(57)【要約】      （修正有）【課題】表面構造物が空気の乱流を生成する又は熱放散用表面積を広げる又はその両方を達成する電子デバイス用ヒートスプレッダを提供する。【解決手段】二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有しかつ金属薄片を含む第二層と、を有する電子デバイス用のヒートスプレッダにおいて、金属薄片の第一主表面上に表面構造物が設けられ、グラファイト層の第一主表面と金属薄片層の第二主表面とが互いに熱的に接触しており、金属薄片層の主表面上に設けられた表面構造物がグラファイト層の厚さの１０倍以上の高さの隆起した構造物を含む。【選択図】図３
0003169985.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有しかつ金属薄片を含む第二層と、を有するヒートスプレッダにおいて、
前記金属薄片の第一主表面上には表面構造物が設けられ、
前記第一層の第一主表面の表面積の２５％以上が前記第二層の第二主表面と接着又は付着又は接触するよう構成され、
前記第二層の第一主表面上に設けられた前記表面構造物が、前記第一層の厚さの１０倍以下の高さの隆起した構造物を含み、
前記隆起した構造物が空気の乱流を増大させる又は熱放散用表面積を広げる又はその両方を達成するよう構成されている
ことを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
前記第一層の厚さが０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍとされることを特徴とする請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記第一層の面内熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋとされることを特徴とする請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記第二層の厚さが０．０２５ｍｍ〜１．０ｍｍとされることを特徴とする請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記金属薄片がアルミニウム、銅、鋼又はそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項４に記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
ヒートスプレッダと、該ヒートスプレッダの第二層に設けられた表面構造物全体に空気を流すメカニズムと、を有する電子デバイスであって、
前記ヒートスプレッダは、二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有しかつ金属薄片を含む第二層と、を有し、
前記第二層の第一主表面上には表面構造物が設けられ、
前記第一層の第一主表面の表面積の２５％以上が前記第二層の第二主表面と接着又は付着又は接触するよう構成され、
前記第二層の第一主表面上に設けられた前記表面構造物の高さが前記第一層の厚さの１０倍以下とされ、かつ、
前記表面構造物が空気の乱流を増大させる又は熱放散用表面積を広げる又はその両方を達成するよう構成されている
ことを特徴とする電子デバイス。
【請求項７】
前記ヒートスプレッダの第一層の厚さが０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍとされることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記ヒートスプレッダの第一層の面内熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋとされることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記ヒートスプレッダの第二層の厚さが０．０２５ｍｍ〜１．０ｍｍとされることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記ヒートスプレッダの金属薄片がアルミニウム、銅、鋼又はこれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記ヒートスプレッダの第二層の前記表面構造物全体に空気を流す前記メカニズムがファンを有していることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記ファンが、前記ヒートスプレッダ全体に空気流を流すディフューザを有し、これにより前記ファンに前記ディフューザが設けられていない場合よりも熱放散が向上するよう構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記ヒートスプレッダの前記第一層の第二主表面が熱源の表面に熱的に接触していることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記ヒートスプレッダの前記第一層の前記第二主表面の表面積が、前記ヒートスプレッダの前記第一層の第二主表面と熱的に接触している前記熱源の表面積よりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
ロープロファイル電子デバイスであることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
ヒートスプレッダを有する太陽光パネルであって、
前記ヒートスプレッダは、二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有しかつ金属薄片を含む第二層と、を有し、
前記第二層の第一主表面上には表面構造物が設けられ、
前記第一層の第一主表面の表面積の２５％以上が前記第二層の第二主表面と接着又は付着又は接触するよう構成され、
前記第二層の第一主表面上に設けられた前記表面構造物の高さが前記第一層の厚さの１０倍以下とされ、かつ、
前記表面構造物が空気の乱流を増大させる又は熱放散用表面積を広げる又はその両方を達成するよう構成されている
ことを特徴とする太陽光パネル。
【請求項１７】
前記ヒートスプレッダの前記第二層の前記表面構造物全体に空気を流すメカニズムをさらに有することを特徴とする請求項１６に記載の太陽光パネル。
【請求項１８】
前記ヒートスプレッダの前記第一層の厚さが０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍとされることを特徴とする請求項１６に記載の太陽光パネル。
【請求項１９】
前記ヒートスプレッダの前記第二層の厚さが０．０２５ｍｍ〜１．０ｍｍとされることを特徴とする請求項１６に記載の太陽光パネル。
【請求項２０】
前記ヒートスプレッダの前記第二層の前記表面構造物全体に空気流を流すメカニズムがディフューザを有し、該ディフューザは前記ヒートスプレッダ全体に空気流を流すことにより該ディフューザが用いられない場合よりも熱放散が向上するよう構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の太陽光パネル。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、プラットパネルディスプレー、ラップトップコンピュータ、携帯電話、個人用携帯情報端末などのロープロファイルデバイスにおける改善された熱放散に関する。より詳細には、特にデバイスのケース内の空間が限られている薄型の携帯用デバイスなどのロープロファイルデバイスからの熱拡散を促進、改善するデバイス及び方法に関する。本明細書における「ロープロファイルデバイス」とは、主表面の表面積（即ち一方の主表面の長さ掛ける幅、平方インチで測定）と平均厚さ（インチ）との比が少なくとも約１０：１、より一般的には少なくとも約１５：１である電子デバイスを意味する（無論当業者には認知されているが、これは携帯電話又はラップトップコンピュータなどのデバイスにおいては開いた状態且つ使用時の状態で計算され、フラットパネルディスプレーにおいてはスタンドを含まずに計算される）。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレー、並びにラップトップコンピュータ、携帯電話、及び個人用携帯情報端末などの携帯用デバイスなどの電子デバイスは、機能性を維持しながら小型化かつ軽量化されることが求められている。結果として、今までに、ソニーからは一部の厚さがたった３ｍｍのＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）１１インチ型フラットパネルテレビが、アップル社からは厚さたった１．９４ｃｍ（閉じた状態）のＭａｃＢｏｏｋ  Ａｉｒラップトップコンピュータが、同じくアップル社から厚さたった１２．３ｍｍのｉＰｈｏｎｅ３Ｇ個人用携帯情報端末が、そしてモトローラ社からは厚さたった１３．９ｍｍ（閉じた状態）のＭｏｔｏｒａｚｒＶ３携帯電話などのデバイスが販売されている。さらに、太陽光エネルギーで発電する太陽光パネルもまた可能な限り薄く設計されている。
【０００３】
より小型かつより薄いデバイスを製造する上で生じる大きな問題の一つは熱管理に関する問題である。多くのデバイス部品が効果的に最小化されていると一方で、ベーシックな携帯電話であってもゲーム機能やデジカメ機能やインターネットアクセス機能などを備えていることが期待されており、消費者が求める機能を提供するために必要となる所要電力が増大している。このような所要電力及びデバイス内空間の欠如を考慮する上で熱管理がしばしば問題となる。
【０００４】
換言すると、効率的な熱管理がされなければ、デバイス部品はすぐにオーバーヒートして一時的に機能しなくなったり又は壊滅的に故障したりする。丈夫で寿命の長いデバイスを製造するためには、空間を著しく大きくすることなくチップセットなど熱を生じるデバイス部品から熱を放散させる必要がある。
【０００５】
比較的大きな電子デバイスの比較的幅広な領域において、種々の熱管理技法が開発されている。無論、「デスクトップ」コンピュータ、比較的大きなテレビセット、及び一部の比較的大きなラップトップコンピュータには、熱源全体に空気を移動させて熱放散を促進するファンが設けられている。さらに、膨張天然グラファイトフレークの圧縮粒子からなるシートなどのヒートスプレッダを用いることにより、その異方性（指向性を有する熱拡散）を利用して比較的小さなデバイス内でも熱拡散が有利に行われるように構成されている。
【０００６】
例として、Ｒｅｉｓらは米国特許第７，３６５，９８８号の中で携帯電話などの携帯用デバイスのカメラ用のフラッシュＬＥＤ光源に用いられる膨張グラファイトの圧縮粒子から形成されるヒートスプレッダを記載している。グラファイトを基礎とするヒートスプレッダによって増大した電力レベルによる動作温度が低下し、これにより照明が改善されるとともに電子部品の動作寿命が改善される。
【０００７】
Ｓｍａｌｃらによる米国特許第７，２９２，４４１号にはラップトップコンピュータなどの携帯用電子デバイスにおける熱問題に対する解決手段が開示されている。この解決手段は熱源と別の部品又はデバイスの外側ケースとの間に配置されて第二の部品又は外側ケースを熱源で発生した熱から保護しながら熱源からの熱放散を促進する。Ｓｍａｌｃらの熱問題に対する解決手段は膨張グラファイトの圧縮粒子を含む。
【０００８】
さらに、Ｓｈｉｖｅｓらによる米国特許第７，３８５，８１９号、及びＣａｐｐらによる米国特許第７，３０６，８４７号には、膨張グラファイトの圧縮粒子のシートを用いてプラズマディスプレーパネル、液晶ディスプレーパネル、及びその他の種類の今日使用されているディスプレーデバイスなどのディスプレーデバイスの熱放散を改善することが記載されている。
【０００９】
銅又はアルミニウムなどの従来の熱拡散材料が提案されているが、これらの材料を使用することはデバイス重量を大幅に増大させることとなり望ましくない。さらに、銅やアルミニウムなどの材料は等方性を有していることから熱はヒートスプレッダの厚さ方向に素早く伝わりヒートスプレッダ上の熱源と正反対の位置にホットスポットが生じる。これらのホットスポットはデバイスケースの接触温度又は熱の影響を受け易い隣接部品に悪影響を及ぼし得る。
【００１０】
したがって、電子デバイス用のヒートスプレッダとして使用される好適な材料は、膨張グラファイトフレークの圧縮粒子からなる一以上のシートから形成される。
【００１１】
天然グラファイトは、顕微鏡スケールで炭素原子の六角形配列又は網の層平面により構成される。六角形状に配置された炭素原子の層平面は実質的に平らであり、相互に実質的に平行かつ等間隔になるよう配向され又は規則正しく並べられる。実質的に平坦かつ平行かつ等間隔な炭素原子のシート又は層は、一般的にグラフェン層又は基底面と称され、一体的に連結又は接合され、それらのグループは結晶状に配列される。非常に規則正しく並べられたグラファイトはサイズのかなり大きい結晶により構成され、この結晶は相互に高度に整列又は配向され、非常に規則正しく並べられた炭素層を有する。換言すると、非常に規則正しく並べられたグラファイトは、高度の好ましい結晶配向性を有する。なお、グラファイトは異方性構造を有しているので、熱伝導性、導電性、及び流体拡散などの多数の高指向性特性を示す又は有する。
【００１２】
簡単に説明すると、天然グラファイトフレークは、炭素の積層構造、即ち弱いファン・デル・ワールス力により一つに結合された炭素原子の重層又は積層により構成された構造を有することを特徴とする。グラファイト構造を考える場合、通常、二つの軸又は方向即ちｃ軸（方向）とａ軸（方向）とに着目する。簡単のため、ｃ軸（方向）を炭素層に垂直な方向とする。そしてａ軸（方向）を炭素層に平行な方向又はｃ方向に垂直な方向とする。膨張グラファイトの圧縮粒子からなるシートの製造に適したグラファイトは、非常に高度な配向性を持つ。
【００１３】
上述のように、炭素原子の平行な層を一体的に保持する結合力は弱いファン・デル・ワールス力だけである。天然グラファイトを化学処理することにより、層に垂直な方向即ちｃ方向に著しく拡大するよう重ね合わされた炭素層又は積層の間の間隔を大きく広げることができ、これにより、炭素層の層状特性が実質的に維持された拡大又は膨張したグラファイト構造が形成される。
【００１４】
化学処理又は熱処理によって膨張した、具体的には最終的な厚さ又は最終的なｃ方向寸法が元のｃ方向寸法の約８０倍以上になるよう膨張した天然グラファイトフレークは、バインダを使用することなく結合された又は一体化された拡大（膨張）グラファイトからなるシート、例えばウェブ、紙、ストリップ、テープ又は薄片状に形成される。最終的な厚さ又は最終的なｃ方向寸法が元のｃ方向寸法の約８０倍以上になるよう拡大したグラファイト粒子を、結合材を用いることなく圧縮によって一体化されたフレキシブルなシートに形成することは、体積的に拡大したグラファイト粒子間で達成される機械的なインターロック又は凝集によって可能であると考えられる。
【００１５】
拡大したグラファイト粒子の配向が圧延加工などの圧縮処理により得られたシートの対向する面に実質的に平行であることから、シート材料は、柔軟性に加えて、非常に異方性の高い熱伝導性及び電導性を有していることが分かっている。したがって製造されたシート材料は、柔軟勢に優れ、強度があり、そして非常に高い配向性を有する。
【００１６】
簡単に説明すると、ウェブ、紙、ストリップ、テープ、又は薄片などの柔軟性及び異方性を有する膨張天然グラファイトシート材料の製造方法は、所定の荷重下で、必要に応じてバインダを用いることなく、元の粒子のｃ方向寸法の約８０倍以上であるｃ方向寸法を有する膨張（拡大）グラファイト粒子を圧縮又は小さくして、実質的に平坦かつ柔軟な、一体化され凝集されたグラファイトシートを形成するステップを含む。一般的に圧縮後は外観が蠕虫状又は虫状となる拡大グラファイト粒子においては、圧縮永久歪み及びシートの対向する主表面の配列が維持される。シートの性質は、コーティングすることにより、及び／又は圧縮前にバインダや添加物を添加することにより変化させることができる。このことについてはＳｈａｎｅらによる米国特許第３，４０４，０６１号を参照されたい。シート材料の密度及び厚さは圧縮の度合いを制御することにより変化させることができる。面内強度及び熱伝導率が高いとシートの密度が大きくなることが一般的に分かっている。通常、シート材料の密度は約１．１グラム毎立方センチ（ｇ／ｃｃ）〜約１．８ｇ／ｃｃ、又は２．０ｇ／ｃｃ以上である。
【００１７】
上記のように作成された天然グラファイトシート材料は、通常、顕著な異方性を示し、これはグラファイト粒子の配列がシートの対向する互いに平行な主表面に平行に配列していることに起因する。異方性の度合いはシート材料を圧延して密度を大きくすると増大する。圧延された異方性シート材料において、厚さ、即ち対向する互いに平行なシート表面に垂直な方向はｃ方向を含み、長さ方向及び幅方向に沿った方向、即ち対向する主表面に平行な又は垂直な方向はａ方向を含む。シートのｃ方向及びａ方向の熱的特性は通常桁違いに大きく異なる。
【００１８】
しかしながら、上記のグラファイトシートによって優れた熱放散が達成されるものの、向上した機能及びさらなる機能を有するより小型なより薄いデバイスを開発するためには、熱放散をさらに改善することが必要とされる。したがって、フラットパネルディスプレー、ラップトップコンピュータ、携帯電話、個人用デジタル携帯端末などのロープロファイルデバイスにおける熱管理及び／又は熱放散のためのメカニズムであって、熱放散の向上した膨張グラファイトフレークの圧縮粒子からなるシートのユニークな熱拡散能力を利用するメカニズムが所望される。
【考案の概要】
【００１９】
本考案は、二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有する金属薄片を含む第二層と、を有するヒートスプレッダであって、金属薄片の第一主表面上には表面構造物が設けられ、前記グラファイト層の第一主表面の表面積の約２５％以上が前記金属薄片層の第二主表面と熱的に接触(thermal connection)するよう構成され、前記金属薄片層の第一主表面上に設けられた表面構造物の高さが前記ヒートスプレッダの第一層の厚さの約１０倍以下となるよう構成され、かつ、前記表面構造物により空気の乱流が増大する又は熱放散表面積が増大する又はそれら両方が達成されるよう構成されていることを特徴とするヒートスプレッダを提供する。
【００２０】
ヒートスプレッダの第一層即ちグラファイト層は、厚さが約０．０５ｍｍ〜約２．０ｍｍであり、面内熱伝導率が少なくとも約１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが有利である。一実施形態においては、ヒートスプレッダの第二層即ち金属薄片層の厚さは約０．０２５ｍｍ〜約１．０ｍｍとされ、また金属薄片はアルミニウム、銅、鋼又はこれらの組み合わせから形成される。
【００２１】
別の実施形態においては、本考案は、ロープロファイル電子デバイスなどの電子デバイスであって、上記のヒートスプレッダを有し、かつ該ヒートスプレッダの第二層の表面構造物全体に空気を流すメカニズムを有していることを特徴とする電子デバイスを含む。
【００２２】
第二層の表面構造物全体に空気を流すメカニズムはファンであることが好ましく、該ファンは、ヒートスプレッダ全体に空気を流すディフューザを設けることにより、ディフューザが設けられていない場合よりも熱放散が向上するよう構成されていることが最も好ましい。
【００２３】
別の実施形態においては、ヒートスプレッダの第一層の第二主表面が熱源の表面と熱的に接触するよう構成されている。事実、第一層の第二主表面の表面積を、該第一層の第二主表面と熱的に接触する熱源の部分の表面積よりも大きく設けることが有利である。
【００２４】
本考案のその他の実施形態、特徴、及び利点は、図面を参照しながら以下の記載を読むことにより当業者に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案のヒートスプレッダの一実施形態を示す側面断面図である。
【図２】図１のヒートスプレッダの第二層上の表面構造物の一実施形態を示す斜視図であり、一部分が取り除かれている。
【図３】本考案のヒートスプレッダの別の実施形態を示す斜視図であり、第二層上の表面構造物の別の実施形態を示しており、一部分が取り除かれている。
【図４】本考案のヒートスプレッダの別の実施形態を示す斜視図であり、第二層上の表面構造物の別の実施形態を示しており、一部分が取り除かれている。
【図５】本考案のヒートスプレッダの別の実施形態を示す斜視図であり、第二層上の表面構造物の別の実施形態を示す。
【図６】本考案のヒートスプレッダの別の実施形態を示す側面断面図であり、第二層の表面構造物の別の実施形態を示す。
【図７】本考案のヒートスプレッダの別の実施形態を示す斜視図であり、第二層上の表面構造物の別の実施形態を示す。
【図８】本考案のヒートスプレッダの別の実施形態を示す斜視図であり、第二層上の表面構造物の別の実施形態を示す。
【図９】ファンとディフューザが設けられた本考案のヒートスプレッダの一実施形態を示す上面図である。
【図１０】ファンとディフューザとが設けられた本考案のヒートスプレッダを有する携帯電話の部分側面図である。
【図１１】本考案のヒートスプレッダが搭載されたＦＢ−ＤＩＭＭメモリモジュールの部分側面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２６】
図面を参照すると（簡単のため全ての構成要素に参照符号を付してはいない）、本考案は、参照符号１０で示される複合型ヒートスプレッダを用いることによってフラットパネルディスプレー、並びにラップトップコンピュータ、携帯電話、及び個人用携帯情報端末などの携帯用電子デバイスなどのロープロファイル電子デバイス、又は太陽光パネルの熱的操作が実質的に改善するという研究結果に基づいている。この複合型ヒートスプレッダ１０は、膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートに対応する第一層２０と、金属薄片に対応する第二層３０と、により形成されている。前記第二層３０上には表面構造物３２が設けられ、該表面構造物３２により表面積が増えて熱放散が達成される、及び／又は空気の乱流が増大する。参照符号１００で示す電子デバイスは実質的に増大した電力レベルで動作するので機能性が向上し、また大幅に低下した動作温度で動作する。
【００２７】
本考案を用いて従来の材料を改善する方法について記載する前に、天然グラファイトに関する概要、及びグラファイトを柔軟性のあるシートに形成する方法について記載する。前記シートはヒートスプレッダ１０の第一層２０として本考案の製品を形成するために用いられる。
【００２８】
天然グラファイトは、原子が平坦層状に共有結合しかつ面同士が弱く結合した結晶形態の炭素である。天然グラファイトフレークを、例えば硫酸及び硝酸の溶液からなるインターカラント（挿入物質）を用いて処理することにより、グラファイトの結晶構造が反応してグラファイトとインターカラントとの化合物が形成される。処理されたグラファイト粒子を、以下「インターカレート処理されたグラファイト粒子」と称する。高温にさらすと、グラファイト内のインターカラントが分解・揮発して、インターカレート処理されたグラファイト粒子がｃ軸方向即ちグラファイトの結晶面に垂直な方向に、もとの容積の約８０倍以上の寸法に膨張する。膨張グラファイト粒子は外観が蠕虫状であることから一般的にワームと称されている。ワームを圧縮すると柔軟性のあるシートを形成することができ、元来のグラファイトフレークとは異なり種々の形状に形成及び切断できる。
【００２９】
本考案における使用に適切な天然グラファイト出発材料としては、有機酸及び無機酸、並びにハロゲンをインターカレート（挿入）し、その後熱することにより膨張する高度にグラファイト化した炭素質材料がある。これらの高度にグラファイト化した炭素質材料のグラファイト化度は約１．０であることが最も好ましい。本明細書における用語「グラファイト化度」は、下式
【数１】
0003169985.tif 000003
で定義される値ｇである。式中、ｄ（００２）は結晶構造における炭素のグラファイト層間の間隔であって単位はオングストロームで測定される。グラファイト層間の間隔ｄは標準Ｘ線回折法により測定される。ミラー指数（００２）、（００４）及び（００６）に対応する回折ピークの位置を測定して標準最小二乗法を用いて全ピークについて合計誤差を最小にする間隔を導き出す。グラファイト化度が高い炭素質材料として例えば種々の原料から得られる天然グラファイトがある。
【００３０】
本考案に用いられる天然グラファイト出発材料は、必要とされるグラファイト化度が維持されかつこれらが膨張可能である限り、非グラファイト成分を含んでも良い。一般的に、結晶構造が必要とされるグラファイト化度を有しかつ膨張するような、任意の炭素含有原料が本考案における使用に適する。そのようなグラファイトの純度は好ましくは少なくとも約８０重量％である。より好ましくは、本考案に用いられるグラファイトの純度は少なくとも約９４％である。最も好ましい実施形態においては、用いられるグラファイトの純度は少なくとも約９８％である。
【００３１】
天然グラファイトシートの一般的な製造方法はＳｈａｎｅらによる米国特許第３，４０４，０６１号に記載されており、その開示内容は引用することにより本明細書に盛り込まれている。Ｓｈａｎｅらによる方法の典型的な実施において、例えば硝酸と硫酸の混合物溶液に、有利にはグラファイトフレーク１００重量部（ｐｐｈ）当たりインターカラント溶液約２０〜約３００重量部程度となるよう、天然グラファイトフレークを分散させることにより、天然グラファイトをインターカレートする。好ましい一実施形態において、インターカレーション溶液は、当該分野で周知の酸化剤及びその他のインターカレート剤を含有する。例として、酸化剤及び酸化性混合物を含有するもの、例えば硝酸、塩素酸カリウム、クロム酸、過マンガン酸カリウム、クロム酸カリウム、二クロム酸カリウム、過塩素酸を含有する溶液、又は例えばトリフルオロ酢酸などの有機強酸と有機酸に溶解する強酸化剤との混合物が挙げられる。あるいは電位を使用してグラファイトを酸化してもよい。電解酸化を用いてグラファイト結晶に導入することができる化学種には硫酸及びその他の酸が挙げられる。
【００３２】
好ましい実施態様においては、インターカレート剤は、硫酸と、又は硫酸とリン酸と、酸化剤即ち硝酸、過塩素酸、クロム酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、ヨウ素酸又は過ヨウ素酸との混合物の溶液である。これらの溶液よりは好ましくないが、インターカレーション溶液は、塩化鉄などのハロゲン化金属、及び塩化鉄と硫酸との混合物、又は例えば臭素と硫酸の溶液としての臭素若しくは有機溶媒に溶解した臭素などのハロゲン化合物であってもよい。
【００３３】
インターカレーション溶液の量は、約２０〜約３５０ｐｐｈであってもよく、より典型的には約４０〜約１６０ｐｐｈである。フレークがインターカレートされた後、余分な溶液がフレークから取り除かれてフレークが水で洗われる。あるいは、インターカレーション溶液の量を約１０〜約４０ｐｐｈの間に制限してもよく、これにより水で洗う工程が省略され、このことは米国特許第４，８９５，７１３号に記載されておりこの記載内容は引用することにより本明細書に盛り込まれる。
【００３４】
任意的に、インターカレーション溶液を用いて処理されたグラファイトフレークの粒子を、例えば２５℃〜１２５℃の温度で酸化性インターカレーション溶液の表面膜と反応するアルコール類、糖類、アルデヒド類及びエステル類から選択される有機還元剤と、混合することによって接触させてもよい。好ましい具体的な有機剤としては、ヘキサデカノール、オクタデカノール、１−オクタノール、２−オクタノール、デシルアルコール、１，１０−デカンジオール、デシルアルデヒド、１−プロパノール、１，３−プロパンジオール、エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、デキストロース、フルクトース、ラクトース、スクロース、ジャガイモデンプン、エチレングリコールモノステアレート、ジエチレングリコールジベンゾエート、プロピレングリコールモノステアレート、グリセロールモノステアレート、ジメチルオキシレート、ジエチルオキシレート、メチルホルメート、エチルホルメート、アスコルビン酸、及びリグノ硫酸ナトリウムなどのリグニン由来化合物が挙げられる。有機還元剤の量はグラファイトフレーク粒子に対して約０．５〜４重量％であることが好ましい。
【００３５】
インターカレーション前、インターカレーション中、又はインターカレーション直後に膨張助剤を使用することにより改善することもできる。これらの改善には、膨張温度の低下、及び膨張体積（「ワーム体積」とも称される）の増加などがある。本明細書の膨張助剤は、有利には、インターカレーション溶液に充分溶解して膨張を改善する有機材料である。より詳細には、この種の有機材料のうち、炭素、水素、及び酸素を含有するものを、好ましくは単独で用いてもよい。上記有機材料としてカルボン酸がとりわけ有効であることがわかっている。膨張助剤として有用な適切なカルボン酸は、炭素数が少なくとも１個、好ましくは炭素数が最大約１５個である、芳香族、脂肪族又はシクロ脂肪族、直鎖又は分岐鎖、飽和及び不飽和のモノカルボン酸類、ジカルボン酸類並びに多カルボン酸類から選択されてもよく、膨張において一以上の改善を達成するのに有効な量のインターカレーション溶液に溶解可能でなければならない。適切な有機溶媒を用いてインターカレーション溶液内の有機膨張剤の溶解度を改善することができる。
【００３６】
代表的な飽和脂肪族カルボン酸類は、Ｈ（ＣＨ2）nＣＯＯＨ、ｎは０〜約５の数である、で表される酸類、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸、ヘキサン酸などである。カルボン酸類の代わりに無水物又はアルキルエステルなどの反応性カルボン酸誘導体を用いてもよい。代表的なアルキルエステル類はギ酸メチル及びギ酸エチルである。硫酸、硝酸、及び他の公知の水性インターカラントはギ酸を分解して最終的に水と二酸化炭素とすることができる。このため、ギ酸及び他の高感度の膨張助剤を、グラファイトフレークを水性のインターカラントに浸漬する前にグラファイトフレークと接触させるのが有利である。代表的なジカルボン酸は、炭素数が２〜１２個である脂肪族ジカルボン酸、特にシュウ酸、フマル酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、１，５−ペンタンジカルボン酸、１，６−ヘキサンジカルボン酸、１，１０−デカンジカルボン酸、シクロヘキサン−１，４−ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸、例えば、フタル酸又はテレフタル酸である。代表的なアルキルエステルはジメチルオキシレート及びジエチルオキシレートである。代表的なシクロ脂肪族酸はシクロヘキサンカルボン酸であり、代表的な芳香族カルボン酸は、安息香酸、ナフトエ酸、アンスラニル酸、ｐ−アミノ安息香酸、サリチル酸、ｏ−、ｍ−及びｐ−トリル酸、メトキシ及びエトキシ安息香酸、アセトアセタミド安息香酸類及びアセタミド安息香酸類、フェニル酢酸並びにナフトエ酸類である。代表的なヒドロキシ芳香族酸は、ヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、４−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、５−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸、５−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、及び７−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸である。多カルボン酸中で代表的なものはクエン酸である。
【００３７】
インターカレーション溶液は水性であることが有利であり、膨張助剤を約１〜１０％含有するのが好ましく、これは膨張の促進に有効な量である。膨張助剤をインターカレーション水溶液に浸漬する前又は後にグラファイトフレークと接触させる実施形態においては、Ｖブレンダーなどの手段を用いて膨張助剤とグラファイトとを混合することができ、混合する膨張剤の量は典型的にはグラファイトフレークに対して約０．２重量％〜約１０重量％である。
【００３８】
グラファイトフレークにインターカレートした後、続いてインターカラントでコーティングされたインターカレート処理されたグラファイトフレークと有機還元剤とを混合し、その混合物を２５℃〜１２５℃の温度にさらして還元剤とインターカラントのコーティングとの反応を促進する。加熱期間は最大約２０時間であり、上記温度範囲のうち比較的高い温度については加熱時間を比較的短くしてもよく、例えば少なくとも約１０分間短くしてもよい。より高い温度においては３０分間以下、例えば１０〜２５分間でもよい。
【００３９】
上記のように処理されたグラファイト粒子は「インターカレート処理されたグラファイト粒子」と称される。例えば約１６０℃以上、特に約７００℃〜１０００℃以上の高温で加熱した後、インターカレート処理されたグラファイト粒子は、アコーディオン状にかつｃ方向即ち構成するグラファイト粒子の結晶面に垂直方向に、元の体積の約８０倍〜１０００倍以上に膨張する。拡大した、即ち膨張したグラファイト粒子は外観が蠕虫であるので一般的にワームと称される。ワームは圧縮されて柔軟なシート（本明細書中で膨張グラファイトの圧縮粒子からなるシートと称される）を形成し、元来のグラファイトフレークとは違い種々の形状に形成及び切断可能である。
【００４０】
本考案において使用するために、グラファイトからなるシートは位相がそろっており、ハンドリング強度に優れ、圧延などにより適切に圧縮されて厚さが約０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍ、典型的な密度が約１．１〜１．８ｇ／ｃｃ又は最大２．０ｇ／ｃｃ以上となる。米国特許第５，９０２，７６２号（引用することにより本明細書に盛り込まれる）に記載されるように約１．５〜３０重量％のセラミック添加物をインターカレート処理されたグラファイトに混合してもよく、これにより、樹脂含浸が必要とされる場合、最終的な柔軟なグラファイト製品への樹脂の含浸が促進される。
【００４１】
上記のグラファイトフレークをインターカレート処理する方法及び膨張させる方法、及び膨張グラファイトフレークの圧縮粒子からなるシートを形成する方法は、黒鉛化温度、即ち約３０００℃以上の温度でグラファイトフレークを前処理すること、及びインターカラント溶液に滑性添加剤を含有させることにより促進され、このことは国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０２／３９７４９に記載されておりこの文献の内容は引用することにより本明細書に盛り込まれる。
【００４２】
グラファイトフレークの上記のように前処理する又はアニーリングすることにより、グラファイトフレークをその後にインターカレート処理及び膨張させたときに膨張が顕著に増大する（即ち膨張体積は最大３００％以上増大する）。実際には、膨張の増大は、アニーリングしない場合と比較して少なくとも約５０％であることが望ましい。１００℃の温度低下であっても膨張が実質的に減少してしまうので、アニーリングに用いられる温度は３０００℃を大幅に下回るべきではない。
【００４３】
グラファイトフレークのアニーリングは、フレークの膨張の度合いがインターカレーション及びそれに続く膨張によって促進されるよう充分な時間行われる。通常必要とされる時間は１時間以上、好ましくは１〜３時間であり不活性環境下で行われるのが最も有利である。最良の結果を得るには、アニールされたグラファイトフレークを、膨張の度合いを高めるために、当該分野において公知の他の工程、例えば有機還元剤、有機酸などのインターカレーション補助剤の存在下でのインターカレーション、及びインターカレーション後の界面活性剤による洗浄の工程を用い処理してもよい。さらに最良の結果を得るためにインターカレーション工程を繰り返してもよい。
【００４４】
アニーリング工程は、誘導炉又はグラファイト化処理の分野で周知のその他の装置を用いて実施されてもよい。その際用いられる３０００℃程度の温度は、グラファイト化処理で使用される温度範囲の中でも高い温度である。
【００４５】
グラファイトのインターカレーションアニーリング前処理を実施すると、得られたワームが「塊」となり面積重量の均一性に悪影響を及ぼすことがわかっている。そのため、「自由流動」ワームの形成を助ける添加剤を用いることが非常に望ましい。滑性添加剤をインターカレーション溶液に添加することにより、従来グラファイトワームを圧縮（あるいは「カレンダー加工」）して柔軟性のあるグラファイトシートを形成するのに用いられる圧縮装置の床（例えばカレンダー加工ステーションの床）全体にワームをより均一に分布させやすくなる。したがって、得られたシートは面積重量の均一性が比較的高くかつ引張り強度が比較的大きいものとなる。滑性添加剤は好ましくは長鎖炭化水素であり、より好ましくは少なくとも約１０個の炭素原子を有する炭素水素である。その他の長鎖炭化水素基を有する有機化合物もまた、他の官能基が存在していても、用いることもできる。
【００４６】
より好ましくは滑性添加剤は油であり、特に鉱油であることが最も好ましく、これはとりわけ鉱油が不快な匂いを生じにくいからであり、このことは長期間保存を考慮すると重要である。上で詳細に述べた膨張助剤のうちのいくつかも滑性添加剤として機能するものがある。これらの材料を膨張助剤として使用するときにはインターカラント中に別個の滑性添加剤を含有させなくてもよい場合がある。
【００４７】
インターカラント中に存在する滑性添加剤は少なくとも約１．４ｐｐｈ、より好ましくは少なくとも約１．８ｐｐｈである。滑性添加剤含有量の上限は下限ほど重要ではないものの、約４ｐｐｈを超える程度の滑性添加剤を添加しても格別な追加利益は得られない。
【００４８】
本考案の天然グラファイトからなるシートは、必要に応じてそのまま膨張したワームよりもむしろ再粉砕されたグラファイト粒子からなるシートを利用してもよく、このことはＲｅｙｎｏｌｄｓらによる米国特許第６，６７３，２８９号に記載されておりこの記載は引用することにより本明細書に盛り込まれる。シートは新たに形成されたシート材、リサイクルされたシート材、スクラップシート材、又はその他の適切な資源であってもよい。
【００４９】
本考案の方法において未加工材料とリサイクル材料との混合物を用いてもよい。
【００５０】
圧縮天然グラファイト材料を連続的に形成するための装置の一例が、Ｍｅｒｃｕｒｉらによる米国特許第６，７０６，４００号に開示されており、その開示内容は引用することにより本明細書に盛り込まれる。
【００５１】
一実施例においては、膨張グラファイトの圧縮粒子からなるシートを樹脂含浸してその後圧縮（カレンダー加工など）し、含浸された材料をプレス機内に配置して高温及び高圧力下で樹脂を硬化する。さらに、天然グラファイトシートを積層して使用してもよく、これは個別のグラファイトシートをプレス機で積み重ねることで得られる。
【００５２】
プレスに用いられる温度はグラファイト構造が硬化圧力で確実に高密度化すると同時に構造の熱的性質に悪影響を与えないのに十分な温度とされるべきであり、通常、これは約９０℃以上であり一般的には最大約２００℃である。約１５０℃〜２００℃の温度で硬化が行われることが最も好ましい。硬化に用いられる圧力は使用温度の関数であるが、構造の熱的性質に悪影響を及ぼすことなくグラファイト構造を確実に高密度化するために十分な圧力であるべきである。通常、製造時の利便性を考えれば、要求される度合いにまで構造を高密度化するために最低限必要とされる圧力が利用される。そのような圧力は通常少なくとも約７メガパスカル（Ｍｐａ、約１０００ポンド毎平方インチに等しい）であり、約３５Ｍｐａ（約５０００ｐｓｉ）以上である必要はなく、より一般的には約７〜約２１Ｍｐａ（１０００〜３０００ｐｓｉ）である。硬化時間は樹脂系並びに使用温度及び圧力によって変えることができるが、通常は約０．５時間〜２時間である。硬化完了後、材料の密度は少なくとも約１．８ｇ／ｃｃであり、一般的には約１．８ｇ／ｃｃ〜２．０ｇ／ｃｃである。
【００５３】
有利なことに、天然グラファイトシートそのものが積層されている場合、含浸シート中に存在する樹脂が積層における接着材として機能する。しかしながら、本考案の別の実施形態によると、カレンダー加工されかつ含浸された天然グラファイトシートは、重ねられ硬化される前に接着材でコーティングされる。適切な接着材としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びフェノール樹脂がある。本考案の実施において特に有用であることが分かっているフェノール樹脂には、レゾール樹脂及びノボラックフェノール樹脂を含むフェノール樹脂系がある。
【００５４】
本考案の実施に有用とされる最も一般的なグラファイト材料形成方法は、カレンダー加工又は鋳造によりシートを形成する方法であるが、その他の形成方法を用いてもよい。
【００５５】
図面を参照すると、上記したように本考案に係るヒートスプレッダは参照符号１０で示される。ヒートスプレッダ１０は、膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを有する第一層２０と、金属薄片を有する第二層３０と、を有している。本考案に係るヒートスプレッダ１０として使用するためには、グラファイトシートは、ある条件下でアルミニウム又は銅と同等又はそれ以上の面内熱伝導性を、何分の一かの重量において有している。より詳細には、膨張グラファイトの圧縮粒子からなるシートの面内熱伝導率は約１５０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であり、より好ましくは２２０Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、最も好ましくは３９０Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、面の中を通り抜ける方向の熱伝導率は約１５Ｗ／（ｍ・ｋ）よりも小さく、より好ましくは約１０Ｗ／（ｍ・ｋ）よりも小さい。
【００５６】
さらに、議論したように、本考案のヒートスプレッダの第一層２０として用いられるシート又は複数のシート又は膨張グラファイトの圧縮粒子の密度は、有利には約０．０５ｇ／ｃｃ〜約２．０ｇ／ｃｃの間で様々であり、より好ましくはシートの密度は約１．４ｇ／ｃｃ〜約１．８ｇ／ｃｃである。グラファイトシート（複数のシート）の厚さは約０．０５ｍｍ〜約２．０ｍｍであるべきである。好ましい実施形態においては、膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートの厚さは約０．２５ｍｍ〜約１．０ｍｍである。
【００５７】
本考案のヒートスプレッダ１０の第一層２０、即ち膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを有する層は、二つの主表面２０ａ及び２０ｂを有する。第二層３０は金属薄片を有し（したがって第二層も二つの主表面３０ａ及び３０ｂを有する）、金属薄片はアルミニウム、銅、鋼、又はそれらの組み合わせから形成されるものが好ましい。
【００５８】
第一層２０の一方の主表面２０ａが第二層３０の一方の主表面３０ａと熱的に接触していることが有利である。「熱的に接触している」とは、この場合層２０及び３０の熱的に接触している物質間で効果的な熱移動が生じていることを意味し、即ち一方の物質（層）に与えられた大きな熱量が他方の物質（層）に移動することを意味する。事実、好ましい実施形態においては、第一層２０に与えられる熱エネルギーの３０％以上が第二層３０に移動する。
【００５９】
第一層２０の一方の主表面２０ａの表面積の約２５％以上、より好ましくは約５０％以上が第二層３０の一方の主表面３０ａと接着又は付着又は接触していることが有利である。最も一般的には、図５に示す接着材２５により第一層２０が第二層３０に接着又は取り付けられており、接着材は第一層２０と第二層３０との間に挟まれている。接着材を用いない場合には第一層の主表面２０ａと第二層３０の主表面３０ａとが直接接触していることが好ましい。
【００６０】
第一層２０と第二層３０とを互いに接着させそれらを互いに熱的に接触させてヒートスプレッダ１０を形成するための適切な接着材として、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びフェノール樹脂がある。また、一実施形態においては、接着材は、層間の熱伝導性を向上させるために導電性粒子が充填されたシリコン接着材である。別の好ましい実施形態においては、レゾール樹脂やノボラックフェノール樹脂などのフェノール樹脂を用いてもよく、フェノール樹脂の比較的薄い膜は第一層２０と第二層３０とを互いに接着することができ、これにより層間の熱的な接触が最大化される。
【００６１】
第二層３０は厚さが約０．０２５ｍｍ〜約１．０ｍｍであってもよい。第二層３０の厚さは約０．０５ｍｍ〜約０．２５ｍｍであることが有利である。金属薄片は熱的等方性を有しており、アルミニウム及び銅の熱伝導率は比較的一定である。
【００６２】
第一層２０と第二層３０との複合体として形成されたヒートスプレッダ１０を使用することによる利点の一つは、第二層３０が不連続となる（即ち第二層３０に間隙又は孔が形成される）よう第二層３０上に表面構造物３２を設けることにより第一層２０の連続性が保たれ、したがって表面構造物３２の数及び性質に関係なくヒートスプレッダ１０の連続性を保つことができる点である。さらに、０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さを有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを有する第一層２０と、０．０２５ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さを有しかつ金属薄片を有する第二層３０と、を有するヒートスプレッダ１０は、金属薄片のみで形成された同等のヒートスプレッダよりも格段に軽量である。さらに、金属のみで構成されるヒートスプレッダに比べて、本明細書に開示されるヒートスプレッダ１０では、グラファイトシートの高い面内熱伝導性、グラファイト層２０の異方性、熱拡散、及びホットスポットの回避が格段に改善される。
【００６３】
さらに、第二層３０上には表面構造物３２が設けられている。具体的には、第二層３０の一方の主表面３０ａが第一層２０と熱的に接触させ、かつ第二層の第二主表面３０ｂ上に表面構造物３２を設けることにより、熱放散のためのヒートスプレッダ１０の表面積を増大させて、又はヒートスプレッダ１０の熱放散表面１２の周囲の空気の乱流を増大させて、又はこれらの両方を達成することにより、熱放散を改善する。
【００６４】
これらの表面構造物３２は、問題となる具体的な熱放散によって特に図２〜４に示されるように異なる形状であってもよい。一実施形態において、表面構造物３２は、第二層３０に切り込みを入れてフラップ（複数のフラップ）を折って隆起させることにより形成される一以上のフラップを有していてもよい（これは第一層２０に第二層３０を合わせる前に行われることが望ましい）。これらのフラップは、求められる熱放散に応じて、ヒートスプレッダ１０の長手方向に沿った（図２）又は幅方向に沿った（図示せず）又は対角線上に沿った（図示せず）個別の領域にのみ配列される。さらに、フラップは、図５に示すようにヒートスプレッダ１０の縁に沿って配列されてもよく、これによりヒートスプレッダ１０に沿う空気の流れの通り道が形成される。
【００６５】
あるいは、表面構造物３２は複数のフィン（図３及び４参照）を有していてもよく、フィンは第二層３０を貫通して穴あけなどを施すことにより形成される（やはり第一層２０に第二層３０を合わせる前に行われることが望ましい）。これらのフィンは直線上に配列されてもよく（図３）、又は共通のパンチ穴の周りにグループで設けられてもよい（図４）。図４に示す一実施形態において、これらのフィンはチーズおろし器のように描写されている。別の実施形態においては、第二層３０が所謂折りフィン構造のように形成されてもよく、図６に示すように第二層３０を形成する金属薄片が波形パターンに折られており、隆起した部分が表面構造物３２である。表面構造物３２は、別の実施形態において、図７に示すように第二層３０の第二主表面３０ｂに設けられた単なるくぼみ又は図８に示す隆起した円錐であってもよい。
【００６６】
表面構造物３２の高さ、数、形状、方向及びグループ分けは、熱源の配置、空気流、所望される熱放散などの要因に応じて当業者が容易に決定することができる。有利には、表面構造物３２の高さは第一層２０の厚さの約１０倍以下であり、より好ましくは５倍以下であり、最も好ましくは３倍以下である。たいていの実施形態においては、表面構造物３２の高さは約１０ｍｍ以下であり、好ましくは約０．１ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００６７】
表面構造物３２は、ヒートスプレッダ１０の熱放散表面積を増大させる及び／又は空気の乱流を向上させるだけでなく、グラファイトに対応する第一層２０の一部を露出させることにより熱放散を高める。また、表面構造物３２を熱源に対応する位置に配列することにより熱放散を促進させることができる。
【００６８】
極めて好ましい実施形態においては、ロープロファイル電子デバイス１００内にヒートスプレッダ１０を配置してデバイス１００の熱発生部品からの熱放散を促進させる。上記のように、デバイス１００は液晶ディスプレー（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレー、電界放出ディスプレー（ＦＥＤ）、表面伝導型電子放出素子ディスプレー（ＳＥＤ）、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレーなどのフラットパネルディスプレーである。ＬＣＤディスプレーはＬＥＤ、ＯＬＥＤ，冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、又は平板蛍光ランプ（ＦＦＬ）などをバックライト用に用いてもよい。本考案に係るヒートスプレッダ１０の使用が特に有用なその他のロープロファイルデバイスには、ラップトップコンピュータ、携帯電話、又は個人用デジタル情報端末などの携帯用又はハンドヘルドデバイス、及び太陽光パネルがある。
【００６９】
チップセットやハードドライブなどのデバイス１００の特定の部品は動作中に熱を発生させる。そのような部品は本明細書中でそれぞれ熱源１１０として示す。デバイス１００を要求どおりに機能させるために、（複数の）熱源１１０から熱を放散させてオーバーヒートを防止することが重要となる。さらに、（複数の）熱源１１０から生じた熱が、バッテリ、ディスプレー、デバイスの外側ケース、及びキーパッドなどの他のデバイス１００の部品に悪影響を与えないようにすることが重要であり、これらは（複数の）熱源１１０に生じる熱により悪影響を受ける可能性があり、又はデバイスのユーザが悪影響を受ける可能性がある。
【００７０】
そのために、第一層２０の第二主表面２０ｂが少なくとも一つの熱源１１０の表面と熱的に接触しており、別の実施形態においては、ヒートスプレッダ１０の第一層２０の第二主表面２０ｂがデバイス１００の複数の熱源１１０それぞれの表面と熱的に接触している。さらに別の実施形態において、第二層３０の第二主表面３０ｂが（複数の）熱源１１０と接触している。それぞれの実施例において、（複数の）熱源１１０からの熱はヒートスプレッダ１０に伝わり放散する。好ましくは、ヒートスプレッダ１０の第一層２０の第二主表面２０ｂの表面積は、ヒートスプレッダ１０の第一層２０の第二主表面２０ｂと熱的に接触する（複数の）熱源１１０のその部分の表面積よりも大きく、これにより熱源１１０の有効表面積が増大して熱放散が達成される。
【００７１】
別の有利な実施形態において、ヒートスプレッダ１０がロープロファイル電子デバイスのメモリモジュールに搭載される。例えば、図１１に示すように、クリップ２１０などを搭載することによりヒートスプレッダ１０がＦＢ−ＤＩＭＭモジュール２００に搭載され、これによりＦＢ−ＤＩＭＭモジュール２００に生じた熱がヒートスプレッダ１０により拡散され放散される。
【００７２】
本考案の別の実施形態において、ヒートスプレッダ１０の第一層２０に保護コーティング（図６に参照符号２７で示す）を設けてもよく、該保護コーティングは、第二層３０と接触していない第一層の表面の一部又は全てに設けられてもよく、これによりグラファイトに対応する第一層２０からグラファイト粒子が剥離してしまうことを未然に防ぐことができ、さもなければグラファイト粒子は第一層から剥がれてしまう。さらに有利なことに保護コーティングは第一層２０を効果的に絶縁し、電子デバイス１００内の導電性材料（グラファイト）を含むことに起因する電気的干渉を防ぐ。保護コーティングは、グラファイト材料の剥離の防止及び／又はグラファイトの絶縁を十分達成する任意の適切な材料を含んでもよく、そのような材料としては、ポリエチレン、ポリエステルもしくはポリイミドのような熱可塑性材料、ワックス、及び／又はワニスが挙げられる。実際、電気的な絶縁に対してアースが必要とされる場合には、保護コーティングはアルミニウムなどの金属を含んでもよい。
【００７３】
好ましい実施形態において、図９を参照すると、デバイス１００は、ヒートスプレッダ１０全体、最も好ましくは表面構造体３２が配置される第二層３０の表面３０ｂ全体に空気を流すメカニズムをさらに有していてもよく、これにより熱放散が改善される。該メカニズムは、ファン、送風機、圧電ファン、Ｎｕｖｅｎｔｉｘから販売されるＳｙｎＪｅｔなどのダイヤフラムのような種々の装置のうちの任意の装置であってもよい。最も一般的には、ヒートスプレッダ１０全体に空気を流すメカニズムはファン４０を含む。
【００７４】
好ましくは、ファン４０は所謂「ロープロファイル」又は「ミニチュア」ファンであり、ラップトップコンピュータ、携帯電話、個人用デジタル情報端末などの携帯用電子デバイス１００内の利用可能空間内で使用することができる。ロープロファイル又はミニチュアファンの構成は様々に定義されるものの、本考案の目的を達成するために、ファン４０は、設置面積即ち縦横表面積が約４５０ｍｍ2以下、より好ましくは約３００ｍｍ2とされ、高さ（プロファイル）が約２２ｍｍ以下、より好ましくは約１５ｍｍ以下とされる。ファン４０として有用なメカニズムは、設置面積が１００ｍｍ2でプロファイルが５ｍｍであるＭｉｃｒｏｎｅｌ  Ｕ１６ＬＭ−９である。このファンの公称速度は６０００ｒｐｍであることが製造者により評価されている。比較的大きなデバイスにおいては、ファン４０の設置面積及びプロファイルも対応して大きくなる。
【００７５】
ファン４０を使用することにより、ヒートスプレッダ１０の周り、特にヒートスプレッダ１０の第二層３０の主表面３０ｂに沿って空気流が生じて放熱が促進される。ヒートスプレッダ１０の熱放散に係る表面積を増大させかつ空気の乱流を増大させる表面構造物３２と組み合わせてファン４０の使用は、ヒートスプレッダ１０と併せて用いると、デバイス１００の（複数の）熱源１１０からの熱を放散する上で大きな利点がある。
【００７６】
さらに、デバイス１００の（複数の）熱源１１０からの熱を最も効率的に放散するよう、ファン４０から出る空気流をヒートスプレッダ１０上に流すことが非常に望ましい。空気流を方向付けて流すための最も効率的な構成は当業者の能力の範囲内であり容易に決定される。しかしながら、電子デバイス１００の空間的寸法及びヒートスプレッダ１０の第二層３０ｂ上に設けられた表面構造物３２の配置によっては、最も好ましい実施形態は、ファン４０からの空気流がヒートスプレッダ１０の長手方向に平行となるよう流されるように構成したものである。表面構造物３２が直線上（複数の直線上）に配列される場合、ファン４０からの空気流が表面構造物３２と平行な方向に沿ってヒートスプレッダ１０に流れるよう構成することが最も好ましい。
【００７７】
ファン４０からの空気流を所望の方向に流すために、図９に示すように、場合により導管と称されるディフューザ５０がファン４０とヒートスプレッダ１０との間に接続される。ディフューザ５０は、ファン４０からの空気流の出口角度とヒートスプレッダ１０の配列、特にヒートスプレッダ１０上の表面構造物３２の配列を整合させる。ファン４０からの空気流がヒートスプレッダ１０と接する際に該空気流を「真っすぐに」することにより、該空気流を最大限効率的に使用してデバイス１００から熱を逃がすことができる。事実、ディフューザ５０を用いることにより、ファン４０を比較的遅い速度で運転させた場合（即ち電力を節減してバッテリの寿命をのばす）にも同等の熱放散が達成される、及び／又はディフューザ５０を使用せずにファン４０を同じ速度で運転させた場合に比べて熱放散が向上することがわかっている。
【００７８】
図１０に示す実施形態を参照すると、ヒートスプレッダ１０は、ファン４０及びディフューザ５０とともに携帯電話などの携帯用電子デバイス１００内に配置され、ヒートスプレッダ１０の第一層２０がチップセットなどの熱源１１０と熱的に接触するよう設けられている。さらに、ヒートスプレッダ１０は熱源１１０と携帯電話のバッテリ又は外側ケースの一部などの第二部品１２０との間に配置され、これにより第二部品１２０が熱源１１０から生じる熱から遮断されている。ファン４０によって発生した空気流はディフューザ５０により方向付けされてヒートスプレッダ１０の第二層３０の表面構造物３２全体に流され、これにより熱源１１０からヒートスプレッダ１０に移動した熱が放散する。
【００７９】
したがって、二つの主表面２０ａ及び２０ｂを有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層２０と、二つの主表面３０ａ及び３０ｂを有しかつ金属薄片を含む第二層３０と、を有するヒートスプレッダ１０であって、前記金属薄片層３０の一方の主表面３０ｂ上に表面構造物３２が設けられ、前記グラファイト層２０の第一主表面２０ａと前記金属薄片層３０の第二主表面３０ａとが互いに熱的に接触しており、前記金属薄片層３０の主表面３０ｂ上に設けられた表面構造物３２が、特にファン４０及びディフューザ５０と組み合わせて用いられた時に空気の乱流を生成する又は熱放散用表面積を増大させる又はその両方を達成する隆起したフィンを有することを特徴とする前記ヒートスプレッダ１０を使用することにより、ロープロファイル電子デバイス１００内の（複数の）熱源１１０からの熱を従来よりもより効率的に放散させることができる。
【００８０】
本出願に引用される全ての特許及び発行物の記載の全てが本明細書に参照することで盛り込まれる。
【００８１】
本明細書の記載は、当業者が本考案を実施することを可能とするものである。当業者にとって本明細書から明確となる可能なバリエーション及び変更の詳細を記載することは意図していない。しかしながら、そのようなバリエーション及び変更は全て特許請求の範囲の項に記載される本考案の範囲内に含まれる。特許請求の範囲の項の記載は、特に記載の無い限り、本考案の目的を達成するために有効な任意の配置又は順番における構成要素及び工程をカバーすることを意図している。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月7日(2011.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有しかつ金属薄片を含む第二層と、を有するヒートスプレッダにおいて、
前記金属薄片の第一主表面上には表面構造物が設けられ、
前記第一層の第一主表面の表面積の２５％以上が前記第二層の第二主表面と接着又は付着又は接触するよう構成され、
前記第二層の第一主表面上に設けられた前記表面構造物が、前記第一層の厚さの１０倍以下の高さの隆起した構造物を含み、
前記隆起した構造物が空気の乱流を増大させる又は熱放散用表面積を広げる又はその両方を達成するよう構成されている
ことを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
ヒートスプレッダと、該ヒートスプレッダの第二層に設けられた表面構造物全体に空気を流すメカニズムと、を有する電子デバイスであって、
前記ヒートスプレッダは、二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有しかつ金属薄片を含む第二層と、を有し、
前記第二層の第一主表面上には表面構造物が設けられ、
前記第一層の第一主表面の表面積の２５％以上が前記第二層の第二主表面と接着又は付着又は接触するよう構成され、
前記第二層の第一主表面上に設けられた前記表面構造物の高さが前記第一層の厚さの１０倍以下とされ、かつ、
前記表面構造物が空気の乱流を増大させる又は熱放散用表面積を広げる又はその両方を達成するよう構成されている
ことを特徴とする電子デバイス。
【請求項３】
ヒートスプレッダを有する太陽光パネルであって、
前記ヒートスプレッダは、二つの主表面を有しかつ膨張グラファイトの圧縮粒子からなる一以上のシートを含む第一層と、二つの主表面を有しかつ金属薄片を含む第二層と、を有し、
前記第二層の第一主表面上には表面構造物が設けられ、
前記第一層の第一主表面の表面積の２５％以上が前記第二層の第二主表面と接着又は付着又は接触するよう構成され、
前記第二層の第一主表面上に設けられた前記表面構造物の高さが前記第一層の厚さの１０倍以下とされ、かつ、
前記表面構造物が空気の乱流を増大させる又は熱放散用表面積を広げる又はその両方を達成するよう構成されている
ことを特徴とする太陽光パネル。