(57)【要約】  本発明は、発熱ユニット２０２と除熱ユニット２０４の間に熱的結合界面を提供するように配置された熱伝導デバイス２０６に関し、熱伝導デバイス２０６は、対向する第１表面２１８と第２表面２２０とを有し、少なくとも当該第１表面がスライド表面であって複数孔２１２を備える接続層２１０、及び、第２表面２２０でライナー層と係合し、弾性的あるいは非弾性的に変形可能である熱的接続層２０８を有する。当該熱伝導デバイスは、孔が開いているアイドル状態、及び、孔が熱的接続層の一部で埋まっているアクティブ状態を有する。当該熱的接続層は、孔を埋めるために、変形しきい値を超える圧縮力がかけられた熱伝導デバイスによって変形されるように設けられている。
2014512094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１表面及び第２表面を有し、少なくとも第１表面がスライド表面であり、複数の孔を備えたライナー層と、
第２表面で当該ライナー層と係合し、弾性的あるいは非弾性的に変形可能である熱的接続層とを有する、発熱ユニットと除熱ユニットとの間に熱的結合界面を提供するための熱伝導デバイスであって、
前記熱伝導デバイスが、孔が開いているアイドル状態及び孔が熱的接続層の一部で埋まっているアクティブ状態を有し、当該熱的接続層が、変形しきい値を超える圧縮力がかけられた前記熱伝導デバイスによって変形されて、孔を埋める、
熱伝導デバイス。
【請求項２】
前記ライナー層と反対側で前記熱的接続層と係合する追加のライナー層を有する、請求項１に記載の熱伝導デバイス。
【請求項３】
前記ライナー層が長手の孔を備えた、請求項１又は２に記載の熱伝導デバイス。
【請求項４】
前記熱伝導デバイスが円板形状プレートを構成する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱伝導デバイス。
【請求項５】
前記孔が、前記熱伝導デバイスの周縁と同心の少なくとも一つの円に配置される、請求項４に記載の熱伝導デバイス。
【請求項６】
前記孔が第１表面から第２表面へと斜めに延在している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱伝導デバイス。
【請求項７】
発熱ユニット、除熱ユニット、及び請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱伝導デバイスを有する装置であって、当該熱伝導デバイスが、前記発熱ユニットと前記除熱ユニットとの間に配置され、前記装置に、前記発熱ユニットと前記除熱ユニットとを互いに押し合う圧縮力がかけられ、当該伝導デバイスの前記熱的接続層が、前記ライナー層の前記孔を貫通し、前記除熱ユニット又は前記発熱ユニットのいずれかの係合表面と係合する突出部を有する、装置。
【請求項８】
前記発熱ユニットが発光ダイオード照明装置である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
発熱ユニットを提供するステップと、
除熱ユニットを提供するステップと、 
対向する第１表面及び第２表面を有し、少なくとも第１表面がスライド表面であり、複数の孔を備えたライナー層と、第２表面で当該ライナー層と係合し、弾性的あるいは非弾性的に変形可能である熱的接続層とを有する、熱伝導デバイスを提供するステップと、
前記熱伝導デバイス、前記発熱ユニット、及び前記除熱ユニットを、熱界面が前記発熱ユニットと前記除熱ユニットとの間に位置づけられるように組み立て、前記ライナー層の第１表面を前記発熱ユニット及び前記除熱ユニットの一方の係合表面に係合させ、前記熱伝導デバイスの対向表面を前記発熱ユニット及び前記除熱ユニットの他方の係合表面に係合させることによって装置を組み立てるステップと、 
前記熱的接続層の変形しきい値を超える圧縮力で前記装置を圧縮し、これによって前記熱伝導デバイスを圧縮し、これによって、前記孔を通って前記熱的接続層の一部を、前記ライナー層の第１表面の係合表面が係合されるのと同じ係合表面と係合させるステップとを有する、前記装置の組み立て方法。  
【請求項１０】
前記装置の組み立てが、前記熱伝導デバイスを前記発熱ユニット上に取り付けることによってサブアセンブリを提供するステップと、前記サブアセンブリを前記除熱ユニットの上に配置するステップと、前記サブアセンブリを最終位置に移動させるステップとを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記サブアセンブリを最終位置に移動させるステップが、前記サブアセンブリを回転させるステップを有する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱ユニットと除熱ユニットとの間に熱的結合界面を提供するように配置された熱伝導（サーマルインタフェース）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱伝導デバイスの設計は、熱的パフォーマンスによって駆動されるため、熱伝導デバイスで使用されるペースト、グリース、フェーズ・チェンジ材等の熱伝導材が、非常に良い湿潤能力と高いバルク伝導率とを持つように設計される。高いバルク伝導率は材料の選択によって実現され、良い湿潤能力は材料の適切な柔軟性及び表面粘着性によって得られる。既知の熱伝導デバイスの一例が米国特許出願2004/021981に示されている。この先行技術の装置は、穴でパターン化された熱膜、及び当該穴に入れられた高い熱伝導率のペーストを有する。しかしながら、幾つかのアプリケーションでは、発熱ユニット及び除熱ユニットそれぞれに面する対向表面の少なくとも１つにおいて、スライド可能である熱伝導デバイスを有することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
先行技術の上記欠点を軽減する熱伝導デバイスを提供することが、本発明の目的である。    
【０００４】
本目的は、請求項１に説明される本発明に従った熱伝導デバイス及び請求項９に説明される装置の組み立て方法によって達成される。
【０００５】
当該発明は、熱伝導デバイスが良いスライド可能性を持つアイドル状態及び良い湿潤能力を持つアクティブ状態を有し、アイドル状態からアクティブ状態への遷移が、熱伝導デバイスに圧縮をかけることによって行われる熱伝導デバイスを提供することによって、スライド可能性と良い湿潤能力とを組み合わせることができるという洞察に基づく。
【０００６】
よって、本発明の態様によると、発熱ユニットと除熱ユニットとの間に熱的結合界面を提供するように設けられた熱伝導デバイスが提供され、当該デバイスは：
対向する第１表面及び第２表面を有し、少なくとも第１表面が複数の孔を備えたスライド表面を有するライナー層、及び、
弾性的あるいは非弾性的に変形可能であり、第２表面においてライナー層と係合する熱的接続層を有する。当該熱伝導デバイスは、孔が開いているアイドル状態及び孔が熱的接続層の一部で埋まっているアクティブ状態を有する。熱的接続層は、熱伝導デバイスによって変形しきい値を超える圧縮力がかけられて変形され、これによって孔を埋めるように設けられている。
【０００７】
当該発明の別の態様によると、
発熱ユニットを提供するステップと、
除熱ユニットを提供するステップと、
対向する第１表面及び第２表面を有し、少なくとも第１表面がスライド表面であり、複数の孔を備えたライナー層と、第２表面で当該ライナー層と係合し、弾性的あるいは非弾性的に変形可能である熱的接続層とを有する、熱伝導デバイスを提供するステップと、
前記熱伝導デバイス、前記発熱ユニット、及び前記除熱ユニットを、熱界面が前記発熱ユニットと前記除熱ユニットとの間に位置づけられるように組み立て、前記ライナー層の第１表面を前記発熱ユニット及び前記除熱ユニットの一方の係合表面に係合させ、前記熱伝導デバイスの対向表面を前記発熱ユニット及び前記除熱ユニットの他方の係合表面に係合させることによって装置を組み立てるステップと、 
前記熱的接続層の変形しきい値を超える圧縮力で前記装置を圧縮し、これによって前記熱伝導デバイスを圧縮し、これによって、前記孔を通って前記熱的接続層の一部を、前記ライナー層の第１表面の係合表面が係合されるのと同じ係合表面と係合させるステップとを有する装置の組み立て方法が提供される。
【０００８】
熱伝導デバイスの２つの状態は、まず、ライナーのスライド表面によって、組み立て時にスライド可能であることで、容易に正確な位置決めができ、そして、ライナーの孔を貫通して除熱ユニットの表面に接触する熱的接続層の材料によって、圧縮後に良い湿潤能力を有する、という利点がある。熱的接続層が弾性的に変形可能である場合には、圧縮力が取り除かれるとすぐに再び熱伝導デバイスがスライド可能になる、という付加的利点がある。
【０００９】
熱伝導デバイスの実施形態によると、ライナー層が熱的接続層の対向し合う両側に提供され、これによって、更に可換性が増大し、熱伝導デバイスを発熱ユニット及び除熱ユニットと組み立てる自由度を増大する。
【００１０】
熱伝導デバイスの実施形態によると、ライナー層は長手の孔を具備する。これによって、孔は好ましいスライド方向に適応可能である。
【００１１】
熱伝導デバイスの実施形態によると、当該伝導デバイスは円板形状プレートを構成し、当該プレートは、熱伝導デバイスと係合する円形表面を有する発熱ユニット及び除熱ユニットの特定用途に適応される。
【００１２】
本発明の別の態様によると、発熱ユニット、除熱ユニット、及び上記で規定された熱伝導デバイスを有する装置が提供される。熱伝導デバイスは、発熱ユニットと除熱ユニットとの間に配置される。当該装置には、発熱ユニットと除熱ユニットとが互いに押し合う圧縮力がかけられ、当該伝導デバイスの熱的接続層は、ライナー層の孔を貫通し、除熱ユニット又は発熱ユニットのいずれかの係合表面と係合する突出部を有する。熱的接続層は圧縮力により変形され、熱的接続層の材料で孔を埋めて、これにより突出部を形成する。
【００１３】
当該発明のこれら及び他の態様、特徴、及び利点は、以下に説明される実施形態を参照して明らかになり、説明されるだろう。
【００１４】
本発明は、添付図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による熱伝導デバイスの実施形態を有する装置の略断面図を示す。
【図２】アイドル状態の熱伝導デバイスの実施形態の断面図である。
【図３】アクティブ状態の熱伝導デバイスの実施形態の断面図である。
【図４】熱伝導デバイスの実施形態を有する装置の分解図を概略的に示す。
【図５】ライナー層に異なる種類の孔を有する熱伝導デバイスの実施形態を図示する。
【図６】ライナー層に異なる種類の孔を有する熱伝導デバイスの実施形態を図示する。
【図７】ライナー層に異なる種類の孔を有する熱伝導デバイスの実施形態を図示する。
【図８】熱伝導デバイスの実施形態の略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明による熱伝導デバイスの実施形態を有する装置の一般例によると、図１に示されるように、装置１００は、発熱ユニット１０２、除熱ユニット１０４、及び中間熱伝導デバイス１０６を含む。伝導デバイス１０６はプレート形状であり、互いに積み重なって配置された熱的接続層１０８及びライナー層１１０から構成される。パッドと呼ばれる場合もある熱的接続層１０８は発熱ユニット１０２と係合され、ライナー層１１０は除熱ユニット１０４と係合される。ライナー層１１０は孔１１２を具備し、熱的接続層１０８の突出部は孔１１２まで伸びる。装置１００において、熱伝導デバイス１０６はアクティブ状態にあり、この場合は当該デバイスは圧縮されている。このアクティブ状態では、熱的接続層１０８の材料は孔１１２を貫通し、除熱ユニット１０４の表面と係合する。
【００１７】
同様に、本発明による装置の組み合わせ方法の実施形態による図２及び図３を参照すると、まず、発熱ユニット２０２、除熱ユニット２０４、及び熱伝導ユニット２０６が提供され、当該熱伝導ユニット２０６は熱的接続層２０８及びライナー層２１０を有する。ライナー層２１０は、少なくとも第１表面２１８がスライド表面である、対向する第１表面２１８及び第２表面２２０を有し、複数の孔２１２を具備する。熱的接続層２０８は、第２表面２２０でライナー層２１０と係合され、弾性的に変形可能又は非弾性的に変形可能である。その後、当該装置は、熱伝導デバイス２０６が発熱ユニット２０２と除熱ユニット２０４との間に配置され、ライナー層２１０が除熱ユニット２０４に隣接し、及び、結果的に熱的接続層２０８が第１表面２１８で発熱ユニット２０２と隣接して、熱伝導デバイス２０６、発熱ユニット２０２及び除熱ユニット２０４を組み合わせることにより組み立てられる。当該方法の実施形態によると、湿潤能力が良い材料でできた熱的接続層は、発熱ユニット２０２と係合する。ライナー層２１０のスライド表面２１８によって、発熱ユニット２０２及び熱伝導デバイス２０６のサブアセンブリは、図２に矢印で示されるように、除熱ユニット２０４に対して移動可能である。それゆえ、除熱ユニット２０４に対するサブアセンブリの位置は調整可能である。これは、例えば、垂直方向に配置自由度が無い場合に、すなわち、サブアセンブリを除熱ユニットと接触させたまま垂直方向に移動させ、最終位置まで横方向に移動させなければならない場合に効果的である。例えば、サブアセンブリを除熱ユニット２０４の上に配置すると、他の部品が、サブアセンブリが正確に位置決めされるのを妨げることがあるが、当該デバイスではサブアセンブリが除熱ユニット２０４の表面に配置された後であっても、サブアセンブリを横方向に移動するスペースがある。この場合、共同でサブアセンブリを構成する、発熱ユニット２０２と熱伝導デバイス２０６とを組み立てることから始め、続いて、当該サブアセンブリを除熱ユニット２０４に配置するのが好ましい。それから、図３に矢印Ｆで示されるように、圧縮力が装置２００にかかる。当該圧縮力は、接続層２０８の変形しきい値を超え、接続層２０８を、孔２１２を貫通して除熱ユニット２０４の表面２１６と係合するように押し出す。孔又は穴２１２を貫通する接続層材は、熱的接続層２０８の突出部と見なされ得る。熱的接続層２０８の材料の粘着性により、当該熱伝導デバイス２０６は、もはや除熱ユニット２０４に対して容易に移動可能ではなく、発熱ユニット２０２から除熱ユニットへと良好な熱伝導が得られる。
【００１８】
尚、幾つかのアプリケーションでは、 熱伝導デバイス２０６は逆に搭載されている、つまりライナー層２１０は発熱ユニット２０２の表面と係合する。さらに、熱伝導デバイスの別の実施形態によると、図８と共に下記に説明されるように、熱伝導デバイス２０６は熱的接続層の対向する両側にマウントされた２つのライナー層を有する。
【００１９】
熱的接続層２０８は、弾性的に変形可能であるか非弾性的に変形可能である一方、比較的柔軟性があり、変形しきい値は比較的低い。すでに市場で入手できる材料は多くあり、当業者はその知識を有している。弾性的に、すなわち一時的に、変形可能な材料の幾つかの例としては、Laird Technologies Inc が提供するT-FLEX HR400やT-FLEX 200T V0シリーズ、及びBergquist Company Inc.が提供するGap Pad VO(R) Ultimateといったいわゆるパッド材がある。非弾性的に変形可能な材料、すなわち永久変形しやすい材料の幾つかの例としては、Bergquist Company Incが提供するGap Pad VO Ultra SoftやGap Pad xxxx Sxx “S-class”シリーズといったパッド材、Bergquist社が提供するキャリアを必要としないHigh Flowシリーズといったフェーズ・チェンジ材、及びDow Corning Corporationが提供するTCシリーズといったサーマルペースト又はグリースやArctic Silver Incが提供するサーマルコンパウンドがある。
【００２０】
発熱ユニット２０２の改善された交換可能性を達成するためには、弾性的に変形可能な熱的接続層を使用することが好ましい。改善された交換可能性が所望される装置の幾つかの例は、照明装置、特にＬＥＤ（発光ダイオード）による照明装置であり、照明装置では熱伝導デバイスはLED PCBといった光源とヒートシンク又は別の種類の光源ホルダーとの間に配置され、一般的なアプリケーションでは、熱伝導デバイスはCPUとヒートシンク又はレーザー装置等との間に配置される。一般のＬＥＤ照明装置としては、Philips が提供するTwist Module、Journee Lightingが提供するSprocket ＬＥＤライトエンジン、自動車用フロント・ライティング、及び街路灯モジュールがある。ライナー材の幾つかの例は、ポリイミド、アルミ箔、ＰＥＮフィルム、及びグラファイト箔である。発熱ユニット２０２が取り除かれると、圧縮力Ｆが取り除かれ、 それによって熱的接続層２０８の突出部は引っ込み、熱的接続層２０８は元のプレート形状に回復する。そうすると、熱伝導デバイス２０６は再び除熱ユニット２０４の表面上をスライド可能になり、熱伝導デバイス２０６及び発熱ユニット２０２のサブアセンブリは容易に移動可能となる。圧縮力の付与に関しては、上記に例示されたように、一般的に、圧縮力は部品を適所に配置した後にかけられる。しかしながら、少なくとも段階的であれば、部品を適所に配置する過程から圧縮力をかけることは可能な選択肢である。
【００２１】
図４に示されるように、熱伝導デバイス４０６の別の実施形態によると、当該デバイスは円板形状であり、概して円筒形の発熱ユニット４０２及び概して円筒形の除熱ユニット４０４を有する装置４００に配置される。熱伝導デバイス４０６は、発熱ユニット４０２と除熱ユニット４０４との間に設けられる。このような装置の実施例は、照明装置、とりわけKoninklijke Philips Electronics N.V.が提供する Fortimo Twistable LED TDLMというＬＥＤランプであり、当該ランプは本実施形態に従って熱伝導デバイス４０６を採用することで効果を得ることができる。発熱ユニット４０２はＬＥＤ光源を有し、除熱ユニット４０４はホルダーである。上記実施形態のように、図４に詳細に示されてはいないが、熱伝導デバイス４０６の本実施形態は熱的接続層及びライナー層を有する。本装置では、発熱ユニット４０２は除熱ユニット４０４と係合しながら回転し、回転している間はライナー層のスライド表面を利用する。さらに、上記に詳細に説明したように、正しい位置に向かって回転する間、部品同士をマウントされた状態に保つために、熱的接続層の材料がライナー層の孔を埋めて、除熱ユニット４０４の表面に接触するように、圧縮力が増す。
【００２２】
図５乃至図７に示されるように、孔の形状として多くの異なる代替案がある。図５及び図６各々は、熱伝導デバイス５００、６００の各実施形態の断面図及びライナー層５０４、６０４の第１表面５０８、６０８を示す断面図に垂直な図である。実施形態の一つによると、ライナー層５００の孔はライナー層５０４に均一に分散した円筒形の穴５０６であり、ライナー層５０４を貫通する。穴の標準的な直径dは、１又は数ミリメートルであり、隣接する２つの穴の標準的な距離Dは、直径の約１倍又は数倍である。
【００２３】
他の実施形態によると、図６に示されているように、熱伝導デバイス６００は、熱的接続層６０２、及びライナー層６０４の孔が同じく円筒形穴６０６ではあるが、当該穴６０６はライナー層６０４を斜めに貫通するライナー層６０４を含む。一般的に、ライナー層６０４の主平面の法線と穴６０６の中心軸との間の角度Aは０度より大きく、およそ最大４５度である。それゆえ、ライナー層６０４の第１表面、すなわちスライド表面６０８から見ると、孔６０６は大体、円形又は楕円形である。
【００２４】
ライナー層の更なる実施形態によると、図７に示されているように、孔は様々な方向に延びる。これら実施形態は、回転自在にスライドする円板ライナー層７０２、７０６には有用である。一例において、孔７０４はライナー層７０２に円状に配置されており、短い辺の１つが弧状をしている長方形の断面形状を有する。 まっすぐな短い辺は回転時に前端を構成する。孔７０８の別例では、断面がバナナ形状である。孔は円状に配置され、放射状に延びている。
【００２５】
熱伝導デバイス８００の別の実施形態によると、当該デバイスは、熱的接続層８０２の両側に対向して配置された２つのライナー層８０４、８０６を有する。圧縮力がかかると、熱的接続層８０２の材料はライナー層８０４、８０６の孔を埋める。
【００２６】
尚、しばしば重要である基本的な要素は、熱伝導デバイスの厚みであることに留意されたい。当該デバイスは、発熱ユニット及び除熱ユニットの平らでない表面を補い、孔を埋めるのに十分に厚いものを選択するべきである。本発明の範囲のいかなる限定を意図することなしに、単に重要さにヒントを与えるために、ライナー層の一般的な厚さは約１０ミクロンから約５０ミクロンの間である。熱的接続層の一般的な厚さは：パッド材の場合は、０．２から１ミリメートル、フェーズ・チェンジ材の場合は、２５から２５０ミクロン、及びサーマルペースト又はグリースの場合は、２５から１００ミクロンである。明確にするために、フェーズ・チェンジ材とは、室温では固体であるが、高温で、通常５０から６０度あたりで、フェーズ・チェンジを経験し液体状になる材料である。
【００２７】
上記によって、 添付の請求の範囲に明確にされているように、本発明に従った熱伝導デバイスの実施形態が説明された。これらは単に限定されない例として理解すべきである。当業者が理解しているように、多くの変更及び代替の実施形態が発明の範囲内で可能である。
【００２８】
尚、本出願の目的のために、特に添付の請求の範囲に関して、当業者には単語“comprising(有する）”は他の要素やステップを排除するものではなく、及び、単語“a, an（冠詞）”は複数を排除するものではないが、このことは当業者には明白であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014512094.tif 000008
【図７】
2014512094.tif 000009
【図８】
2014512094.tif 000010
【国際調査報告】
2014512094.tif 000011
2014512094.tif 000012