JP2013523639A - 高温伝熱用フルオロエーテルジケトン - Google Patents

Abstract

デバイスと伝熱のための機構とを含む装置において有用であることができるフルオロエーテルジケトンが提供される。提供されるフルオロエーテルジケトンは、１７５℃よりも高い温度にて安定であり、環境に優しく、製造するのに経済的である。提供される装置は、電子的デバイスの気相はんだ付けに有用であり得る。
【選択図】なし

Description

本開示は、伝熱流体としてフルオロエーテルジケトンを含む装置及び方法に関する。

現在、各種流体が伝熱のために使用されている。伝熱流体の適合性は、適用プロセスに依存する。例えば、いくつかの電気的用途は、不活性であり、高い絶縁耐力を有し、低毒性を有し、良好な環境特性を有し、かつ幅広い温度範囲にわたって良好な伝熱特性を有する伝熱流体を必要とする。他の用途では、精密な温度制御を必要とし、したがって、伝熱流体はプロセス温度範囲全体にわたって単一相であることが必要とされ、かつ伝熱流体特性が予測可能であることが必要とされ、すなわち、組成物が比較的一定したままであって、粘度、沸点などが予測可能であり、精密な温度が維持され、かつ機器が適切に設計可能であることが必要とされる。

ペルフルオロカーボン、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）及び一部のハイドロフルオロエーテルは、伝熱のために使用されてきている。ペルフルオロカーボン（ＰＦＣ）は、高い絶縁耐力及び高い固有抵抗を有することができる。ＰＦＣは、不燃性であることができ、一般に構造体の材料に機械的に適合し、限られた溶解作用を呈する。加えて、ＰＦＣは、一般に、低毒性及び操作者のとっての良好な使いやすさを呈する。ＰＦＣは、狭い分子量分布を有する製品を生じるようなやり方で製造することができる。しかしながら、ＰＦＣ及びＰＦＰＥは、高い地球温暖化係数を生じさせ得る長期環境耐性を持つという一つの重要な欠点を呈し得る。

ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）は、ＰＦＣについて述べられるのと同じ利点の多くを呈する。加えて、これらの材料を製造するために開発された方法は、一定の分子量を有さない生成物を生じ得、したがって、性能がばらつく傾向があり得る。

例えば、気相はんだ付けで使用するためなどの市場の高温でのニーズに好適である伝熱流体が必要とされ続けている。使用温度にて熱安定性を有し、地球温暖化係数が低下するような短い大気寿命を有する伝熱流体も引き続き必要とされている。提供されるフルオロエーテルジケトンは、製造が容易であり、高温での伝熱流体として良好に作用し、一貫して製造できる製品を生じる。加えて、これらは、典型的には１７０℃よりも高い使用温度にて熱的に安定であることができ、従来物質よりも相対的に短い大気寿命を有することができる。これらのフルオロエーテルジケトンを含む高温伝熱のための装置及びプロセスも必要とされている。

本開示では、
「鎖中ヘテロ原子」は、炭素−ヘテロ原子−炭素の連鎖を形成するようにカーボン連鎖において炭素原子に結合している炭素以外の原子（例えば、酸素及び窒素）を意味する。
「デバイス」は、加熱される、冷却される、又は所定の温度に維持される物体又は装置を意味する。
「ペルフルオロアルキルカルボニル」は、カルボニル基上にペルフルオロアルキル置換基を含む部分を意味する。
「不活性」は、通常の使用状況下では一般に化学的に反応しない化学的組成物を意味する。
「機構」は、部品のシステム又は機械的装置を意味し、伝熱流体を含むことができる。並びに、
「ペルフルオロ」（例えば、「ペルフルオロアルキレン」又は「ペルフルオロアルキルカルボニル」又は「ペルフルオロ化」の場合のような、基又は部分に関して）は、完全にフッ素化されていることを意味し、その結果、特記しない限り、フッ素と置換できる炭素に結合した水素原子がないことを意味する。並びに、
「末端」は、分子の端部にあるか又は分子の端部に１つの基のみが結合している部分又は化学基を意味する。

一態様では、少なくとも１個の鎖中二価酸素原子を場合により含む２個の末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基と、４個以上の鎖中原子を有する介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントと、を含む、フルオロエーテルジケトンが提供され、上記ペルフルオロアルキレンセグメントは、介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントが−ＯＣ_２Ｆ_４Ｏ−基を含有しないという条件で、１個以上の鎖中二価酸素原子を含有し、上記末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基の分枝鎖は、上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のカルボニル部分に隣接している上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のペルフルオロアルキル部分の炭素原子上にあり、化合物中の炭素原子の合計数は少なくとも１２である。典型的には、提供されるフルオロエーテルジケトンは、周囲気圧にて１７０℃以上の沸点を有することができる。

別の態様では、デバイスと、デバイスへの又はデバイスからの伝熱のための機構と、を含む伝熱のための装置が提供され、機構は、少なくとも１個の鎖中二価酸素原子を場合により含む２個の末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基と、４個以上の鎖中原子を有する介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントと、を含む、フルオロエーテルジケトンを含む伝熱流体を含み、上記ペルフルオロアルキレンセグメントは、介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントが−ＯＣ_２Ｆ_４Ｏ−基を含有しないという条件で、１個以上の鎖中二価酸素原子を含有し、上記末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基は、上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のカルボニル部分に隣接している上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のペルフルオロアルキル部分の炭素原子上にあり、化合物中の炭素原子の合計数は少なくとも１２である。デバイスは、電子的構成要素であることができる。機構は、デバイスへ又はデバイスから伝熱し、フルオロエーテルジケトンを含む。装置は、例えば、電子的構成要素の気相はんだ付けのために使用することができる。

最後に、別の態様では、デバイスを準備することと、機構を用いてデバイスへ又はデバイスから伝熱することと、を含む伝熱方法が提供され、機構は伝熱流体を含み、伝熱流体は、少なくとも１個の鎖中二価酸素原子を場合により含む２個の末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基と、４個以上の鎖中原子を有する介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントと、を含む、フルオロエーテルケトンを含み、上記ペルフルオロアルキレンセグメントは、介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントが−ＯＣ_２Ｆ_４Ｏ−基を含有しないという条件で、１個以上の鎖中二価酸素原子を含有し、上記末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基の分枝鎖は、上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のカルボニル部分に隣接している上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のペルフルオロアルキル部分の炭素原子上にあり、化合物中の炭素原子の合計数は少なくとも１２である。

提供されるフルオロエーテルジケトンは、伝熱流体において有用であることができる。提供されるフルオロエーテルジケトンは、驚異的に良好な熱安定性を有する。また、これらは、広い範囲の温度における高い比熱容量、高い絶縁耐力、低い電気伝導率、化学的不活性、及び良好な環境特性をも有する。提供されるフルオロエーテルジケトンはまた、気相はんだ付けにおける構成要素としても有用であり得る。

上記の概要は、本発明のすべての実施の開示された各実施形態を記述することを意図したものではない。以下の詳細な説明により、例示的な実施形態をより具体的に示す。

以下の説明において、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、その他の実施形態を想到し実施し得ることが、理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。

他に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴の大きさ、量、物理特性を表わす数字はすべて、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。終点による数の範囲の使用は、その範囲内（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）のすべての数及びその範囲内の任意の範囲を含む。

例えば、気相はんだ付けで使用するためなどの市場の高温でのニーズに特に好適である伝熱流体が必要とされ続けている。このような用途では、１７０℃〜２５０℃の温度が典型的に使用され、２００℃は、鉛ベースのはんだを用いるはんだ付け用途に特に有用であり、２３０℃は、融点がより高い鉛フリーのはんだに有用である。現在、この用途に使用される材料は、ペルフルオロポリエーテルクラスのものである。かつては、この用途領域のための特定のペルフルオロ化アミンが市場に出回っていた。ペルフルオロポリエーテルは、採用される温度で必要とされる熱安定性を有する一方で、これらが非常に環境持続性であるという欠点をも有し、非常に長い大気寿命を持ち、これらの高フッ素含量に起因して高い地球温暖化係数を伴う。このように、大気寿命がはるかに短く、それでいて気相はんだ付け並びに他の高温伝熱用途において有用であるのに十分な安定性を有する新規材料が必要とされている。

一部のハイドロフルオロエーテルは、伝熱流体として開示されている。代表的なハイドロフルオロエーテルは、米国特許出願第１２／２６３，６６１号、表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ Ｅｔｈｅｒｓ，Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ Ｅｔｈｅｒｓ ａｎｄ Ｕｓｅｓ Ｔｈｅｒｅｏｆ」（２００８年１１月３日出願）、並びに米国特許出願公開第２００７／０２６７４６４号（Ｖｉｔｃａｋ ｅｔ ａｌ．）及び同第２００８／０１３９６８３号（Ｆｌｙｎｎ ｅｔ ａｌ．）、並びに、米国特許第７，１２８，１３３号及び同第７，３９０，４２７号（Ｃｏｓｔｅｌｌｏ ｅｔ ａｌ．）に見出すことができる。しかしながら、不活性で、高い絶縁耐力、低い電気伝導率、化学的不活性、熱安定性、及び効果的熱伝導を有し、幅広い温度範囲にわたって液体であり、広い範囲の温度で良好な伝熱特性を有し、更には地球温暖化係数が比較的低くなるように大気中での寿命が適度に短い伝熱流体の必要性がある。

少なくとも１７０℃の沸点を有する好適な構造のペルフルオロ化ジケトンは、これらの高温伝熱用途にとって実行可能な候補とするのに必要とされる安定性を有し、並びに、必要な短い大気寿命を持ち、したがって、地球温暖化係数が低い、と考えられる。例えば、低分子量ケトンＣ_２Ｆ_５ＣＯＣＦ（ＣＦ_３）_２は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）からＮＯＶＥＣ ６４９として入手可能であり、下層大気では光化学的に活性であり、約５日の大気寿命を有する。より高分子量のペルフルオロ化ジケトンは、ＵＶスペクトルにおいて同様の吸収を有し、同様の光化学寿命をもたらすことが予測され、これらの構造に起因してわずかな変化が生じるのみである。

提供されるフルオロエーテルジケトンは、少なくとも１個の鎖中二価酸素原子を場合により含む２個の末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基と、４個以上の鎖中原子を有する介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントと、を含み、上記ペルフルオロアルキレンセグメントは、介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントが−ＯＣ_２Ｆ_４Ｏ−基を含有しないという条件で、１個以上の鎖中二価酸素原子を含有し、上記末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基の分枝鎖は、上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のカルボニル部分に隣接している上記ペルフルオロアルキルカルボニル基のペルフルオロアルキル部分の炭素原子上にあり、化合物中の炭素原子の合計数は少なくとも１２である。化合物中の炭素原子の数は、最高３０、最高２４、最高１８又は更には最高１６であり得る。分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基は、３個以上の炭素又は酸素原子を含むアルキル基を有し、最多で６個、最多で９個、最多で１２個又は更には最多で２４個を有し得る。分子鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基の例としては、（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＯ−、Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯ−及びＣ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯ−が挙げられる。ペルフルオロアルキルカルボニル基はペルフルオロ化され、親アルキル基又は親アルキル置換基の炭素−水素結合の実質的にすべては、炭素−フッ素結合に置換される。

ペルフルオロアルキレンセグメントとしては、一部の実施形態では、ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２−、ＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ_２Ｆ_４ＯＣＦ（ＣＦ_３）−、ＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣ_４Ｆ_８ＯＣＦ（ＣＦ_３）−、Ｃ_３Ｆ_６ＯＣＦ（ＣＦ_３）−、Ｃ_３Ｆ_６ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）−及び−ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ ⁻を挙げることができる。

一部の実施形態では、提供されるジケトンは、Ａ−Ｂ−Ａ構造の対称分子であり、式中、Ａはペルフルオロアルキルカルボニル基であり、Ｂはペルフルオロアルキレンセグメントである。提供されるフルオロエーテルジケトンは、式（Ｉ）の化学構造を有する：
Ｒｆ_１−Ｃ（Ｏ）ＣＦ（Ｒｆ_２）（Ｏ）_ａＲｆ_３（Ｏ）_ｂＣＦ（Ｒｆ_４）Ｃ（Ｏ）Ｒｆ_１
（Ｉ）
式中、「Ｃ（Ｏ）」はカルボニル基を表し、Ｒｆ_１は、少なくとも１個の鎖中酸素又は窒素ヘテロ原子を場合により含有する分枝鎖、環状又はこれらの組み合わせであるペルフルオロアルキル基であり、Ｒｆ_２及びＲｆ_４＝−Ｆ又は−ＣＦ_３であり、Ｒｆ_３＝最多で１個の鎖中二価エーテル酸素原子により介在され得る２〜９個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖又は環状であり得るペルフルオロアルキル部分であり、Ｒｆ_２又はＲｆ_４のうちの少なくとも１つはＣＦ_３であり、ａ及びｂは独立して０又は１であり、ａ＋ｂ≧１であり、但し、−ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ−基は全く存在しない。代表的なＲｆ_１基としては、Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）−、Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）−、ＣＦ_３ＯＣＦ（ＣＦ_３）⁻ＣＦ_３ＯＣ_３Ｆ_６ＯＣＦ（ＣＦ３）−及びＣ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）−などのペルフルオロイソプロピル及びペルフルオロ化アルキル基の誘導体が挙げられる。

一部の実施形態では、提供されるフルオロエーテルジケトンとしては、以下のものが挙げられる：

及びこれらの組み合わせ。

一部の実施形態では、伝熱を必要とする装置が提供される。この装置は、デバイスと、伝熱流体を用いてデバイスへ又はデバイスから伝熱する機構と、を含む。伝熱流体は、上記のようなフルオロエーテルケトンであることができる。代表的な装置として、冷房システム、冷却システム、試験装置、及び機械加工装置が挙げられる。その他の例として、半導体ダイの性能検査用自動試験装置に用いられるテストヘッド、アッシャー、ステッパー、エッチャー、ＰＥＣＶＤ装置内のシリコンウエファーの保持に使用されるウエファーチャック、恒温槽、及び熱衝撃試験用槽が挙げられる。更に他の実施形態では、提供される装置として、冷凍輸送車両、ヒートポンプ、スーパーマーケットの食料用冷却器、市販の陳列ケース、保管倉庫用冷房システム、地熱暖房システム、太陽熱暖房システム、有機ランキンサイクルデバイス、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。

特定の実施形態では、提供される装置は、デバイスを含む。本明細書では、デバイスは、冷却される、加熱される、又は選択温度に維持される、構成要素、加工対象物、アセンブリなどとして定義される。このようなデバイスとしては、電気部品、機械部品及び光学部品が挙げられる。本発明のデバイスの例として、マイクロプロセッサ、半導体素子製造に用いられるウエファー、出力制御用半導体、配電スイッチギヤ、電力変圧器、回路基板、マルチチップモジュール、パッケージ化された、及びパッケージ化されていない半導体素子、レーザー、化学反応器、燃料電池、及び電気化学セルが挙げられるが、これらに限定されない。一部の実施形態では、デバイスとして、冷却装置、加熱装置、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。他の実施形態では、デバイスは、はんだ付けされる電子的構成要素とはんだを含むことができる。典型的には、はんだ付けに必要とされる熱は、１７０℃超、２００℃超、２３０℃超又は更に高い温度を有する気相により供給することができる。

特定の実施形態では、本開示は、伝熱のための機構を含む。デバイスと熱接触している伝熱機構を配置することにより、熱は伝達される。伝熱機構は、デバイスと熱接触させて配置すると、デバイスから熱を除去し、又は、デバイスに熱を提供し、又は、デバイスを選択された温度に維持する。熱の流れの方向（デバイスから又はデバイスへ）は、デバイスと伝熱機構との間の相対的温度差によって決定される。

伝熱機構は、ポンプ、バルブ、流体収納システム、圧力制御システム、コンデンサー、熱交換器、熱源、ヒートシンク、冷却システム、アクティブ温度制御システム、及びパッシブ温度制御システムを非制限的に含む、伝熱流体を管理するための設備を挙げることができる。好適な伝熱機構の例としては、ＰＥＣＶＤツールにおける温度制御ウエファーチャック、ダイ性能試験のための温度制御試験ヘッド、半導体加工機器内の温度制御作業領域、熱衝撃試験槽液体貯蔵室、及び恒温槽が挙げられるが、これらに限定されない。エッチャー、アッシャー、ＰＥＣＶＤチャンバー、気相はんだ付けデバイスなどの一部のシステムでは、上方の所望される動作温度は、最高１７０℃、最高２００℃又は更に高温であり得る。

伝熱機構は、提供される伝熱流体を含む。提供される伝熱流体は、式（Ｉ）の化学構造により表すことができる：
Ｒｆ_１−Ｃ（Ｏ）ＣＦ（Ｒｆ_２）（Ｏ）_ａＲｆ_３（Ｏ）_ｂＣＦ（Ｒｆ_４）Ｃ（Ｏ）Ｒｆ_１
（Ｉ）
式中、「Ｃ（Ｏ）」はカルボニル基を表し、Ｒｆ_１は、少なくとも１個の鎖中酸素又は窒素ヘテロ原子を場合により含有する分枝鎖、環状又はこれらの組み合わせであるペルフルオロアルキル基であり、Ｒｆ_２及びＲｆ_４＝−Ｆ又は−ＣＦ_３であり、Ｒｆ_３＝最多で１個の鎖中二価エーテル酸素原子により介在され得る２〜９個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖又は環状であり得るペルフルオロアルキレン部分であり、Ｒｆ_２又はＲｆ_４のうちの少なくとも１つはＣＦ_３−であり、ａ及びｂは独立して０又は１であり、ａ＋ｂ≧１であり、但し、−ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ−基は全く存在しない。

提供される装置及び伝熱流体は、高温伝熱流体に対する市場のニーズを満たす。提供されるフルオロエーテルジケトンは、安定な高温伝熱流体をもたらす。

一実施形態では、デバイスは、半導体ダイの性能を試験するために使用される機器を備えることができる。ダイは、半導体基材のウエファーから切り出される個々の「チップ」である。ダイは、半導体製造工場から入手され、これらが性能要件及びプロセッサ速度要件を満たしているか確認するために検査しなければならない。試験は、性能要件を満たさないダイから「良品保証済みダイ」（ＫＧＤ）を選別するために使用される。この試験は、通常、約−８０℃〜約１００℃の範囲の温度にて行われる。

一部の場合では、ダイは一つずつ試験され、個々のダイは、チャックに把持される。このチャックは、そのデザインの一部として、ダイの冷却の供給をもたらす。他の場合では、複数のダイがチャックに把持され、連続して又は並行してのいずれかで試験される。この状況で、チャックは、試験手順中に複数のダイに冷却を提供する。高温条件下でダイの性能の特徴を判定するために、高温でダイを試験することが有利であり得る。この場合、室温を優に上回る良好な冷却性能を有する伝熱流体が有利である。一部の場合では、ダイは、非常に低温にて試験される。例えば、相補的な金属酸化物半導体（「ＣＭＯＳ」）デバイスは、特に低温ほど迅速に機能する。自動化試験機器（ＡＴＥ）がＣＭＯＳデバイスを「基板上」にその恒久論理ハードウェアの部品として採用する場合、低温にて論理ハードウェアを維持することが有利であり得る。

それゆえに、ＡＴＥに最大の汎用性をもたらすために、伝熱流体は、典型的には、低温及高温の両方にて良好に機能し（すなわち、典型的には広い温度範囲にわたって良好な伝熱特性を有し）、不活性であり（すなわち、不燃性、低毒性、非化学反応性であり）、高い絶縁耐力を有し、環境影響が低く、操作温度範囲全体にわたって予測可能な伝熱特性を有する。

別の実施形態では、デバイスには、エッチャーを備えることができる。エッチャーは、約７０℃〜約１５０℃の温度範囲にわたって稼働することができる。典型的には、エッチング中、反応性プラズマを使用して、構造体に非等方散乱的にエッチングして半導体にする。半導体は、シリコンウエファーを含むことができるか、あるいは、ＩＩ〜ＶＩ又はＩＩＩ〜Ｖ半導体を含むことができる。一部の実施形態では、半導体材料は、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ又はＧａＩｎＮＡｓといった、例えば、ＩＩＩ〜Ｖ半導体材料を挙げることができる。他の実施形態では、提供されるプロセスは、ＩＩ〜ＶＩ半導体材料（例えば、カドミウム、マグネシウム、亜鉛、セレン、テルル、及びこれらの組み合わせを含むことができる材料など）をエッチングするのに有用であり得る。代表的なＩＩ−ＶＩ半導体材料としては、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金を挙げることができる。ＣｄＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＣｄＳｅ、及びＨｇＣｄＴｅなどの他のＩＩ〜ＶＩ半導体材料もまた、提供されるプロセスを用いてエッチングされることができる。処理されることになる半導体は、典型的には、一定温度で保持される。したがって、温度範囲全体にわたって単相を有することができる伝熱流体が、典型的には使用される。加えて、伝熱流体は、典型的には、範囲全体にわたって予測可能な性能を有し、その結果、温度を正確に維持することができる。

他の実施形態では、デバイスは、約４０℃〜約１５０℃の範囲の温度にわたって稼働するアッシャーを備えることができる。アッシャーは、ポジ型又はネガ型フォトレジストから作られる光電性有機マスクを除去できるデバイスである。これらのマスクは、エッチング中に使用されて、エッチングされる半導体上にパターンを提供する。

一部の実施形態では、デバイスは、約４０℃〜約８０℃の範囲の温度にわたって稼動できるステッパーを備えることができる。ステッパーは、半導体製造で使用されるフォトリソグラフィの本質的な部品であり、製造に必要とされるレチクルが製造される。レチクルは、ウエファー又はマスク全体を露光するためにステッパーを用いてステッピングし、繰り返す必要があるパターン像を含有するツールである。レチクルを使用して、光電性マスクを露光するのに必要とされる光と影のパターンを作り出す。ステッパーに使用されるフィルムは、典型的には、仕上がりレチクルの良好な性能を維持するために±０．２℃の温度帯内に維持される。

更に他の実施形態では、デバイスは、約５０℃〜約１５０℃の範囲の温度にわたって稼動できるプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバーを備えることができる。ＰＥＣＶＤのプロセスでは、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び炭化ケイ素のフィルムが、ケイ素と、１）酸素、２）窒素又は３）炭素のいずれかと、を含有する試薬気体混合物中で開始される化学反応により、ウエファー上に成長することができる。ウエファーが置かれるチャックは、それぞれ選択された温度にて均一で一定の温度に保持される。

更に他の実施形態では、デバイスは、マイクロプロセッサなどのプロセッサのような電子デバイスを備えることができる。これらの電子デバイスが強力になるにつれて、単位時間当たりに生成する熱量も増加する。したがって、伝熱の機構は、プロセッサ性能において重要な役割を果たす。伝熱流体は、典型的には、良好な伝熱性能、良好な電気適合性（たとえ、冷却板を採用するもののような「間接接触」用途で使用される場合であっても）、並びに、低毒性、低（又は不）燃性及び低環境影響を有する。電気適合性が良好であるには、伝熱流体候補は、高い絶縁耐力、高い体積固有抵抗、及び、極性物質に対する乏しい溶解性を呈することが必要である。加えて、伝熱流体は、良好な機械適合性を呈さなければならず、すなわち、伝熱流体は、構造体の典型的材料に悪影響を与えてはならない。

提供されるデバイスは、本明細書では、選択された温度にて冷却、加熱又は維持される、構成要素、部品組立体などとして定義される。このようなデバイスとしては、電気部品、機械部品及び光学部品が挙げられる。本発明のデバイスの例としては、マイクロプロセッサ、半導体デバイス製造に使用されるウエファー、電力制御半導体、配電用スイッチギヤ、電力変圧器、回路基盤、マルチチップモジュール、パッケージ化された及びパッケージされていない半導体デバイス、化学反応素子、燃料電池及びレーザーが挙げられるが、これらに限定されない。

提供される装置は、伝熱機構を備える。デバイスと熱接触している伝熱機構を配置することにより、熱は伝達される。伝熱機構は、デバイスと熱接触させて配置すると、デバイスから熱を除去し、又は、デバイスに熱を提供し、又は、デバイスを選択された温度に維持する。熱の流れの方向（デバイスから又はデバイスへ）は、デバイスと伝熱機構との間の相対的温度差によって決定される。提供される装置はまた、冷凍システム、冷却システム、試験機器及び加工機器を備えることもできる。一部の実施形態では、提供される装置は、恒温槽又は熱衝撃試験槽であることができる。

伝熱機構は、提供される伝熱流体を含む。加えて、伝熱機構は、例えば、ポンプ、バルブ、流体収納システム、圧力制御システム、コンデンサー、熱交換器、熱源、ヒートシンク、冷却システム、アクティブ温度制御システム、及びパッシブ温度制御システムが挙げられるがこれらに限定されない、伝熱流体を管理するための設備を備えてもよい。好適な伝熱機構の例としては、ＰＥＣＶＤツールにおける温度制御ウエファーチャック、ダイ性能試験のための温度制御試験ヘッド、半導体加工機器内の温度制御作業領域、熱衝撃試験槽液体貯蔵室、及び恒温槽が挙げられるが、これらに限定されない。恒温槽は、典型的には、広い温度範囲にわたって操作される。したがって、望ましい伝熱流体は、好ましくは、広い液体範囲及び良好な低温伝熱特性を有する。このような特性を有する伝熱流体は、恒温槽に対して非常に広い稼動範囲を可能にする。典型的には、ほとんどの試験流体は、広い温度限界に対して流体の交換を必要とする。また、良好な温度制御は、伝熱流体の物理特性を精確に予測するのに本質的である。

他の態様では、デバイスを準備することと、機構を用いてデバイスへ又はデバイスから伝熱することと、を含む、伝熱方法が提供される。機構は、本明細書に開示されているフルオロエーテルジケトンなどの伝熱流体を含むことができる。提供される方法は、気相はんだ付けを含むことができ、デバイスは、はんだ付けされる電子的構成要素である。

本発明の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。

特に記載のない限り、すべての溶媒及び試薬は、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手され得る。本明細書で使用するとき、「ＮＯＶＥＣ−７２００」は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能であるエチルペルフルオロブチルエーテルを指す。また、本明細書で使用するとき、「ＨＦＰＯ」はヘキサフルオロプロペンオキシドを指し、「ＨＦＰ」はヘキサフルオロプロペンを指す。「ジグリム」は、ジエチレングリコールジメチルエーテルを指す。

実施例１：１，１，１，２，４，５，５，６，６−ノナフルオロ−２−ヘプタフルオロプロピルオキシ−６−（１，３，４，４，４−ペンタフルオロ−３−ヘプタフルオロプロピルオキシ−２−オキソ−１−トリフルオロメチル−ブトキシ）−４−トリフルオロメチル−ヘキサン−３−オンの調製。（ＩＩ）
本質的には米国特許第２，７１３，５９３号（Ｂｒｉｃｅ ｅｔ ａｌ．）及びＲ．Ｅ．Ｂａｎｋｓ，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｏｆｌｕｏｒｉｎｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｐ．１９〜４３，Ｈａｌｓｔｅｄ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９８２）に記載のタイプのＳｉｍｏｎｓ ＥＣＦセル中のイタコン酸ジメチルの電気化学的フッ素化により、２，２，３−トリフルオロ−３−トリフルオロメチル−ブタンジオイルジフルオリドを調製した。この二塩基酸フッ化物（１０７．３ｇ、０．４４ｍｏｌ）、フッ化カリウム（５．４ｇ、０．０９３ｍｏｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）及びジグリム（３０ｇ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を６００ｍＬのＰａｒｒリアクター内で組み合わせた。ヘキサフルオロプロピレンオキシド（７３．７５ｇ、０．４４ｍｏｌ、ＤｕＰｏｎｔ）を気体としてリアクターに、温度が１２℃よりも低く維持され、圧力が１０ｐｉｓｇ（６８．９ｋＰａ）よりも低く維持されるような速度にて添加した。２時間後にＨＦＰＯの添加を完了した。添加後１時間にわたってこの混合物を撹拌した。次に不均質な生成溶液を濾過し、下方のフルオロエーテル生成物相をジグリム相から分離した。合計１０３．８ｇの２，３，３，４，４−ペンタフルオロ−４−（１，２，２，２−テトラフルオロ−１−フルオロカルボニル−エトキシ）−２−トリフルオロメチル−ブチリルフルオリドＦＣ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ（Ｏ）Ｆを単離した。７０グラムの単離酸フッ化物（０．１７ｍｏｌ）を次に６００ｍＬのＰａｒｒリアクター内で１，１，１，２，２，３，３−ヘプタフルオロ−３−トリフルオロビニルオキシ−プロパン（９５．７ｇ、０．３６ｍｏｌ、Ｄｙｎｅｏｎ）、フッ化セシウム（１２．８ｇ、０．０８５ｍｏｌ）及び１００グラムのジグリム溶媒と組み合わせた。この混合物を２４時間にわたって７５℃に加熱した。この反応混合物を次に濾過し、下方のフルオロエーテル生成物相を溶媒から分離した。生成物は、同心円管カラムを使用し分別蒸留によって精製した。生成物塊は、ＧＣ／ＭＳにより検査した。

実施例２：（ＣＦ_３）_２ＣＦＣ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２（ＩＩＩ）及びその異性体（ＶＩ）の調製。
前駆体ＦＯＣＣＦ_２ＣＦ_２ＣＯＦの調製。
本質的には米国特許第２，７１３，５９３号（Ｂｒｉｃｅ ｅｔ ａｌ．）及びＲ．Ｅ．Ｂａｎｋｓ，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｏｒｇａｎｏｆｌｕｏｒｉｎｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｐ．１９〜４３，Ｈａｌｓｔｅｄ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９８２）に記載のタイプのＳｉｍｏｎｓ ＥＣＦセル中のブチロラクトンの電気化学的フッ素化により、テトラフルオロスクシニルフルオリドを調製した。分留による精製によって物質を生成し、これは、ＧＣ−ＦＩＤ、ＧＣ／ＭＳ、^１Ｈ−ＮＭＲ及び^１９Ｆ−ＮＭＲ分析によって判定すると、９４．３％のテトラフルオロスクシニルフルオリド及び４．９２％のペルフルオロブチロラクトンであった。

中間体ＦＯＣＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦ、異性体及び高級オリゴマーの調製。
清浄な乾燥させた４００ｍＬステンレス鋼で被覆したＰａｒｒ圧力リアクターに、噴霧乾燥フッ化カリウム（１．６ｇ）及び無水ジグリム（２７ｇ）を充填した。この容器を密閉し、マイナス２５℃に設定したＦＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ冷却循環槽を用いて、冷却した。テトラフルオロスクシニルフルオリド（１９１．５ｇ）をこの密閉したリアクターに充填シリンダーからの液体として添加した。ＨＦＰＯ（３１４ｇ）を添加する８時間の間、冷却循環槽を１６℃に設定した。添加中の反応物の温度は、約１８〜２１℃の範囲であった。反応物を周囲温度にて１６時間にわたって維持し、その後、冷却ユニットを元に戻し、リアクターを１６℃に冷却し、ＨＦＰＯの残り（５３．２ｇ）を２．５時間かけて添加した。１時間の反応に続いて、１時間保持し、その間、相は分離させておき、下方のＨＦＰＯテトラフルオロスクシニルフルオリド付加相を排出した（５３０ｇ）。ＧＣ及びＧＣ／ＭＳ分析は、以下の構成要素を示した。

（ＣＦ_３）_２ＣＦＣ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２及びその異性体の調製。（ＩＩＩ）及び（ＶＩ）
清浄な乾燥させた６００ｍＬのステンレス鋼Ｐａｒｒ圧力リアクターに噴霧乾燥フッ化カリウム（１３ｇ）、無水ジグリム（１５６ｇ）、ＮＯＶＥＣ−７２００（１８５．６ｇ）及びＨＦＰＯテトラフルオロスクシニルフルオリド付加物（１０５ｇ）を充填した。この容器を密閉し、７５℃に加熱した。ＨＦＰ（７３．８ｇ）を５時間かけて添加し、１６時間にわたって反応させた。ＨＦＰ（４０．６ｇ）の二回目の充填を更に３時間かけて添加し、３時間維持した後で、反応を完了させた。この混合物を室温に冷却し、４０ｍｍ Ｈｇ（５．３３ｋＰａ）真空１プレート蒸留に設定した１Ｌ丸底フラスコに移した。この混合物を７５℃に加熱して、ＮＯＶＥＣ−７２００を除去した。フラスコ内容物を周囲温度に冷却し、５００ｍＬ分液漏斗に移した。約１時間後、下方のフルオロエーテル相を分離し、ほぼ等しい容積の２ＮのＨＣｌ溶液で一回洗浄して、下方のフルオロエーテル相１４５グラムを回収した。所望の材料の二種の異性体を、ＧＣ−ＦＩＤ及びＧＣ／ＭＳ分析により分析したところ、純度５０．９％で得られていた。様々なＨＦＰＯテトラフルオロスクシニルフルオリド付加物に対応する他のジケトンは、残りの物質を含んだ。蒸留によりジケトン異性体混合物を更に精製し、この組成物をＧＣ−ＦＩＤ、ＧＣ／ＭＳ、^１Ｈ−ＮＭＲ及び^１９Ｆ−ＮＭＲ分析により確認したところ、２１１．６℃の沸点にて以下の二種の異性体を含有した。

実施例３：（ＣＦ_３）_２ＣＦＣ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２（ＩＶ）の調製。
実施例２の反応混合物からのより高い沸点の留分の予備分画（Refractionation）により、３−１ ＨＦＰＯテトラフルオロスクシニルフルオリド付加物から誘導された３０グラムのジケトンを得、これは、ＧＣ及びＧＣ／ＭＳ分析により測定したところ、約９６．１％の３−１ジケトンを含有しており、沸点はおよそ２４３℃であった。

実施例４：（ＣＦ_３）_２ＣＦＣ（Ｏ）ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２（Ｖ）の調製。
清浄な乾燥させた６００ｍＬステンレス鋼Ｐａｒｒ圧力リアクターに、フッ化セシウム（６ｇ）及び無水ジグリム（２０ｇ）を充填した。この容器を密閉し、マイナス２５℃に設定したＦＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ冷却循環槽を用いて、冷却した。充填シリンダーからテトラフルオロスクシニルフルオリド（９５．４ｇ、純度８１．３％）をリアクターに添加した。ヘキサフルオロプロペンオキシド（７３．８ｇ）を添加する１９時間の間、冷却循環槽をマイナス１１℃に設定した。次に、リアクターを８０℃に加熱し、ヘキサフルオロプロペン（１５３ｇ）を２４時間かけて添加した。リアクター内容物を周囲温度に冷却し、５００ｍＬ分液漏斗に移した。下方のフルオロエーテル相を分画して２４グラムを得、これをＧＣ−ＦＩＤ及びＧＣ／ＭＳ分析により測定したところ、９６．４％の所望の物質を含有していた。

本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。本開示に引用されたすべての参照文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (18)

1. ２個の末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基と、
   ４個以上の鎖中原子を有する介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントと、を含む、フルオロエーテルジケトンであって、
   前記ペルフルオロアルキレンセグメントは、前記介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントが−ＯＣ_２Ｆ_４Ｏ−基を含有しないという条件で、１個以上の鎖中二価酸素原子を含有し、
   前記末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基の分枝鎖は、前記ペルフルオロアルキルカルボニル基のカルボニル部分に隣接している前記ペルフルオロアルキルカルボニル基のペルフルオロアルキル部分の炭素原子上にあり、
   化合物中の炭素原子の合計数は少なくとも１２である、フルオロエーテルジケトン。
2. 少なくとも１個のペルフルオロアルキルカルボニル基が少なくとも１個の鎖中二価酸素原子を含む、請求項１に記載のフルオロエーテルジケトン。
3. 周囲気圧にて１７０℃以上の沸点を有する、請求項１に記載のフルオロエーテルジケトン。
4. 請求項１に記載のフルオロエーテルジケトンを含む、伝熱流体。
5. 式
   Ｒｆ_１−Ｃ（Ｏ）ＣＦ（Ｒｆ_２）（Ｏ）_ａＲｆ_３（Ｏ）_ｂＣＦ（Ｒｆ_４）Ｃ（Ｏ）Ｒｆ_１
   を有する化合物であって、式中、Ｒｆ_１＝少なくとも１個の鎖中酸素又は窒素ヘテロ原子を場合により含有する分枝鎖、環状又はこれらの組み合わせであるペルフルオロアルキル基であり、
   Ｒｆ_２及びＲｆ_４＝−Ｆ又は−ＣＦ_３であり、
   Ｒｆ_３＝最多で１個の鎖中二価エーテル酸素原子により介在され得る２〜９個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖又は環状であり得るペルフルオロアルキレン部分であり、Ｒｆ_２又はＲｆ_４のうちの少なくとも１つはＣＦ_３−であり、
   ａ及びｂは独立して０又は１であり、ａ＋ｂ≧１であり、但し、Ｒｆ_３は
   −ＯＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ−を含有しない、化合物。
6. 

   及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４に記載の化合物。
7. デバイスと、
   前記デバイスへの又は前記デバイスからの伝熱のための機構と、を含む、伝熱のための装置であって、前記機構は、
   ２個の末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基と、
   ４個以上の鎖中原子を有する介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントと、を含む、フルオロエーテルジケトンを含む伝熱流体を含み、前記ペルフルオロアルキレンセグメントは、前記介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントが−ＯＣ_２Ｆ_４Ｏ−基を含有しないという条件で、１個以上の鎖中二価酸素原子を含有し、
   ここで、前記末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基の分枝鎖は、前記ペルフルオロアルキルカルボニル基のカルボニル部分に隣接している前記ペルフルオロアルキルカルボニル基のペルフルオロアルキル部分の炭素原子上にあり、
   化合物中の炭素原子の合計数は少なくとも１２である、装置。
8. 少なくとも１個のペルフルオロアルキルカルボニル基が少なくとも１個の鎖中二価酸素原子を含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記デバイスが、マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエファー、電力制御半導体、電気化学電池（リチウムイオン電池を含む）、配電スイッチ装置、電力変圧器、回路基板、マルチチップモジュール、パッケージ化された又はパッケージ化されていない半導体デバイス、燃料電池、及びレーザーから選択される、請求項７に記載の装置。
10. 前記機構が前記デバイスへ伝熱する、請求項７に記載の装置。
11. 前記機構が前記デバイスから伝熱する、請求項７に記載の装置。
12. 前記機構が前記デバイスを選択温度に維持する、請求項７に記載の装置。
13. 伝熱のための前記機構が、前記デバイスを冷却するためのシステム内構成要素であって、前記システムが、ＰＥＣＶＤツール内のウエハチャックを冷却するためのシステム、ダイ性能試験のための試験用ヘッド内温度の制御システム、半導体処理装置内の温度制御システム、電子デバイスの熱衝撃試験、及び電子デバイスの定温維持システムから選択される、請求項７に記載の装置。
14. 前記デバイスが、はんだ付けされる電子的構成要素と、はんだと、を含む、請求項７に記載の装置。
15. 前記機構が気相はんだ付けを含む、請求項１４に記載の装置。
16. デバイスを準備することと、
    機構を用いて前記デバイスへ又は前記デバイスから伝熱することと、を含む、伝熱方法であって、
    前記機構は、
    伝熱流体を含み、
    前記伝熱流体は、
    ２個の末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基と、
    ４個以上の鎖中原子を有する介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントと、を含む、フルオロエーテルジケトンを含み、前記ペルフルオロアルキレンセグメントは、前記介在直鎖、分枝鎖又は環状ペルフルオロアルキレンセグメントが−ＯＣ_２Ｆ_４Ｏ−基を含有しないという条件で、１個以上の鎖中二価酸素原子を含有し、
    前記末端分枝鎖ペルフルオロアルキルカルボニル基は、前記ペルフルオロアルキルカルボニル基のカルボニル部分に隣接している前記ペルフルオロアルキルカルボニル基のペルフルオロアルキル部分の炭素原子上にあり、化合物中の炭素原子の合計数は少なくとも１２である、伝熱方法。
17. 少なくとも１個のペルフルオロアルキルカルボニル基が少なくとも１個の鎖中二価酸素原子を含む、請求項１６に記載の伝熱方法。
18. 前記デバイスが、はんだ付けされる電子的構成要素である、請求項１６に記載の気相はんだ付け方法。