(57)【要約】  発熱電子部品に関連して使うための熱伝導性界面構造体がポリママトリックス材料およびこの界面構造体の厚さ方向に沿って比較的軽負荷で圧縮できる一つ以上の圧縮部材を含む。これらの圧縮部材は、熱伝導性で且つそこに複数の網状孔を形成する。れらの圧縮部材は、この熱伝導性界面構造体の厚さ方向に沿う比較的低圧縮係数を可能にする。
2011512675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ、幅、および厚さを有する熱伝導性界面構造体であって：
（ａ）マトリックス材料；並びに
（ｂ）上記厚さおよび上記幅を伸びるそれぞれの平面を形成し、および実質的に上記長さに沿って配向されるようにそこを垂直に貫通するそれぞれの軸を有する網状孔を含む熱伝導性圧縮部材を含み、上記熱伝導性圧縮部材が厚さ方向に沿って圧縮できる界面構造体。
【請求項２】
請求項１の熱伝導性界面構造体であって、約５と約５０Ｗ／ｍ・Ｋの間の熱伝導率を有する界面構造体。
【請求項３】
請求項１の熱伝導性界面構造体に於いて、上記圧縮部材が上記厚さ全体に及ぶ界面構造体。
【請求項４】
請求項１の熱伝導性界面構造体であって、上記厚さ方向に沿って約０．０７と約１．３８Ｎ／ｍｍ２の間の圧縮係数を有する界面構造体。
【請求項５】
請求項１の熱伝導性界面構造体に於いて、上記圧縮部材がメッシュに作ったストランドを含む界面構造体。
【請求項６】
請求項１の熱伝導性界面構造体に於いて、上記網状孔が実質的にダイヤモンド形である界面構造体。
【請求項７】
請求項６の熱伝導性界面構造体に於いて、このダイヤモンド形孔が対向する頂点の第１対の間の長寸法と対向する頂点の第２対の間の短寸法を形成し、上記圧縮部材が非圧縮状態にあるとき、上記長寸法と上記短寸法の間の長さ比が約２である界面構造体。
【請求項８】
請求項７の熱伝導性界面構造体に於いて、上記長寸法に沿う第１軸が上記長さ方向と平行である界面構造体。
【請求項９】
請求項７の熱伝導性界面構造体に於いて、上記長寸法に沿う第１軸が上記長さ方向と実質的に垂直である界面構造体。
【請求項１０】
請求項１の熱伝導性界面構造体に於いて、上記孔が上記圧縮部材の約４０面積パーセントを含む界面構造体。
【請求項１１】
請求項１の熱伝導性界面構造体であって、上記長さに沿って実質的に平行関係に配置した、複数の上記圧縮部材を含む界面構造体。
【請求項１２】
請求項１１の熱伝導性界面構造体に於いて、上記圧縮部材が上記界面構造体の約１０と約５０容積パーセントの間を含む界面構造体。
【請求項１３】
請求項１の熱伝導性界面構造体に於いて、上記マトリックス材料が熱伝導性粒子を含む界面構造体。
【請求項１４】
請求項１の熱伝導性界面構造体に於いて、上記マトリックス材料が上記圧縮部材の間および上記網状孔内に配置してある界面構造体。
【請求項１５】
長さ、幅、および厚さを有する熱伝導性界面構造体であって：
（ａ）ポリママトリックス；並びに
（ｂ）上記長さに沿って配置した複数の圧縮部材を含み、上記圧縮部材の少なくとも幾つかは各々上記幅および上記厚さ全体に及び、上記圧縮部材は、網状孔を形成するメッシュに作ったストランドを含み、このメッシュは、上記圧縮部材が厚さ方向に沿って圧縮できるように配向してある界面構造体。
【請求項１６】
請求項１５の熱伝導性界面構造体に於いて、上記網状孔が実質的にダイヤモンド形でありおよび実質的にそこを垂直に貫通し且つ上記長さに沿って配向されるそれぞれの軸を有し、上記孔は、対向する頂点の第１対の間の長寸法、と対向する頂点の第２対の間の短寸法を形成し、上記長寸法と上記短寸法の間の長さ比が約２である界面構造体。
【請求項１７】
電子部品組立体であって：
（ａ）発熱電子部品；並びに
（ｂ）長さ、幅、および厚さを有する熱伝導性界面構造体で、上記厚さが上記界面構造体の第１および第２面の間に形成され、上記第１面の少なくとも一部が上記電子部品と熱的に結合してある界面構造体を含み、上記熱伝導性界面が：
（ｉ）ポリママトリックス材料；および
（ii）実質的に上記長さに沿って配向されるようにそこを垂直に貫通するように伸びるそれぞれの軸を有する網状孔を含む一つ以上の熱伝導性圧縮部材を含み、上記一つ以上の圧縮部材は、各々厚さ方向に沿う圧縮体積弾性係数が約１．３８Ｎ／ｍｍ２未満である組立体。
【請求項１８】
請求項１７の電子部品組立体であって、上記界面構造体の上記第２面に熱的に結合した放熱器を含む組立体。
【請求項１９】
請求項１７の電子部品組立体に於いて、上記一つ以上の圧縮部材がメッシュに作ったストランドを含む組立体。
【請求項２０】
請求項１７の電子部品組立体に於いて、上記網状孔が実質的にダイヤモンド形である組立体。
【請求項２１】
請求項１７の電子部品組立体に於いて、上記熱伝導性圧縮部材の熱伝導率が少なくとも約５Ｗ／ｍ・Ｋである組立体。
【請求項２２】
請求項１７の電子部品組立体に於いて、上記ポリママトリックス材料が上記網状孔内に配置してある組立体。
【請求項２３】
厚さ方向に沿って形成される厚さを有する熱伝導性界面構造体であって：
（ａ）ポリママトリックス；および
（ｂ）上記厚さ方向と平行な第１軸周りに実質的に螺旋状に巻いた熱伝導性圧縮部材を含み、上記圧縮部材は、上記厚さ方向と実質的に平行に配向し且つそこに配置した複数の網状孔を含む第１および第２の対向する主要面を含み、上記圧縮部材は、上記厚さ方向に沿って圧縮できる界面構造体。
【請求項２４】
請求項２３の熱伝導性界面構造体に於いて、上記圧縮部材は、上記厚さ方向に沿う圧縮係数が約１．３８Ｎ／ｍｍ２未満である界面構造体。
【請求項２５】
請求項２３の熱伝導性界面構造体に於いて、上記ポリママトリックスが上記網状孔内に配置してある界面構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には熱伝導性界面構造体に関し、更に詳しくは少なくともこの界面構造体の厚さ方向に沿って圧縮性の一つ以上の配向熱伝導性圧縮部材を組込んだ熱伝導性界面構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の電子デバイスは、互いに極めて近接して実装した、多種多様な電子部品を伴う。そのような電子部品に対する性能向上とサイズ縮小の要求が発熱レベルの上昇を生じている。多くの電子部品について高温では動作効率が低下し、それでこれらの電子部品から熱を運び去るための機構が望まれている。従って、この技術ではこれらのデバイスを横切って空気を動かすための冷却ファン、それぞれの電子部品内および付近から熱エネルギーを除去するための冷却流体導管、および大表面積放熱器のような、伝熱補助器具を利用することが知られている。
【０００３】
発熱電子部品から過剰熱エネルギーを除去するための一般的手法は、電子部品を、典型的には、金属のような、高度に熱伝導性の材料で作った、比較的表面積が大きい放熱器に熱的に結合することを伴う。この放熱器から離れる伝熱は、典型的にこの放熱器と空気のような冷却媒体の間の界面で起る。ある場合、伝熱効率は、空気の連続流をこの放熱器の熱交換面の上に向けるためにファンを使うことによって向上する。
【０００４】
ある場合には、この電子部品から放熱器への伝熱効率を増すために、熱伝導性ペーストまたはゲルのような、界面物質をこの発熱電子部品と放熱器の間に介在させてもよい。この電子部品構造体と放熱器の間の界面での不規則面によって生じる界面空隙が熱障壁を生ぜしめ、それがそこを横切る熱エネルギーの通過を阻止する。この界面物質は、そのような空隙を最小化して熱障壁を除去し且つ伝熱効率を向上する。
【０００５】
この用途に使われる熱伝導性ペーストまたはゲルは、普通体積弾性係数が比較的低く、およびこの界面物質がこの発熱電子部品の動作に支障のない高温で部分的に液状になり且つ流動可能になるので“相変化”さえしているかも知れない。そのような界面物質を使うことが多くの用途に適切であることは分っているが、それにもかかわらず幾らかの欠点がある。例えば、そのような界面物質のあるものは、それらの弾性係数／流動性が低い特性のために取扱いおよび設置が困難且つ厄介かも知れない。その上、そのような熱界面物質で得られる熱伝導率に限界が観察されている。電子部品からの熱エネルギーの除去に対するとどまるところを知らない要求を考えれば、既知の熱界面ペーストおよびゲルは、ある伝熱用途に不適当かも知れない。
【０００６】
上に説明した熱伝導性界面物質に加えて、他の種類の熱界面構造体もこの技術で知られている。例えば、固体および半固体界面構造体が電子部品と放熱器の間の適所に熱伝導性接着剤等を介して固定してある。そのような界面構造体は典型的に高熱伝導率値を示すが、隣接する表面への適合性がないために全体的熱経路効率が落ちる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の主な目的は、高度に熱伝導性であると共に、少なくともこの界面構造体の厚さ寸法に沿う圧縮性によって対向する表面に適合する、熱伝導性の界面構造体を提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、高度に熱伝導性であり、厚さ寸法に沿って圧縮性であり、および容易に取扱え且つ設置できる、熱伝導性の界面構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、コンパクトで巧妙な装置によって発熱電子部品から熱エネルギーを効率的に運び去れるかも知れない。上に説明した伝熱を実施するために、所望の伝熱方向に平行な厚さ方向に圧縮できる、熱伝導性の界面構造体を設ける。本界面構造体は、この厚さ方向に沿う圧縮係数が比較的低く、この圧縮係数は約１．３８Ｎ／ｍｍ２未満である。その上、この界面構造体は、高度に熱伝導性で、熱伝導率値が約５と５０Ｗ／ｍ・Ｋの間かも知れない。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特別な実施例で、この熱伝導性界面構造体は、長さ、幅、および厚さを有し、並びにマトリックス材料およびこの界面構造体の厚さおよび幅を伸びるそれぞれの平面を形成する熱伝導性圧縮部材を含む。この熱伝導性圧縮部材は、そこを垂直に貫通し且つ実質的にこの長さに沿って配向した、それぞれの軸を有する網状孔を含む。
【００１１】
ある実施例で、この圧縮部材の網状孔は、実質的にダイヤモンド形であり、且つ対向する頂点の第１対の間の長寸法と対向する頂点の第２対の間の短寸法を形成する。この圧縮部材が非圧縮状態にあるとき、この長寸法と短寸法の間の長さ比は、約２でもよい。これらの孔は、この圧縮部材の約４０面積パーセントを占めてもよい。
【００１２】
ある実施例で、この熱伝導性界面構造体は、この長さに沿って実質的に平行関係に配置した、複数の圧縮部材を含む。これらの圧縮部材は、この界面構造体の約１０と約５０の容積パーセントの間を含んでもよい。
【００１３】
別の実施例で、この熱伝導性界面構造体は、ポリママトリックスおよびこの界面構造体の長さに沿って配置した複数の圧縮部材を含み、これらの圧縮部材の少なくとも幾つかは各々この界面構造体の幅および厚さ全体に及ぶ。これらの圧縮部材は、網状孔を形成するメッシュに作ったストランドを含む。その上、このメッシュは、これらの圧縮部材が厚さ方向に沿って圧縮できるように配向してある。
【００１４】
別の態様で、この発明の電子部品組立体は、発熱電子部品および長さ、幅、および厚さを有する熱伝導性界面構造体を含み、この厚さは、この界面構造体の第１および第２面の間に形成される。この第１面の少なくとも一部がこの電子部品と熱的に結合してある。この熱伝導性界面は、ポリママトリックス材料および各々実質的にこの長さに沿って配向されるようにそこを垂直に貫通するように伸びるそれぞれの軸を有する網状孔を含む一つ以上の熱伝導性圧縮部材を含む。これらの圧縮部材は、各々厚さ方向に沿う圧縮体積弾性係数が約１．３８Ｎ／ｍｍ２未満である。
【００１５】
この界面構造体のその上更なる実施例は、ポリママトリックスおよび厚さ方向と平行な第１軸周りに実質的に螺旋状に巻いた熱伝導性圧縮部材を含む。この圧縮部材は、この厚さ方向と実質的に平行に配向し且つそこに配置した複数の網状孔を含む第１および第２の対向する主要面を含み、この圧縮部材は、この厚さ方向に沿って圧縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の電子部品組立体の側面図である。
【図２Ａ】本発明の界面構造体の単独透視図である。
【図２Ｂ】本発明の界面構造体の側面図である。
【図２Ｃ】本発明の界面構造体の側面図である。
【図３Ａ】本発明の界面構造体の端面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す界面構造体の一部の拡大透視図である。
【図３Ｃ】本発明の界面構造体の一部の側面図である。
【図３Ｄ】本発明の界面構造体の一部の拡大図である。
【図３Ｅ】本発明の界面構造体の圧縮した状態での端面図である。
【図４】本発明の界面構造体の一部の拡大図である。
【図５】本発明の界面構造体の一部の拡大図である。
【図６】本発明の界面構造体の単独図である。
【図７】Ａ−Ｄは、本発明の界面構造体の製造に於ける工程段階を示す。
【図８】Ａ−Ｅは、本発明の界面構造体の製造に於ける工程段階を示す。
【００１７】
上に列挙した目的および利点を本発明が提示する他の目的、特徴、および進歩と共に次に、この発明の種々の可能な構成の代表であることを意図した、添付の図面を参照して説明した詳細な実施例によって紹介する。この発明の他の実施例および態様は、当業者の把握内にあると認識する。
【００１８】
さて、図面、および最初に図１を参照して、電子部品組立体１０は、発熱電子部品１２、および電子部品１２に熱的に結合した熱伝導性界面構造体１４を含む。図１に示す実施例では、放熱器１６もこの電子部品組立体に含まれていて、この放熱器１６の第１面１８で熱伝導性界面構造体１４と熱的に接触している。一般的に、熱伝導性物質または物体が発熱電子部品と放熱器の間に介在する、図１に示す一般的装置は、この技術で周知である。しかし、出願人は、独特の熱伝導性界面構造体１４が従来の熱伝導性界面装置に優るはっきりした利点をもたらすと断定した。
【００１９】
発熱電子部品１２を図１に一般的装置として概略的に示す。しかし、そのような部品１２は、実際にマイクロプロセッサ、集積回路、メモリチップ、ハードドライブ、発光ダイオード等のよう、多種多様な電子装置を表してもよい。図１に示す実施例では、界面構造体１４の第１面２３が電子部品１２と、および好ましくは電子部品１２の発熱面と熱的に結合してある。この“電子部品”という用語は、界面構造体１４を電子部品１２を作り上げる組立体に関連する一つ以上要素と熱的に接触して置いてもよいので、それぞれの電子装置に関連する全ての部品を含めるつもりであることを理解すべきである。
【００２０】
図１に示す装置では、界面構造体１４が電子部品１２と放熱器１６の間に介在する。電子部品組立体１０の構造では、界面構造体１４が電子部品１２と放熱器１６の間に挟まれていて、界面構造体１４の厚さ寸法に沿って整列してあるのでここでは“厚さ方向”と称してもよい、軸“ｚ”に沿う圧縮圧力を受けるかも知れない。上に示すように、電子部品１２および放熱器１６のそれぞれの面と最も良く適合するために、界面構造体１４は、軸“ｚ”に沿って圧縮できるのが好ましい。
【００２１】
熱伝導性界面構造体１４の拡大単独図を図２に示し、その界面構造体１４は、長さ寸法“Ｌ”、幅寸法“Ｗ”、および厚さ寸法“Ｔ”を含む。界面構造体１４は、特定の用途の要求に応えるために多種多様な形状および大きさに作ってもよい。図示する実施例で、界面構造体１４は、実質的に矩形でもよく、その長さ寸法“Ｌ”は、第１および第２端面２４、２５の間に形成され、幅寸法“Ｗ”は、第１および第２側面２６、２７の間に形成され、および厚さ寸法“Ｔ”は、上面および下面２２、２３の間に形成される。
【００２２】
更に図２Ａに示すように、界面構造体１４は、長さ寸法“Ｌ”に沿って実質的に互いに平行関係に配置した複数の圧縮部材を含む。図２Ａに示す実施例では、圧縮部材３２が幅寸法“Ｗ”を通り且つ厚さ寸法“Ｔ”を通って伸びるそれぞれの平面を形成する。幾つかの実施例では、少なくとも幾つかの圧縮部材３２それ自体が厚さ寸法“Ｔ”全体に及び、幅寸法“Ｗ”全体に及ぶ。この発明の範囲および目的を保持しながら、これらの構成に種々の修正を加えてもよい。例えば、圧縮部材３２は、厚さ寸法“Ｔ”全体に及ぶ部分だけおよび／または幅寸法“Ｗ”全体に及ぶ部分だけを有してもよい。逆に、圧縮部材３２それ自体が幅寸法“Ｗ”に等しい幅および厚さ寸法“Ｔ”と実質的に等しい高さを形成してもよい。圧縮部材３２が多種多様な形状および大きさを採用してもよいことを理解すべきである。
【００２３】
図３Ａの界面構造体１４の端面図は、初期の、非圧縮、形状にある圧縮部材３２を示す。圧縮部材３２は、間に網状孔３６を形成するために織または不織フォーマットにパターン化してもよいストランド３４を含む。図３Ｂは、実質的にダイヤモンド形網状孔３６を形成する不織ストランドパターンを表す。しかし、網状孔３６のために種々の形状を形成するように圧縮部材３２に多種多様なストランドパターンを使ってもよいことを理解すべきである。本装置に有用な圧縮部材３２の例は、MicroGride（登録商標）Precision-Expanded Foilsの商品名で米国コネティカット州ノーガタックのDexmet社から入手可能である。
【００２４】
一実施例で、および図２ないし３に示すように、圧縮部材３２が形成する網状孔は、そこを貫通して垂直の伸び且つ長さ方向“ｙ”と平行な方向に実質的に沿って配向したそれぞれの軸３９を含む。その上、網状孔３６は、各々対向する頂点の第１および第２対３８−３８、４０−４０を有する、実質的にダイヤモンド形でもよい。圧縮部材３２の一実施例で、網状孔３６は、対向する頂点の第１対３８−３８の間に長寸法“ａ”を、および対向する頂点の第２対４０−４０の間に短寸法“ｂ”を形成する。この実施例で、長寸法“ａ”と短寸法“ｂ”の間の長さ比は、約１．５と約４の間であり且つ好ましくは約２でもよい。長寸法“ａ”を図３Ｂに対向する頂点の第１対３８−３８の間に伸びるように示し、それで長寸法“ａ”に沿う第１軸“ａ１”が厚さ方向“ｚ”と実質的に平行であり、一方短寸法“ｂ”は、厚さ方向“ｚ”と実質的に垂直である。別の実施例では、図３Ｄに示すように、長寸法“ａ”が厚さ方向“ｚ”と実質的に垂直であり、一方短寸法“ｂ”が厚さ方向“ｚ”と実質的に平行である。
【００２５】
本発明の重要な態様は、少なくとも厚さ方向“ｚ”に沿う圧縮部材３２の圧縮性にある。このため、圧縮部材３２のストランド３４を比較的軽負荷で変形できる材料でおよび寸法に製作するのが好ましい。特に、界面構造体１４に約０．０７と１．３８Ｎ／ｍｍ２の間の厚さ方向“ｚ”に沿う圧縮体積弾性係数を与えるのが望ましい。係数値のこの範囲は、圧縮部材３２が界面構造体１４の中の最堅要素を表すかも知れないので、圧縮部材３２それ自体にも関連するかも知れない。その結果、圧縮部材３２は、作動するように配向してあるので、厚さ方向“ｚ”に沿う圧縮係数が約１．３８Ｎ／ｍｍ２に過ぎないかも知れない。
【００２６】
幾つかの実施例では、圧縮部材３２を延性金属またはその他の変形可能材料で製作してもよい。圧縮部材３２は、圧縮部材３２の製造に使用するために選択した材料が少なくとも約５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するように熱伝導性であってもよい。それで、金属、金属被覆織物、炭素繊維等のような材料が圧縮部材３２の構成に有用な材料例である。圧縮部材３２用の特別な材料例には、銅、アルミニウム、ニッケル、およびチタンがある。
【００２７】
圧縮部材３２は、ストランド３４用に、例えば、正方形、矩形、円、長円形等を含む、多種多様な断面形状を利用してもよい。ストランド３４用の寸法は、スランド幅“Ｓｗ”とストランド厚さ“Ｓｔ”に分けてもよい。幾つかの実施例で、ストランド幅は、約０．０２５４と約０．２５４ｍｍの間かも知れず、一方ストランド厚さは、約０．０５０４と約０．３８１ｍｍの間かも知れない。そのような大きさの範囲は、圧縮部材３２の１００ｍｍ２当りの孔３６を約２３０と約１，７００の間にする。そのような寸法は、上に説明した孔寸法と共に、圧縮部材３２に約４０面積パーセントの全体的開放領域をもたらし、それは厚さ方向“ｚ”に沿う所望程度の圧縮性をもたらす。しかし、スランド幅“Ｓｗ”、ストランド厚さ“Ｓｔ”、および孔３６に対する他の寸法が厚さ方向“ｚ”に沿う所望レベルの圧縮性を保持しながら、圧縮部材３２に有用かも知れないことを理解すべきである。
【００２８】
圧縮部材３２のストランド３４は、(ｉ)全体としての圧縮部材３２のメッシュ構造、(ii)図３Ａないし３Ｄに示すような一体のメッシュ構造の部分、(iii)図４に示すような不織“積層”メッシュ構造の部分、(iv)図５に示すような織メッシュ構造の部分、および(ｖ)図５に示すような織構造を織る際に使う繊維または繊維束を指してもよい。一般的に、ストランド３４は、それらの間に網状孔３６を形成する構造を指す。
【００２９】
図４および５は、圧縮部材３２用の代替メッシュ構造を表す。特に、ストランド３４用の“接合”または“積層”不織設計を図４に示す。そのような設計では、１組のストランド３４ａを溶接のような接合技術によって第２組のストランド３４ｂに固着する。第１組のストランド３４ａを各々第２組のストランド３４ｂの第１側に配置してあるように示すが、この不織“積層”アプローチは、交互するストランド３４ａを第２組のストランド３４ｂの対向する側に交互に配置し、逆もまた同様のような、他の構成を伴ってもよいことを意図する。圧縮部材３２のストランド３４用のもう一つの構成を図５に示し、そのストランド３４は、メッシュ装置に織ってある。全ての織および不織設計で、圧縮部材３２は、少なくとも厚さ方向“ｚ”に沿って、熱伝導性である。幾つかの実施例では、圧縮部材３２が高度に熱伝導性であり、且つ電子部品１２から大抵の過剰熱エネルギーを放熱器１６へ一般的に厚さ方向“ｚ”に沿って運ぶのに役立つことが望ましい。
【００３０】
図３Ｅは、電子部品組立体１０の構成で起るような、界面構造体１４の上面および下面２２、２３に圧縮力“Ｆ”を掛けた後のその端面図を表す。圧縮力“Ｆ”は、下面２３への放熱器１６、および上面２２への電子部品１２の設置に伴う力の印加を表す。圧縮部材３２へのそのような圧縮力“Ｆ”の影響を図３Ａと３Ｅの間の比較で示す。そのような比較によって実証するように、圧縮部材３２は、網状孔３６の長寸法“ａ”が減るように厚さ方向“ｚ”に沿って圧縮される。幾つかの場合、圧縮力“Ｆ”による長寸法“ａ”の減少は、網状孔３６の短寸法“ｂ”を対応して増加する。そのような場合、図３Ｅに示すように、界面構造体１４に掛ける圧縮力“Ｆ”の結果として界面構造体１４の幅寸法“Ｗ”も増すかも知れない。
【００３１】
圧縮部材３２に加えて、界面構造体１４は、更に圧縮部材を互いに接着しおよび／または圧縮部材３２を実質的に界面構造体１４の適所に固着するための材料を含んでもよい。その代りに、そのような材料を界面構造体１４の隙間を埋めるための媒体として界面構造体に単純に組込んでもよい。幾つかの実施例で、そのような材料は、少なくとも厚さ方向“ｚ”に沿って界面構造体１４を通る熱エネルギーの移動を助けるために熱伝導性であってもよい。この材料は、界面構造体１４が、少なくとも厚さ方向“ｚ”に沿って、比較的低い圧縮係数を維持するように、約０．１４〜０．２４Ｎ／ｍｍ２以下のような、比較的低い係数を示してもよい。そのような材料をここでは“マトリックス”と呼び、それは、あらゆる材料、化合物、 混合物、エマルジョン等として広く解釈されるべきであることを意図し、その中に一つ以上の圧縮部材を埋込んでもよく、および／またはそれ自体をこの界面構造体の圧縮部材が形成するおよびそれらの間の空隙に注入してもよい。従って、ここではこの用語“マトリックス”に特別な意味は何もない。
【００３２】
幾つかの実施例で、このマトリックス材料は、０．１４〜０．２４Ｎ／ｍｍ２以下のような、圧縮体積弾性係数が比較的低いポリマでもよい。本発明のマトリックス材料に有用なポリマ材料の例には、シリコン、ポリウレタン、ポリイソブチレンに加えて、シリコンとエポキシ、ポリアクリレート、またはポリウレタンの共重合体があるがこれらの限定されない。このマトリックス材料は、約１５０〜２００℃までを含む、電子部品組立体１０の動作温度で比較的安定であることが望ましい。この用途の目的で、“安定”という用語は、室温と電子部品組立体１０の動作温度の間でこのマトリックス材料の粘度が約１０％未満しか変化しない、実質的形状安定を意味することを意図する。しかし、更に重要なことは、このマトリックス材料がこの界面構造体の少なくとも厚さ方向“ｚ”に沿う全体的圧縮体積弾性係数に、約２．４１Ｎ／ｍｍ２のような、所定の最大値を超させないことである。
【００３３】
幾つかの実施例で、このマトリックス材料は、熱伝導性のおよび／または粘度修正粒子状充填材を充填してもよい。そのような粒子状充填材は、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、窒化硼素、シリカ等のようなセラミック材料に加えて、その他の無機材料および金属でもよい。最も典型的に、これらの粒子状充填材は、約５０と９０重量％の間の充填濃度で存在し、平均粒子サイズが約３０〜５０μｍの粒子サイズ分布をしている。最も典型的に、そのような粒子状充填材は、その熱伝導度を向上するためにこのマトリックス材料に含まれている。熱伝導性の充填ポリマ材料は、伝熱用途での界面媒体そしてこの技術で周知である。
【００３４】
このマトリックス材料を図２Ａないし２Ｃに参照番号５２で特定する。図２Ｂおよび２Ｃの側面図に示すように、本発明は、圧縮部材３２の構成に種々の実施例を意図する。特に、界面構造体１４Ｂは、実質的に互いに隣接する平行関係に配置した複数の圧縮部材３２を含む。これとは対照的に、界面構造体１４Ｃの圧縮部材３２は、互いに平行関係に配置してあるが、長さ寸法“Ｌ”に沿い、近接して離間している。図２Ｃに示す実施例では、ポリママトリックス５２のような、マトリックス材料がそれぞれの圧縮部材３２の間の空隙を埋める。ポリママトリックス５２は、界面構造体１４Ｂの圧縮部材３２の間にも配置してよいが、それぞれの圧縮部材３２の間の空隙は、界面構造体１４Ｃのそれよりかなり小さいかも知れない。本発明は、更に、それぞれの圧縮部材３２の間の間隔が単一界面構造体内で均等でないかも知れず、およびそうではなく用途毎の必要に応じて種々の間隔があるかも知れないことを意図する。幾つかの実施例に関して、圧縮部材３２が界面構造体１４の約１０と約５０容積パーセントの間を占める。そのような実施例で、マトリックス材料５２は、網状孔３６内、および／または隣接または離間する圧縮部材３２の間に存在することによって、実質的に界面構造体１４の容積のバランスを採る。
【００３５】
本発明の界面構造体の更なる実施例を図６に示し、その界面構造体１１４は、直径幅寸法“Ｗ”および厚さ寸法“Ｔ”を有する実質的に円筒形であってもよい。図６に示す実施例で、圧縮部材１３２は、中心軸の周りに螺旋状に巻いた連続部材である。圧縮部材１３２は、その他の点では上に説明した圧縮部材３２と類似でもよく、その圧縮部材１３２は、圧縮部材１３２が少なくとも厚さ方向“ｚ”に沿って圧縮できるように、複数の網状孔１３６を含む。更に、圧縮部材１３２が材料、ストランド設計および寸法、網状孔形状および寸法、並びにその他の態様で圧縮部材１３２を参照して説明したものと類似でよいことを理解すべきである。
【００３６】
界面構造体１１４は、ポリママトリックス１５２を網状孔１３６内に、且つ事によると圧縮部材１３２のそれぞれの部分の間に配置するように、ポリママトリックス１５２をそこに注入してもよいので、界面構造体１４と類似でよい。
【００３７】
界面構造体１１４の、図６に示した以外の非多角形形状も本発明に有用であるとしてもくろむ。更に、あらゆる多角形または非多角形の界面構造体が、圧縮部材３２のような、複数の圧縮部材を利用してもよく、またはそうではなく、圧縮部材１３２のような、単一圧縮部材を利用してもよい。界面構造体１１４の円筒形構成で、例えば、複数の同心部材を、連続螺旋状圧縮部材１３２の代りに、またはそれに加えて、利用してもよい。更に、連続圧縮部材を多角形界面構造体構成に利用してもよい。例えば、連続圧縮部材を漸増する周辺境界線の周りに巻付けて多角形構造体構成にしてもよい。従って、一つ以上の圧縮部材を使って多種多様な界面構造体形状を作ってもよいことを理解すべきである。本発明の界面構造体の形成で、そのような一つ以上の圧縮部材を平行、非平行、螺旋状、またはその他の相対配向に置いてもよい。
【００３８】
本発明の界面構造体を製造するための多種多様な技術をここに検討するが、以下は、この界面構造体を作るための方法例を示す。界面構造体１４の構成技術を図７Ａないし７Ｄに示し、そこでは複数の圧縮部材３２を一緒に並べて積重ねた圧縮部材３２のブロック５８を創る。各圧縮部材３２は、ストランド３４を実質的に厚さ方向“ｚ”に平行な平面に整列するように並べてもよい。次にブロック５８の開放空隙の少なくとも幾つかにマトリックス材料５２を充填または注入して、圧縮部材３２の約１０と約５０容積パーセントの間であり且つ残りがマトリックス材料５２である充填したブロック６０を作る。次に充填したブロック６０をカットライン６２で切って個々の界面構造体１４を作る。
【００３９】
幾らか類似の方法で、界面構造体１１４を図８Ａないし８Ｅに示す技術によって構成してもよく、そこでは圧縮部材シート１３１を方向矢印１３０によって描くように巻いて、図８Ｂに示すように、螺旋状に巻いた管１７０にする。管１７０の端面図を図８Ｃに示す。次に管１７０にマトリックス材料１５２を充填または注入して、図８Ｄに示すように、充填した管１７２を作る。次に充填した管１７２の部分をカットライン１６２で切って、図８Ｅに示すように、界面構造体１１４を作る。図７Ａないし７Ｄおよび図８Ａないし８Ｅを参照して説明した両方の技術で、このマトリックス材料は、例えば、真空注入、加圧マトリックス注入、または毛管作用のような、種々の手法によってこの界面構造体に注入してもよい。
（実例）
【００４０】
以下は、本発明の界面構造体のための構成例を示す。しかし、以下の例は、例示に過ぎず、本発明に有用な構成および材料に関して制限的であることを意図しない。
【実施例１】
【００４１】
厚さ寸法が約２．５４と約５．０８ｍｍの間の熱伝導性界面構造体に複数のアルミニウム圧縮部材を用意した。これらの圧縮部材は、幅０．１２５ｍｍおよび厚さ０．０５８ｍｍのストランドを含み、その不織ストランドは、規則的で、網状で、長寸法と短寸法の比が約２のダイヤモンド形の孔を形成した。これらの網状孔の長寸法をこの厚さ方向と平行に整列し、およびこれらの圧縮部材が形成した開放領域パーセントは約３８であった。
【００４２】
２５℃で粘度約１００ｃＰのビニルを末端基とするポリジメチルシロキサンポリマを類似の粘度の水素化物架橋剤と約１０：１の比で１０００：１の比の１％白金触媒と共に混合した。一旦硬化すると、この巧妙なポリマの圧縮係数は、約２００℃の動作温度で約０．１４Ｎ／ｍｍ２であった。この未硬化成分を真空注入によってこのメッシュ装置に注入し、２５℃で２４時間硬化させた。一旦硬化すると、これらの圧縮部材は、この構造体全体の約３５容積パーセントで存在した。
【００４３】
この界面構造体は、厚さ方向に沿って約０．５２Ｎ／ｍｍ２の圧縮係数および２２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を示した。
【実施例２】
【００４４】
厚さ寸法が約２．５４と約５．０８ｍｍの間の熱伝導性界面構造体に複数のアルミニウム圧縮部材を用意した。これらの圧縮部材は、幅０．１２５ｍｍおよび厚さ０．０５８ｍｍのストランドを含み、その不織ストランドは、規則的で、網状で、長寸法と短寸法の比が約２のダイヤモンド形の孔を形成した。これらの網状孔の短寸法をこの厚さ方向と平行に整列し、およびこれらの圧縮部材が形成した開放領域パーセントは約３８であった。
【００４５】
実施例１のようなビニルシロキサンポリマをこのメッシュ装置に注入し、これらの圧縮部材は、この構造体全体の約３５容積パーセントで存在するように硬化した。
【００４６】
この界面構造体は、厚さ方向に沿って約０．３４Ｎ／ｍｍ２の圧縮係数および１６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を示した。
【実施例３】
【００４７】
厚さ寸法が約１．２７と約５．０８ｍｍの間の熱伝導性界面構造体に巻いたアルミニウム圧縮部材を用意した。これらの圧縮部材は、幅０．１２５ｍｍおよび厚さ０．０５８ｍｍのストランドを含み、その不織ストランドは、規則的で、網状で、長寸法と短寸法の比が約２のダイヤモンド形の孔を形成した。これらの網状孔の長寸法をこの厚さ方向と平行に整列し、およびこれらの圧縮部材が形成した開放領域パーセントは約３８であった。
【００４８】
実施例１のようなビニルシロキサンポリマをこのメッシュ装置に注入し、これらの圧縮部材は、この構造体全体の約１５容積パーセントで存在するように硬化した。
【００４９】
この界面構造体は、厚さ方向に沿って約１．０３Ｎ／ｍｍ２の圧縮係数および１３Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を示した。
【実施例４】
【００５０】
厚さ寸法が約２．５４と約５．０８ｍｍの間の熱伝導性界面構造体に複数のアルミニウム圧縮部材を用意した。これらの圧縮部材は、幅０．１２５ｍｍおよび厚さ０．０５８ｍｍのストランドを含み、その不織ストランドは、規則的で、網状で、長寸法と短寸法の比が約２のダイヤモンド形の孔を形成した。これらの網状孔の長寸法をこの厚さ方向と平行に整列し、およびこれらの圧縮部材が形成した開放領域パーセントは約３８であった。
【００５１】
実施例１のようなビニルシロキサンポリマをこのメッシュ装置に注入し、これらの圧縮部材は、この構造体全体の約２０容積パーセントで存在するように硬化した。
【００５２】
この界面構造体は、厚さ方向に沿って約０．９０Ｎ／ｍｍ２の圧縮係数および２６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を示した。
【００５３】
特許法に従い、並びに当業者にこの新規な原理を応用しおよび必要に応じてこの発明の実施例を構成し且つ使用するために必要な情報を提供するために、この発明をここにかなり詳しく説明した。しかし、この発明は特に異なる装置によって実施できることおよび種々の修正をこの発明それ自体の範囲から逸脱することなく達成できることを理解すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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