(57)【要約】  本発明では、マイクロプロセッサ、ミニプロセッサ及びヒートシンクの表面は、熱の散逸を増加させるように、フェムト秒パルスレーザにより加工されてその表面積を増加させる。フェムト秒パルスレーザ加工により前記表面に形成、創出されたナノ構造により、赤外線放射により熱が放射される表面積が増加することを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品及びハウジングから成る装置であって、
前記電子部品及びハウジングは、フェムト秒パルスレーザにより加工されたサブミクロンの凹凸を有する迅速に熱を散逸する表面を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記電子部品は、マイクロプロセッサを含み、
前記熱を散逸する表面は、フェムト秒パルスレーザにより加工された表面を有するマイクロプロセッサのハウジングを含み、
フェムト秒パルスレーザにより加工された前記表面は、電磁放射及び前記ハウジング及びハウジング内の電子部品の冷却による熱の放射を増加させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
フェムト秒パルスレーザにより加工された前記表面は、マイクロプロセッサに連結された箔上に在ることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電子部品は、ミニプロセッサを含み、
前記熱を散逸する表面は、フェムト秒パルスレーザにより加工された表面を有するミニプロセッサのハウジングを含み、
フェムト秒パルスレーザにより加工された前記表面は、電磁放射及び前記ハウジング及びハウジング内の電子部品の冷却による熱の放射を増加させることを特徴とする請求項１に記載の装置
【請求項５】
フェムト秒パルスレーザにより加工された前記表面は、ミニプロセッサに連結された箔上に在ることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記電子部品及びハウジングは、ヒートシンクを含み、
前記ヒートシンクの表面がフェムト秒パルスレーザにより加工されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ヒートシンク上の平らな中心面が、フェムト秒パルスレーザにより加工されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ヒートシンク上の前記平らの中心面及びフィンが、フェムト秒パルスレーザにより加工されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記ヒートシンク上のフィンが、フェムト秒パルスレーザにより加工されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
加工された前記表面は、フェムト秒パルスレーザにより加工されたナノ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
加工された前記表面は、加工前の表面の１０００倍の表面積を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記表面は、マイクロプロセッサの外部表面であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
フェムト秒パルスレーザにより加工された前記表面は、前記電子部品に連結された箔上に在ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の冷却が向上するように表面積を増大させるフェムト秒パルスレーザ技術の使用に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明は、例えばマイクロプロセッサ及びミニプロセッサを冷却する改善された熱伝達表面を提供することを目的としている。本発明により、事業機会は前途有望となる。本発明による新たな熱伝達表面は、電子・電気部品及び機器の会社にとって有用であると考える。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
課題は、フェムト秒パルスレーザを用いることにより解決され、本発明は新たな仕事及び人と技術の統合並びに新たな機会を提供する。
【０００４】
フェムト秒パルスレーザにより増大させた表面積は、例えばマイクロプロセッサを１０００倍又はそれ以上の率で冷却を加速する。本発明は、部品の表面の加工、又はマイクロプロセッサ又は他の電子部品の表面に貼ったり剥がしたりする剥離シート上の箔の加工及び打抜きの工程において用いてもよい。電極を加工してスーパーキャパシタの容量を改善すること、ナノ加工によりバイオセンサの表面を増大させることにも用いられる。ナノ加工表面を宇宙に適用すると、見えない人工衛星ができる。
【０００５】
フィラメントを加工すると表面積が増大し、放射率が１０００倍又はそれ以上に増大する。６０ワットの電球は、１００％以上のルーメンを生成する。フェムト秒パルスレーザ技術により、表面からの熱及び光の送出が速まる。本発明では、効率の良い表面を提供でき。より低温において、より大きな輝度の光が放射される。
【０００６】
本発明により、アークを創生して持続させる、より表面積が大きく材料の使用量の少ない蛍光電極が提供される。
【０００７】
本発明を用いると、１平方インチの材料が、１０００平方インチの表面積を有することができる。表面を微小ナノの大きさに破壊すると面積が増大する。新たなフェムト秒パルスレーザ技術は、１０−１５秒（フェムト秒）レーザパルスを用いて、増大した表面積を生成する。マイクロプロセッサの大きさは、生成する熱により制限される。あらゆる場所及び状況おいて、エネルギーの有効利用が必要となっている。照明用の電球及び管は、より多くのルーメン出力、より大きな効率及びより長い寿命が要求される。熱エネルギーを良好に且つ迅速に送出するマイクロプロセッサは、より大きく且つ速い演算を可能とする。１０−１５秒パルスレーザ技術により、材料が彫刻されて波動エネルギーが放出される。フェムト秒パルスレーザは、彫刻により金属、箔及び樹脂に設定された深さ及び幅のナノ表面を形成して表面積を増大させる。
【０００８】
本発明により、エレクトロニクスにおいて熱及びエネルギーを管理できる新たなナノ表面が創出される。フェムト秒レーザ技術を用いて、ナノ加工された金属及び非金属材料が創出される。フェムト秒レーザ技術により形成されたナノ表面は、熱及びエネルギー管理の改善にも適用される。
【０００９】
赤外線及び波動エネルギーの熱損失は次の様に表わされる。
放射されるエネルギー：Ｐ＝ｃ・ａ・Ａ・Ｔ４
【００１０】
この式において、ｃ＝放射率、ａ＝普遍定数、Ａ＝面積、Ｔ＝ケルビン温度（２７３Ｋ＝０℃）である。放射率は、ｃ＝１の完全放射体及び吸収体である黒体の放射されるエネルギーに関連する。面積が増加すると放射されるエネルギーも増加する。温度に関しては４乗となるので、温度が少し上昇しても放射されるエネルギーは大きく増加する。
【００１１】
新たなフェムト秒レーザ機能により、顧客の材料及び応用に適ったナノ表面を提供できる。最近は、幾つかの用途への応用が開発されている。
【００１２】
マイクロプロセッサでは、エネルギーの散逸を改善してより良好な熱管理を実現している。
【００１３】
上記を含む明細書の記載、請求の範囲、図面により、上記の目的に加えて他の目的及び特徴は明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】フェムト秒レーザ加工によりステンレススチール上に形成したナノ表面を示す図
【図２】レーザ加工の前と後のステンレススチールの走査型電子顕微鏡像を示す図
【図３】１平方インチのナノ加工域を有するステンレススチール板を示す図
【図３Ａ】フェムト秒パルスレーザ加工よるサブミクロン以下の凹凸を有する迅速な熱散逸表面を備えた電子部品、ハウジング及び箔を示す図
【図４】電磁波の周波数目盛を示す図
【図５】フェムト秒を含んだ時間目盛を示す図
【図６】フェムト秒レーザ再生増幅器を示す図
【図７】赤外線カメラ及びその仕様を示す図
【図８】フェムト秒パルスの特徴を示す図
【図９】物体の赤外線像を示す図
【図１０】ヒートシンクを示す図
【図１１】ヒートシンクの加工及びヒートシンクの赤外線像を示す図
【図１２】レーザ加工後のヒートシンクの走査型電子顕微鏡像を示す図
【図１３】加工前後のミニプロセッサを示す図
【図１４】加工前後のミニプロセッサの赤外線像を示す図
【図１５】加工後のミニプロセッサ及びその赤外線像を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には、フェムト秒レーザ加工によりステンレススチール上に形成したナノ表面を示す。走査型電子顕微鏡像は、フェムト秒レーザ加工により形成されたナノ構造を示している。右側の像は、１０ｍｍ以下の脚を有する「ナノ人間」を示す。
【００１６】
図２には、レーザ加工前後のステンレススチールの走査型電子顕微鏡像を示す。左側の像は加工前であり、右側の像はフェムト秒レーザ加工後の像である。右側の像に置ける微小構造の不明瞭な外観は、レーザ加工により形成されたナノ表面構造によるものである。
【００１７】
図３には、中心にフェムト秒レーザ加工された方形を有するステンレススチール板を示す。２平方インチの板の内。１平方インチが加工された（暗い部分）。出来る限り黒色の表面を得るため、１つの条件（試料と焦光レンズの間の距離）のみを最適化した。
【００１８】
図３Ａには、フェムト秒パルスレーザ加工よるサブミクロン以下の凹凸３を有する迅速な熱散逸表面を備えた電子部品１、ハウジング２及び箔４を示す。
【００１９】
図４には、電磁波スペクトル７の周波数目盛を示す。全ての物体は温度に応じて異なった波長の光を放射する。室温において、物体は赤外線を放射する。電磁波スペクトルにおいて、赤外線の波長は、１μｍから１０００μｍである。物体の温度が華氏１１１２度（６００℃）に近付くと赤く輝き始める。
【００２０】
図５には、フェムト秒を含んだ時間目盛を示す。
【００２１】
図６には、フェムト秒レーザ再生増幅器を示す。この増幅器に仕様は以下の通りである。
平均出力：                  ７５０ｍＷ
パルス繰り返し周波数：      １ＫＨｚ
パルス幅：                  ５０フェムト秒以下
波長：                      ７８０−８２０ｎｍ
ビーム径：                  ７ｍｍ
パルス当たりの出力：        ７５０μｍ
エネルギー安定性：          １％
空間モデル：                ＴＥＭ００
偏光：                      直線偏光／水平偏光
【００２２】
図７には、赤外線カメラ９及びその仕様を示す。ＴｈｅｒｍａＣＡＭ  Ｓ６５ＨＳＶ  赤外線カメラの価格は７０，０００＄である。
温度は４つの区域に分けられる。区域１：−４０℃〜１２０℃、区域２：０℃〜２５０℃、区域３：１００℃〜５００℃、区域４：２５０℃〜１，５００℃。
検出器のスペクトル域は、７．５μｍ〜１３μｍで深赤外線（ｄｅｅｐ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）である。
読取り精度：＋２℃又は±２％
放射率の補正は０．１〜１．０の間で変動させるか、又は予め物質毎の規定値をリストから選択する。
熱感度は０．０５℃である。
カメラは、画素数が６４０×４８０のフルカラーで高解像度１４ビットの熱画像を撮影できる。
【００２３】
図８には、フェムト秒パルスの特徴を示す。フェムト秒パルスとナノ秒パルスの比較は次の通りである。ナノ秒パルスでは、特有のナノ表面構造は生成できない。ナノ秒パルスは、溶融物の飛び散り及び応力亀裂の形で多量の熱損傷を生成する。フェムト秒パルスは、材料がプラズマ化する前に停止する。フェムト秒パルスは、ナノ秒パルスよりも繰返し精度が改善される。
【００２４】
図８に示すように、プラズマは、以下のように生成される。最初の１００フェムト秒において、電子の加熱及び熱化（ｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）が起こる。熱電子ガス冷却されてエネルギーが材料の格子に伝達されるのに数フェムト秒を要する。数十ピコ秒後に、試料への熱拡散が起こる。数ナノ秒後に、熱熔融及び浸食が始まる。
【００２５】
図９には、物体の赤外線像を示し、温度を測定している。左側は装置、測定対象のホットドッグ及び金鏡の配置を示す。右側は装置によるホットドッグ自体及び金鏡に写った赤外線像を示す。
【００２６】
図１０には、ヒートシンク１０のデジタルカメラ像を示す。
【００２７】
図１１は、フェムト秒パルスレーザによる加工域１３、１５を有するヒートシンク１０の像、並びに加工域１３、１５の方がヒートシンクの他の部分よりも温度が高いこと示す赤外線像である。
【００２８】
図１２には、レーザ加工後のヒートシンク１０の走査型電子顕微鏡像を示す。加工域１３は、左側の像の右上部に倍率４５で示されている。図１２の右側の上下の像のそれぞれの倍率は、３６２と１１，５９０である。
【００２９】
図１３には、中心部２１にステンレススチール角板２３を有するミニプロセッサ２０のフェムト秒パルスレーザ加工前後の像を示す。
【００３０】
図１４には、加工前後のミニプロセッサ３０の赤外線像を示す。レーザ加工前は、ミニプロセッサの赤外線像は黒く、温度が低くミニプロセッサからの熱伝達の可能性が低いことを示している。レーザ加工後は、ミニプロセッサの像３３は明るく、温度が高くミニプロセッサ３０から熱が流出し易いことを示している。
【００３１】
図１５には、加工後のミニプロセッサ及びそのデジタル赤外線像を示す。この図の画像では、暗くここでは反射する高い面３５を有するミニプロセッサ３０を示す。右側の画像３７は、赤外線像であり、加工された部分はより明るく、すなわちより高温であり熱伝達の可能性が高いことを示している。
【００３２】
以上、特定の実施例に関して述べたが、以下に規定する特許請求項の範囲により規定される発明の範囲を逸脱することなく、本発明の改造及び変形を構成することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１    電子部品
２    ハウジング
３    表面
４    箔
５    サブミクロン以下の凹凸
７    電磁スペクトル
９    赤外線カメラ
１０  ヒートシンク
１３  フェムト秒パルスレーザ加工域
１５  フェムト秒パルスレーザ加工域
２０  ミニプロセッサ
２１  （ミニプロセッサの）中心部
２３  ステンレススチール角板
３０  ミニプロセッサ
３１  ミニプロセッサの赤外線像
３３  ミニプロセッサの像
３５  暗く反射する高い表面３５
３７  赤外線像
【図３】
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【図３Ａ】
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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１】
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【図２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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2015530925.tif 000020