(57)【要約】【課題】本発明は、熱エネルギーを電子デバイス或いは熱除去を必要な同様のシステムから放散させるための熱管理組立体を提供する。【解決手段】  電子装置又は熱発生装置用のヒートシンク組立体は、超薄グラファイト層から構成される。超薄グラファイト層は、本質的に異方性であり、少なくとも１つの平面で５００Ｗ／ｍ℃よりも大きな熱伝導率を示し、少なくとも１つのグラフェン層を含む。超薄グラファイト層は、金属、ポリマー樹脂、セラミック、及びこれらの混合物の少なくとも１つを含む層によって構造的に支持され、グラファイト層の少なくとも１つの表面上に配置される。【選択図】図１
2007273943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱発生装置から熱エネルギーを放散させるための熱管理組立体であって、
前記熱発生装置に熱的に結合されるように適合されたベースと、
第１の面と、第２の面と、少なくとも１つのグラフェン層から構成される厚さとを有する少なくとも１つのグラファイト層を含む、前記ベースに熱的に結合された少なくとも１つのヒートシンクと、
を備え、
前記グラファイト層が、グラファイトシートから少なくとも１つのグラフェン層を劈開することによって得られ、前記グラファイト層が、本質的に異方性であり少なくとも１つの平面で５００Ｗ／ｍ℃よりも大きな熱伝導率がある熱伝導性を示し、
前記ヒートシンクが更に、金属、ポリマー樹脂、セラミック、及びこれらの混合物の少なくとも１つから構成される支持層を含み、前記支持層が、コーティング、ブラッシング、溶射、スプレッディング、浸漬、積層及び粉末コーティングからなるグループから選択された少なくとも１つのプロセスによって前記グラファイト層の少なくとも１つの表面上に配置されることを特徴とする熱管理組立体。
【請求項２】
前記支持層がグラファイト層上に配置される前に、前記グラファイト層が、プラズマエッチング、イオンエッチング、化学エッチング、及びこれらの組合せの１つによって処理されることを特徴とする請求項１の熱管理組立体。
【請求項３】
前記支持層が、前記グラファイト層の少なくとも１つの表面上にパレリンを施工することによって形成され、前記パレリンは、ブラッシング、浸漬、溶射、及び化学蒸着プロセスの１つによって前記グラファイト層表面上に施工されることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかの請求項の熱管理組立体。
【請求項４】
前記支持層が、熱伝導性接着層によって裏付けされた金属箔を含み、前記支持層が、前記熱伝導性接着によって裏付けされた金属箔層を前記グラファイト層の少なくとも１つの表面に対して押し付け、前記金属箔層を剥離し、少なくとも１つの前記グラファイト層がグラファイトシートを劈開して、前記金属箔層の熱伝導性接着裏付けに取り付けられるようにすることによって、前記グラファイト層の少なくとも１つの表面上に配置されることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかの請求項の熱管理組立体。
【請求項５】
熱管理組立体に用いるための熱放散フィンであって、
前記フィンが、第１の面、第２の面、及び少なくとも１つのグラフェン層から構成される厚さを有する少なくとも１つのグラファイト層を含み、前記グラファイト層が、グラファイトシートから少なくとも１つのグラフェン層を劈開することによって得られ、前記グラファイト層が、本質的に異方性であり少なくとも１つの平面で５００Ｗ／ｍ℃よりも大きな熱伝導率があり、
前記グラファイト層が、コーティング、ブラッシング、溶射、スプレッディング、浸漬、積層及び粉末コーティングからなるグループから選択された少なくとも１つのプロセスによって、前記グラファイト層の少なくとも１つの表面上に配置された支持層によって強化されることを特徴とする熱放散フィン。
【請求項６】
前記フィンが、５ナノメートルから５０ｍｉｌまでの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項５の熱放散フィン。
【請求項７】
前記支持層が、パリレン；窒化ケイ素、酸化ケイ素；酸化アルミニウムのナノ粒子、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化セリウム、金属粉末、シアノアクリレート；炭素膜；ペルフルオロポリエーテル；ヘキサメチルジシラザン；ペルフルオロデカンカルボン酸；二酸化ケイ素；ケイ酸塩ガラス；アクリル；エポキシ；シリコーン；ウレタン；及びフェノール基樹脂の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５から請求項６のいずれかの熱放散フィン。
【請求項８】
前記グラファイト層上に配置された前記支持層によって強化された前記グラファイト層が、熱伝導性接着剤によって裏付けされた金属箔層を前記グラファイト層の少なくとも１つの表面に押し付けることによって形成されることを特徴とする請求項５から請求項６のいずれかの請求項の熱放散フィン。
【請求項９】
グラファイト層上に配置された前記支持層によって強化される前記グラファイト層は、前記支持層が５００ナノメートルよりも小さな厚さを有するように、プラズマ蒸着プロセスによって前記グラファイト層の少なくとも１つの表面をコーティングすることにより形成されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかの請求項の熱放散フィン。
【請求項１０】
前記グラファイト層上に配置された前記支持層によって強化される前記グラファイト層が、
放射状又は部分的に放射状のフィンと、
交互する湾曲部分を有する折り畳みフィンと、
複数のセル構造を有する波形フィンと、
隣接フィンから間隔を置いて配置された拡張端部にフィンと共に１つのバンドル端部及び拡張端部を有する扇型パターンの複数のフィンと、
固体矩形フィンと、
ヒートシンクを通る少なくとも１つの空気通路を定めるための複数のスリットを有する矩形フィンと、
交互する湾曲部分を有し、各湾曲部分が前記ヒートシンクを通る少なくとも１つの空気通路を定めるための複数の垂直スリットを有する折り畳みフィンと、
複数のピンフィンと、
これらの組合せと、
のうちの１つに作製されることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれかの請求項の熱放散フィン。
【請求項１１】
請求項５から請求項１０のいずれかの複数の熱放散フィンを含むことを特徴とする熱管理組立体。
【請求項１２】
集積回路基板と、
前記集積回路基板に結合されたプロセッサと、
前記プロセッサに熱的に結合され、前記プロセッサから逃げる熱を移送するベースと、前記ベースに熱的に結合されたフィンとを含むヒートシンクと、
を備え、
前記フィンが、第１の面と、第２の面と、少なくとも１つのグラフェン層から構成される厚さとを有する少なくとも１つのグラファイト層を含み、前記グラファイト層が、グラファイトシートから少なくとも１つの層を劈開することによって得られ、前記グラファイト層が、本質的に異方性であり少なくとも１つの平面で５００Ｗ／ｍ℃よりも大きな熱伝導率を示し、
前記ヒートシンクが更に、金属、ポリマー樹脂、セラミック、及びこれらの混合物の少なくとも１つから構成される支持層を含み、前記支持層が、コーティング、ブラッシング、溶射、スプレッディング、浸漬、積層及び粉末コーティングからなるグループから選択された少なくとも１つのプロセスによって、前記グラファイト層の少なくとも１つの表面上に配置されることを特徴とする冷却システム。
【請求項１３】
熱管理システムを構成するための方法であって、
少なくとも１つのグラフェン層を含み、本質的に異方性であり且つ少なくとも１つの平面で５００Ｗ／ｍ℃よりも大きな熱伝導率を示す、１ｍｉｌよりも小さな厚みの少なくとも１つのグラファイト層をグラファイトのシートから劈開することによってフィンを構成する段階と、
前記フィンをベースに結合させてヒートシンクを形成する段階と、
前記ヒートシンクが、前記集積回路の動作中に前記集積回路から逃げる熱エネルギーを伝導するように、前記ヒートシンクを前記集積回路に熱的に結合する段階と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限定ではないがヒートスプレッダを含む、例えばヒートシンクへ熱源から逃げる熱を伝達するのに用いることができる熱管理組立体に関し、該組立体は、例えば熱源とヒートシンクとの間で熱源と接触したヒートスプレッダを有し、該ヒートシンクは熱を放散するためのものである。本発明はまた、熱管理組立体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロエレクトロニクス技術の進歩は、結果として信号及びデータを従来よりも高速で処理する電子デバイスをもたらした。例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子、その他などの電子回路及び／又は集積回路（「ＩＣ」）は、小さくなるにつれて熱放散要件が増大する。１００ワットを超える電力を放散する現行の世代のペンティアム及びパワーＰＣチップを備えたパーソナルコンピュータなどの電子デバイス内部で発生する熱エネルギーは、ストーブトップバーナーの熱エネルギーに匹敵し得る。簡単に言えば、これらのチップのいずれの上部でも卵を焼くことができる。
【０００３】
システムが不安定になり、或いは損傷を受けるのを防止するために、熱を効果的に除去する必要がある。ヒートスプレッダ及び／又はヒートシンクは、電子構成部品の表面から低温の環境（通常は外気）に熱放散させるのに用いられることが多い。熱源表面から周囲空気への直接の熱伝達速度は通常遅い。
【０００４】
ヒートシンクは、熱源に熱的に結合されて熱源から逃げる熱エネルギーを伝導する材料の質量体からなる熱放散デバイスである。ヒートシンクは通常、熱をＩＣ上のヒートスプレッダから外気へ運ぶように設計されている。ヒートシンクは、フィン又は一体形ヒートスプレッダの形態とすることができる。ヒートシンクは、高温域（すなわちプロセッサ）から逃げる熱エネルギーを低温域（すなわちヒートシンク）に伝導する。次に、熱エネルギーは、ヒートシンクの表面からヒートシンクの周りの雰囲気内へ対流及び放射によって放散される。ヒートシンクは、主として直接空気と接触している表面積を増大させることによって熱伝達効率を増大させるように通常は設計される。これにより、より多くの熱を放散させることが可能となり、これによってデバイス動作温度を下げる。
【０００５】
電子構成部品を冷却するのに用いるヒートシンクは通常、冷却すべき装置と直接接続される熱伝導性ベースプレートと、該ベースプレートから延びるプレート又はピンのフィンのセットとを含む。フィンは、直接空気と接触している表面積を増大させ、これにより熱源と外気との間の熱伝達効率を増大させる。
【０００６】
先行技術の従来のヒートシンクでは、フィンは、種々の従来の締結法を用いてヒートシンクのベースと一体化されるか、或いはベースに組み付けられる。ベース及びフィンが互いに組み付けられるヒートシンクでは、ベースは通常、銅又はアルミニウムのいずれかであり、フィンは銅又はアルミニウムのいずれかである。銅はアルミニウムと比較して優れた熱伝導率（３９０１０１Ｗ／ｍ．Ｋ対１０１Ｗ／ｍ．Ｋ）を有するが高価である。また銅は密度が高く、ヒートシンクに重量を付加し、ヒートシンク及び電子デバイスを衝撃及び／又は振動による損傷の影響を更に受けやすくさせる。従って、銅を有するヒートシンクは重くて高価であり、アルミニウムフィンは十分な熱性能をもたらさない。特許文献１は、ベースから逃げる熱エネルギーを伝導するためにベースに熱的に結合される銅から作られた第１の部分と、アルミニウムから作られた第２の部分とを各々が含む複合フィンを有するヒートシンクを開示している。
【０００７】
銅及び／又はアルミニウムを用いる従来のヒートシンクの重量問題を克服するために、グラファイトを用いるヒートシンクが提案されている。特許文献２は、平面に平行な方向の熱伝導率が垂直方向の熱伝導率よりも大きくなるように、フィンの平面と整列されたグラファイト層を備えた平面フィンを有する放射状のフィン付きヒートシンク組立体を開示している。各フィンはグラファイト「シート」を含み、該シートは、約０．０７５ｍｍから３．７５ｍｍの厚さに対して圧縮度を制御することにより変更した各グラファイトシートの密度及び厚さで圧縮又は圧密化されている。特許文献３は、金属ベースと、該ベースに取り付けられた複数のフィンとを有するヒートシンクシステムを開示し、該フィンは、剥離グラファイトの圧縮粒子の「シート」の樹脂含浸積層体から構築され、各グラファイトシートが約０．０７５ｍｍから３．７５ｍｍの厚さを有する。
【０００８】
グラファイトを用いることは、先行技術のアルミニウム／銅ヒートシンクの重量問題を克服する１つの方法である。しかしながら、先行技術のグラファイトヒートスプレッダは、マイクロメータレベルの複数のグラファイト層又は劈開を含むグラファイト「シート」に向けられている。重量に対する熱伝導率を最大にするためには、超薄ヒートシンクを有する高度な熱管理システムが必要である。
【特許文献１】米国特許第６，８６２，１８３号公報
【特許文献２】米国特許第６，５３８，８９２号公報
【特許文献３】米国特許第６，７４９，０１０号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、熱エネルギーを電子デバイス或いは熱除去を必要な同様のシステムから放散させるための熱管理組立体を提供する。本組立体は、電子デバイスに熱的に結合されるように適合されたベースと、該ベースに熱的に結合された少なくとも１つのヒートシンクとを含む。ヒートシンクは、本質的に異方性であり、少なくとも１つの平面で５００Ｗ／ｍ℃よりも大きな熱伝導率を示す、少なくとも１つのグラファイト層を含み、該グラファイト層は、第１の面、第２の面、及び少なくとも１つのグラフェン層を含む厚さを有する。グラファイト層は、このグラファイト層の少なくとも１つの平面上に配置された金属、ポリマー樹脂、セラミック、及びこれらの混合物の少なくとも１つを含む層によって構造上支持される。
【００１０】
本発明は更に、少なくとも１つのグラフェン層を含むグラファイト層を得るために、本質的に異方性であり且つ少なくとも１つの平面で５００Ｗ／ｍ℃よりも大きな熱伝導率を示す０．１よりも小さな厚みの少なくとも１つのグラファイト層をグラファイトのシートから劈開することによって、ヒートシンクで用いるためのフィンを構成するための方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書で用いられる類似の用語は、関連する基本機能の変化を生じることなく変えることができるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」などの１つ又は複数の用語が修飾する数値は、場合によっては特定された正確な数値に限定されない場合がある。
【００１２】
用語「ヒートシンク」は、「熱放散器」と同義的に用いることができ、該用語は単数形又は複数形のいずれであってもよく、１つ又は複数の品目が存在できることを意味し、熱を集めるだけでなく放散する機能も果たす要素をいう。
【００１３】
本明細書で用いられる用語「ベースプレート」、「ベースプレート」又は「装着フレーム」は同義的に用いることができ、冷却又は熱を除去すべき装置であるヒートスプレッダと直接接続される熱伝導性構造又は要素を指す。本明細書で用いられる用語「ヒートスプレッダ」は、典型的にはシースの形態、すなわち熱源及びヒートシンクと接触した状態のデバイスを意味する。ヒートスプレッダはまた、衝撃及び振動中に脆弱なＩＣ構成部品を保護するために、アイソレータとして機能することもある。
【００１４】
同様に本明細書で用いられる用語「熱分解グラファイト」（「ＴＰＧ」）は、「高配向性熱分解グラファイト」（「ＨＯＰＧ」）、又は圧縮アニール熱分解グラファイト（「ＣＡＰＧ」）と同義的に用いることができ、かなりの大きさの微結晶からなるグラファイト材料を意味し、この微結晶は１０００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな面内（ａ−ｂ方向）熱伝導率を有する、互いに対して高度に位置合わせ又は配向され、秩序化された炭素層又は高度な好ましい微結晶配向性を有する。１つの実施形態では、ＴＰＧは、１，５００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな面内熱伝導率を有する。
【００１５】
本明細書で用いられる用語「グラフェン」又は「グラフェンフィルム」は、グラファイト内の「劈開可能」層（又は雲母様劈開）の形成に匹敵する原子厚炭素シート又は層（図１に示すように）を意味する。
【００１６】
本発明は、重量に対する熱伝導率の比を最大にするためにグラファイトの少なくとも単一の層又は単一の劈開を含む高度熱管理システムすなわち超薄ヒートシンクに関する。
【００１７】
グラファイトは、異方性構造を有し、従って、例えば熱及び電気伝導性並びに流体拡散等の指向性が高い多くの特性を示し、或いは有する。グラファイトは、炭素原子の六角形配列又は網目状の層平面から構成される。図１に示すように、六角形に配列された炭素原子のこれらの層平面１０は、実質的に互いに平行且つ等距離になるように、実質的に平坦であり、配向又は秩序付けられる。通常はグラフェン層又は基底面と呼ばれる、炭素原子の実質的に平坦且つ平行な等距離シート又は層１０は、互いにリンク又は結合され、炭素原子のグループは微結晶に配置される。グラファイト内の炭素原子の重なり層すなわち積層は、弱いファンデルワールス力によって互いに接合される。グラファイト構造を考慮して、２つの軸又は方向が通常注目され、すなわち「ｃ」軸又は方向、並びに「ａ」軸又は方向である。「ｃ」軸又は方向は、炭素層に対して垂直な方向と考えることができる。「ａ」軸又は方向は、炭素層に対して平行な方向或いは「ｃ」方向に対して垂直な方向と考えることができる。
【００１８】
グラファイトは、複数の層又は平面で構成されるので、グラファイトの層状構造により基底面に沿って殆ど雲母様に劈開する。
【００１９】
テープ片を取り、そのテープ片を平坦なグラファイト表面上に押し付けた後、そのテープ片を引き剥がすなどの単純なプロセスの使用により、テープにより共に取られるのは、グラファイトの薄い劈開１である。図１に示すように、各劈開１は、炭素の原子層（単位セル層）の複数のグラフェン層を含む。２ｍｍ厚さのグラファイトブロックのシートに対して、２５−５０μｍのうち２の０−４０劈開を得ることができると報告されている。グラファイトの品質が高くなるほど、グラファイトシートのｍｍ当たりにより多くの劈開とより薄いグラファイトの劈開とを得ることができる。ヒートシンク設計は、大規模な計算−有限要素解析、流体力学等、その他を必要とする複雑な仕事となる可能性がある。ヒートシンクの設計において、耐熱、ヒートシンク域、ヒートシンクの形状、すなわちフィン付き又はピン設計かどうか、ピン又はフィンの高さ、ファンが用いられるかどうか、及び金型で可能となるファンの空気流量、ヒートシンク材料、及び最大温度を含む種々の因子が考慮される。
【００２０】
耐熱は、ヒートシンク設計の臨界パラメータである。耐熱は、材料の厚さに正比例し、材料熱伝導率及び熱流量の表面積に反比例する。本発明は、最適耐熱を有する高度熱管理システム、すなわち１０００Ｗ／ｍ−Ｋと同じ又はそれ以上の高い熱伝導率を有し、炭素の１つの原子層と同じ小さな厚さを有する、グラファイトのような伝導性材料を含む超薄型ヒートシンクに関する。
【００２１】
超薄型の高度熱スプレッダを製造するためのプロセス：
１つの実施形態では、熱分解グラファイト（「ＰＧ」）シートは、本発明の高度熱スプレッダに用いるためのグラファイトの超薄型劈開用の原料源として用いられる。ＰＧは、高温で保持された基板全体にわたって低圧の炭素ガスを通過させることにより一般に形成され、露出マンドレル面上で熱分解が起こり、グラファイトが蒸着される。熱分解グラファイトシートは、ベース基板から分離され、更に、熱アニールプロセスを受ける。アニール段階では、ＰＧは、アニールされる製品の厚さ及び容積に応じて、十分な時間期間にわたり２９００℃を超える温度で加熱され、熱分解グラファイト（「ＴＰＧ」）を形成する。１つの実施形態では、この十分な時間は１分以下である。第２の実施形態では４５秒である。第３の実施形態では３０秒である。第４の実施形態では１０秒である。アニールプロセスでは、結晶学的変化は、結果的に層平面配向の改善、層平面に対する厚さ法線の減少（ｃ方向の減少）、並びに長さ及び幅寸法の増大（ａ方向の増大）を生じる。結晶サイズの増大と共に配向を改善することで、特定の方向の最終材料で少なくとも１０００ワット／ｍ−Ｋの優れた熱伝導率が得られることになる。１つの実施形態では、優れた熱伝導率のＴＰＧシート及びグラファイト層又は劈開の平行度のために、ＰＧ層はアニールを受ける間に加熱プレスされる。加熱プレス成形法は、例えば、金型、ローラー、及び同様のもの等の当該技術分野で公知のプロセス及び装置を用いることができる。
【００２２】
本明細書で用いられる用語「グラファイト層」は、ナノメートル厚さの少なくとも１つのグラフェン層を含むＰＧの単一劈開を意味する。同様に本明細書で用いられる用語「劈開する」又は「劈開」は、ナノメートル厚さの少なくとも１つの単一グラフェン層を含むグラファイトの少なくとも超薄層を得るために、グラファイトのシートからの剥離、除去、又は抽出、或いは分離のプロセスを意味する。グラファイトの「シート」は、少なくとも２つのグラファイトの劈開又は層を含み、各々が複数のグラフェン層を含む。
【００２３】
一般用語「グラファイト」を本明細書で用いることができるが、本発明の超薄ヒートシンクは、用途に応じて、５００Ｗ／ｍ−Ｋよりも小さな典型的な面内（ａ−ｂ方向）熱伝導率を有する分解グラファイト（ＰＧ）、又は６００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな面内（ａ−ｂ方向）熱伝導率を有する熱分解グラファイト（ＴＰＧ）のいずれかを用いる。１つの実施形態では、出発原料は、０．１±０．０５ｍｍの厚さを有するPanasonic,General Electric Company等を含む供給元から市販されているグラファイトシートである。
【００２４】
グラフェン層を含む超薄グラファイト層の調製：
１つの実施形態では、グラファイトシートは、層の剥離又は分離を促進するように当該技術分野で公知の挿入剤で最初に処理され、ｃ軸のグラファイト化熱分解グラファイトの劈開を得る。挿入後、すなわち挿入剤で処理された後、処理済み熱分解グラファイトは、過剰の挿入剤もなく洗浄又はパージすることができる。挿入剤の実施例には、硝酸、硫酸、ｐｅｒｈａｌｏ酸及びこれらの混合物、７，７，８−８−テトラシアノキノメタン（ＴＣＮＱ）、テトラ（ｔｅｇｒａ）シアノエチレン（ＴＣＮＥ）、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン（ＴＣＢＮ）、並びに同様のもの；臭素及び塩化鉄；硝酸及び塩素酸カリなどの有機酸及び無機酸を含む。
【００２５】
更に別の実施形態では、粒子、流体、気体、又は液体等の化学源が最初に導入され、グラフェン層をグラファイト表面から剥離することを含む、脆弱な層間相互作用のために、グラフェン層間の領域内の応力を増大させる。１つの実施形態では、化学源からの粒子は、制御方式で劈開を促進するように選択された用量で劈開層に導入される。１つの実施形態では、アセトン、ベンゼン、ナフタレン等の助剤は、これらの層間相互作用を脆弱化させることによって、グラフェン層をグラファイト表面から剥離させるのに用いられる。
【００２６】
１つの実施形態では、個々のグラファイト層が超音波を用いて得られ、ここで超音波の選択特性はグラフェン層間の相互接続界面で、エネルギーを集中させるのに用いられる。グラフェン間の層間界面は、アセトン、ベンゼン、その他の化学源の使用によって脆弱化するので、超音波のエネルギーは吸収されてグラフェン層を分割して切り離し、これにより効果的且つ迅速にグラフェン層を分離する。超音波条件すなわち周波数、出力、時間、その他は、グラフェンの層間相互作用を脆弱化させるのに用いられる化学源に応じて変化する。
【００２７】
更に別の実施形態では、グラフェン層は、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲の厚さｄを有するグラファイト微結晶を得るために、２００５年５月６日のＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ８６，０７３１０４  ２００５にＺｈａｎｇ他によって記載されたように、マイクロメカニカル操作を用いて劈開される。当該記事は引用により本明細書に組み込まれる。この方法では、グラファイトシート又はブロックは、微細加工シリコンカンチレバーに移送され、接着剤を用いて接着される。微小薄劈開は、カンチレバーと基板との間の法線応力を調整することによって入手／制御することができる。
【００２８】
１つの実施形態では、少なくとも１つのグラフェン層を含む別個の劈開は、ＰＧのシートをガラス基板全体にわたって広がったフォトレジスト層に接して押圧することによって得られ、ＰＧの上部劈開では、フォトレジスト層に付加された少なくとも１つのグラフェン層を含む。フォトレジスト層は、アセトンのような溶媒中に溶解させることができ、ナノメートル厚さの少なくとも１つのグラフェン層を有するＰＧの単一劈開層を残す。
【００２９】
更に別の実施形態では、高伝導性感圧接着剤が裏面に付けられた銅、アルミニウム、又は錫メッキ銅箔テープは、少なくとも１つのグラフェン膜又は層を含む熱分解グラファイトの劈開のために熱分解基板に対して押圧され、該基板から剥離される。１つの実施形態では、金属箔は、炭素又はパリレンで裏付けされた５．０−２５μｍ厚の厚さ、次いで高伝導性感圧接着剤の層を有する。金属箔テープは、Chomerics and Lebow Companyを含む供給元から市販されている。
【００３０】
マイクロフィニッシング／エッチング段階：
エッチング、超仕上げ、又はパターン化表面は、超薄グラファイト層に必要な構造的支持／一体性を与えるのに必要とされる積層／コーティング層に対する接着の増大を示す。１つの実施形態では、グラフェン表面上のイオンエッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング又は化学エッチング、亀裂生成、間隙、又はくぼみを含む乾式真空／プラズマ支援プロセスを含む、当該技術分野で公知の技法を用いて表面をパターン化、超仕上げ（ｍｉｒｏｆｉｎｉｓｈｅｄ）、又はエッチングする。
【００３１】
１つの実施形態では、エッチングはイオンエッチングのような物理的プロセスを介して行われる。第２の実施形態では、エッチングは、プラズマエッチング又は酸化等の化学反応を介する。第３の実施形態では、反応性イオンエッチングのような物理的及び化学的効果の両方の組合せを用いて、グラフェンの表面を超仕上げするのに用いられる。１つの実施形態では、乾式エッチングは、酸素、アルゴン、及びフッ素ガス（フレオン、ＳＦ６及びＣＦ４等）等の気体種を用いて行われる。１つの実施形態では、酸化エッチングは、炭素が酸化され（燃焼し尽くされ）、二酸化炭素に転化され得るように酸素ラジカルを用いてなされ、グラフェン膜上にパターンを生成する。酸素エッチングの１つの実施形態では、酸素分子は、紫外線で照射されて、グラフェン層の表面をエッチングするのに用いるための酸素ラジカルを発生する。更に別の実施形態では、グラフェン層は、５００℃から８００℃の温度で酸化することによってエッチングされ、ここでは、グラフェン表面上のくぼみの密度及びくぼみ直径は、酸化温度に伴って増大する点に留意されたい。
【００３２】
グラフェン層に対する構造的一貫性の提供：
本発明のヒートシンクが原子層厚さすなわちナノメートルスケールのグラフェン層から作製されると、超薄グラファイト層は、コーティング層（グラファイト層の片側又は両側上の）の形態の構造的一貫性／支持が提供され、或いは、支持層（必要に応じて片側又は両側上の）で積層される。図２Ａに示すように１つの実施形態では、超薄グラファイト層は、両側又は両面上にコーティングされる。図２Ｃに示すように第２の実施形態では、グラファイト層は、フィンの上部又は先端で部分的にコーティングされるだけである。第３の実施形態（図示せず）では、グラファイト層の底部だけがヒートシンク内のフィンの構造的支持体のためにコーティングされる。図２Ｂの第４の実施形態では、グラファイト層は、装着フレームと同じコーティングでコーティングされる。
【００３３】
１つの実施形態及びコーティング前では、直径０．１ｍｍから５ｍｍサイズ及び２ｍｍから２５ｍｍの間隔を備えたホール又はビアは、放電加工（ＥＤＭ）、放電研磨（ＥＤＧ）、レーザー、及びプラズマを含む当該技術分野で公知の方法を用いて超薄グラファイト層を貫通して穴開けされる。別の実施形態では、スリットは、処理前に超薄グラファイトストリップ内に作製される。
【００３４】
１つの実施形態では、少なくとも１つのグラフェン層を有する超薄グラファイトストリップは、樹脂、金属、セラミック、又はこれらの混合物でコーティング又は処理される。実施例は、パリレン；窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウムのナノ粒子、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、及び酸化セリウム、金属（例えば、アルミニウム又はタングステン）；シアノアクリレート；炭素膜；自己集合単分子層材料、ペルフルオロポリエーテル、ヘキサメチルジシラザン、ペルフルオロデカンカルボン酸；二酸化ケイ素；ケイ酸塩ガラス；アクリル；エポキシ；シリコーン；ウレタン；フェノール基樹脂系；又はこれらの組合せを含む。コーティングは、耐湿性、構造的一貫性、及び取扱強度、すなわちグラファイト層に対する剛性、並びにグラファイト層の形態の「固定」を可能にする。
【００３５】
最終超薄グラファイト層がヒートシンクとして用いられるのに十分な構造的一貫性を有するように、用いるコーティングの量及びコーティングの厚さは十分である必要があるが、グラファイトの異方性熱伝導率は悪影響を受けない。１つの実施形態では、コーティングは５０ナノメートルから１０００ナノメートルの厚さを有する。第２の実施形態では、コーティングは５００ナノメートルよりも小さな厚さを有する。第３の実施形態では、表面層が亀裂がないように十分な量のコーティングが塗布され、１０ｋ倍率の光学顕微鏡又はＳＥＭによってどのような亀裂も観察することができないことを意味する。
【００３６】
コーティング層は、当該技術分野で公知のプロセスを用いて施行することができ、コーティング材料の種類を用いて施行方法を指示する場合がある。コーティング方法の実施例は、限定ではないが、拡張熱プラズマ（ＥＴＰ）、イオンメッキ、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）（有機金属化学気相成長法（ＯＭＣＶＤ）とも呼ばれる）、金属有機気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）、スパッタリング、反応性電子ビーム（ｅ−ビーム）堆積、プラズマ溶射、手動ブラッシング、浸漬、溶射、及びフローコーティング等の物理蒸着プロセスを含む。
【００３７】
小／低容量ヒートシンク用途では、ブラッシング法が小容量で優れているのでこの方法を用いることができるが、ブラッシング法は、コーティング厚さに不整合を生じる可能性があり、該コーティング材料が全体的に「空気乾燥可能」溶剤ベース又は湿気硬化性となる。また、溶射ブース又は自動塗装システムにおいて手持ち式溶射ガンで行うことができる溶射法を用いることができるが、コーティング厚さの均一性及び表面カバレージが変動する可能性を有する。別の実施形態では、フローコーティングは片側コーティングに用いられ、ここではグラファイト層は、特定の角度でコーティング材料の「起伏」を通り越し、コーティングの厚さは、材料の粘度及びグラファイト層が波を通り越す速度で制御される。
【００３８】
１つの実施形態では、パリレンＣは、超薄ヒートシンク用、不活性且つ高度に共形の薄膜コーティング用のコーティング材料として用いられる。パレリンＣは、ブラッシング、浸漬、又は溶射等の物理的コーティング法によってグラファイト層の片側又は両側に塗布することができる。第２の実施形態では、超薄ヒートシンクの両側は、化学蒸着プロセスを用いてパリレンＣでコーティングされる。
【００３９】
更に別の実施形態では、グラファイト層のナノ構造及び超薄型の性質により、フレーム溶射又はプラズマ蒸着法は、５００ナノメートルよりも小さいコーティング厚さに用いられる。１つの実施形態では、コーティングは金属を含み、超薄グラファイト層はプラズマコーティングプロセスの蒸発金属に暴露される。更に別の実施形態では、酸化アルミニウムの層はコーティング層として用いられ、ここでアルミニウム金属は誘導結合酸素プラズマ内で蒸発され、次いで暴露されたグラフェン表面上に層を形成する。
【００４０】
１つの実施形態では、グラファイト層を処理又はコーティングするのに用いる樹脂は、例えば、金属箔又は別の超薄グラファイト層等の別の層で樹脂加工されたグラファイト層を更に積層するための接着剤として作用することができる。別の実施形態では、エポキシはコーティング層として用いられ、この層は、硬化するとグラファイト層を例えば金属箔のような構造的支持用の別の層に接着接合する。更に別の実施形態では、サーメット（セラミック／金属）前駆体様の材料は、超薄グラファイト層の片側又は両側上にコーティング層／支持層を形成するためのフレーム溶射（プラズマ溶射）において用いられ、超薄強化グラファイトストリップを形成し、更に処理されて超薄フィン又は超薄ヒートシンクを形成することができる。
【００４１】
続いて、１つの実施形態の超薄フィン／コーティンググラファイト層は、それ自体ではグラファイト層を湿潤することができないろう付け材料を用いて、他の材料又は部品、すなわち装着フレーム、水冷システム、その他にろう付けすることができる。
【００４２】
望ましい形状を有するフィンの切削／形成：
１つの実施形態では、超薄強化グラファイトストリップは、ＥＤＭ、ＥＤＧ、レーザー、プラズマ、又は当該技術分野で公知の他の方法のいずれかによって望ましいサイズに切断される。１つの実施形態では、切断後ストリップは、最終熱管理用途に応じて望ましい形状に形成又は曲げることができる。１つの実施形態では、ストリップは、管体に巻かれて「ピンフィン」を形成する。
【００４３】
１つの実施形態では、切削／形成段階は、グラファイト層が積層又はコーティング層で強化された後に実施される。第２の形態では、切削／形成段階は、積層／コーティングプロセスの前に実施される。
【００４４】
更に別の実施形態では、ルーバー、スリット又はビアは、ＥＤＭ、ＥＤＧ、レーザー、プラズマ、又は当該技術分野で公知の他の方法のいずれかによってグラファイト層内に形成され又は穿孔される。１つの実施形態では、拡散結合がグラファイト層の両側に樹脂コーティングを備えて複数のビアを介して形成することができるようにして、ビアがグラファイト層内に形成される。ビアは、熱的及び機械的性能を最適化するように、１ｍｍから５ｍｍのいずれかの直径とし、３ｍｍから２５ｍｍ離間して配置することができる。
【００４５】
別の実施形態では、グラファイト層は、詳細には、弱い機械的構造を形成するように幾つかのホール又はビアで設計され、充填又はコーティングビアは、ヒートシンク又は熱スプレッダ全体にわたって伝播される可能性のある応力を最小化しながら、構造体を支持するように作用する。ビアの数及び位置を調節することによって、特定の用途に対してＴＰＧを通る熱伝導率及びＴＰＧの機械的一貫性を最適化することができ、このときにコーティング材料（例えば、パリレン、金属、その他）が流れ込み、ホール全体にわたって拡散し、これにより反対面が共に架橋する機械的ビアが生成されて断面係数が向上する。別の実施形態では、ビアの技術的サイズ及び間隔は、ＴＰＧのｚ方向の低伝導率を軽減するのに役立に、最終製品の厚さ方向の伝導性の強化をもたらす。
【００４６】
更に別の実施形態では、層が、ろう付け材料、封入材料又は積層材料に効果的に接合及び／又は接着することができるように、高熱伝導性グラファイト層の表面は凹凸が付けられ、或いは粗面化される。
【００４７】
超薄ヒートシンクの組立：
フィン１４の形態の超薄グラファイト層は、装着フレーム又はベースプレートと密接に接触し、ａ−ｂ方向（構成に応じたフィンの高さ又は長さ）で熱が効果的にフィン１４を通って移送されるように組立てられる。１つの実施形態では、装着フレーム（又はベースプレート）は、プラスチック材料を含み、全ての機械加工及び穿孔を排除する。第２の実施形態では、プラスチックは、ＥＭＩシールドのために金属充填材料から成形され、或いはヒートシンクを組立体のベースプレートに半田付けすることができるように高耐熱性のもので成形される。別の実施形態では、装着フレームは金属をプレス加工して形成され、機械及び穿孔加工を排除するだけでなく熱放散を助けることになる。
【００４８】
超薄ヒートシンクは、限定ではないが、接着剤、半田付け、圧着、かしめ、ステーキング、ろう付け、接合、溶接及びスポット溶接使用を含む、既知の方法によって装着フレームに取り付けることができる。図３Ａ及び図３Ｂに示す１つの実施形態では取り付けは圧着プロセスによる。第２の実施形態では、接着剤をスロットに付加した後、圧着して更にフィン１４を係合する。
【００４９】
図４に示す実施形態では、部分的変形ＴＰＧは、依然として優れた熱伝導率で熱を伝導するので、コーティング／強化グラファイトフィン１４が曲げられ、フィンの一部分がベースプレート１２内に水平に配向され、残りの部分が垂直に配向されるようにする。本発明の１つの実施形態において、及び超薄グラファイト層の層状構造では、曲げは、層間結合の障害及び層の完全破壊を防止するために緩やかである。１つの実施形態では、屈曲中の層の破壊を防止するために、幾つかのグラフェン層を屈曲領域（水平端及び垂直端に対して曲げの凹面側上）から除去し、曲げの凹面側上のグラフェン層のバンチング及びこれに続く圧縮層間剥離及び破壊を制限することができる。更に別の実施形態では、屈曲領域は、グラフェン層をバンチングから防止するようなホールの配列を含むことができる。ホールは、層が損失材料を摺動し、充填することを可能にし、すなわちストリップの圧縮層間剥離及び破壊を防止する。
【００５０】
１つの実施形態では、接着剤は超薄グラファイトヒートシンクを装着フレームに取り付けるのに用いられる。本明細書で用いられる接着剤は、ヒートシンクを結合するのに用いることができるあらゆる有機又は無機／有機複合材料系をいう。１つの実施形態では、接着剤は、銀担持接着剤、窒化ホウ素（「ＢＮ」）の複合材料、Ａｌ２Ｏ３、シリカ、又はＢＮ充填エポキシ等のようなポリマーマトリックス内のこれらの混合物を含む例えば金属担持ポリマー等の充填系であり、この接着剤は、使用温度における高度な構造的一貫性及び十分な熱伝導率を維持する。更に別の実施形態では、両側熱接着テープは、ヒートシンクの各フィンを装着フレームに確実に取り付けるのに用いられる。
【００５１】
１つの実施形態では、超薄グラファイト層を湿潤することになるろう付けは、超薄グラファイトヒートシンクを装着フレームに取り付けるのに用いられる。活性ろう付けの実施例は、「Ｔｉ−Ｃｕ−Ｓｉｌ」（チタン、銅、銀）、シリコンとインジウムを組合せたチタン及びチタン水素化物に基づくろう付け、及び低温ろう付け材料を含む。１つの実施形態では、ろう付けは、例えば約１０Ｅ−６Ｔｏｒｒ以下の厳しい真空環境で適用され、フィンを装着フレームに結合するプロセスでろう付けがグラフェン層を湿潤することができる。
【００５２】
超薄ヒートシンクの実施形態：
本発明の超薄グラファイトヒートシンクは、限定ではないが、冷却システム、ヒートシンク、ヒートスプレッダ、及び熱伝導性構成部品を含む種々の異なる熱管理用途に用いるためのフィンのように、曲げ、折り畳み、成形し、封入し、又は積層することができる。フィンの数、フィンの寸法及び間隔は、用途の冷却要件に応じて変化する。
【００５３】
その超薄及び軽量特性に起因して、ヒートシンクは、熱発生装置又は取付設備からの熱を最適に除去し、従って先行技術の厚い熱管理方法よりも良好に除去することができる。例示的な用途は、燃料電池、原子炉、自動車、ラップトップコンピュータ、レーザダイオード、エバポレータ、その他の商業用途から、宇宙船、ジェット戦闘機、その他を含む防衛関連及び宇宙船用途にわたり、限定ではないが、本明細書に記載された実施形態を含む多くの形状及び形態を取る。
【００５４】
図１５に示すように、コンピュータ熱的モデルによる伝導性耐熱は、典型的には本発明のヒートシンクで用いられる材料である、熱分解グラファイトで予測された範囲内で熱伝導率の関数として殆ど変化しない。図１６に示すように、様々な材料を用いるヒートシンク組立体のコンピュータ熱的モデルについて、熱分解グラファイトに対する伝導性耐熱は、先行技術の材料すなわちアルミニウム、ｅＧＲＡＦ（登録商標）ＨＳ−４００（商標）材料、又は硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）を用いるヒートシンク組立体の伝導性耐熱よりもはるかに小さくなると予測される。その超薄フィンを備えた本発明のヒートシンクは、最大熱伝導率及び最小厚さの組合せを有する最適化伝導性耐熱を提供する。これはヒートシンク（すなわちフィン）の重量、又は熱除去／冷却に利用できる総表面積の点からみて除去することが可能な最大熱量での最適化熱管理を提供する。
【００５５】
先行技術のヒートシンクと比較して、超薄ヒートシンクは超軽量であり、すなわちＴＰＧが２．１８ｇ／ｃｍ３から２．２４ｇ／ｃｍ３の密度を有する。これは、銅では８．９ｇ／ｃｍ３、アルミニウムでは２．７０２ｇ／ｃｍ３の密度に匹敵する。本発明のヒートシンク内のフィンのように、グラファイト層の利用又はグラファイトシートからの劈開は更に、通常０．２５ｍｍから０．７５ｍｍまでの範囲の厚さを有する先行技術のフィンと比較して、例えば５ｎｍ以上のナノメートルレベルから５０ｍｉｌ（０．０２５４ｍｍ）よりも小さな範囲のフィン厚さの超薄にフィンをすることができる。１つの実施形態では、フィンは、１０ｎｍから３０ｍｉｌまでの範囲の厚さを有する。第２の実施形態では、５０ｎｍから２０ｍｉｌである。超薄グラファイト層から作られるフィンの厚さに上限はないが、最大熱除去能力のためにできるだけ軽量の（従って数ナノメートル厚さまで可能な限り薄いフィンを備えた）ヒートシンクを有するのが望ましい。
【００５６】
超薄及び超軽量特性に起因して、本発明のヒートシンクは、ヒートシンクの表面積又は重量当たりの熱除去量（ＴＰＧの熱伝導率が少なくとも１０００Ｗ／ｍＫに対して、銅では４００Ｗ／ｍＫ、及びアルミニウムでは２００Ｗ／ｍＫ）を最適化する。１つの実施形態では、ヒートシンクは、空間が限定される殆どの通信エンクロージャの内部で用いるために、１０ｎｍよりも低い高さ及び１ｇｍよりも小さな総重量を有する複数の薄型のヒートシンクを含む。１つの実施形態では、ヒートシンクは、各々が少なくとも１０ｍｍの高さ及び少なくとも１０ｍｍの幅（少なくとも総面積１００ｍｍ２）、並びに５ｇｍよりも小さな重量を有する、２０から１００のフィンを含む。
【００５７】
１つの実施形態では、図５に示すように超薄ヒートシンクは、矩形を有する複数のフィンを含み、１００：１よりも高いアスペクト比（高さ対厚さ）のフィンを有する。フィン１４のａ−ｂ軸は、ベースプレート１２に沿って内部に延びる。マイクロプロセッサ２０のような電子デバイスは、熱界面材料を用いてベースプレート１２に熱的に結合される。別の実施形態（図示せず）では、一体型ヒートスプレッダは電子装置２０とベースプレート１２との間に施工することができる。
【００５８】
図６に示す更に別の実施形態では、ヒートシンクは、垂直方向の装着フレーム１２に取り付けられているフィンのペアを有する、複数の離間して放射状に分散されたフィン１４を含む。１つの実施形態（図示せず）では、ヒートシンク組立体は更に、ヒートシンクを冷却するための気流を誘導するファンを更に含む。
【００５９】
図７に示す１つの実施形態では、グラファイト基板が望ましいサイズに切断された後、該基板は、交互する回旋状部分及び平坦部分があるように、アコーディオン型に折り畳まれる。折り畳みフィン１４は、フィン１４の片側の回旋状部分がベースプレート１２の上面に当接し、ろう付け、半田付け、又は接着によってベースプレート１２に取り付けられるようにベースプレート１２の上部に配置される。
【００６０】
図８に示す熱管理システムの第２の実施形態では、折り畳みフィン１４は、炭素原子厚さのグラフェンを含む超薄グラファイト層のストリップからの形態である。折り畳みフィン１４は、複数の交互する平坦部分及び湾曲部分を有し、実質的に回旋状のアコーディオン型フィンを形成し、フィンの湾曲部分が、ベースプレートの上面に対し実質的に垂直であり、このベースプレートの上面から延びており、折り畳み膜（ｆｉｌｍ）１４の直線状エッジ１４ｂがベースプレート１２に取り付けられている。１つの実施形態では、ルーバー３０は、空気の通過及び熱対流を促進するように、フィン１４の湾曲部分の各々の上に形成される。図示のように別の実施形態でもまた、複数のスリット３１は、フィン１４内に組み込まれる。図８には示していないが、選択的相変化特性（すなわちヒートシンクに結合された電子構成部品の動作温度中の液化）を有する熱伝導性化合物は、ベースプレート１２上に設けられ、空隙を最小化するのに役立つ。１つの実施形態では、層は、優れた熱伝導特性と誘電体強度の両方を有する材料を含む。
【００６１】
図９は、一般に蛇行構成を有するように形成され、ベースプレート１２と嵌合するように配向された複数の下向きに面する屈曲部を備える、折り畳みフィン１４組立体の別の実施形態を示す。
【００６２】
図１０に示す別の実施形態では、超薄ヒートフィンは、ボールグリッドアレイによってプリント基板に取り付けられるような、電子構成部品（チップ組立体様）のような熱源を冷却するのに用いるために放射状フィン付きヒートシンクの形態であり、ベースプレート１２によって支持される複数の平行放射状フィン１４が用いられる。ベースプレート又は装着フレーム１２は、グラファイト、金属、又は高温熱可塑性プラスチックを含むことができる。各フィン部材１４は、各フィン１４がグラファイトのａｂ方向で予測された通りの最大熱伝導率を有するように、主にフィン１４の平面と関連するグラフェン層を有する。
【００６３】
図１１に示す１つの実施形態では、超薄ストリップは、切断されて複数の「ピン」フィン１４が形成される。１つの実施形態では、ピンはまた、ＴＰＧのｚ方向低伝導性を軽減するのに役立つように穿孔され、或いは複数のビア又はホールを備えており、従って、最終製品の厚み方向の伝導性の強化をもたらす。ピンフィン及び穿孔したホールの寸法（ピンの高さ及び直径）は、ピンを通る気流及び熱除去率を最適化するように設計することができる。
【００６４】
図１２に示す１つの実施形態では、超薄ヒートシンクは、一体型のハニカム様セル形状を有するフィン１４を形成するように成形することができ、各フィンが六角形又は他のオープンセル構造を有する。ハニカム構造は、ベース部分を通って移送された熱の対流又は他の放散のために最大表面積をもたらす。本構造は更に、ハニカムが撓み、或いはベースに対して共形になり、ベースプレート１２が取り付けられる電子パッケージ又は他の表面の平面で曲率及び他の偏差に対応することができる、可撓性又は「スプリング」の程度をネットワークが示すことができる。波形ストリップは、スタック及びベースプレート１２内の隣接するストリップの相当するトラフの縦方向範囲に沿って、接着又は半田付け、或いはレーザー又はスポット溶接等により結合され、或いは他の方法で接合される。
【００６５】
図１３に示す更に別の実施形態では、超薄ヒートシンクは、拡張バンドル構造の形態であり、フィン１４が、結合ライン又は接着材料１１を介して一方端にバンドルされて互いに取り付けられ、フィン１４の他端部が、隣接フィンから間隔を置いて配置されて、扇型パターンを形成する。別の実施形態（図示せず）では、超薄ヒートシンクは、電子デバイスから外気へ熱の移送を最適化するように設計された、単一の同心円、又は複数の同心円、正方形、基本的にあらゆる幾何学形状の様々なサイズ、形状、間隔その他の形態である。
【００６６】
更に、全ての実施形態において、フィン１４は、熱対流及び空気流用の別の設備に複数のビア、スリット又はスロットを任意選択的に備えることができる点に留意されたい。ビア及び／又はスリットのサイズ、これらの間隔は、最終用途に応じて変えることができる。図１４に示す１つの実施形態では、ヒートシンクのフィン１４は、様々なスリットの数及び連続ステージで増加するスリットの数が備えられる。フィン１４の様々なステージで、気流チャネルは、気流チャネル壁からの対流熱伝達と平衡が取られるように、電子モジュールから逃げる熱の必要熱条件に応じてカスタマイズすることができる。
【００６７】
同様に全実施形態に対して、下向きの圧縮力を与えるために任意選択的に圧力クリップ又はブラケット（図示せず）を用いることができ、ベースプレート１２に所定位置に堅固に着座し／取り付けられた折り畳みフィン１４を更に保持する。放射状フィン付き又はハニカム型ヒートシンクの１つの実施形態では、穿孔シートの形態のワイヤメッシュ又はネットは、フィン又はハニカムの上部に配置されて、所定の位置に堅固に着座されたヒートシンクを保持する。
【実施例】
【００６８】
実施例は、本発明を例証するために本明細書に提供されるが、本発明の範囲を限定するものではない。
【００６９】
実施例１：
General
Electric Companyから購入可能な熱分解グラファイト（ＴＰＧ）シートをｆａｔ表面に接して固定する。ＴＰＧシートに僅かに重なるようにダイスカットされた高伝導性接着テープで裏付けした金属箔をＴＰＧシートに押し付ける。金属箔テープは、ＣＨＯ−ＦＯＩＬ（登録商標）又はＣＨＯ−ＦＯＩＬ（登録商標）ＥＭＩシールディングテープとして、Ｃｈｏｍｅｒｉｃｓを含む供給元から市販されている。金属箔シートは剥離され、熱分解グラファイト表面から上部グラフェン層の劈開を誘起し、劈開が金属箔テープの接着裏付けに取り付けられる。上部劈開が劈開されて剥がれた後、プロセスは、次のグラファイト劈開を得るために繰り返される。
【００７０】
実施例２：
実施例１の金属箔が裏付けされたグラファイトストリップのベア（積層されていない）のグラファイト層表面は、０．１０、０．２５、０．５０、０．７５及び１．００ｍｉｌ（インチの千分の一）の厚さの小さなペイントブラシを用いて、パレリンＣでブラッシングされる。その結果、パレリンの厚さが増大するにつれて、本発明の超薄ヒートシンクの機械的ロバスト性が増大し、ロバストのゲインは約０．５０ｍｉｌ低下する。
【００７１】
実施例３：
２液型銀充填Ｂステージの接着系が、実施例で得られた金属箔裏付けストリップのベアグラファイト層表面上に施工される。結果として得られるヒートシンクの熱伝導率は、非コーティングＴＰＧ製品の少なくとも７５％である。
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく本発明の要素に対して種々の変更を加えることができ、本発明の要素を均等物で置き換えることができることは、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】原子厚さを有する複数のグラフェン層を含むグラファイト劈開を示す斜視図である。
【図２】Ａ−Ｃは、本発明のヒートシンクの種々の実施形態を示す、フィン厚さ全体にわたる断面図である。
【図３】Ａ−Ｂは、ヒートシンク製造途中の本発明の１つの実施形態を示す部分断面図である。
【図４】一部がベースプレート内に水平に配向され、残りの部分が垂直に配向された、曲がったフィン構成を有するヒートシンクの１つの実施形態を示す部分断面図である。
【図５】ベースに取り付けた複数の矩形フィンを有するヒートシンクの１つの実施形態を示す斜視図である。
【図６】放射状フィンの形態で、本発明の超薄グラファイトヒートシンクを用いる１つの実施形態を示す斜視図である。
【図７】折り畳みフィンの形態で、本発明の超薄グラファイトヒートシンクを用いる１つの実施形態を示す斜視図である。
【図８】折り畳みフィンを用いる、本発明の超薄グラファイトヒートシンクの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図９】折り畳みフィンを用いる、更に別の実施形態の斜視図である。
【図１０】部分放射状フィン付きヒートシンク用の別の実施形態の斜視図である。
【図１１】ピンフィンヒートシンクを有する実施形態の別の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】ハニカム様セル構造を有する超薄／超軽量ヒートシンクを示す斜視図である。
【図１３】拡張バンドル又は扇型パターンの形態の超薄ヒートシンクを示す斜視図である。
【図１４】気流チャネルの様々なステージを定める複数のスリットを有する超薄ヒートシンクを示す側面図である。
【図１５】種々のサイズのフィンを含むヒートシンク組立体内の熱伝導率の関数として伝導性耐熱を示すグラフである。
【図１６】様々な材料のフィンを含むヒートシンク組立体内の熱伝導率の関数として伝導性耐熱を示す別のグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１  劈開
１１  接着材料
１２  ベースプレート
１４  フィン
１４ｂ  直線状エッジ
２０  マイクロプロセッサ、電子装置
３０  ルーバー
３１  スリット
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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