを用いることができる。
【００５７】
要素又は層が別の要素又は層に「係合される」、「接続される」又は「連結される」と記載されるとき、直接に、係合、接続又は連結されてもよいし、介在する要素又は層が存在していてもよい。対照的に、要素が別の要素に「直接的」に、係合、接続又は連結されていると記載されているとき、介在する要素又は層が存在しない場合がある。関係を記載するために使用される他の単語は、同様（例えば「直接的に隣接する」と「隣接する」「直接的に・・間に」と「間に」等）に解釈されるべきである。本明細書において、用語「及び／又は」は、列挙された関連項目の一つ又は複数のあらゆる組合せを含む。
【００５８】
「約」という用語が値に適用された場合、計算や測定に係る値に若干の不正確さを許容することを示す（値について厳密にアプローチすると、おおよそ又は合理的に値に近い、ほぼ）。何らかの理由で、「約」によって提供される不正確さは、この技術分野の通常の意味において理解されていないが、本明細書で使用する「約」は、パラメータを測定又は使用する通常方法から生じ得る少なくともバリエーションを示している。例えば、用語「一般」、「約」及び「実質的」は、製造公差内を意味するために使用されてもよい。又は、例えば、本明細書で使用される「約」という用語は、使用される典型的な測定及び取り扱い手順を通じて発生する、例えば、実際にこれらの手順における不注意による誤りを通じて、組成物を作るために又は方法を実行するために採用された製造、供給源、又は成分の純度の違いを通じて、濃縮物又は溶液を作るとき、本発明の成分又は反応物の量を変更する際に又は数量におけるバリエーションに関して採用される際に使用される。「約」という用語はまた、特定の初期混合物から生じる組成物の異なる平衡条件によって異なる量を包含する。用語「約」によって修飾される否かに関わらず、クレームはその量の等価物を含む。
【００５９】
第１、第２、第３等の様々な用語は、要素、構成要素、領域、層及び／又はセクションを説明するために用いることができるが、これらの要素、構成要素、領域、層及び／又はセクションは、この用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層又は別の領域、層又はセクションから別の領域、層、又はセクションを区別するために使用されてもよい。「第１」、「第２」のような本明細書中で使用される他の数値用語は、明らかに文脈によって示されない限り、シーケンス又は順序を意味するものではない。従って、以下に説明される第１の要素、構成要素、領域、層、又はセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層又は部分と称することができる。
【００６０】
例えば、「内側」、「外側」、「真下」、「上」、「下」、「上方」等の空間的に相対的な用語は、各図に示すように、１つの要素又は特徴の別の要素又は特徴との関係を容易に説明するために本明細書で使用されてもよい。空間的に相対的な用語は、図面に示された方向に加えて、使用又は動作中のデバイスの異なる向きを包含することが意図されてもよい。図中のデバイスが反転された場合、要素は「下」又は「真下」、他の要素又は特徴は、他の要素又は特徴の「上方」に配向されるようにする。従って、「下」という用語は、例えば、上及び下の両方の向きを包含することができる。デバイスは、他の方法で配向することができる（他の向きに９０度以上回転させ）、使用空間的な相対的記述は、それに従って解釈される。
【００６１】
実施形態の前述の説明は、例示及び説明のために提供されている。これは、網羅的であること又は開示を限定することを意図していない。意図された個々の要素、又は上述の用途、又は特定の実施形態の特徴は、一般的に具体的に図示又は記載されていない場合でも、適用可能な場合には、交換可能であり、選択された実施形態で使用することができ、その特定の実施形態に限定されるものではなく、同様に多くの方法で変更することができる。このような変形は、本開示からの逸脱とみなされるべきではなく、そのような全ての修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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