(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を発生する物体の表面から熱を伝達するための熱伝導性の物品を所望の最終的な形状で成形する方法であって、
前記所望の最終的な形状に対応した形状の型穴を有する型アセンブリを用意するステップを含み、前記型アセンブリは、成形された物品における前記熱を発生する物体の表面との接触位置に対応する位置に入口ゲートを有し、成形された物品における前記接触位置を始点とする設計上の熱流路の終端位置に対応する位置に通気口を有し、前記方法はさらに、
前記入口ゲートを介して前記型アセンブリの前記型穴内に熱伝導性フィラーを添加されたポリマーを導入するステップであって、前記ポリマーが前記型穴内を前記入口ゲートから前記通気口に向かって導かれることにより、前記熱伝導性フィラーが前記ポリマー内で前記設計上の熱流路に沿って、前記入口ゲートから前記通気口へ放射状に配置される、ステップと、
前記型アセンブリから所望の最終的な形状に成形された物品を排出するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記熱伝導性フィラーは細長い熱伝導性ファイバである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱伝導性フィラーはフレーク状の材料である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱伝導性フィラーはライス状の材料である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記熱伝導性フィラーは炭素材料である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記熱伝導性フィラーはアルミニウム材料である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記熱伝導性フィラーは、アルミニウム、アルミナ、銅、マグネシウム、および真鍮からなるグループから選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
電源から電気を伝達するための導電性の物品を所望の最終的な形状で成形する方法であって、
前記所望の最終的な形状に対応した形状の型穴を有する型アセンブリを用意するステップを含み、前記型アセンブリは、成形された物品における前記電源との接触位置に対応する位置に入口ゲートを有し、成形された物品における前記接触位置を始点とする設計上の電気流路の終端位置に対応する位置に通気口を有し、前記方法はさらに、
前記入口ゲートを介して前記型アセンブリの前記型穴内に導電性フィラーを添加されたポリマーを導入するステップであって、前記ポリマーが前記型穴内を前記入口ゲートから前記通気口に向かって導かれることにより、前記導電性フィラーが、前記ポリマー内で前記設計上の電気流路に沿って、前記入口ゲートから前記通気口へ放射状に配置される、ステップと、
前記型アセンブリから所望の最終的な形状に成形された物品を排出するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記導電性フィラーは細長い導電性ファイバである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記導電性フィラーはフレーク状の材料である請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記導電性フィラーはライス状の材料である請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記導電性フィラーは炭素材料である請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性フィラーはアルミニウム材料である請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記導電性フィラーは、アルミニウム、アルミナ、銅、マグネシウム、および真鍮からなるグループから選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
構造的に強化された物品を所望の最終的な形状に成形する方法であって、
前記所望の最終的な形状に対応した形状の型穴を有する型アセンブリを用意するステップを含み、前記型アセンブリは、成形された物品における設計上の応力点に対して物品を構造的に強化するための設計上のフィラー整列経路の開始位置に対応する位置に入口ゲートを有し、前記設計上のフィラー整列経路の終端位置に対応する位置に通気口を有し、前記方法はさらに、
前記入口ゲートを介して、前記型アセンブリの前記型穴内に、物品を構造的に強化するための強化フィラーを添加されたポリマーを導入するステップであって、前記ポリマーが前記型穴内を前記入口ゲートから前記通気口に向かって導かれることにより、前記強化フィラーが前記ポリマー内で前記設計上のフィラー整列経路に沿って、前記入口ゲートから前記通気口へ放射状に配置される、ステップと、
前記型アセンブリから所望の最終的な形状に成形された物品を排出するステップとを含む方法。
【請求項１６】
前記強化フィラーは細長いファイバである請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記強化フィラーはフレーク状の材料である請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記強化フィラーはライス状の材料である請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記強化フィラーは炭素材料である請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記強化フィラーはアルミニウム材料である請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記強化フィラーは、アルミニウム、アルミナ、銅、マグネシウム、炭素、および真鍮からなるグループから選択される請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
熱を発生する物体の表面から熱を伝達するための熱伝導性の物品を所望の最終的な形状で成形するために使用される型アセンブリを製造する方法であって、
前記所望の最終的な形状に対応した形状の型穴を有する型アセンブリを用意するステップと、
前記物品と前記熱を発生する物体の表面との接触位置に対応する、前記型アセンブリ上の第１の位置を決定するステップと、
前記物品内における、前記接触位置を始点とする所望の設計上の熱流路を設計するステップと、
前記所望の設計上の熱流路の終端位置に対応する、前記型アセンブリ上の第２の位置を決定するステップと、
前記第１の位置において前記型アセンブリに入口ゲートを形成するステップと、
前記第２の位置において前記型アセンブリに通気口を形成するステップと
を含む方法。
【請求項２３】
電源から電気を伝達するための導電性の物品を所望の最終的な形状で成形するために使用される型アセンブリを製造する方法であって、
前記所望の最終的な形状に対応した形状の型穴を有する型アセンブリを用意するステップと、
前記物品と前記電源との接触位置に対応する、前記型アセンブリ上の第１の位置を決定するステップと、
前記物品内における、前記接触位置を始点とする所望の設計上の電気流路を設計するステップと、
前記所望の設計上の電気流路の終端位置に対応する、前記型アセンブリ上の第２の位置を決定するステップと、
前記第１の位置において前記型アセンブリに入口ゲートを形成するステップと、
前記第２の位置において前記型アセンブリに通気口を形成するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般に、複合材料から強化された物品を成形する改善された方法に関する。より詳細には、本発明は、容易に成形可能であり、知られている材料を用いたとしても従来技術の成形方法よりも数倍大きい伝導率をもたらす、熱伝導性および／または導電性の物品の成形方法に関する。また、本発明は、複合材料から構造的に改善され強化された物品を成形する方法を提供する。「強化された物品」という用語は、導電的であれ、熱伝導性であれ、高強度であれ、任意のタイプのフィラー材料が充填された物品を指すことを理解されたい。したがって、本発明の方法は、導電性の組成物、熱伝導性の組成物、および構造的に強化された組成物に関する。
【０００２】
電子産業において、半導体装置パッケージ冷却のための熱散逸、接地応用分野などの、熱的および導電性の応用分野のために金属材料を用いることが良く知られている。ヒート・シンクなどのこれら応用分野のために、金属材料は、一般に、バルク金属から所望の形状に、工具で加工されるかまたは機械で加工される。しかしながら、そのような金属の伝導性物品は、一般に非常に重く、機械加工に費用がかかり、かつ腐食を受けやすい。さらに、機械加工された金属の熱散逸物品の幾何形状は、機械加工または工具加工プロセスに伴う固有の制限に非常に制限される。その結果として、例えば、特定の幾何形状が、単にその設計によってより良好な熱効率を実現するが、金属物品の機械加工における制限のために得ることができないことがわかっているとき特に、所望の形態に機械加工される金属材料の使用の要件は、構成部品設計に対する厳しい制限を与える。
【０００３】
熱散逸物品の全体的な幾何形状を改善することで、たとえ材料が同一であっても、物品の全体性能を著しく高めることができることは、従来技術において広く知られている。したがって、改善されたヒート・シンク幾何形状およびより低コストに関する必要性は、バルク金属材料の機械加工の代わりを必要とした。この必要性を満たすために、必要な熱伝導率を提供するために、伝導性フィラー材料を含む成形された組成物を提供するための試みが、従来技術においてなされてきた。伝導性複合物を成形する能力は、より複雑な部品幾何形状の設計が、部品の改善された性能を実現することを可能にした。同様に、所与の物品の導電率も、それが成形できる場合、著しく改善することができる。例えば、形状および構成は、改善された導電率を実現するために、物品を成形することによって著しく改善することができる。さらに、高強度フィラー材料を有する高い構造完全性の成形可能な複合物も知られている。
【０００４】
従来技術における試みは、窒化ボロン・グレインなどの顆粒状材料を添加されたポリマー・ベースのマトリクスを用いることを含む。同様に、フレーク状のフィラー材料を添加されたポリマー・ベースのマトリクスを提供する試みがなされた。実際に、これらの試みは、複雑な幾何形状に成形可能であるが、機械加工された金属部品における所望の性能レベルに依然として近づかない。フィラー材料、特に高アスペクト比のフィラー材料が、成形型内のベース・マトリクスの流路と平行に整列することは、当技術分野において知られている。したがって、これらの伝導性複合材料は、成形プロセス中のフィラー整列の問題のために、非常に正確に成形されなければならない。これは、フィラー材料が非対称であるとき、またはフィラーの長さに対する厚みのアスペクト比が１：１以上のときに問題である。正確な成形および設計であっても、流体乱流、すなわち複雑な製品の幾何形状による成形型との衝突という固有の問題は、非対称なフィラーの理想的な配置を不可能にして、したがって組成物の性能を望ましいものよりはるかに低下させる。この問題は、フィラーが１０：１より大きいアスペクト比を有するときに悪化する。これは、４０：１までのアスペクト比を有するフィラーが一般に用いられるので重大な問題である。
【０００５】
さらに、熱伝達は、電気の伝達などの直接経路特性よりもむしろバルク特性であるので、組成物のマトリクス全体が満足ゆくものでなければならない。直接経路は、電気を伝導するのに必要である。しかしながら、熱は、本体の全体体積が伝達に関して使用されるバルクで伝達される。したがって、高い伝導性の狭い導管が、はるかに低い伝導性の本体を通して設けられているとしても、熱伝達は、本体の全体を通して一貫して限界に近い伝導性である本体ほど良好ではない。したがって、複合物本体のマトリクス全体の熱伝導性の一貫性は、全体としての高い熱伝導率にとって重要である。さらに、ポリマー・ベース内の充填されたフィラー材料、特に高アスペクト比のフィラーの適切な整列は、非常に重要である。複合物が導電率に関して用いられるとき、複合物の中のフィラーの配置はまた、フィラーにおける過剰な断続の数が電気伝達を不十分にするという点で非常に重要である。
【０００６】
前述の観点から、熱伝導性および／または導電性である複合材料からなる強化された物品を成形する改善された方法が要求されている。同様に、より高い構造完全性のために、高い強度のフィラー材料を含む、または高い強度のフィラー材料で強化された複合材料の成形物品が要求されている。さらに、複合ポリマーおよびフィラー材料を用いること、すなわち、ベース・ポリマー・マトリクスを有するフィラー材料の適切な整列および配置を完全に利用することができる成形方法が要求されている。同様に、そのようなポリマーおよび高アスペクト比のフィラー組成物を複雑な製品幾何形状に容易に成形することを可能にするような方法が要求されている。同様に、純粋な金属伝導性材料と可能な限り近い熱的および電気的伝導性を示し、一方、製造コストが比較的低い物品を形成するための成形方法が要求されている。
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、伝導性プラスチック組成物から強化された物品を成形する従来技術の方法の利点を維持する。さらに、本発明は、現在までに知られている方法には見出されなかった新規な利点を提供し、そのような現在利用可能な方法の多くの欠点を解消する。
【０００８】
本発明は、一般に、ヒート・シンク応用分野、特に熱が、装置故障を防ぐためにある領域から他の領域へ伝達されなければならない応用分野に特定の応用例を有する熱伝導性の物品を、熱伝導性のプラスチック複合材料から成形する新規かつ独特な方法を対象とする。さらに、本発明の方法は、物品が導電性である成形可能な部材を提供できるものとして、電子産業に特定の応用分野を有する物品を提供することができる。本発明の方法は、低い製造コストを依然として維持する一方、ポリマー材料、および高アスペクト比のフィラーなどの伝導性フィラーの複合材料を最も伝導性的に効率的な方法で成形することを可能とする。近い将来の応用分野に従って材料を選択することによって、高い熱伝導性および／または導電性を達成することができる。関連して、フィラーとして高強度の材料を選択すると、射出成形によってなど依然として成形可能である一方、高い構造完全性の成形強化物品を達成することができる。
【０００９】
射出成形によってなど、熱伝導性、導電性、および／または構造的に強化された物品の成形方法が提供される。導電性のフィラーが用いられる場合、例えば導電性またはＥＭＩ遮蔽などの電気特性を有する物品を達成することができる。熱伝導性のフィラー材料が用いられる場合、熱伝導性の物品が達成される。炭素などの高い強度のフィラーが用いられる場合、構造的に強化された物品を本発明の方法によって達成することができる。同様に、多目的成形物品を提供するために、電気的、熱的、および強度特性の全てを示すフィラーを選択することが可能である。
【００１０】
第１に、所望の構成の物品を形成することができる型アセンブリが提供される。次に、熱伝導性のフィラーを用いる熱的な応用分野に関して、熱を発生する表面との物品の初期的な接触位置が決定される。入口ゲートが、初期的な接触位置で型アセンブリに形成される。物品を通る最適な熱流路が決定される。熱的または電気流路の終端位置が決定される。非対称な伝導性フィラーを添加されたポリマーが、入口ゲートを介して型アセンブリに導入される。熱的または電気流路の終端位置の型アセンブリに、通気口が提供される。伝導性フィラーが流路と実質的に平行かつ流路と整列された状態で、ポリマーが型アセンブリ内に配置される。最後に、成形された物品が型アセンブリから排出される。本発明の成形方法により、物品の熱伝導率は、成形する物品本体内のフィラー材料を適切に整列することによって、従来の成形方法で実現される伝導率を数倍に増大することができる。導電性または高い強度のフィラーを使用するとき、前述の方法が用いられる。電気的なフィラーに関して、物品を通る所望の電気流路が決定され、適切な入口および出口ゲートが、フィラーが決定された電気流路に沿って整列されることを確実にするために、所望の経路を維持するように設定される。同様に、構造的フィラーを用いることができ、高い応力点が決定され、破損を防ぐために強化フィラーの適切な整列を確実にするように、ゲートおよび通気口が設定される。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、熱的に最適化された強化物品の成形方法を提供することである。
したがって、本発明の目的は、電気的に最適化された強化物品の成形方法を提供することである。
したがって、本発明の目的は、構造的に最適化された強化物品の成形方法を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、ポリマーと、物品を通して最適な熱伝達のためにフィラーを配置しかつ整列する非対称の高アスペクト比のフィラー材料との強化物品の成形方法を提供することである。
本発明の目的は、ポリマーと、物品を通して最適な電気伝達のためにフィラーを配置しかつ整列する非対称の高アスペクト比のフィラー材料との強化物品の成形方法を提供することである。
本発明の目的は、ポリマーと、物品の最適な構造的強度のためにフィラーを配置しかつ整列する非対称の高アスペクト比のフィラー材料との強化物品の成形方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、従来の方法より高い伝導率を達成し、一方、同じポリマーおよびフィラー組成物を用いる伝導性物品の成形方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、従来の方法より高い強度および構造的完全性を達成し、一方、同じポリマーおよびフィラー組成物を用いる伝導性物品の成形方法を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、高アスペクト比のフィラーを有する強化された複合材料の物品を、複雑な部品幾何形状に成形する方法を提供することである。
本発明の特性である新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に示される。しかしながら、さらなる目的および付随する利点とともに、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面に関連する以下の詳細な説明を参照することで最も良く理解されるであろう。
【００１５】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、強化された組成物の成形方法に関する。本発明は、熱的および電気的の両方に伝導性であり、かつ／または構造的に強化された物品を形成するために使用できることを理解されたい。本発明の方法によって実現される、熱的、電気的、または構造的な強化のタイプは、所与の応用分野および強化要件に適合するように特定の材料の選択によって達成される。
【００１６】
本発明において、射出成形などによる強化された物品の成形方法は、フィラー材料で充填されたベース・ポリマー・マトリクスの複合材料を用い、フィラー材料は、好ましくは、細長いファイバ、ストランド、ライス、またはフレークのいずれかに形成された、アルミニウム、アルミナ、銅、マグネシウム、ＰＩＴＣＨベースの炭素、および真鍮材料などの高アスペクト比のフィラーである。前述の材料は成形後、圧縮成形された物品で必要とされるものなどさらなる機械加工の必要なしに、いつでも使用できる状態となるネット・シェイプ成形物品のための熱的または電気的特性を達成するために好適となろう。図１に示されるように、容易に市販で入手可能な従来技術の複合材料２が示される。特に、この従来技術の複合材料２は、一般に、例えば非対称のフィラー材料８で充填された、ポリマーのベース・マトリクス４を示す。この組成物は、図示の明瞭性および容易性のために拡大された詳細で示される。
【００１７】
理解されるように、熱伝導性である、導電性である、または構造を強化することができるフィラー８のポリマー・ベース・マトリクス４への充填は、材料に伝導性を与え、一方、材料を成形することができる。熱的な伝導体として用いられるとき、材料２は、例えば材料のＸ側からＹ側へ熱的に熱伝達しなければならない。この伝達の間、熱は、ＸからＹへの経路を移動するために、熱伝導性フィラー部材から隣接する熱伝導性フィラー部材へ移動しなければならない。図１における選択されたフィラー８は、好ましくは、いくつかのフィラー部材間の境界面の数、ならびにそれらの間に存在する非伝導性ポリマーを低減するために、高アスペクト比のファイバまたはストランドである。熱が横切らなければならない境界面がより多くなり、かつ熱が通過しなければならないポリマーがより多くなると、熱伝導率がより低下するであろう。さらに、フィラー材料を多く充填しすぎると、ベース・ポリマーの濡れを妨げ、完成された成形製品内に望ましくない小さなエア・ポケットが生じる。
【００１８】
図１の組成物の理想的な配置は、ポリマー・ベース・マトリクス４内の高アスペクト比のフィラー４を含む。熱が移動しなければならない境界面の全体数およびベース・ポリマーの体積を効果的に低減するために、高アスペクト比のフィラーを熱流路と可能な限り平行に整列することが重要である。図１は、ベース・ポリマー・マトリクスを有する実際的なフィラー８の配置を示し、フィラー８は、一般に、互いに平行に整列され、かつＸ側からＹ側への一般的な所望の熱流れ方向に整列される。しかしながら、図１に見られるように、Ａ側からＢ側への横断方向の流路は、熱境界面の増大した数、および熱が移動しなければならない非伝導性ポリマーの増大した体積のために、非常に望ましくない。したがって、フィラー８は、熱的な伝導性物品と適正に整列される、すなわち、熱流路と平行に整列されることが重要である。一般の応用分野において、経路Ｘ−Ｙの熱伝導率は、フィラーの整列を横切る経路Ａ−Ｂの熱伝導率の８倍であることが可能である。例えば、経路Ａ−Ｂの熱伝導率は、２Ｗ／ｍＫであることができ、一方、経路Ｘ−Ｙの熱伝導率は、１６Ｗ／ｍＫを超える。組成物が可能な限りの電気的な導電性または構造的に強化されたものにすることを試みるときに、同様の問題が発生する。
【００１９】
熱もしくは電気フロー、または構造的な応力ラインと平行にかつ整列される強化フィラーを整列する目標は、成形される部品の幾何形状の複雑性のために、しばしば達成することが困難である。前に記載したように、伝導性プラスチック組成物を用いる主な理由の１つは、より良好な熱散逸および電気的なフローを達成するために、より複雑な幾何形状に成形可能であることである。したがって、伝導性ポリマー材料を成形するときに、一般に、入り組んだ部品幾何形状になる。本発明の成形方法は、熱的もしくは電気流路、または構造的な応力ラインに整列する必要があるフィラーを有する材料で、複雑な幾何形状を成形する問題を解決する。
【００２０】
これらの入り組んだ幾何形状で、フィラーを充填したマトリクスのフローの乱れは、一般に、フィラー材料の衝突および不均一な整列の結果になる。平行に整列された高アスペクト比のフィラーは明らかに好ましいが、達成することはできない。さらに、フローの乱れおよび型の縁部との衝突は、しばしば高アスペクト比のフィラー、特にフィラーが２０：１より大きいアスペクト比を有するときに、該フィラーを破壊する。図１は、ポリマー４内の隣接するフィラー８に実質的に整列されたフィラー８を有する実際的な組成物２を示す。図１は、フィラーを有する成形材料に関連する固有の問題のために、当技術分野で遭遇するものである。以下に詳細に論じるように、本発明の方法は、組成物の所望の強化を低下させることになる高アスペクト比のフィラー８の破壊を低減する、複雑な幾何形状の成形を可能にする。
【００２１】
図２Ａおよび２Ｂをまず参照すると、従来技術の成形プロセスを用いて成形された物品が示される。例えば、図２Ａは、知られている熱伝導性の物品１０の斜視図を示す。特に、熱伝導性の物品１０は、ベース１２と、それに接続された直立するフィン１４とを有するヒート・シンクとして示される。このヒート・シンク１０は、一般に、高温装置から熱を取り去る目的のために、半導体パッケージなどの装置（図示せず）の熱を発生する表面に取り付けられる。この熱散逸は、装置が過熱のために故障しないことを確実にするために、特に電子応用分野において重要である。
【００２２】
ベース１２の底表面２０は、冷却されるべき半導体装置と熱的に連絡する同一面に配置される。一般に、冷却されるべき半導体装置は、一般に符号２２で参照されるベース１２の中央下に直接配置され、冷却するべき装置の周りで３６０度の熱拡散を達成する。成形された物品１０の底面図である図２Ｂに示されるように、熱を発生する半導体装置２２は、ベース１２の概ね中央の領域に配置される。結果として、熱は、熱を発生する半導体装置が配置される中心領域２２から外側に発散する。
【００２３】
同様に図２Ａおよび２Ｂは、成形材料が型内に導入されるとき、成形材料の一般的なフロー・パターンを示す。成形材料は、一般的に、フィン１４内へ左から右へかつ上方への流れのために、物品の一端部の入口ゲート１６に導入される。型穴内の空気を放出するために、一般に排出ピン（図示せず）に、各フィンの上部に通気口１８がある。伝導性ポリマーを形成するための高アスペクト比のフィラーを有するベース・ポリマーは、複雑な幾何形状のヒート・シンクを形成するために一般的ではない。したがって、過去において、成形材料にフィラーを有さない成形材料の流れ方向は、まったくではないにしてもほとんど重要でない。さて、高アスペクト比のフィラーを用いて、ゲート位置および型穴内のフロー・パターンは、本発明の方法において処理されるとき非常に重要である。
【００２４】
図２Ａおよび２Ｂの物品は、１６で示される入口ゲート位置により、成形材料のフロー・パターンで成形され、したがって、フィラー材料の向きの整列は、本質的に、概ね左から右への配置で示される矢印に平行である。しかしながら、フィラー材料８の水平配置および整列は、物品１０の熱伝導率を著しく劣化させる。
【００２５】
中心領域２２に熱を発生する半導体装置を配置すると、熱は、当然、全ての方向に外側へ放射する傾向にある。図２Ｂに最も良く見られるように、左へまたは右へ移動するとき物品１０の熱伝導率は、熱流路が、フィラー材料８の整列に平行になるので、一般に許容される。しかしながら、上方または下方に移動するとき、熱流路は、ポリマー４内のフィラー８の整列を横切り、したがって、熱は、さらなる境界面を横切らなければならない。その結果として、これらの方向における熱伝導率は著しく劣化される。熱伝達はバルク特性であるため、物品１０の全体の熱伝導率は、ポリマー・ベース・マトリクス４内に充填されたフィラー材料８の伝導特性を完全に利用するには最適ではなく、また完全に利用することができない。導電性または構造的に強化するフィラーが用いられる場合、強化フィラーの作用の同様な劣化が生じる。
【００２６】
図３Ａ、３Ｂ、４、および５を参照すると、本発明の成形方法が詳細に示されている。さて、図３Ａおよび３Ｂを参照すると、物品１００は、ベース１１２と、ベース１１２に接続された直立するフィン１１４とを備えている。例として、本発明は、熱伝導性の物品の成形に関して説明される。導電性または構造的に強化された物品の成形は、同じ方法を用いて実行される。ベース１１２の底表面１２０は、熱を発生する半導体装置（図示せず）と熱的に連絡する同一面に提供される。物品１００の底面図を示す図３Ａおよび３Ｂの両方を参照すると、半導体装置は、１２２として特定される領域で、物品１００の実質的に中心の下に配置される。本発明によれば、入口型ゲートは、型穴（図示せず）内に成形材料を導入するために１６で中心に設けられる。さらに、通気口が１１８に設けられ、ここで、例えば、成形された後、空気の放出を実現することと、型から物品１００を出すことを助けることを同時に実現するために、排出ピン（図示せず）と排出ピンのまわりの間隔が備えられる。
【００２７】
本発明によれば、中心に配置されたゲート１１６での成形材料の導入は、成形複合材料が、ゲート１１６から放射するパターンで外側かつ上方へフィン１１４まで流れることを可能にする。このフローの放射パターンは、ポリマー・ベース・マトリクス４内に充填された高アスペクト比のフィラー８を、それらと整列させる。結果として、フィラー８は、図３Ｂにおける矢印によって示されるように、外側へ放射するパターンで配向され、中心領域１２２に配置される熱を発生する半導体装置から出る熱の実際の熱放射経路に緊密に一致する。本発明によれば、フィラー８の放射パターンを、中心領域１２２からの熱の実際の熱フロー経路に緊密に一致することは、完全に複合ポリマー材料を利用、すなわち、それら内の高アスペクト比のフィラー８の高い伝導特性を利用する。
【００２８】
図４は、図３Ａおよび３Ｂに関連して上に示されたヒート・シンクと同様な方法で、電気的な接地プレートの成形方法を示す。図４において、実質的に平坦な接地プレート２００は、中立接地接続などの電源と接触するための底表面を有する本体２２０で示されている。本発明によれば、プレート２００は、中心領域２２２内に配置され、電源の中心になるように事前に決定された２１６で、中心で入口ゲートを設けることによって形成される。入口ゲート２１６とともに、中立接地接続から電気の実際の電気流路に緊密に一致する放射パターンで、外側に成形材料のフローを駆動するために、通気口が、プレート２００の縁部２１２に設けられる。上述したように、成形複合材料の外側への放射フローは、高アスペクト比のフィラー８を、当然、電気的フローと整列させ、したがってフィラーの整列を流路と一致させる。
【００２９】
本発明による構造的に強化された物品の成形方法は、上述の熱伝導性および導電性が強化された物品の成形と同様である。応力ラインが決定され、その後、構造的に強化するフィラー材料の所望の配置である所望のフィラー整列経路を決定することが確かめられる。入口ゲートは、物品の応力の作用を低減するように、型内のフィラー材料のソースを所望の位置に対応するよう設定するために配置される。出口ゲートまたは通気口は、同様に、注入成形可能な物品内のフィラーの経路および整列をさらに制御するために設けられる。構造的に強化された物品に関して、適切なフィラーは、炭素ファイバである。
【００３０】
図５Ａおよび５Ｂを参照すると、注入型アセンブリなどの型アセンブリは、本発明の方法で用いることが示される。図５Ａは、型アセンブリ内の空洞３０２を備える本体３０６を有する型アセンブリの底部の半分３００を示す。ゲート３０４は、型内への成形材料を導入するために、空洞３０２の底部に中心に配置される。ガイド・ピン３０８は、同様に、図５Ｂに示される上方の型の半分３１０の対応する開口３１２内に受容されるために提供される。図５Ａおよび５Ｂに示される成形装置は、一般に、知られている型製造技術により製造することができる。しかしながら、上記で詳細に示したように、ゲート３０４の位置は、成形材料内の強化フィラーを有する成形材料の特性を完全に用いるために、本発明によって特に選択される。
【００３１】
本発明に関連して、ソースから熱および／または電気を伝達するための強化された物品の成形方法が提供される。強化された高い構造的に完全性の物品の成形方法が、同様に提供される。第１に、所望の構成の物品を形成することができる型アセンブリが選択される。ソース表面に対する物品の接触位置が決定される。型アセンブリにおいて、入口ゲートが、熱または電気的ソースに接触する成形されるべき物品の表面の実質的な中心である位置に形成される。物品を通る最適な熱または電気流路が、その後、成形されるべき物品を通して流路の終端位置と同様に決定される。通気口が、流路の終端位置で型アセンブリに形成される。成形プロセスの一部として、伝導性の高アスペクト比のフィラーが充填されたポリマーが、事前選択された入口ゲートを介して型アセンブリ内に導入される。ポリマーは、ポリマー／フィラー組成物の伝導率を完全に最適化するために、伝導性フィラーが所定の熱流路と実質的に平行でありかつ熱流路と整列される状態で、型アセンブリ内に配置される。形成後、成形されかつ完成された物品は、型アセンブリから排出される。
【００３２】
（実施例）
図５Ａおよび５Ｂに示される成形装置が、図４に示される熱スプレッダーを形成するためにアセンブリされる。複合成形材料が、型の底部中心に配置された入口ゲートを介して、型内に導入される。使用される成形材料は、高アスペクト比のフィラー炭素フレークを有するベース・ポリマー・マトリクスを含み、フィラー炭素フレークは、２／１０００から４／１０００インチの厚みおよび４０／１０００インチの長さで、ほぼ１０：１の最小アスペクト比を有する。成形後、炭素が、物品の縁部に外側に延びる放射パターンで完成された熱スプレッダー物品に整列された場所ではがれる。この放射パターンは、材料の熱伝導率を完全に用いるために、物品を通して熱の実際の流路に緊密に一致する。
【００３３】
理解されるように、本発明は、本発明の方法を用いる構成および形状の広範なアレイを形成するために適合されることができる。これに関連して、型内のゲート位置および通気口の選択は、物品内に所望のフィラーを有効に整列する。本発明の方法は、同じポリマーおよびフィラーを用いたとしても、従来の方法で可能なよりも、より高い熱および導電率、ならびにより高い強度の物品を達成する。ベース材料およびフィラーは、完成された物品の所望の熱的、電気的、および構造的特性を最適化するために選択されることができる。
【００３４】
様々な変更および修正が、本発明の精神を逸脱することなく図示された実施形態になされることができることは、当業者には理解されよう。全てのそのような修正および変更は、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  高いアスペクト比のフィラーを添加されたポリマー・ベース・マトリクスの従来技術の強化組成物の断面図である。
【図２Ａ】  当技術分野で知られている従来技術のゲートおよび通気口を用いるヒート・シンクの斜視図である。
【図２Ｂ】  図２Ａにおけるヒート・シンクの底面図である。
【図３Ａ】  本発明のゲートおよび通気口の成形方法を用いるヒート・シンクの斜視図である。
【図３Ｂ】  図３Ａにおけるヒート・シンクの底面図である。
【図４】  本発明のゲートおよび通気口の成形方法を用いるヒート・スプレッダの斜視図である。
【図５Ａ】  本発明の方法を用いる成形装置の底部の半分の斜視図である。
【図５Ｂ】  本発明の方法を用いる成形装置の上部の半分の斜視図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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