JP2006528434A - 熱管理材料 - Google Patents
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Abstract
Description
せ、それによって熱伝達区域および境界面を通る全体的な熱伝達効率を減少させる。さらに、公知のように空気は比較的悪い熱伝導体であるから、境界面に空気のポケットが存在すると境界面を通る熱伝達速度が減少する。
最近になって相変化材料(「PCM」)が導入されるようになった。これは取り扱いを容易にするために室温においては自己支持性および形状安定性をもっているが、電子部品の作動温度範囲内の温度において液化または軟化し、境界面に良好に合致する粘稠なチキソトロピー相をつくる。これらの相変化材料は自立性のフィルムとしてまたは基板の面にプリントされた加熱されたスクリーンとして供給されているが、約5psi(35kPa)の比較的低いクランプ圧力をかけると電子部品の作動温度範囲において面に合致した流動を行う点でグリースまたはワックスに極めて似た有利な機能を果たす。このような材料はさらに特許文献3〜7に記載されている。このような材料は米国、ニューハンプシャー州 03051.Hudson,16 Flagstone DriveのParker−Hannifin Corp.のChomerics DivisionからTHERMFLOW(R) T310,T443,T705,T710,T725,およびA72
5の商品名で市販されている。他の相変化材料は特許文献8に記載されておりBergquist Company(米国、ミネソタ州、Minneapolis)から商品名「HI−FLOWTM」で、Thermagon,Inc.(米国、オハイオ州、Cleveland)から商品名「T−PCMTM」で、またOrcus,Inc.(米国、カンサス州、Stilwell)から商品名「THERMAPHASE」で市販されている。相変化材料/金属箔の積層品はThermagon,Inc.から商品名「T−MATETM」で市販されている。
Corp.のChomerics Divisionから商品名「THERM−A−FORMTM」で市販されている材料は通常熱伝達境界面配合物、詰め物(caulk)、その場で成形できる材料、またはカプセル材などと呼ばれている。これらの材料は典型的には一つまたはそれ以上の管、容器などに詰められて、最も多くの場合一つかまたは二つの部分になった液体またはそれ以外の流動する充填された反応系として供給される。これらの反応系は室温または高温において該成形材料が被覆される間隙または電子部品の内部で室温または高温においてその場で成形される。被覆方法はカートリッジ、またはチューブ・ガン(tube gun)或いは他の放出システムを用いる方法であることができる。
本発明は、例えば電子機器のチップまたは他の発熱部品のような熱源、および熱を伝達するために電子部品と熱的に近接して配置された放熱器または熱拡散器のような熱放散部材を含む熱管理アセンブリーに対する熱伝達境界面およびそれに対する材料に関する。特に本発明は、シートまたはパッドの形で与えられるか、および/または圧力をかけるとノズルまたは他のオリフィスからビーズまたは塊になって出てくるような放出し得る形で提供することができ、熱管理アセンブリーを横切って低い熱インピーダンスを与えるために電子部品と放熱器または熱拡散器との境界面の間で自由な形を取り得る(compliant)かまたは周りの形状に合致し得る(conformable)中間層をつくり、熱伝達性能を改善するために低い熱インピーダンスを提供するための熱伝導性配合物の形をした材料に関する。
下記の説明においては、本発明を限定する目的ではなくむしろ便宜的な目的でいくつかの言葉を使用する。例えば、「前方」、「後方」、「右」、「左」、「上方」、および「下方」と言う言葉は参照する図面における方向を示し、「内側へ」、「内部の」、「内側の」、または「装置内の」、および「外側へ」、「外部の」、「外側の」、または「装置外の」と言う言葉は、それぞれ参照する要素へと向かう方向およびそれから離れる方向を意味し、「半径方向」または「水平の」、および「軸方向」または「垂直の」と言う言葉はそれぞれ参照する要素の中央の長手方向の軸に対し垂直および平行な方向、軸、面を意味する。上記に規定した言葉以外で同様な重要な術語も本発明を限定するのではなく便宜上使用されるものと考えられたい。また本明細書において「状態の変化」と言う言葉は、配合物またはそれらの相の内部における別の材料の相、例えば連続相および分散相に関する記述に伴う混乱を避けるために、「相変化」と言う言葉と互換的に使用できるものとする。
,928,907号。しかし、他のロール、シート、またはテープのような層の形で代替的に提供できる本発明の態様も他の熱管理の応用において用途が見出だされていることに注目されたい。また本発明の材料は、直接的または間接的な方法、例えば噴霧、ナイフ、ローラ、ドラムまたは他の方法による被覆、刷毛塗り、注型、浸漬、押し出し、篩かけ、移送法または他のプリント法等により、層またはパターンの形で熱伝達表面の一つの上に放出または他の方法で被覆された液体であることができる。従ってこのような使用法および用途は明白に本発明の範囲内に含まれるものと考えるべきである。
はそれ以上の配合物であることができる。これらのグリースは、例えば室温で約5psi(35kPa)以下の低い圧力をかけることにより、層20の表面12および14の片方または両方が表面張力等によって放熱器、熱拡散器等の表面に接着し得る固有の粘着性または接着性をもつように調合することができる。
D5470による熱伝導度が約0.1〜5W/m・Kであり、やはりASTM D5470による熱インピーダンスは約1℃・平方インチ/W(6℃・cm2/W)未満である。充填剤と混合した場合、シリコーンまたは他のオイル成分は一般に充填剤粒子を分散させる結合剤をつくる。
な金属と1種またはそれ以上のこのような熔融可能な金属合金との混合物または他の組み合わせであることができる。このような金属および合金は典型的には融点、または固相線温度から液相線温度への融点範囲が約50〜260℃(124〜500°F)であり、通常は1種またはそれ以上のビスマス、鉛、錫、カドミウム、およびインジウムを含んでいるが、また1種またはそれ以上の他の金属、例えば銀、亜鉛、銅、およびアンチモンを含んでいることができる。しばしばこのような金属の混合物から共融合金がつくられ、このような共融合金は該混合物の各成分の融点よりも低い一定の融点をもっている。
次いで配合物の層20を剥離用ライニング材または他の担体の細片またはシート、例えば図1および2に42で示したライニング材の上に通常の方法、例えば噴霧法、ナイフによる被覆、ローラによる被覆、注型、ドラムによる被覆、浸漬、放出、押し出し、スクリーン印刷、または他の直接被覆法、或いは転写法または他の間接被覆法によって被覆することができる。被覆した後、得られた層20を乾燥して溶媒をフラッシュ蒸発させ、接着性のフィルム、被膜、または層20の他の残留物を剥離用ライニング材42の上に生成させる。熱グリースの固有の粘着性または流動性の結果として、層20とライニング材42との間に接着的なおよび/または機械的な結合が生じる。
ングの一部、または電子部品のプラスティックス、金属、またはセラミックスの表面であることができる。この点に関して、参照番号47の配合物の供給器は一つの部分から成る材料システムとしてカートリッジ、管、または他の容器48に装入されるように示されており、これらの容器は図示のように直接に或いはノズル49に結合したホースまたは他の導管を介して流体的に連結されている。
キスカット加工或いは他の方法で適切な大きさにつくることができる。
実施例
熱インピーダンス
試料(% LMA) ℃・平方インチ/W ℃・cm2/W
0 0.36 9.0
5 0.019 0.48
10 0.010 0.25
15 0.010 0.25
20 0.008 0.20
本発明に従って調合された熱グリース−LMAは充填されていないグリースに比べ改善された熱的性能をもっていることが表1のデータによって示される。
ている。
Claims (58)
- 第1の熱伝達面と相対する第2の熱伝達面との間において形状に合致し得る相を生成しその間に熱の経路を与えるための熱伝導性配合物において、該配合物は
(a)熱グリース成分;および
(b)該熱グリース成分の内部に分離したドメインを生成する分散成分の混合物を含んで成り、該ドメインは第1の相においては通常の室温において形状安定性をもち、第2の相においては該第1の熱伝達面と第2の熱伝達面との間において形状合致性をもち、該ドメインの第1の相から第2の相への相転移温度は通常の室温よりも高いことを特徴とする熱伝導性配合物。 - 該分散成分は1種またはそれ以上の熔融可能な金属、1種またはそれ以上の熔融可能な金属合金、またはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 1種またはそれ以上の金属または合金は1種またはそれ以上のビスマス、錫、鉛、カドミウム、およびインジウムを含んで成ることを特徴とする請求項2記載の配合物。
- 該分散成分は約32.5重量%のビスマス、16.5重量%の錫、および50重量%のインジウムの共融合金を含んで成ることを特徴とする請求項2記載の配合物。
- 該配合物はその全重量の約5〜25重量%の1種またはそれ以上の金属または金属合金、或いはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項2記載の配合物。
- 該ドメインの遷移温度は約40〜80℃の間にあることを特徴とする請求項2記載の配合物。
- 分散成分は1種またはそれ以上の熔融可能な金属、1種またはそれ以上の熔融可能な金属合金、またはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項6記載の配合物。
- 第1の熱伝達面は作動温度が通常の室温よりも高い熱発生源の上に位置し;
ドメインの遷移温度は該熱発生源の作動温度範囲内にあることを特徴とする請求項2記載の配合物。 - 第2の相においてドメインは熱グリース成分と乳化物を形成することを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 該乳化物は粘度が約10,000〜300,000cp(10〜300Pa・s)であることを特徴とする請求項9記載の配合物。
- 第1の熱伝達面は作動温度が通常の室温よりも高い熱発生源の上に位置し;
ドメインの遷移温度は該熱発生源の作動温度範囲内にあることを特徴とする請求項1記載の配合物。 - 該熱発生源は電子部品であり;そして
第2の熱伝達面は熱放散部材の上に位置していることを特徴とする請求項11記載の配合物。 - 該熱放散部材は吸熱器または回路板であることを特徴とする請求項12記載の配合物。
- 熱発生源の作動温度は約40〜80℃の間にあることを特徴とする請求項12記載の配合物。
- ドメインは平均粒径が約0.4〜3ミル(10〜75μm)であることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 熱グリース成分は鉱油、炭化水素油、合成油、およびシリコーン油、並びにそれらの組み合わせから成る群から選ばれる1種またはそれ以上のオイルを含んで成ることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 熱グリース成分は1種またはそれ以上のシリコーン油を含んで成ることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 熱グリース成分は1種またはそれ以上の有機シロキサン油を含んで成ることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 熱グリース成分はさらに熱伝導性の粒子状充填剤を含んで成ることを特徴とする請求項16記載の配合物。
- 分散成分は1種またはそれ以上の熔融可能な金属、1種またはそれ以上の熔融可能な金属合金、またはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項19記載の配合物。
- 該充填剤は金属または非金属の酸化物、窒化物、炭化物、または二硼化物の粒子、グラファイトの粒子、金属の粒子、またはこれらの組み合わせから成る群から選ばれることを特徴とする請求項19記載の配合物。
- 熱グリース成分は約20〜80重量%の充填剤を含んで成ることを特徴とする請求項19記載の配合物。
- 粒子状の充填剤は粒径が約0.01〜10ミル(0.25〜250μm)であることを特徴とする請求項19記載の配合物。
- 充填剤は少なくとも約20W/m・kの熱伝導度をもっていることを特徴とする請求項19記載の配合物。
- 熱グリースはほぼ室温における粘度が約10,000〜300,000cp(10〜300Pa・s)の間であることを特徴とする請求項19記載の配合物。
- 該層は約1℃・平方インチ/W(6℃・cm2/W)未満の熱インピーダンスをもっていることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 該配合物は少なくとも約0.5W/m・kの熱伝導度をもっていることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 該層はほぼ室温において或る与えられた圧力をかけた場合厚さが約5ミル(125μm)であり、該与えられた圧力の下で熱発生源の作動温度範囲内においてその厚さが少なくとも約20%減少することを特徴とする請求項11記載の配合物。
- 該配合物は第1の熱伝達面および第2の熱伝達面の片方または両方に対し実質的に自己接着性をもっていることを特徴とする請求項1記載の配合物。
- 第1の熱伝達面;
該第1の熱伝達面に相対する第2の熱伝達面:および
該第1の熱伝達面と該第2の熱伝達面との中間に挿入されその間に熱伝導性の経路を与える熱伝達境界面を具備し、該熱伝達境界面は該第1の熱伝達面と該第2の熱伝達面との間で形状に合致し得る層になるようにつくられている熱伝導性配合物を含んで成り、該配合物は
(a)熱グリース成分;および
(b)該熱グリース成分の内部に分離したドメインを生成する分散成分の混合物を含んで成り、該ドメインは第1の相においては通常の室温において形状安定性をもち、第2の相においては該第1の熱伝達面と第2の熱伝達面との間において形状合致性をもち、該ドメインの第1の相から第2の相への相転移温度は通常の室温よりも高いことを特徴とする熱管理アセンブリー。 - 該分散成分は1種またはそれ以上の熔融可能な金属、1種またはそれ以上の熔融可能な金属合金、またはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 1種またはそれ以上の熔融可能な金属または合金は1種またはそれ以上のビスマス、錫、鉛、カドミウム、およびインジウムを含んで成ることを特徴とする請求項31記載のアセンブリー。
- 該分散成分は約32.5重量%のビスマス、16.5重量%の錫、および50重量%のインジウムの共融合金を含んで成ることを特徴とする請求項31記載のアセンブリー。
- 該配合物はその全重量の約5〜25重量%の1種またはそれ以上の熔融可能な金属または金属合金、或いはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項31記載のアセンブリー。
- 該ドメインの遷移温度は約40〜80℃の間にあることを特徴とする請求項31記載のアセンブリー。
- 該分散成分は1種またはそれ以上の熔融可能な金属、1種またはそれ以上の熔融可能な金属合金、或いはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項35記載のアセンブリー。
- 第1の熱伝達面は作動温度が通常の室温よりも高い熱発生源の上に位置し;そして
ドメインの遷移温度は該熱発生源の作動温度範囲内にあることを特徴とする請求項31記載のアセンブリー。 - 第2の相においてドメインは熱グリース成分と乳化物をつくっていることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 該乳化物は粘度が約10,000〜300,000cp(10〜300Pa・s)であることを特徴とする請求項38記載のアセンブリー。
- 第1の熱伝達面は作動温度が通常の室温よりも高い熱発生源の上に位置し;
ドメインの遷移温度は該熱発生源の作動温度範囲内にあることを特徴とする請求項30
記載のアセンブリー。 - 該熱発生源は電子部品であり;そして
第2の熱伝達面は熱放散部材の上に位置していることを特徴とする請求項40記載のアセンブリー。 - 該熱放散部材は放熱器または回路板であることを特徴とする請求項41記載のアセンブリー。
- 熱発生源の作動温度は約40〜80℃の間にあることを特徴とする請求項41記載のアセンブリー。
- ドメインは平均粒径が約0.4〜3ミル(10〜75μm)であることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 熱グリース成分は鉱油、炭化水素油、合成油、およびシリコーン油、並びにそれらの組み合わせから成る群から選ばれる1種またはそれ以上のオイルを含んで成ることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 熱グリース成分は1種またはそれ以上のシリコーン油を含んで成ることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 熱グリース成分は1種またはそれ以上の有機シロキサン油を含んで成ることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 熱グリース成分はさらに熱伝導性の粒子状充填剤を含んで成ることを特徴とする請求項45記載のアセンブリー。
- 分散成分は1種またはそれ以上の熔融可能な金属、1種またはそれ以上の熔融可能な金属合金、またはそれらの組み合わせを含んで成ることを特徴とする請求項48記載のアセンブリー。
- 該充填剤は金属または非金属の酸化物、窒化物、炭化物、または二硼化物の粒子、グラファイトの粒子、金属の粒子、またはこれらの組み合わせから成る群から選ばれることを特徴とする請求項48記載のアセンブリー。
- 熱グリース成分は約20〜80重量%の充填剤を含んで成ることを特徴とする請求項48記載のアセンブリー。
- 粒子状の充填剤は粒径が約0.01〜10ミル(0.25〜250μm)であることを特徴とする請求項48記載のアセンブリー。
- 充填剤は少なくとも約20W/m・kの熱伝導度をもっていることを特徴とする請求項48記載のアセンブリー。
- 熱グリースはほぼ室温における粘度が約10,000〜300,000cp(10〜300Pa・s)の間であることを特徴とする請求項48記載のアセンブリー。
- 該層は約1℃・平方インチ/W(6℃・cm2/W)未満の熱インピーダンスをもっていることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 該配合物は少なくとも約0.5W/m・kの熱伝導度をもっていることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
- 該層はほぼ室温において或る与えられた圧力をかけた場合厚さが約5ミル(125μm)であり、該与えられた圧力の下で熱発生源の作動温度範囲内においてその厚さが少なくとも約20%減少することを特徴とする請求項40記載のアセンブリー。
- 該配合物は第1の熱伝達面および第2の熱伝達面の片方または両方に対し実質的に自己接着性をもっていることを特徴とする請求項30記載のアセンブリー。
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