JP2008095171A - 伝熱複合材、関連するデバイス及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本伝熱複合材は、該伝熱複合材の約50容積%よりも大きい量で存在する複数の熱分解グラファイト部片と、熱分解グラファイト部片を固化集合体の形態で保持する非炭素質マトリックスとを含む。1つの実施形態では、本伝熱複合材は、非炭素質マトリックス内にランダムに分布した多数の熱分解グラファイト部片を含む。別の実施形態では、本伝熱複合材は、非炭素質材料を含むシートの層間内に配置された熱分解グラファイト部片の個別の層を含む。
【選択図】 図3
Description
本明細書で用いる場合、「熱分解グラファイト」という用語は、「熱分解グラファイト」(「TPG」)、「高配向性熱分解グラファイト」(「HOPG」)又は「圧縮焼鈍熱分解グラファイト」(「CAPG」)と互換的に用いることができ、熱分解グラファイトについての300W/m−KからTPG、HOPG又はCAPGについての1800W/m−Kまでの範囲にある面内(a−b方向)熱伝導率を有するグラファイト材料を意味する。
図1A〜図1Cに示すような1つの実施形態では、複合材の非炭素質等方性材料、例えば金属マトリックス内に、ランダムな寸法及び/又はランダムな形状の熱分解グラファイト粒子をランダムに分布させる。公知のように、熱分解グラファイトは、その熱分解グラファイト平面の長さに沿った方向すなわちヒートスプレッダのグラファイト層又は繊維に平行な方向に、特別に高い、すなわち300W/m−Kから1700W/m−Kを越えるまでの(約1800W/m−Kまでの)熱伝導率を有する。図1A〜図1Cに示すように、熱分解グラファイト粒子は、伝熱複合材内部でランダムな配向を有するものとして示しており、個々の熱分解グラファイト断片のa−b方向は、xy軸に対してランダムな方向になっている。
本発明の伝熱マトリックスは、様々な熱源(その何れも図に示していないが、そのような熱源の実例としては、CPUに代表されるものが当業者にはよく知られている)に関連して使用することができる。それに限定するのではないが、本発明のヒートスプレッダは、容易に大型の形状に形成できる比較的低コストのヒートスプレッダが望ましいような様々な電気製品からの熱を伝達又は伝導させるのに使用することができる。
本発明の伝熱マトリックスは、熱源から熱を伝達除去するためのあらゆるデバイス、システム及び方法に使用することができる。1つの実施形態では、伝熱マトリックスは、マイクロプロセッサ、メモリデバイス等のような電子及び/又は集積回路(「IC」)デバイスに用いるヒートスプレッダを形成するために使用される。
本明細書では、本発明を説明するために実施例を示すが、これら実施例は、本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではない。
オハイオ州ストロングスビル所在のGE Advanced Ceramicsから入手した熱分解グラファイト(TPG)部片を、窒化ホウ素離型剤を噴霧した鋼製金型内に注入する。約577℃の融点を有する溶融Al−Siをその金型内に注入し、同時に加圧しかつ鋼製ミキサによって混合する。溶融合金は、熱分解グラファイト部片と部片間の全ての空隙との両方を濡らしかつ全ての空隙を実質的に充填して、固化集合体ヒートスプレッダを形成した。得られたヒートスプレッダの測定熱伝導率は、約600W/m−Kである。ボードの性能は、超伝熱性媒体の比率を変化させることによって最終バルク又は局所の熱的性能を調整することができるような方法で設計することができることに留意されたい。
Claims (15)
- 伝熱複合材であって、
非炭素質材料を含有するマトリックス内に固化集合体の形態で保持された複数の熱分解グラファイト部片を含み、
前記複数の熱分解グラファイト部片が各々、a−b方向における300W/m−K及びc方向における3.5W/m−Kの面内熱伝導率を有し、
前記複数の熱分解グラファイト部片のa−b方向が、該複合材内でランダムに分布している、
伝熱複合材。 - 前記非炭素質材料を含有するマトリックスが、該伝熱複合材の全体容積を基準にして少なくとも50容積%である、請求項1記載の伝熱複合材。
- 前記非炭素質等方性材料が、前記複数の熱分解グラファイト部片と拡散結合することができる材料を含み、
前記熱分解グラファイト部片が、熱分解グラファイト、高配向性熱分解グラファイト、圧縮焼鈍熱分解グラファイト及びその混合物の少なくとも1つを含む、
請求項1及び請求項2のいずれか1項記載の伝熱複合材。 - 前記非炭素質等方性材料が、金属マトリックスを含み、
前記金属マトリックスが、アルミニウム並びにAl−Mg、Al−Si、Al−Cu、Al−Ag、Al−Li及びAl−Beの群から選択されたアルミニウム合金の少なくとも1つを含む、
請求項1から請求項3のいずれか1項記載の伝熱複合材。 - 前記金属マトリックスが、少なくともMn、Ni、Sn及びZnからなる群から選択された該金属マトリックスの融点を低下させる元素を含む、請求項1から請求項4のいずれか1項記載の伝熱複合材。
- 前記複数の熱分解グラファイト部片が、回収熱分解グラファイト部片である、請求項1から請求項5のいずれか1項記載の伝熱複合材。
- 前記熱分解グラファイト部片が、熱分解グラファイト部片、高配向性熱分解グラファイト部片、圧縮焼鈍熱分解グラファイト部片から選択されたグラファイト部片の混合物を含み、
前記熱分解グラファイト部片が、300W/m−K〜1800W/m−Kの範囲の面内(a−b方向)熱伝導率並びにランダムな寸法及び形状を有する、
請求項1から請求項6のいずれか1項記載の伝熱複合材。 - 前記非炭素質マトリックスが、複数の非炭素質シート層を含み、
前記複数の熱分解グラファイト部片が、前記非炭素質シート層間内に配置される、
請求項1から請求項7のいずれか1項記載の伝熱複合材。 - 前記非炭素質マトリックスが、複数のアルミニウムシート層を含み、
前記複数の熱分解グラファイト部片が、前記アルミニウムシート層間内に配置され、
前記アルミニウムシートの各層に対して少なくとも1つの熱分解グラファイト部片が存在し、
前記積層シートが、少なくとも450℃の温度及び少なくとも300psiでホットプレス成形される、
請求項1から請求項8のいずれか1項記載の伝熱複合材。 - 伝熱複合材を製作する方法であって、
その各々がa−b方向における300W/m−K及びc方向における3.5W/m−Kの面内熱伝導率を有する複数の熱分解グラファイト部片を、非炭素質等方性材料のマトリックス内に配置して集合体を形成する段階と、
前記非炭素質等方性マトリックス内の熱分解グラファイト部片の集合体を、該複数の熱分解グラファイト部片のa−b方向が前記複合材内にランダムに分布するように該熱分解グラファイト部片を該非炭素質マトリックス内に埋込むのに十分な温度及び圧力に加熱する段階と、
を含む方法。 - 前記非炭素質等方性材料が、金属を含む、請求項10記載の方法。
- 前記金属が、Al−Mg、Al−Si、Al−Cu、Al−Ag、Al−Li及びAl−Beからなる群から選択された合金を含み、
前記金属マトリックスが、該金属マトリックスの融点を低下させる元素を含み、
前記元素が、Mn、Ni、Sn及びZnからなる群から選択される、
請求項10及び請求項11のいずれか1項記載の方法。 - 前記熱分解グラファイト部片が、300W/m−K〜1800W/m−Kの範囲の面内(a−b方向)熱伝導率を有する、熱分解グラファイト部片、高配向性熱分解グラファイト部片、圧縮焼鈍熱分解グラファイト部片の混合物を含む、
請求項10から請求項12のいずれか1項記載の方法。 - 前記複数の熱分解グラファイト部片を前記非炭素質マトリックス内に配置する段階が、非炭素質材料を含む層間内に前記複数の熱分解グラファイト部片を分布させる段階を含む、請求項10から請求項13のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1から請求項9の何れか1項記載の伝熱複合材を含む、伝熱デバイス。
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