(57)【要約】熱を熱源からヒートシンクへ伝達することを促進するために上記熱源とヒートシンクとの間に配置される熱伝導媒体を提供する。当該熱伝導媒体には、比較的高い熱伝導度および熱拡散特性を備えるディスクが含まれている。当該熱伝導媒体は、第１の凹部表面と反対側の第２凹部表面とを備える。無数の熱伝導性棒状体がそれぞれの凹部表面から延び、熱源およびヒートシンクに対する複数の接触ポイントを与え、熱伝導において補助する。上記凹部表面は、ディスクの外周に配置されたリムにより画定される。それぞれの凹部表面にリムを設けることにより、上記ヒートシンクおよび熱源により上記棒状体に対して掛かる圧力の大きさを最小化することができる。上記熱伝導媒体を製造する方法についても提供する。
2008543051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱管理のための熱伝導媒体であって、
熱源とヒートシンクとの間に配置されるディスクと、
上記熱源に近接して配置される、上記ディスクの第１凹部表面と、
上記ヒートシンクに近接して配置される、上記ディスクの反対側の第２凹部表面と、
上記第１凹部表面の棒状体が、上記熱源に対して複数の接触ポイントを形成するように、かつ上記第２凹部表面の棒状体が、上記ヒートシンクに対して複数の接触ポイントを形成するように、上記第１凹部表面および上記第２凹部表面内から延びる無数の熱伝導性棒状体と、を備えることを特徴とする熱伝導媒体。
【請求項２】
上記ディスクが、比較的高い熱伝導特性を有する材料からなることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項３】
上記ディスクが、熱拡散特性を備える材料からなることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項４】
上記ディスクが、銅、アルミニウム、ベリリウム、もしくはそれらを組み合わせたもののうち一つからなることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項５】
上記第１凹部表面と上記第２凹部表面のそれぞれが、上記ディスクの外周に配置されたリムにより画定されることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項６】
上記リムが、上記ヒートシンクと上記熱源との間のスペーサとして作用することを特徴とする請求項５記載の熱伝導媒体。
【請求項７】
上記リムが、上記ヒートシンクおよび上記熱源により無数の棒状体に対して加えられる圧力の大きさに作用することを特徴とする請求項５記載の熱伝導媒体。
【請求項８】
上記第１凹部表面と上記第２凹部表面のそれぞれが、それらから延びる無数の棒状体の長さより多少小さい深さを有することを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項９】
上記第１凹部表面と上記第２凹部表面のそれぞれが、約１００μｍ〜約５００μｍの深さを有することを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１０】
上記第１凹部表面と上記第２凹部表面とが、サイズにおいて実質的に同一であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１１】
上記第１凹部表面と上記第２凹部表面とが、サイズにおいて相違することを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１２】
上記第１凹部表面が、熱を小さな熱源からこれと比較してより大きなヒートシンクへ伝達するため、上記第２凹部表面よりサイズにおいて小さいことを特徴とする請求項１１記載の熱伝導媒体。
【請求項１３】
上記無数の棒状体が、該棒状体が延びるそれぞれの凹部表面に対して実質的に横方向に配列されていることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１４】
上記無数の棒状体が、それぞれの凹部表面から約１０μｍ〜約１００μｍ延びていることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１５】
上記無数の棒状体により与えられる接触ポイントの数が、平方センチメートル当たり約１０８のオーダー以下の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１６】
上記の第１凹部表面および第２凹部表面から延びる無数の棒状体が、数において実質的に同一であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１７】
上記の第１凹部表面および第２凹部表面から延びる無数の棒状体が、数において相違することを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１８】
上記の第１凹部表面から延びる棒状体は、熱を小さな熱源からこれと比較してより大きなヒートシンクへ拡散させるため、上記の第２凹部表面から延びる棒状体より数において少ないことを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項１９】
上記棒状体は、カーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項２０】
熱管理のための熱伝導媒体であって、
熱源に近接して配置される第１サイドとヒートシンクに近接して配置される反対側の第２サイドとを備えるディスクと、
上記ディスクの上記それぞれのサイドの外周に配置されるリムと、
上記ディスクの第１サイドに、上記リムにより画定される第１凹部表面と、
上記ディスクの第２サイドに、上記リムにより画定される第２凹部表面と、
上記第１凹部表面の棒状体が、上記熱源に対して複数の接触ポイントを形成するように、かつ上記第２凹部表面の棒状体が、上記ヒートシンクに対して複数の接触ポイントを形成するように、上記第１凹部表面および上記第２凹部表面内から延びる無数の熱伝導性棒状体と、を備えることを特徴とする熱伝導媒体。
【請求項２１】
上記ディスクが、比較的高い熱伝導特性を有する材料からなることを特徴とする請求項２０記載の熱伝導媒体。
【請求項２２】
上記ディスクが、熱拡散特性を備える材料からなることを特徴とする請求項２０記載の熱伝導媒体。
【請求項２３】
上記リムが、上記ヒートシンクおよび上記熱源により無数の棒状体に対して加えられる圧力の大きさに作用することを特徴とする請求項２０記載の熱伝導媒体。
【請求項２４】
上記第１凹部表面と上記第２凹部表面は、それぞれのリムにより画定されるサイズと同様のサイズを有することを特徴とする請求項２０記載の熱伝導媒体。
【請求項２５】
異なるサイズのリムによりそれぞれ画定された上記第１凹部表面と上記第２凹部表面とが、サイズにおいて相違することを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項２６】
上記熱伝導媒体が、上記熱源と上記ヒートシンクとの間の熱拡散係数の差を調整するように、上記無数の棒状体がそれぞれの表面において上記リムから僅かに延びていることを特徴とする請求項２０記載の熱伝導媒体。
【請求項２７】
上記無数の棒状体により、上記熱伝導媒体は、上記熱源と上記ヒートシンクとの間に、粗い界面を提供し、上記界面を粗研磨することが最小限に抑えられることを特徴とする請求項１記載の熱伝導媒体。
【請求項２８】
上記の第１凹部表面および第２凹部表面から延びる無数の棒状体が、数において実質的に同一であることを特徴とする請求項２０記載の熱伝導媒体。
【請求項２９】
上記の第１凹部表面および第２凹部表面から延びる無数の棒状体が、数において相違することを特徴とする請求項２０記載の熱伝導媒体。
【請求項３０】
熱管理のための熱伝導媒体であって、
編み込んだ無数のカーボンナノチューブからなる柔軟性部材であって、熱源に対向して配置される上面と、反対側の下面と、上記熱源からの熱が向けられるヒートシンクに結合するように設計された部材の周りのエッジと、を有する柔軟性部材と、
上記柔軟性部材に構造上のサポートを与えるため、上記上面に配置されるパッドと、
熱を上記熱源から上記柔軟性部材のより広い領域まで半径方向に伝達することを容易にするため、上記熱源および上記柔軟性部材の上面に近接して配置されるヒートスプレッダと、を備えることを特徴とする熱伝導媒体。
【請求項３１】
上記柔軟性部材が、分散されたポリマー材料を含むことを特徴とする請求項２９記載の熱伝導媒体。
【請求項３２】
上記ポリマー材料が、ポリアミド、エポキシ、それらを組み合わせたもののうち一つを含むことを特徴とする請求項２９記載の熱伝導媒体。
【請求項３３】
上記熱源が上記柔軟性部材の上に配置されたとき、上記パッドがさらに上記熱源のためのサポートを提供することを特徴とする請求項２９記載の熱伝導媒体。
【請求項３４】
上記部材に対する付加的な構造上のサポートを提供するため、上記部材の下面に第２のパッドをさらに備えることを特徴とする請求項２９記載の熱伝導媒体。
【請求項３５】
上記ヒートスプレッダが、上記熱源と上記部材の上面との間に配置されることを特徴とする請求項２９記載の熱伝導媒体。
【請求項３６】
上記熱源から繊維材料に沿って半径方向に拡散することを促進するため、上記部材の下面に第２のヒートスプレッダをさらに備えることを特徴とする請求項２９記載の熱伝導媒体。
【請求項３７】
上記第２のヒートスプレッダが、上記部材の上面のヒートスプレッダの真下に上記下面に対して配置されることを特徴とする請求項３５記載の熱伝導媒体。
【請求項３８】
熱管理のための熱伝導媒体を製造するための方法であって、
相反する凹部表面を備え比較的高い熱伝導特性を有するディスクを準備する工程と、
上記凹部表面に複数の触媒粒子を析出させる工程と、
上記凹部表面の触媒粒子を気相の炭素源にさらす工程と、
上記凹部表面でナノチューブを成長させるため、上記触媒粒子により炭素を吸着させる工程と、
上記凹部表面を超えて上記ナノチューブが延びたとき、上記ナノチューブの成長を終了させる工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項３９】
上記の触媒粒子析出工程の前に、上記凹部表面に対する上記粒子の接着を向上させる材料で上記凹部表面をコーティングする工程を備えることを特徴とする請求項３７記載の方法。
【請求項４０】
上記コーティング工程において、上記材料が、鉄、モリブデン、アルミナ、シリコンカーバイド、アルミニウムナイトライド、タングステン、もしくはこれらを組み合わせたもののうち一つを含むことを特徴とする請求項３８記載の方法。
【請求項４１】
上記析出工程において、上記触媒粒子が、磁性の遷移金属からなることを特徴とする請求項３７記載の方法。
【請求項４２】
上記析出工程において、上記触媒粒子が、鉄、コバルト、ニッケル、もしくはこれらを組み合わせたもののうち一つを含むことを特徴とする請求項３７記載の方法。
【請求項４３】
上記の気相の炭素源にさらす工程において、上記ファイバーを成長させるため、化学気相成長法を用いることを特徴とする請求項３７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の熱管理ためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、熱源とヒートシンクとの間の熱伝達を促進する熱接合デバイス(thermal junction device)に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる温度を有する２つの材料間の熱管理において、熱伝達は、伝導、輻射および／または対流により達成される。エレクトロニクスの分野において、例えば集積回路のチップの蓋部（具体的には一般的に銅タングステン材料）とヒートシンクとの間の界面等の狭い領域では、集積回路（ＩＣ）の温度は、一般的に約４０℃〜１５０℃である。このような状況においては、熱管理は、一般的に対流により達成される。集積回路からヒートシンクへの熱伝達を容易にするために、当該界面においてプレートを使用することは、最善であるとは言えない。特に、フラットプレートの使用では、集積回路およびヒートシンクに対して、２０〜５０の接触ポイントしか与えることができない。結果的に熱い集積回路から流出する熱はこれらの数少ない接触スポットを通過するより他ない。
【０００３】
ヒートシンクまでの熱の伝達を向上させるため、現在の技術では、通常、集積回路のチップの蓋部とヒートシンクデバイスとの間に熱伝導性グリースを配することが必要である。一般的に、このヒートシンクデバイスは、受動的ヒートシンク、ペルチェ冷却装置、冷却された銅ブロック、ヒートパイプ、アクティブファンタイプ、埋設されたパイプがシステム外の水冷バスまで熱を運ぶような銅ブロックのタイプを含む色んなタイプがある。
【０００４】
商業的に入手可能なサーマルグリースは、一般的に銀の粉末もしくは銀の薄片を含む。そして、機械加工されときに粗研磨された(lapped)ヒートシンクおよび集積回路の蓋部に塗布することにより当該サーマルグリースを使用することができる。しかしながら、これらの商業的に入手可能なグリースの熱伝導度は、多くてもおよそ９ワット／ｍ−度 Ｋである。例えば、(i)アークティックシルバーIIIは、９.０ワット／ｍ−度 Ｋ以上の熱伝導度を有し、(ii)ＡＯＳ熱的化合物は、約７.２１ワット／ｍ−度 Ｋ以上の熱伝導度を有し、(iii)シンエツＧ７５１は、約４.５ワット／ｍ−度 Ｋ以上の熱伝導度を有し、(iｖ)ＡＯＳ熱的化合物ＨＴＣ−６０は、約２.５１ワット／ｍ−度 Ｋ以上の熱伝導度を有し、(ｖ)サーマゴンＴグリースは、約１.３ワット／ｍ−度 Ｋ以上の熱伝導度を有し、そして(ｖi)レイディオショックサーマルグリースは、約０.７３５ワット／ｍ−度 Ｋ以上の熱伝導度を有する。図１に例示するように、一般的に、熱源とヒートシンクとの間には２０℃の温度差が存在する。このような温度差は、接合部において熱抵抗を示し、グリースにより与えられる粗悪な界面により、熱をヒートシンクへ運ぶポテンシャルが阻害されることを示唆する。
【０００５】
金属ファイバー構造および材料では、極めて弱い力で接続損失を低減することができ、それにより高効率で低荷重の電気接点を提供することができることが知られている。ファイバーブラシが界面を介して電流を効率的に伝達する能力は、簡単な物理法則に基づいて、熱を伝達する能力と比較される。ここで、電流は相対的に流れていてもよいし、または止まっていてもよい。特に、ファイバーブラシは低い負荷で操作され、非常に低い抵抗しか有さないため、相対的により少ない熱しか放散しない。さらに、ファイバーブラシは、熱源とヒートシンクとの間において、かなりの数の接触ポイントを与え、効率的な熱伝達を達成することができる。結果的に、金属ファイバーブラシは、冷却もしくは加熱のための熱パイプとして、熱界面において使用されている（米国特許第６、２４５、４４０号）。
【特許文献１】米国特許第６、２４５、４４０号
【特許文献２】米国特許第６、８９１、７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近、熱管理において、カーボンナノチューブが使用されるようになってきた。カーボンナノチューブの熱伝導度は、最大でも約９ワット／ｍ−度．Ｋのサーマルグリースと比較して２９８０ワット／ｍ−度．Ｋ以上である（Jianwei Che＊, Tahir Cagin, およびWilliam A. Goddard III Materials and Process Simulation Center California Institute of Technology Pasadena, CA 91106E−mail:jiche＠caltech.edu.より大きな数字がTomanekにより報告されている（VOLUME 84, NUMBER 20 PHYSICAL REVIEW LETTERS 15 MAY 2000 "カーボンナノチューブの極めて高い熱伝導度"Savas Berber, Young−Kyun Kwon,およびDavid Tomanek））。
【０００７】
さらに、米国特許第６、８９１、７２４号には、ＣＶＤダイアモンドコーティング熱ヒートチップ上に積層されたカーボンナノチューブの使用が開示されている。熱チップ上に、特にＣＶＤダイアモンドコーティングが配置されている。当該チップはその後カーボンナノチューブによりコーティングされる。
【０００８】
熱管理のためのカーボンナノチューブの組成物(M.J.Biercuk, M.C.Llaguno, M.Radosavljevic, J.K.Hyun, およびA.T.Johnson,Department of Physics and Astronomy and Laboratory for Reserch on the Structure of Matter, University of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania 19104−Applied Physics Letters−April 15, 2002−Volume 80, Issue 15, pp.2767-2769)において、著者は、熱伝達を改善するため、表面を改質するのではなく、エポキシマトリクスに少量のカーボンナノチューブを添加することを開示している。
【０００９】
先進的な熱的界面材料の応用のためのカーボンナノファイバーの拡散の研究（Xinhe Tang＊, Ernst Hammel, Markus Trampert, Klaus Mauthner, Theodor Schmitt, Electrovac GmbH, Aufeldgasse 37−39, 3400 Klosterneuburg, Austria および Jurgen Schulz−Harder, Michael Haberkorn, Andereas Meyer, Curamik Electronics GmbH, Am Stadtwald 2, 92676 Eschenbach, Germany）では、著者は、サーマルグリースにカーボンナノチューブを添加することで如何に熱的性能が改善されるかを開示している。
【００１０】
その他の者は、他の応用のために、ナノチューブを整列させて配置する方法を改良した。例えば、Jung, Y.J.等の”多様で柔軟なエレクトロニックアプリケーションのための、整列されたカーボンナノチューブポリマーのハイブリッド構造（Nano Lett.,6(3),413-418, 2006）”には、ナノチューブが充填されたポリマーが開示されているが、熱管理に関しては含まれていない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ある形態では、熱源からヒートシンクまでの熱伝達を促進するため、熱源とヒートシンクとの間に配置される熱伝導媒体に関する。
【００１２】
ある形態では、当該熱伝導媒体は、比較的高い熱伝導特性を有する材料からなるディスクであって、熱源とヒートシンクとの間に配置されるディスクを含む。当該ディスクは、また熱拡散特性を有する。当該熱伝導媒体は、さらに、熱源に近接して配置される、ディスクの第１凹部表面と、ヒートシンクに近接して配置される、ディスクの反対側の第２凹部表面とを備える。熱伝導媒体は、さらに、第１および第２の凹部表面から延びる無数の熱伝導性棒状体を備えていてもよい。ある形態では、当該凹部表面は、ディスクについて外周部に配置されたリムにより画定されていてもよい。それぞれの凹部表面に関してリムが存在することにより、熱源とヒートシンクとの間にスペーサを提供するとともに、ヒートシンクと熱源によって上記棒状体に加えられる圧力の大きさを最小にする。ある形態では、棒状体が、それぞれの表面においてリムを超えて延び、当該棒状体が熱源およびヒートシンクに対して複数の接触ポイントを提供するように配置され、熱の伝達を補助する。
【００１３】
他の形態では、本発明は、実質的に柔軟な熱伝導媒体に関する。当該熱伝導媒体は、ある形態では、織り合わせた無数のカーボンナノチューブからなる柔軟性部材を備えている。柔軟性部材は、熱源が配置される側の上面と、反対側の下面と、熱源からの熱が向けられるヒートシンクと組み合わせるために設計された部材のエッジとを備えていてもよい。熱伝導媒体は、また、上記部材に構造上のサポートを提供するため、当該部材の上面にパッドを備えていてもよい。ある形態では、柔軟性部材に付加的なサポートを提供するために、当該部材の下面に第２のパッドを設けてもよい。熱伝導媒体は、当該部材上のより広い領域に熱源から熱を半径方向に伝達することを促進するため、熱源に近接して配置されたヒートスプレッダと当該部材の上面とを備えていてもよい。望ましい限度で、第２のヒートスプレッダは、柔軟性部材の下面に対して与えられ、柔軟性部材に沿って半径方向に熱源から熱を拡散させることが促進される。
【００１４】
他の形態では、本発明は、熱伝導媒体を製造するための方法を提供する。ある形態では、相反する凹部表面を有し、比較的高い熱伝導特性を備えていてもよいディスクを最初準備する。続いて、複数の触媒粒子を凹部表面に析出させてもよい。ある形態では、触媒粒子を析出させる前に、凹部表面に対して当該粒子の付着を高めることができる材料を当該凹部表面にコーティングしてもよい。その後、触媒粒子は、気相の炭素源にさらされ、触媒粒子により炭素が吸着されることから、凹部表面からナノチューブを成長させることができる。一旦ナノチューブが凹部表面を超えて延びると、ナノチューブの成長を終了させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、ある形態では、電子部品を熱管理するための媒体を提供する。当該媒体は、別の形態では、集積回路等の熱源と、ヒートシンクとの間の熱接合面に置かれ、当該熱源から当該ヒートシンクへの熱の伝達を容易にする、薄く設計されたデバイスであってもよい。
【００１６】
これから図２を参照して説明する。本発明は、ある形態では、熱源から熱エネルギーを伝達するための熱伝達媒体２０を提供する。当該熱伝達媒体２０は、ある形態では、実質的に薄いディスク２１を備えており、当該ディスク２１は、例えば熱を発生させる集積回路（ＩＣ）の蓋部とヒートシンクとの間の界面等の狭い領域に配置されるように設計されている。結局、ディスク２１は、約２ミリメートル（ｍｍ）〜約４ｍｍの範囲の膜厚を有する。もちろん、当該ディスク２１の膜厚は、特定の応用および配置に基づいて変更しうる。さらに、ディスク２１は、相対的に高い熱伝導性、即ち熱拡散特性を備える材料から構成してもよく、熱を発生するＩＣからヒートシンクへの熱の伝達を容易にすることができる。そのような材料の具体例としては、銅、アルミニウム、ベリリウム、もしくはこれらを組み合わせたものが含まれる。本発明のある実施の形態では、ディスク２１は、実質的に高純度の銅から構成されていてもよい。もちろん、ディスク２１に高い熱伝導性および熱拡散特性を与えることができる限り他の材料を使用してもよい。
【００１７】
図２に示すように、熱伝導媒体２０のディスク２１は、熱源の近くに配置される第１の表面２１１を具備する。ディスク２１は、またヒートシンクの近くに配置される、反対側の第２の表面２１２を具備する。これにより、第１の表面２１１、第２の表面２１２は、熱源からヒートシンクに熱を運ぶ通路としての役割を果たしうる。ある形態では、第１の表面２１１は、リム２５により画定された凹部表面２３を含むように設計しても良く、一方、第２の表面２１２は、リム２６により画定された凹部表面２４を含むように設計してもよい。ある形態では、無数のカーボンナノチューブの棒状体３０を収容するためのディスク２１のおよそセンター付近に凹部表面２３および２４を配置してもよい（図３参照）。凹部表面２３および２４は、ナノチューブの棒状体３０の長さより多少小さい深さを有していてもよい。ある形態では、それぞれの凹部表面の深さは、およそ１００μｍ〜５００μｍもしくはそれ以上であってもよい。これは、特定の用途、またはディスクが配置される位置に依存する。
【００１８】
別の形態では、ディスク２１の外周部分にリム２５および２６を設けても良く、これはヒートシンクと熱源との間のスペーサとして機能する。ディスク２１にリム２５および２６を設けることにより、ヒートシンクおよび熱源によりナノチューブの棒状体３０に対して加えられる圧力の大きさを制限する、すなわち適度な圧力とすることができる。かなりの大きさの圧力、即ち必要とされるよりかなり大きい圧力がナノチューブの棒状体３０に作用する場合、棒状体３０はダメージを受けて、熱の伝達が低下する可能性がある。
【００１９】
当然のことながら、凹部表面２３および２４は、機械加工により作製し、コインプレス、もしくは当該技術分野で知られた他の方法により鋳造してもよい。さらに、形状について円形として例示されているけれども、ディスク２１は、熱源とヒートシンクとの界面として作用しうるかぎり、如何なる形状、例えば四角形、六角形、八角形等であってもよい。
【００２０】
以下図３を参照して説明する。熱伝導媒体２０は、凹部表面２３および２４内に配置された無数の熱伝導性棒状体３０を含んでいてもよい。実際柔軟性を有する無数の棒状体３０が存在することにより、一般的に従来のフラットプレートにおいて見られる、熱源とヒートシンクとの間の接触スポットの数が少ないという問題を克服することができる。本発明のある実施の形態によれば、柔軟性の棒状体３０は、凹部表面２３および２４に対して実質的に横方向に配置されていても良く、当該凹部表面２３および２４内から、ディスク２１のリム２５および２６を、約１０μｍ〜約１００μｍもしくはそれ以上超えて延び、もしくは突出していてもよい。これにより、棒状体３０の頂部は、使用中、熱源およびヒートシンクと実質的に良好な接触を維持することができる。
【００２１】
さらに、良好な熱伝導が必要であるので、ある実施の形態では、棒状体３０がカーボンナノチューブから構成されていてもよい。本発明の熱伝導媒体２０に接触させて使用されるカーボンナノチューブは、シングルウォールナノチューブであってもよいし、もしくはマルチウォールナノチューブであってもよく、ある形態では、直径が約５０ｎｍ以下であってもよい。棒状体３０がリブ２５および２６を超えて延びることにより、ディスク２１が熱源とヒートシンクとの間の狭い領域もしくは接合領域に配置され、当該ヒートシンクおよび熱源（例えばＩＣの蓋部）がディスク２１のリム２５および２６に対して配されたとき、突出する柔軟性ナノチューブ棒状体３０が折り曲げられ、当該熱源およびヒートシンクの両方に対して良好な熱的接続を維持することができる。
【００２２】
無数のナノチューブ棒状体３０を用いることにより、接触ポイントの数をかなり増加させることができる。ある形態では、設けられた接触ポイントの数は、平方センチメートル当たり約１０８以上のオーダーの範囲にある。そのうえ、もし、明らかな接触領域の表面の例えば約２０％だけがナノチューブの棒状体３０により充填されていた場合、おおまかな熱伝導度は、約０．２０＊２９８０ワット／ｍ−度．Ｋもしくは約６００ワット／ｍ−度．Ｋと概算することができる。これらは、現在利用可能な、熱伝導性グリースについての９ワット／ｍ−度．Ｋに対して引けを取らない。
【００２３】
当然の事ながら、図３に例示された棒状体３０の数量は、凹部表面２３および凹部表面２４と実質的に同じであるけれども、それぞれの表面上の棒状体３０の数量が他と比較して同等でないように当該媒体２０を設計してもよい。例えば、熱源が小さいチップもしくは集積回路である場合、ディスク２１の熱源サイド（具体的には表面２３）は、ディスク２１のヒートシンクサイド（具体的には表面２４）と比較してより小さく、そして棒状体３０がより少ない。そのような設計では、熱伝導媒体２０は、ヒートスプレッダとして作用しうる。当該ヒートスプレッダは、より小さな熱源側表面２３から、当該媒体２０に対して半径方向に沿ってより大きなヒートシンク側表面２４へと熱を拡散させる。さらに、凹部表面２３上により少ない棒状体３０が存在するよう、凹部表面２３は、凹部表面２４に対して相対的に小さく形成してもよい。通常、凹部表面２３は、凹部表面２４に比してサイズにおいて同様に形成される。相対的により小さな凹部表面２３を設けるために、ある形態では、リム２５を半径方向により厚く形成してもよい。
【００２４】
ある形態では、当該技術分野において知られている様々な方法により、ディスク２１の相反する凹部表面２３および２４に無数の棒状体３０を設けてもよい。ある方法では、ナノチューブ棒状体１２が成長するであろう領域（具体的には凹部表面２３および２４）において、熱伝導媒体２０にコーティング材を配置してもよい。これらのコーティング材は、熱伝導媒体２０を構成する材料と反応を起こさないように選択する。当該コーティング材は、例えば、鉄、モリブデン、アルミナ、シリコンカーバイド、アルミニウムナイトライド、タングステンもしくはこれらを組み合わせたものが含まれる。ある形態では、当該コーティング材は、当該技術分野において知られている如何なる手段により凹部表面２３および２４上に配することができ、そして密集した実質的にポアのない析出物を生成することができる。これに加えて、ある触媒を当該コーティング材に析出させてもよい。ある形態では、散布、ペイント、スクリーン印刷、蒸着により、もしくは当該技術分野において知られているあらゆるプロセスにより、当該コーティング材の上に触媒を析出することができる。本発明の熱伝導媒体２０に接触させて使用される触媒は、一般的に磁性を有する遷移金属であってもよく、この具体例としては、鉄、コバルト、ニッケルもしくはこれらを組み合わせたもの等が含まれる。触媒粒子は、その後、当該技術分野においてよく知られたプロセスである化学気相成長（ＣＶＤ）法に関係するもの、すなわち気相の炭素源にさらされ、ナノチューブを成長させることができるようにカーボンが吸着される。
【００２５】
本発明の熱伝導媒体２０は、無数の柔軟性ナノチューブ棒状体３０を用いることにより、従来技術であるフラットプレートにおいて見られる接触スポットが少ないという問題を含む多くの問題を克服することができる。特に、熱源とヒートシンクとの間の接合部分に配置されたとき、ディスク２１上の棒状体３０は、熱源の熱い表面上に押し当ててもよく、放熱するように作用する、もしくは熱源とヒートシンクとの間の通路の熱抵抗が低くなるように、熱源の表面からより冷たいヒートシンクへのヒートスプレッダとして作用する。特に、熱はナノチューブ棒状体３０に沿って、薄いディスク２１に渡って、実質的に低い接触抵抗を有する接触表面まで熱を運ぶことができる。このような熱源とヒートシンクとの間の熱抵抗は、現在のところ高くても２０℃である。この熱抵抗は、本発明を使用して、この量のごく僅かな比率まで減少させることができると思われる。その結果、散逸したパワーは増加し、そして、熱源の温度を低下させることができる。
【００２６】
これに加えて、無数のナノチューブの棒状体３０を用いることにより、熱をヒートシンクまで伝導するのに必要とされる温度勾配は、２０℃未満まで減少しうる。さらに、界面をラッピングしないでよいように粗い界面を適用してもよい。すなわち、粗い界面が擦れ合うことを最小に抑えることができる。そのうえ、例えば高価な銅タングステンヒートスプレッダおよび必要とされる半田プロセスを省略することができるように、熱源（具体的にはＩＣの蓋部）とヒートシンクとの間の熱拡散係数の違いを適用してもよい。無数のナノチューブ棒状体３０を備える熱伝導媒体２０を鉛直方向に数ｍｍだけ持ち上げる”伝導性グリース”を取り替え可能な代替物として使用してもよい。
【００２７】
以下図４を参照して説明する。本発明のさらに別の実施の形態に係る熱管理のための他の熱伝導媒体４０を例示している。ある形態では、当該熱伝導性材料４０は、カーボンナノチューブからなるマットもしくは繊維材料等の柔軟性部材４１を含む。すなわち、カーボンナノチューブが、ファイバーもしくは糸に編み込まれ、当該ファイバーもしくは糸がマットもしくは繊維材料４１をなす、または編み込まれてマットもしくは繊維材料４１となる。ある形態では、熱伝導性材料４０に、ポリアミド４２、エポキシ、他のポリマーもしくはそれらを組み合わせたものを染み込ませてもよい。
【００２８】
ＩＣ４６等の熱源を支持するため、熱伝導媒体４０は、また、繊維材料４１の上面４４上にパッド４３を備えていてもよい。パッド４３が存在することにより、柔軟性部材４１に対して構造上の支持を与えることができる。望ましい範囲で、パッド４３を繊維材料４１の下面４５に対して配置してもよく、これにより柔軟性部材４１に対して更なる構造的支持を与える。
【００２９】
図４に例示するように、媒体２０について上記したのと同様に、熱伝導媒体４０を熱伝導媒体として使用することができる。熱伝導媒体４０について、特にＩＣ４６等の熱源を、繊維部材４１の上面４４に配置してもよい。熱源から発生する熱は、ヒートシンク、例えば水冷却パイプ４７、ヒートパイプ、もしくは熱源４６から熱を受動的に伝達するあらゆるマテリアルに接合するよう設計されたエッジ４１１に向かって柔軟性部材４１等によって運ばれる。
【００３０】
他の実施の形態では、熱伝導媒体４０は、さらに熱源４６の近傍に配置されたヒートスプレッダ４８と、柔軟性部材４１の上面４４とを備えていてもよい。ある形態では、ヒートスプレッダ４８は、熱源４６と繊維材料４１の上面４４との間に配置してもよい。ヒートスプレッダ４８は、他の方法よりも、熱源４６から繊維材料４１上のより広い領域まで急速に熱を半径方向に伝達することを容易にするよう作用する。それにより、熱源４６からの熱は、ヒートシンク４７に運ばれる。図４に示すように、付加的なヒートスプレッダ４９を繊維材料４１の下面４５に対して配置し、熱源４６から繊維材料４１に沿って半径方向に熱が拡がるのをさらに容易にすることができる。ある形態では、当該別のヒートスプレッダ４９は、繊維部材４１の上面のヒートスプレッダ４８の真下に配置してもよい。
【００３１】
本発明のある形態では、望ましい範囲において、例えば熱源から熱を迂回させるための印刷された回路ボードに繊維材料４１を組み込んでもよい。別の形態では、繊維材料５１は、元来繊維もしくは繊維様のものではなく、熱伝導性組成物、例えばより多く取り込まれた炭素−炭素組成物であってもよい。ここで、炭素−炭素組成物では、ファイバー充填率が約５０％以上であって、さらに熱流束の方向に沿って指向性を有する。
【００３２】
本発明は、特定の実施の形態に関連して記載している。従って、さらなる変更が可能であることは理解されよう。さらに、本願は、本発明のあらゆるバリエーション、使用、用途をカバーすることを意図している。本発明が属する技術分野における既知のプラクティスもしくは慣習的なプラクティスの範囲内で、本発明の開示内容から外れたものも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、商業的な熱伝導性グリースの具体例およびその熱伝導度を示した表である。
【図２】図２は、本発明のある実施の形態に係る熱伝導媒体の断面斜視図を示す。
【図３】図３は、図２の熱伝導媒体の断面図を示し、反対側の凹部に無数のナノチューブが配置されている。
【図４】図４は、本発明の別の形態に係る熱伝導媒体の断面図を示している。
【図１】
2008543051.tif 000003
【図２】
2008543051.tif 000004
【図３】
2008543051.tif 000005
【図４】
2008543051.tif 000006
【国際調査報告】
2008543051.tif 000007