(57)【要約】  本発明は、ある周波数の範囲で動作する電気構成要素（１２）からの熱を除去するための熱伝導素子（１０）であって、素子は第一の熱伝導率を有する本体（１３）を備え、本体（１３）には複数のギャップ（２１）で分離された複数の熱伝導性タイル（２０、５０、５１、５２、６１）のパターンを備えたヒートスプレッダ（１４）が設けられ、複数のタイルは、第一の熱伝導率より高い第二の熱伝導率を有し、各々のタイルは、大きくとも最大面積の値を有し、複数のギャップは少なくとも最小のギャップ幅を有し、最大面積および最小の幅は、周波数の範囲で動作する電気構成要素を組み合わされた場合に熱伝導素子の所定の電磁波干渉特性に適合するための寸法である。本発明は熱伝導素子を形成する方法も提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある周波数の範囲で動作する電気構成要素（１２）からの熱を除去するための熱伝導素子（１０）であって、当該素子は第一の熱伝導率を有する本体（１３）を備え、
前記本体（１３）には、複数のギャップ（２１）で分離された熱伝導性の複数のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）のパターンを備えるヒートスプレッダ（１４）が設けられ、
前記複数のタイルは、前記第一の熱伝導率より高い第二の熱伝導率を有し、
各々のタイルは大きくても最大面積の値を有し、前記複数のギャップは少なくとも最小のギャップ幅を有し、
前記最大面積および前記最小の幅は、前記周波数の範囲で動作する前記電気構成要素に組み合わされた場合に前記熱伝導素子の所定の電磁波干渉特性に適合するための寸法にされていることを特徴とする熱伝導素子。
【請求項２】
各々のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）は、前記電気構成要素の前記動作周波数の範囲の特性波長の最大１０％、好ましくは最大５％、より好ましくは１％の主要寸法の面積を有する請求項１に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項３】
各々のギャップ（２１）は、前記電気構成要素の前記動作周波数の範囲の特性波長の少なくとも０．１％、好ましくは少なくとも０．５％、より好ましくは少なくとも１％である請求項１または２に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項４】
前記パターン（１４）は規則的格子状である請求項１から３のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項５】
タイル（２０、５０、５１、５２、６１）の主要寸法は、０．５ｍｍから５ｍｍの間であり、好ましくは１ｍｍから４ｍｍの間であり、より好ましくは１．５ｍｍから２．５ｍｍの間であり、かつ、ギャップは、０．１ｍｍから１．２ｍｍの間であり、好ましくは０．１５ｍｍから０．５ｍｍの間であり、より好ましくは０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの間である請求項１から４のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項６】
前記第一の熱伝導率は大きくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは大きくとも２５Ｗ／ｍＫであり、前記第二の熱伝導率は少なくとも５０Ｗ／ｍＫであり、好ましくは少なくとも１００Ｗ／ｍＫである請求項１から５のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項７】
前記複数のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）はグラファイト製である請求項１から６のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項８】
前記本体（１３）はポリマーまたはセラミックを備える請求項１から７のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項９】
熱伝導素子（１０）の本体（１３）に接着されるフィルムであって、請求項１から８のいずれか１項に記載の複数の熱伝導性のタイル（６１）のパターンを含むフィルム。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）とビデオプロセッサＩＣのような電気構成要素（１２）との組立体であって、前記ヒートスプレッダ（１４）は、前記電気構成要素（１２）に隣接して設けられる組立体。
【請求項１１】
パターン化された熱伝導素子（１０）を形成する方法であって、第一の熱伝導率を有する本体（１３）を有する熱伝導素子を提供する段階を備え、前記本体に前記第一の熱伝導率より高い第二の熱伝導率を有する複数の熱伝導性のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）のパターン（１４）を設ける段階を有し、前記複数のタイルの各々はある面積を有して複数のギャップ（２１）で分離されており、前記タイル面積と複数のギャップは、前記熱伝導体の所定の電磁波干渉特性に適合するために、前記電気構成要素の周波数の範囲に依存して決定される、方法。
【請求項１２】
前記パターン（１４）は、前記本体（１３）の表面のレーザエッチングによって設けられる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターン（１４）は、前記パターンが形成される基板の周りに前記本体をインジェクションモールディングすることによって設けられる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パターン（１４）は、請求項９に記載のフィルムを前記本体（１３）に接着することにより設けられる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱伝導素子が形成される請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気構成要素、特に、例えばギガヘルツ（ＧＨｚ）ドメインのような高周波数で機能する電気構成要素からの熱を除去する熱伝導素子に関する。この発明は、熱伝導素子を形成する方法にも関連する。
【背景技術】
【０００２】
冷却が必要な電気構成要素は、熱伝導素子またはヒートシンクとも呼ばれる熱的伝導性材料と熱的接触して配される。しかしながら、良熱伝導性を有する材料は（金属のような）、良電気伝導性をも有する傾向がある。
【０００３】
良電気伝導性の隣接層は、メガヘルツ（ＭＨｚ）またはギガヘルツ（ＧＨｚ）ドメインで動作する処理集積回路（ＩＣ）やメモリＩＣのような、高周波数デバイスと共に用いられるときは問題である。これらの用途において、囲む層の伝導面は、ＩＣ内に存在するソース電流に対する放射器として作用する。  この面は、電磁（ＥＭ）波の反射器としても作用し得る。これらの特性は、他の電気構成要素の機能と干渉し得、それゆえに、しばしば規格で禁じられる。
【０００４】
セラミックのような、他の非伝導または低い電気伝導材料を用いることが知られている。しかしながら、セラミックは比較的高価であり、電気伝導体と比較して、概して熱伝導率が低い。
【０００５】
他の材料として用いられるものは、ポリマーまたはプラスチックである。プラスチックはセラミックよりも安価であるが、熱伝導特性は依然として劣る。
【０００６】
US 2006 / 047 053は、ある程度の熱伝導率を有する電気伝導性ポリマー組成物を開示していることに留意されたい。複数の分離した電気伝導要素がポリマー組成物内に組み込まれている。これらの要素は、ポリマー組成物に、ポリマーでコートされたＩＣを電磁波干渉（ＥＭＩ）および／またはラジオ周波数（ＲＦ）放射から遮蔽することが意図された程度の電気伝導率を与える。ＩＣが電気伝導性ポリマー組成物によってまたは、電気伝導性ポリマー組成物と他の電気伝導体との組み合わせによって囲まれ、これにより閉じられたファラデー箱が形成される。熱伝導素子またはヒートシンクは、本願発明に関連するものであるが、通常、熱転送の領域を広げる意図があり、それゆえ通常、ＩＣの部分のみを覆うのであってＩＣを囲わない。高周波数コンポーネント用のヒートシンクはアンテナとして働くことを防止するよう注意深く設計されなければならないが、それはUS 2006 / 047 053の密閉の用途では懸案事項ではなく、それゆえその材料は概してヒートシンクとしては適さない。
【０００７】
したがって、電気構成要素から熱を除去するために良熱伝導性を有しながら、同時に、当該要素の周波数領域内で放射器または反射器として作用しない熱伝導素子に対する要望がある。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、ある周波数の範囲で動作する電気構成要素からの熱を除去するための熱伝導素子であって、第一の熱伝導率を有する本体を備え、本体には、第一の熱伝導率より高い第二の熱伝導率を有する熱伝導性タイルのパターンを備えるヒートスプレッダが設けられ、複数のタイルの各々はある面積を有し、ギャップで分離されている、当該素子を提供する。
【０００９】
タイル面積とギャップは、熱伝導素子の所定の電磁波干渉（ＥＭＩ）特性に適合するために、電気構成要素の周波数の範囲に依存して決定される。ＥＭＩ特性に適合するため、第一本体の材料は通常、非常に低い電気伝導率を有する。
【００１０】
各々のタイルは、独立したタイルが電気構成要素内の高周波電流から発信される電磁エネルギーを吸収するのを防止するのに十分に小さい面積を有する。同時に、各々のタイルは、熱拡散層、ひいては熱伝導素子の熱伝導特性を向上するため可能な限り大きい面積を有する。各々のギャップは、電気構成要素の周波数の範囲内の電流に対してバリアとして機能するのに十分に大きい、隣接するタイル間の距離を形成する。同時に、各々のギャップは、熱拡散層ひいては熱伝導素子の熱伝導特性を向上することができるように可能な限り小さい。結果として、パターン化されたヒートスプレッダは、熱伝導素子の実効電気伝導率の増加を最小限にしつつ、熱伝導素子の実効熱伝導率の増大を最大にする。
【００１１】
すなわち、本発明は、全面的な層に代えて、高い（電気的および熱的）伝導性の熱拡散材料の複数の「島」を備える、パターン化された熱拡散層を提供する。伝導島間のギャップは、電流に対するバリアであるが、それらが十分に狭ければ、依然としてタイル間で熱を通すことができる。さらに、島の大きさがＥＭ波長より十分に小さければ、伝導島はアンテナとしては機能しないであろうし、そのような小さい大きさは、可能な電流ループの大きさをも限定するであろうし、それにより放射を制限するであろう。
【００１２】
本発明による解決手段の記載の他の方法は下記の通りである。本発明は、ある周波数の範囲で動作する電気構成要素からの熱を除去するための熱伝導素子であって、第一の熱伝導率を有する本体を備える当該素子を提供する。熱伝導素子と電気構成要素との組み合わせは、最大の電磁波干渉の所定の要求に適合する。本発明は、本体に、第一の熱伝導率より高第二の熱伝導率を有する熱伝導性タイルのパターンを備えるヒートスプレッダを設けることを特徴とする。熱伝導素子と電気構成要素との組み合わせが最大の電磁波干渉に対する所定の要求に依然として適合しつつ、パターン化された本体の実効熱伝導率が第一の熱伝導率より高くなるように、好ましくは少なくとも５０％または１００％より高くなるように、これらのタイルがギャップで分離され、かつ、パターンが設計される。
【００１３】
パターン化されたヒートスプレッダによって引き起こされた見かけ上促進された熱伝導率によって、有利に、より大きな冷却面、例えばより大きなヒートシンクベースを用いることができ、結果的にデバイスのワット損をより高くすることができる。
【００１４】
さらに、非導電性の（熱可塑性）のプラスチックの促進された熱伝導性は、現行ではセラミックでのみ可能な大きさのプラスチックヒートシンクを用いることを可能にする。セラミックをプラスチックで置き換えることで、コストと重量を大きく抑えることができ、例えば搭載するデバイスの集積について、設計の柔軟性をより大きくすることができる。
【００１５】
概して、本発明は、例えばヒートシンクのベースに、高伝導性の（グラファイトまたは他の）パターンを付加することにより、非伝導性の材料（例えばプラスチック）のヒートシンク特性を改善することができる。同時に、本発明は、ある特定の周波数の範囲内（他の法的な限界が適用される製品群に依る）で電気伝導性領域を大きくすることをあきらめることによって、ヒートシンクの電磁両立性（ＥＭＣ）特性を許容できるようにする。大きさを調整することによって、および、伝導性パターン要素に間隔をあけることによって、当業者が要求された実用上のまたは法的なＥＭＣ特性を満たすようにすることができる。
【００１６】
例示的な熱拡散材料（すなわちパターンの島の材料）は、グラフテックＳＳ５００グラファイト熱拡散材料である。他の例示的な材料はアルミニウムである。タイルのための材料として、他の金属を用いることもできる。
【００１７】
熱伝導性の本体の上に設けられた均一の層に対するパターンの他の利点は、当該パターンは本体と層との熱膨張率の違いによる応力にさらされないということである。
【００１８】
本発明の一実施形態において、各々のタイルは、電気構成要素の動作周波数の範囲の特性波長の大きくても１０％、好ましくは大きくても５％、より好ましくは大きくても１％の主要寸法の面積を有する。これにより、タイルの面積が、実質的な電流ループがタイルに生じえる面積よりも十分に小さくなることが保証される。
【００１９】
本発明の一実施形態において、各々のギャップの大きさは、電気構成要素の動作周波数の範囲の特性波長の少なくとも０．１％、好ましくは少なくとも０．５％、より好ましくは少なくとも１％である。これにより、タイル自体は電気的に伝導性を有しているとしても、有利に、パターンの実効電気伝導率を低く保つことが保証される。
【００２０】
本発明の一実施形態において、パターンは規則的格子である。規則的格子は、製造時に利点を有し、容易にモデル化されうるので、性能の計算をすることができる。
【００２１】
本発明の一実施形態において、タイルの主要寸法は、０．５ｍｍから５ｍｍの間であり、好ましくは１ｍｍから４ｍｍの間であり、より好ましくは１．５ｍｍから２．５ｍｍの間であり、かつ、ギャップは、０．１ｍｍから１．２ｍｍの間であり、好ましくは０．１５ｍｍから５ｍｍの間であり、より好ましくは０．１５ｍｍから０．２５ｍｍの間である。これら大きさは良好な結果を与えることが示された。
【００２２】
本発明の一実施形態において、第一の熱伝導率は少なくとも１Ｗ／ｍＫである。一実施形態において、第一の熱伝導率は大きくても５０Ｗ／ｍＫであり、より好ましくは大きくても２５Ｗ／ｍＫである。一実施形態において、第二の熱伝導率は少なくとも５０Ｗ／ｍＫであり、または、少なくとも１００Ｗ／ｍＫであり、または、少なくとも２５０Ｗ／ｍＫであり、または、少なくとも５００Ｗ／ｍＫである。
【００２３】
本発明の一実施形態において、タイルまたは島はグラファイトで形成される。
【００２４】
本発明の一実施形態において、本体は、ポリマーまたはセラミックを備える。
【００２５】
本発明は、熱伝導素子の本体に接着するためのフィルムをさらに提供し、当該フィルムは、前出のいずれかのクレイムによる熱伝導性のタイルのパターンを備える。
【００２６】
本発明は、本発明による熱伝導素子と電気構成要素との組立体をも提供する。電気構成要素は、ビデオプロセッサＩＣ、ＳＤＲＡＭモジュール、または他のコンポーネントであってよい。本発明は、例えば、５００ＭＨｚより高い、１ＧＨｚより高い、または、１．５ＧＨｚより高い周波数である、動作周波数で電気構成要素が動作する場合に有利に適用できる。一実施形態において、ＩＣは、１６００ＭＨｚで動作する。
【００２７】
さらに、本発明は、パターン化された熱伝導素子を形成する方法を提供し、当該方法は、第一の熱伝導率を有する本体を有する熱伝導素子を提供する段階を備え、第一の熱伝導率より高い第二の熱伝導率を有する熱伝導性タイルのパターンを前記本体に設け、タイルの各々は面積を有してかつギャップにより分離され、タイル面積とギャップは、熱伝導体の所定の電磁波干渉特性に適合するように、電気構成要素の周波数の範囲に依存して決定されることを特徴とする。
【００２８】
本発明の一実施形態において、パターンは本体の面をレーザエッチングすることによって提供される。  この方法において、熱拡散パターンを、熱拡散素子本体の外面に効果的に形成することができる。
【００２９】
本発明の一実施形態において、パターンは、当該パターンが形成される基板の周りに本体をインジェクションモールディングすることによって提供される。この方法において、パターンを熱拡散素子本体の内側に効率的に形成することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明による実施形態の例が、添付した図面を参照して記述される。  
【図１ａ】本発明の実施形態による熱伝導素子を概略的に示す。
【図１ｂ】本発明の実施形態による熱伝導素子を概略的に示す。
【図２ａ】本発明の実施形態による、ヒートスプレッダ付き熱伝導素子を概略的に示す。
【図２ｂ】本発明の実施形態による、ヒートスプレッダの詳細を概略的に示す。
【図３ａ】モデル計算の結果を概略的に示す。
【図３ｂ】モデル計算の結果を概略的に示す。
【図３ｃ】モデル計算の結果を概略的に示す。
【図４ａ】追加的なモデル計算を概略的に示す。
【図４ｂ】追加的なモデル計算を概略的に示す。
【図５ａ】熱拡散パターンを概略的に示す。
【図５ｂ】熱拡散パターンを概略的に示す。
【図５ｃ】熱拡散パターンを概略的に示す。
【図６】接着フィルム上のヒートスプレッダを概略的に示す。
【図７】本発明の実施形態による熱伝導素子を形成する方法を概略的に示す。
【図８ａ】従来の熱伝導素子および本発明の実施形態による熱伝導素子の実験の結果を示す。
【図８ｂ】従来の熱伝導素子および本発明の実施形態による熱伝導素子の実験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１ａは、本例の集積回路（ＩＣ）１２における、電気構成要素１２との熱的接触が提供された熱伝導素子１０を概略的に示す。熱伝導素子１０は、プラスチック製の本体１３を備える。プラスチックは有利に、電気伝導性が本質的にゼロであり、それゆえ、プラスチックが高周波数ＩＣの上面に設けられても、電磁放射線の放射という問題を起こすことはない。プラスチックに代えて、十分に低い電気伝導性を有する他の材料が用いられてもよい。本体の典型的な厚みは、０．５と５ｍｍとの間で、例えば、１．５ｍｍである。本体１３には、図２ａおよび２ｂを参照してその詳細が説明されるヒートスプレッダ１４が設けられる。図１ａの例において、ヒートスプレッダはＩＣ１２と本体１３との間に位置する。代替構成において、ヒートスプレッダは、ＩＣ１２に面しておらず、本体１３の上面に設けられてもよい。
【００３２】
図１ｂはさらに代替配置を示し、そこでは本体１３には冷却フィン１５が設けられる。フィンは本体１３におけるＩＣと面していない側に取り付けられており、ヒートスプレッダ１４は本体１３とＩＣ１２との間に位置している。パターン化されたヒートスプレッダ１４は、ＩＣに面しており、熱伝導体の本体１３を通してＩＣからの熱を広げるのを効率的に助ける。本体１３で吸収された熱は、本体１３に設けられた熱フィン１５を介して周囲環境に与えられ得る。
【００３３】
図１ａおよび１ｂの例において、本体１３およびＩＣに面しているヒートスプレッダ１４の面は、ＩＣの上面よりも実質的に大きい面積を有する。結果として、本体およびヒートスプレッダの端部は、ＩＣの端部を超えて伸びている。これがヒートシンクに最も共通する構成である。しかしながら、ＩＣの上面と同一の面積またはより小さい面積を有する本発明による熱伝導素子１０が用いられて本発明が実現されてもよい。
【００３４】
図２ａは、タイル２０の規則的パターンの形をしたヒートスプレッダ１４を有する、図１ａのＩＣ１２の上に搭載された熱伝導素子１０の概略底面図である。これらのタイルは熱的に（電気的にも）伝導性の材料により形成され、ａおよびｂの大きさを有し（図２ｂ参照）、かつ、互いにギャップｇによって分離された規則的格子状に配置される。この例において、各々のタイルは２ｍｍ×２ｍｍで、０．２５ｍｍ厚さの四角形の電気伝導性のグラファイトである。特定の方向の最も大きいもの（すなわちサイズａまたはｂ）はタイルの主要なまたは特徴的な寸法とも呼ばれる。  この例において、ギャップは０．２ｍｍ幅である。  適している熱拡散材料は、グラフテックＳＳ５００グラファイト熱拡散材料であるが、他の適したグラファイトおよび非グラファイト材料が当業者にとって使用可能である。
【００３５】
熱拡散島（パターンタイル）の大きさは、熱的な観点からできるだけ大きく選択されるが、ＥＭＩを拾うのを防ぎ、最終的な電流ループの大きさを限定するように、ＩＣの振動電流の関連波長より十分に小さくされる。島間のギャップの大きさは、見かけ上の熱伝導率を促進するために可能な限り小さいが、電気的な絶縁を保つためには十分大きくされる。
【００３６】
ＩＣ１２が１．６ＧＨｚで機能する場合に（例えばＳＤＲＡＭメモリ）、ＩＣから発信する放射線の対応波長はほぼ１８８ｍｍである。２ｍｍ×２ｍｍ四角形のパターンは、波長の約１％の特徴的な寸法を有し、各々の独立した四角形は、それゆえ、ＥＭＩに対して非常に限定された貢献しか有しないであろう。結局、これら四角形は波長に比較して非常に小さいので、単一の四角形内で、ＩＣ内の高周波数電流によって実質的には電流ループが導入されない。
【００３７】
図２ｂは、ヒートスプレッダの詳細を概略的に示す。この例において、タイルは規則的パターンまたはグリッドに配置される。各々のタイルは、第一の大きさａおよび第二の大きさｂを有する。  第三の大きさ（高さまたは厚み）はこの平面図には示されていない。上記した通り、例示的に適した厚みは、例えばグラファイト材料に対して、０．２５ｍｍである。この例において、ａ＝ｂであり、これによりタイルは正方形状を有する。図５ａ−５ｃを参照し、他のいくつかの例示的なパターンが記載される。
【００３８】
図３ａ−３ｃは、モデル計算の結果を概略的に示す。それらの図面の各々において、右下角は除去されるべき熱の発生源と熱的接触している。側面は断熱されており、温度は摂氏０度の環境に対して算出されている。そのようにして、この結果は熱伝導素子１０の４分の１のモデリングとみなすことができ、右下角はＩＣと接触した中心の比較的小さい領域を表している。図３ａは、熱拡散素子１０本体１３は、熱伝導率ｋが８Ｗ／ｍＫに等しいプラスチックであり、熱拡散パターンが設けられない、モデル計算を示している。右下角において、温度は摂氏２０を超える。デバイスの斜めに沿って、温度はほぼ摂氏９度である。これは熱伝導率が比較的低い例である。
【００３９】
図３ｂは、図２ａのプラスチック本体１３に一面の（すなわちパターン化されていない）熱拡散層が設けられている計算に対応する。この熱拡散層は、許容できないＥＭＩ特性を有し、それゆえ、比較のためだけに用いられている。このモデルによれば、右下角は摂氏９．３度であり、主対角に沿って温度がほぼ摂氏６度である。
【００４０】
図３ｃは、パターン化されたヒートスプレッダでの計算の結果を概略的に示す。モデル化された四分の一のヒートスプレッダは、２ｍｍ×２ｍｍのタイルを０．２ｍｍのギャップで１０個×１０個有する。実際の計算において、これら伝導性タイルは単一の温度を有する傾向があるけれども、等温線はタイルの端部におおまかに沿ったリプルを示す。図３ｃに描き込まれた等温線において、このリプル効果は平滑化されている。図３ｂの計算と比較すると、右下角の温度は、わずかに摂氏１２．５度にまで上がっているが、それでも、図３ａのパターン化されていない熱プラスチック本体の摂氏２０．６度より十分に低い。斜めにおける温度は、図３ｂにおいて、ほぼ摂氏６度である。モデル計算によれば、図３ｃのパターン化されたヒートスプレッダ１４を有する本体１３は、熱プラスチック本体１３だけの８Ｗ／ｍＫに比較して、２５Ｗ／ｍＫの実効熱伝導率を有する。したがって、パターン化されたヒートスプレッダは、実効熱伝導率を３倍以上も増大させつつ、熱伝導素子のＥＭＩ特性を許容されるものに保っている。
【００４１】
実効熱伝導率のこの増大は、図４ａおよび４ｂからも明らかである。図４ａは、図３ｃを参照して記載されたモデル化された熱的分布を示す。例えば、ｋ＝８Ｗ／ｍＫの１．５ｍｍ厚の本体で、０．２５ｍｍ厚でｋ＝５００Ｗ／ｍＫのグラファイトタイルのパターン化されたヒートスプレッダを用いた場合である。再び、以下に提供される算出結果の描像において、算出されたリプル効果は、描き込まれた等温線において平滑化されている。図４ｂは、ｋ＝２５Ｗ／ｍＫを有する仮想的な本体の熱的分布を示す。図４ｂにおいてパターン化されたヒートスプレッダは用いられていないので、リプル効果はこの計算にはない。等温線（リプルは無視）が実質的に同一であるという事実から、ｋ＝８Ｗ／ｍＫのベースとｋ＝５００Ｗ／ｍＫのタイルを備えるパターン化された図４ａのヒートスプレッダは、２５Ｗ／ｍＫの実効熱伝導率を有する、という結論が導かれる。
【００４２】
テーブル１は、ＴＶ用途内のコアＩＣに対するデータ例を表す。このデータは、ラップトップマザーボードに対するものも表している：その敏感な周波数域は３０ＭＨｚ−２ＧＨｚである。将来、技術的および法律的発展によって、敏感な周波数域の上限はより高周波数、例えば６ＧＨｚになるであろう。当業者であれは、本願の開示に基づいていかなる周波数の範囲に対しても本発明を適用し得るであろう。
【００４３】
３０ＭＨｚ−２ＧＨｚ帯に対して、望まない放射および反射ゆえに５ｍｍよりも大きい、特性または主要寸法の電気伝導性の面が浮くことを避けることがベストである、ということを計算が示している。等価電気抵抗は、閾値、例えば１００ΩＤＣ、を超えるべきであり、それにより結果として少なくとも０．８ｍｍの間隔という要件をもたらす。熱的には、当該パターンの等価的な伝導率を算出（またはシミュレーション）することができる。多数の結果が、テーブル１（１．６ｍｍギャップに対して）、テーブル２（０．８ｍｍギャップに対して）およびテーブル３（０．４ｍｍギャップに対して）に示されている。パラメータ「ｔ」はベース厚みを表し、「ドット大きさ」はタイルの大きさ（ｍｍで）の省略である。パラメータｈは熱伝達係数であり、ファンなし冷却に対して典型的な値はｈ＝１０Ｗ／ｍ２Ｋであり、ファン冷却家電製品に対して典型的にｈ＝２０Ｗ／ｍ２Ｋである。  
テーブル１  １．６ｍｍギャップに対する等価熱伝導率の計算例
【表１】
2015535392.tif 000003
テーブル２  ０．８ｍｍギャップに対する等価熱伝導率の計算例
【表２】
2015535392.tif 000004
テーブル３  ０．４ｍｍギャップに対する等価熱伝導率の計算例
【表３】
2015535392.tif 000005
【００４４】
例示的な動作可能範囲は以下の通りである：３．５ｍｍ×３．５ｍｍの寸法のグラファイトグリッドで間隔（ギャップ）が０．９ｍｍから、４．５ｍｍ×４．５ｍｍグリッドで間隔が１．１ｍｍより大きいものまで。この概念は、ヒートシンク冷却が要求され、かつ、ＥＭＣ限界が旧来の金属ヒートシンクを除外しているような、いかなる種類のＩＣまたは電子デバイスにも特に適用し得える。
【００４５】
さらなる例において、出願人は、１ｍｍより大きい間隔で４ｍｍ×４ｍｍの寸法のグラファイトグリッドが下記に十分であることを実証によって見出した：（１）ヒートシンクとして作用するのに最低限必要とされる熱伝導率を取得するため；（２）２ＧＨｚまでの周波数の範囲で、直接接触（パッチアンテナ効果）によっても、ＥＭ波の反射によっても、アンテナとして作用しない十分な小ささの電気伝導性領域を取得するため。
【００４６】
概して、正確な大きさは、求められる熱伝導率およびポテンシャルＥＭ放射の周波数にも依存することに留意されたい。本願の本開示および提供される例に基づいて、当業者は、パターン化された熱伝導素子が熱伝導率およびあらゆる特定の構成のＥＭＩの要求を満たすように、本発明に従ったパターンを設計することができる。
【００４７】
図５ａ−５ｃは、可能な熱拡散パターンのいくつかを概略的に示す。図５ａは、ギャップｇで分離された格子状内の、大きさａおよびｂの四角形のタイル５０を示す。図５ｂにおいて、タイル５１は矩形であり、ギャップによって分離された、レンガ状に配置されている。図５ｃは、六角形のタイル５２による六角形または蜂の巣パターンを示す。
【００４８】
図６は、接着フィルム上のヒートスプレッダを概略的に示す。フィルムは、本発明のヒートスプレッダの実施形態のいずれかによる、タイルの形式での熱拡散パターンを備える。フィルムは熱拡散素子の本体１３に貼り付けることができ、それにより、上で説明したように、ＥＭＩ特性に不利な影響を与えることなく実効熱伝導率の増大を提供する。そのようなフィルムは現存の熱拡散素子を有利にアップグレードすることを許容する。フィルムは、プラスチック本体、セラミック本体、または、ヒートスプレッダに用いられるいかなる他のタイプの材料に対しても適用できる。
【００４９】
フィルムは、エッチングまたはレーザ刻印された銅の熱拡散パターンを有するカプトンフィルムであってよく、それは、プラスチックヒートシンクベース上に積層される。
【００５０】
図７は、パターン化された熱伝導素子を形成する方法を概略的に示す。この方法は、第一の熱伝導率を有する本体を有する熱伝導素子を設けること７１を備える。動作７２において、上記本体には、第一の熱伝導率より高い第二の熱伝導率を有する熱伝導性タイルのパターンが設けられる。タイルは各々ある面積を有してギャップにより分離されており、タイル面積およびギャップは、熱伝導体の所定の電磁波干渉特性に適合するように、電気構成要素の周波数の範囲に依存して決定される。
【００５１】
例示的な実施形態において、動作７２は、本体の面のレーザエッチングによってパターンを設けることを含む。この方法において、熱拡散パターンが、熱拡散素子本体の外面上に効果的に形成され得る。
【００５２】
さらに例示的な実施形態において、動作７２は、パターンが形成される基板の周りに本体をインジェクションモールディングしてパターンが設けられることを含む。この方法において、パターンが熱拡散素子本体の内面に効率的に形成され得る。
【００５３】
さらに例示的な実施形態において、動作７２は図６の接着フィルムを本体に設けることによってパターンを設けることを含む。
【００５４】
図８ａおよび８ｂは、従来のプラスチック熱伝導素子（図８ａ）の動作を、本発明の実施形態による熱伝導素子（図８ｂ）と比較した実験を示す。これらの図面は感熱（赤外線）写真であり、暗い領域は温度が比較的低いことを表し、明るい領域は温度が比較的高いことを示す。両方の画像において、熱伝導素子には加熱された四角形が設けられている。従来の熱伝導素子は伝導率が比較的低いので、熱は効率的には広がってはいない（図８ａ）。図８ｂにおいて、ヒートスプレッダの熱伝導タイルによって、熱はより大きく効率的に広がっている。複数のタイルの規則的パターンには、本質的に一定の温度が一定の明るさを与えることが反映されている。
【００５５】
これらの図面の上記説明において、それらの特定の実施形態を参照して本発明が記載されていた。しかしながら、添付の特許請求の範囲に要約された本発明の範囲から離れない程度において、様々な変形や変更が可能であることが明らかであろう。
【００５６】
変形や変更は、以下を含むが、ただしそれらには限られない。熱伝導性かつ電気的に絶縁性の他のベース材料が用いられてもよい。フィンのヒートシンクのベースを含み、冷却面の他の大きさおよび形が用いられてよい。インクジェット印刷されたまたはスクリーン印刷された伝導性インクまたはコーティングを含む、他の熱拡散材料が用いられてよい。ヒートシンクの領域は、インジェクションモールド内に入れられて、それらの周りをプラスチックインジェクションモールドされてもよい。ヒートスプレッダは、冷却面かつレーザまたは他の手段で生成されたパターン上に置かれてもよい。
【００５７】
特に、本発明の様々な態様の特定の特徴が組み合わされてもよい。本発明の態様は、本発明の他の態様に関して記述された特徴を加えることによってさらに有利に促進されてよい。
【００５８】
本発明の特に有利な用途は、ビデオプロセッサＩＣに対してデバイスを冷却することであって、それは典型的には高周波数で動作する。他の有利な用途は、ＥＭＩに敏感な用途のＬＥＤの冷却である。
【００５９】
本発明は添付の特許請求の範囲およびそれの技術的な等価物にのみ限定されることが理解されるべきである。この書類およびその特許請求の範囲において、動詞「備える」およびその活用形は、その語に続く事項を含むという意味の非限定的な用法で使われており、特に言及していない事項を排除していない。加えて、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」で参照される要素は、要素のうちの一つが文脈上明らかに唯一であることを要求している以外は、その要素が一つより多く存在する可能性を除外しない。よって不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は通常、「少なくとも一つ」を意味する。
【図１ａ】
2015535392.tif 000006
【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ−３ｃ】
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【図４ａ−４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月30日(2015.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気構成要素（１２）からの熱を除去するための熱伝導素子（１０）であって、前記電気構成要素はある周波数の範囲で動作し、前記素子は第一の熱伝導率を有する本体（１３）を備え、
前記本体（１３）には、複数のギャップ（２１）で分離された熱伝導性の複数のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）のパターンを備えるヒートスプレッダ（１４）が設けられ、
前記複数のタイルは、前記第一の熱伝導率より高い第二の熱伝導率を有し、
各々のタイルは前記周波数の範囲でアンテナとして動作しない十分に小さい大きさ（ａ、ｂ）を有し、
前記複数のギャップの大きさ（ｇ）は、前記熱伝導性を維持するのに十分に小さく、かつ、前記周波数の範囲で前記複数のタイル間の電気的な絶縁を維持するのに十分に大きい熱伝導素子。
【請求項２】
各々のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）は、前記周波数の範囲に対応する電磁波の波長の大きくても１０％の大きさ（ａ、ｂ）を有する請求項１に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項３】
各々のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）は、前記周波数の範囲に対応する電磁波の波長の大きくても５％の大きさ（ａ、ｂ）を有する請求項１に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項４】
各々のタイル（２０、５０、５１、５２、６１）は、前記周波数の範囲に対応する電磁波の波長の大きくても１％の大きさ（ａ、ｂ）を有する請求項１に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項５】
各々のギャップ（２１）の大きさ（ｇ）は、前記周波数の範囲に対応する電磁波の波長の少なくとも０．１％である請求項１に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項６】
各々のギャップ（２１）の大きさ（ｇ）は、前記周波数の範囲に対応する電磁波の波長の少なくとも０．５％である請求項１に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項７】
各々のギャップ（２１）の大きさ（ｇ）は、前記周波数の範囲に対応する電磁波の波長の少なくとも１％である請求項１に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項８】
前記パターン（１４）は正方格子状である請求項１から７のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項９】
タイル（２０、５０、５１、５２、６１）の前記大きさ（ａ、ｂ）は、０．５ｍｍから５ｍｍの間であり、かつ、ギャップ（ｇ）は、０．１ｍｍから１．２ｍｍの間である請求項１から８のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項１０】
前記第一の熱伝導率は大きくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは大きくとも２５Ｗ／ｍＫであり、前記第二の熱伝導率は少なくとも５０Ｗ／ｍＫであり、好ましくは少なくとも１００Ｗ／ｍＫである請求項１から９のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項１１】
前記タイル（２０、５０、５１、５２、６１）はグラファイト製である請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項１２】
前記本体（１３）はポリマーまたはセラミックを備える請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）。
【請求項１３】
熱伝導素子（１０）の本体（１３）に接着されるフィルムであって、熱拡散材料の複数の島を形成すべく複数のギャップ（２１）で分離された、請求項１から１２のいずれか１項に記載の複数の熱伝導性のタイル（６１）を含むフィルム。
【請求項１４】
互いに熱接触している、請求項１から８のいずれか１項に記載の熱伝導素子（１０）と電気構成要素（１２）との組み合わせ。
【請求項１５】
前記ヒートスプレッダ（１４）は前記電気構成要素（１２）に隣接して配される請求項１４に記載の組み合わせ。
【国際調査報告】
2015535392.tif 000019
2015535392.tif 000020