JP2020511004A - 熱インターフェースの製造方法、熱インターフェース、および熱インターフェースを含む熱管理アッセンブリ - Google Patents

熱インターフェースの製造方法、熱インターフェース、および熱インターフェースを含む熱管理アッセンブリ Download PDF

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モーガン イーアールビー，ランドール
モーガン イーアールビー，ランドール
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アール．ティー． バーバー，ジャブラニ
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Abstract

一実施態様において、熱インターフェース物品を作るための方法は、流動性マトリクス組成物、厚さまたは直径より大きい平均長を有する複数の磁性、熱伝導性粒子を含む流動性コンポジットを形づくることを含み、ここで、複数の磁性、熱伝導性粒子は、それに付着した磁性または超常磁性のナノ粒子を有し、流動性コンポジットを第１の面と反対側の第２の面とを含み、第１の面と反対の第２の面とに垂直のＺ軸を有する形状に提供し、さらに当該方法は、流動性コンポジットを回転磁場と振動力とに、Ｚ軸に沿って複数の磁性、熱伝導性粒子の平均長さを整列させるのに有効な量および時間さらすこと、そして、流動性マトリクス組成物を凝固させて熱インターフェースを提供すること、ここで、熱インターフェースは少なくとも１．０Ｗ／ｍＫのＺ方向熱伝導率を有する、を含む。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１７年２月２８日出願の米国仮特許出願番号６２／４６４，４６８号および２０１７年７月２０日出願の米国仮特許出願番号６２／５３４，７６５号の利益を請求する。前記関連出願は、本明細書にその全部を参照して組み入れられる。
本件開示は、熱インターフェースの製造方法に関し、特に、電子装置における使用に適する熱インターフェースに関する。
テレビ、ラジオ、コンピューター、医療機器、事務機器、通信機器などの電子装置の回路設計は、ますます小型化および薄型化されている。そのような電子部品のパワーの増加により、発熱が増加している。さらに、より小さな電子部品がより小さなスペースに密集して詰め込まれているため、ホットスポット温度が高くなり、より強力な発熱が生じる。同時に、大幅なパフォーマンスの低下やシステム障害を回避するために、電子装置の温度に敏感な要素を規定の動作温度内に維持する必要がある場合がある。
これに関連して、効果的な熱放散を促進するために熱インターフェース（界面）材料（ＴＩＭ）が開発された。一般に、これらのＴＩＭは、熱伝導性粒子を含む熱硬化性ポリマーなどのコンポジットに基づいている。例えば、エポキシは、その優れた接着特性と加工性のために、当技術分野で最も広く使用されている熱硬化性ポリマーの一部である。ただし、エポキシ自体の熱伝導率は比較的低いため、最新のマイクロエレクトロニクス装置で発生する熱を効果的に放散しない。その結果、通常、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの熱伝導性材料がポリマーに組み込まれ、効果的な熱放散を達成する。
一般に、所望の熱伝導率、したがって熱放散を達成するために、比較的高い粒子負荷が使用される。高い粒子負荷を有するコンポジットに関連する欠点は、ポリマーの機械的特性の劣化であり、剛性（典型的にはセラミック）粒子がポリマーマトリックスの欠陥として作用する。さらに、これらの高い粒子負荷は、ポリマーの主要な利点の１つであるコンポジットの加工性を低下させる。これは、コンポジットの粘度が粒子体積分率とともに増加するためである。非球形の熱伝導性粒子を整列させることにより、熱伝導性粒子の量を減らす方法または熱伝導性を改善する方法が記載されている。
それにも関わらず、熱インターフェース、特にコンポジットから形成されたものの製造のための改善された方法に対する技術の必要性が残っている。熱インターフェースが、容易に加工可能であり、現在の熱インターフェースよりも改善された機械的特性を有し、熱伝達効率が改善されたコンポジット、または上記の組み合わせから作られた場合、特に有利であろう。
本明細書に記載されているのは、熱インターフェース物品を作るための方法であって、当該方法は、流動性マトリクス組成物、１〜８０体積％の厚さまたは直径よりも大きい平均長を有する複数の磁性、熱伝導性粒子を含む流動性コンポジットを形づくることを含み、ここで、複数の磁性、熱伝導性粒子は、それに付着する磁性または超常磁性ナノ粒子、および任意選択で複数の磁性、熱伝導性粒子とは異なる追加の充填剤を有し、流動性コンポジットを第１の面と反対側の第２の面とを含み、第１の面と反対の第２の面とに垂直のＺ軸を有する形状に提供し、さらに当該方法は、流動性コンポジットを、回転磁場と、Ｚ軸に沿って複数の磁性、熱伝導性粒子の平均長さを整列させるのに有効な量および時間、流動性コンポジットのＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に、またはＺ方向のみに沿う振動力とにさらすこと、そして、流動性マトリクス組成物を凝固させて熱インターフェースを提供すること、ここで、熱インターフェースは少なくとも１．０Ｗ／ｍＫ、または１．０〜１８．０Ｗ／ｍＫ、または１．１〜１５．０Ｗ／ｍＫ、または１．２〜１２．０Ｗ／ｍＫ、または１．３〜１０．０Ｗ／ｍＫ、または１．５〜９．０Ｗ／ｍＫのＺ方向熱伝導率を有する、を含む。
上述の方法によって作られた熱インターフェースが記載されている。
熱インターフェースを含む熱管理システムもまた記載されている。
上記のおよび他の特徴は、以下の図面、詳細な説明および特許請求の範囲によって例示される。
以下の図は、本開示を説明するために提供される例示的な実施態様であり、同様の要素には同様の番号が付けられている。図面は実施例を例示するものであり、本開示に従って作製されるデバイスを本明細書に記載の材料、条件、またはプロセスパラメータに限定することを意図するものではない。
図１は、インターフェースの対向する熱伝達面に垂直なＺ軸に沿って整列した熱伝導性粒子を有するコンポジットを含む例示的な熱インターフェースの断面概略図を示す。 図２は、熱インターフェースを含む熱管理システムの断面概略図を示す。 図３は、実施例１の比較熱インターフェース材料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を示す。 図４は、実施例３の熱インターフェース材料のＳＥＭを示す。 図５は、実施例３の熱インターフェース材料の上面ＳＥＭを示す。 図６は、実施例３の熱インターフェース材料の上面ＳＥＭを示す。 図７は、磁性または超常磁性ナノ粒子が付着していない（“生”）および付着している（“機能化”）熱伝導性粒子の組み込みを示すグラフである。 図８は、実施例４の熱インターフェース材料のＳＥＭを示す。 図９は、複数の磁性、熱伝導性ロッドを含む熱インターフェースの実施態様の図解である。 図１０は、ホットプレス後の浸透が増大した複数の磁性の熱伝導性ロッドを含む熱インターフェースの実施態様の図解である。
Ｘ、Ｙ、およびＺ方向の３つすべて、またはＺ方向（本明細書ではＺ軸とも呼ばれる）のみに振動力が適用された、磁気的手段と振動手段の両方を使用して、コンポジット材料中の被覆磁性、熱伝導性粒子（本明細書では粒子または被覆粒子ともいう）を整列させることにより、改善された熱インターフェースが得られることが発見された。被覆された磁性、熱伝導性粒子は、形状が非球形であり、磁性または超常磁性ナノ粒子、好ましくは鉄含有ナノ粒子を含有するか、またはそれで被覆されている。被覆された磁性熱伝導性粒子は、流動性ポリマーまたはプレポリマー組成物などの流動性マトリクス組成物と組み合わされ、第１の表面および反対側の第２の表面を有する形状に形成される。整列化は、流動性コンポジット（形状を有する）を回転磁場と振動力にさらし、続いて流動性マトリクス組成物を凝固させて熱インターフェースを提供することを含む。熱インターフェースは、電子機器に直接使用することも、さらに成形することもできる。
本明細書に記載の方法により製造された例示的な熱インターフェースが図１に示されていて、図１は、Ｙ−Ｚ面に沿った概略断面図である。熱インターフェース１０は、熱管理アセンブリ（図示せず）内の熱源およびヒートシンクにそれぞれ接触するための第１の熱伝達面１２および第２の反対側の熱伝達面１４を含む。熱インターフェース１０は層の形態で示されているが、一方の表面上の熱源と反対側の表面上のヒートシンクに接触するように配列された任意の形状であり得ることを理解されたい。
熱インターフェース１０は、ポリマーマトリクス１８と、非球形の被覆磁性、熱伝導性粒子１６とを含む。熱インターフェース１０の製造中の磁場および振動力の適用は、粒子１６を対向する伝熱面１２、１４に対して垂直であるＺ軸に沿った方向、すなわち、対向する面１２、１４の間の横方向の厚さの方向に整列させる。有利なことに、粒子のこの整列は、熱インターフェースにおける改善されたＺ軸熱伝導率を提供する。さらなる利点において、熱インターフェースは、主に第１および第２の表面１２、１４の間でＺ軸方向に熱を伝達する。
「方向に」、「向きに」などの用語は、粒子１６の非球形軸が、磁場と振動力がない場合のそれらの配向と比べて、特定の方向に、平均して、より大きな程度に偏り、または配向されることを意味する。したがって、粒子１６は、必ずしもＺ軸と完全に整列している必要はないが、本明細書に記載の磁場および振動力にさらされていないときよりもそうである。一実施態様において、粒子１６の非球形軸の平均角度は、Ｚ軸方向に少なくとも１０度、または少なくとも２５度、または少なくとも４５度、または少なくとも６５度だけ変化する（配向を増加させる）。粒子１６は、平均して、最長軸が平均して、Ｚ軸に対して０〜８０度、または０〜６０度、または０〜４５度の角度になるように配向させることができる。Ｚ軸に沿った配向は、例えば、図１に示されるように、Ｙ−Ｚ面に沿って、または図１のＸ−Ｙ面に沿って取られた熱インターフェースの断面の測定によって決定され得る。他の決定方法、例えば、Libanori, R, Erb, R. M., and Sudart, A. R. in “Mechanics of Platelet-Reinforced Composites Assembled Using Mechanical and Magnetic Stimuli,” Applied Materials & Interfaces, pp. 10794- (2013)に記載された小板の整列を決定するＸ線回折技術を使用することができる。
熱管理インターフェースは、流動性マトリクス組成物と磁性の熱伝導性粒子を含む流動性コンポジットから製造され、これについては以下でさらに詳しく記載する。
流動性マトリクス組成物は、熱インターフェースを合理的に製造するのに有効な期間で粒子の整列を可能にする粘度を有する。本明細書で使用される「流動性」組成物には、チキソトロピー組成物が含まれる。流動性は、本質的に流動可能なマトリクス組成物を使用して、マトリックス組成物用の溶媒を使用して、または前述の少なくとも１つを含む組み合わせを使用して、マトリックス組成物を加熱することにより付与され得る。したがって、マトリックス組成物は、流動性を提供するために加熱された、または溶媒に溶解された熱可塑性ポリマー、または本質的に流動性であるか、溶媒に溶解された硬化性マトリックス組成物を含むことができる。
流動性組成物は、熱可塑性ポリマーを含むことができる。本明細書で使用する「熱可塑性」という用語は、可塑性または変形可能であり、加熱すると融解して液体になり、十分に冷却すると凍結して脆いガラス状態になる材料を指す。使用できる熱可塑性ポリマーの例には、ポリアセタール（ポリオキシエチレン、ポリオキシメチレンなど）、ポリ（Ｃ１−６アルキル）アクリレート、ポリアクリルアミド（不飽和およびモノ−Ｎ−およびジ−Ｎ−（Ｃ１−８アルキル）アクリルアミドを含む）、ポリアクリロニトリル、ポリアミド（脂肪族ポリアミド、ポリフタルアミド、およびポリアラミドなど）、ポリアミドイミド、ポリ無水物、ポリアリーレンエーテル（ポリフェニレンエーテルなど）、ポリアリーレンエーテルケトン（ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）など）、ポリアリーレンケトン、ポリアリーレンスルフィド（ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ））、ポリアリーレンスルホン（ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルホン（ＰＰＳ）など）、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリカーボネート（ホモポリカーボネート、ポリカーボネートシロキサン、ポリカーボネート−エステルなどのポリカーボネートコポリマー、およびポリカーボネート−エステル−シロキサンを含む）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリレート、ポリエステル−エーテルなどのポリエステルコポリマーなど）、ポリエーテルイミド（ポリエーテルイミド−シロキサンコポリマーなどのコポリマーを含む）、ポリ（Ｃ１−６アルキル）メタクリレート、ポリメタクリルアミド（不飽和およびモノ−Ｎ−およびジ−Ｎ−（Ｃ１−８アルキル）アクリルアミドを含む）、環状オレフィンコポリマー（ポリノルボルネンおよびノルボルネンユニットを含むコポリマー、例えばノルボルネンなどの環状オレフィンとエチレンまたはプロピレンなどの非環式オレフィンのコポリマー）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン、およびそれらのハロゲン化誘導体（ポリテトラフルオロエチレンなど）、およびそれらのコポリマー、例えばエチレン−α−オレフィンコポリマー）、ポリオキサジアゾール、ポリオキシメチレン、ポリフタリド、ポリシラザン、ポリシロキサン（シリコーン）、ポリスチレン（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）およびメチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン（ＭＢＳ）などのコポリマーを含む）、ポリスルフィド、ポリスルホンアミド、ポリスルホネート、ポリスルホン、ポリチオエステル、ポリトリアジン、ポリ尿素、ポリウレタン、ビニルポリマー（ポリビニルアルコール、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルハライド（ポリビニルフロリドなど）、ポリビニルケトン、ポリビニルニトリル、ポリビニルチオエーテル、およびポリビニリデンフロリドを含む）。上記の熱可塑性ポリマーの少なくとも１つを含む組合せが使用し得る。
熱可塑性ポリマーは、ポリスチレン標準に基づいて、１，０００〜２００，０００グラム／モル（ｇ／ｍｏｌ）、または１，０００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有することができる。熱可塑性ポリマーのメルトフローは、ＡＳＴＭ Ｄ１２８３、摂氏３１６度（℃）、５キログラム（ｋｇ）荷重に従って測定した場合、１グラム（ｇ）／１０分以上、または１０ｇ／１０分以上、または５０ｇ／１０分以上、最大７，５００ｇ／１０分である。
熱可塑性ポリマーを使用してポリマーマトリクスを形成する場合、ポリマーの軟化点以上に加熱するか、溶媒に溶解することにより、ポリマーを流動性にすることができる。溶媒は、ポリマーを所望の程度まで溶解する能力と、粒子の整列中または整列後の除去の容易さの両方のために好ましくは選択される。そのような溶媒の例には、エチルアルコールまたはイソプロピルアルコールなどのアルコール、アセトンなどのケトン、酢酸エチルなどのエステル、キシレンなどの芳香族溶媒、ジメチルアセトアミドなどのアミド溶媒、または上述の少なくとも１つを含む組み合わせを含む。溶媒の量は、ポリマーと溶媒の総体積に基づいて、１０〜６０体積パーセントであり得る。
一実施態様において、流動性マトリクス組成物は、硬化性マトリクス組成物、例えば熱硬化性ポリマーの製造用の熱硬化性組成物を含む。熱硬化性ポリマーは、熱または放射線（例えば、紫外線、可視光線、赤外線、または電子ビーム（ｅ−ビーム）放射線）への曝露により誘発される、不可逆的に硬化して重合または硬化により不溶性になる熱硬化性モノマーまたはプレポリマー（樹脂）から誘導される。熱硬化性ポリマーには、アルキッド、ビスマレイミドポリマー、ビスマレイミドトリアジンポリマー、シアン酸エステルポリマー、ベンゾシクロブテンポリマー、ジアリルフタレートポリマー、エポキシ、ヒドロキシメチルフランポリマー、メラミン−ホルムアルデヒドポリマー、フェノール樹脂（ノボラックやレゾールなどのフェノール−ホルムアルデヒドポリマーを含む）、ベンズオキサジン、ポリブタジエン（ホモポリマーおよびコポリマー、例えばポリ（ブタジエン-イソプレン）を含む）などのポリジエン、ポリイソシアネート、ポリオレフィンエラストマー（ＰＯＥ）などのポリオレフィン、ポリ尿素、ポリウレタン、シリコーン、トリアリルシアヌレートポリマー、トリアリルイソシアヌレートポリマー、および不飽和ポリエステルまたはポリイミドなどのエチレン性不飽和を有する重合性プレポリマーの製品、または前述の少なくとも１つを含む組み合わせを含む。
硬化性モノマーまたはプレポリマーは、重合、共重合、または架橋することができる。したがって、硬化性マトリックス組成物は、当技術分野で知られている追加の成分、例えば、触媒、硬化開始剤、硬化促進剤または硬化剤、溶媒、架橋剤などを含むことができる。そのような成分は当技術分野で知られており、使用される硬化性マトリクス組成物および硬化メカニズムに基づいて選択することができる。硬化性マトリクス組成物は、スチレン、クロロスチレン、アクリル酸、（メタ）アクリル酸、（Ｃ１−６アルキル）アクリレート、（Ｃ１−６アルキル）メタクリレート、アクリロニトリル、酢酸ビニル、酢酸アリル、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、アクリルアミド、または前述の少なくとも１つを含む組合せを含むことができる。硬化性マトリックス組成物は、架橋剤を含むことができる。エチレン性不飽和系での使用に適した架橋剤には、例えばジビニルベンゼンなどの、２つ以上のエチレン性不飽和を有する薬剤が含まれる。
いくつかの実施態様において、熱硬化性組成物は、エポキシプレポリマー、シリコーンプレポリマー、またはシアネートエステルプレポリマーである。エポキシプレポリマーは特に有用である。例示的なエポキシプレポリマーは、ビスフェノールＡエポキシプレポリマー、好ましくはビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦエポキシプレポリマー、フェノールホルムアルデヒドエポキシプレポリマー、脂肪族アルコールエポキシプレポリマー、ポリオールエポキシプレポリマー、グリシジルアミンエポキシプレポリマー、または 前述の少なくとも１つを含む組合せである。プレポリマーの重量平均分子量は、ポリスチレン標準に基づいて４００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌであり得る。
エポキシプレポリマーの触媒の例には、過酸化物、過硫酸塩、過炭酸塩、過ホウ酸塩、アゾ化合物、三級アミンまたはイミダゾールなどのルイス塩基、三フッ化ホウ素錯体などのルイス酸、または上記の少なくとも１つを含む組合せが含まれる。硬化触媒の通常の量は、エポキシ組成物の重量に基づいて０．０５重量パーセント（ｗｔ％）〜１０ｗｔ％である。
硬化剤は、エポキシ基との共反応物として作用する。エポキシプレポリマーの硬化剤には、アミン、好ましくは多官能性第一級アミン、より好ましくは多官能性第一級脂肪族アミン、さらにより好ましくはトリエチレンテトラミン；酸、好ましくは有機酸；酸無水物、好ましくは有機酸無水物、より好ましくは環状有機酸無水物、さらにより好ましくは無水フタル酸；フェノール、好ましくはポリフェノール、より好ましくはビスフェノールＡ；アルコール、好ましくはＣ１−１２アルキルアルコール；チオール、好ましくはＣ１−１２アルキルチオール；または、前述の少なくとも１つを含む組合せが含まれる。硬化剤は、単独でまたは組合せて使用し得る。硬化剤は、エポキシ組成物の重量に基づいて、１〜５０重量％の量で使用することができる。
流動性コンポジットにおける熱伝導性粒子は、熱伝導性で非球形であり、つまり、平均アスペクト比（幅または直径：長さ）１：２〜１：１００，０００、または1：５〜１：１，０００ 、または１：１０〜１：３００を有する場合がある。特に高いアスペクト比を有する粒子の例示的な形状には、棒状粒子、繊維、ウィスカーなどが含まれる。別の実施態様において、熱伝導性粒子は、小板、例えば、１：２５〜１：１００の平均アスペクト比を有する小板の形態である。
これに関して、粒子は、フレーク、小板（プレートレット）、シート（例えば、ナノシート）、繊維状、ロッド、ウィスカー、チューブ、または不規則な形状であり得る。熱伝導性粒子は、個々の（一次）粒子、またはより小さな一次粒子の集合体からなる二次粒子のいずれかである。凝集体は、例えばカプセル化または高温高圧プロセスを使用するなど、さまざまな方法で作成し得る。いくつかの実施態様において、熱伝導性粒子（一次粒子または凝集粒子のいずれか）は、走査電子顕微鏡または動的光散乱によって決定される、０．１〜１，０００マイクロメートル（μｍ）の平均粒子サイズ、または５〜５００μｍの平均粒子サイズ、または１０〜２５０μｍ、または２５〜１５０μｍの平均粒子サイズ（例えば、 平均最大長）を有する。
熱伝導性粒子は、金属および非金属酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、グラファイト、または前述の少なくとも１つを含む組合せを含むことができ、より好ましくは窒化ホウ素、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト、金属および非金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、酸化アンチモン、および酸化ケイ素など）、または上記の少なくとも1つを含む組み合わせを含むことができる。
熱伝導性粒子は、好ましくは窒化ホウ素を含むことができる。窒化ホウ素粒子は、粉末（フレーク、プレートレット、および他の形状を含む）、繊維、ロッド、ウィスカー、シート、ナノシート、または窒化ホウ素ナノチューブ（ＢＮＮＴ）の形態であることができ、結晶タイプ、形状およびサイズ、およびそれらの分布を含む、に関して異なる場合がある。
結晶型に関して、窒化ホウ素粒子は、六方晶、立方晶、ウルツ鉱、菱面体晶、または他の合成構造である構造を含むことができる。さまざまな構造の中で、六方晶構造（ｈＢＮ）の窒化ホウ素粒子は１０〜３００ワット／メートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）以上の優れた熱伝導率を得ることができ、立方体構造の粒子は最大１，３００Ｗ／ｍＫの非常に高い熱伝導率を得ることができる。ｈＢＮ粒子は、さまざまな商業的供給源から入手することができる。
六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）は、グラファイトに似た層状構造を持ち、層が層中の六角形の環が一致するように位置合わせして積み重ねられる。Ｎ原子とＢ原子の位置は層ごとに交互になる。一実施態様において、窒化ホウ素粒子は、少なくとも０．１２、または０．２０〜０．５５、または０．３０〜０．５５の結晶化指数を有する六角形構造を有する。
結晶性または部分的に結晶性の窒化ホウ素粒子は、当技術分野で知られている方法によって作ることができる。これらには、例えば、米国特許第５，８９８，００９号および第６，０４８，５１１号に開示されているプレス法から製造された窒化ホウ素粉末、米国特許公開第２００５／００４１３７３号に開示されている窒化ホウ素凝集粉末、および米国特許第６，９５１，５３８号に開示されている高度に剥離した窒化ホウ素粉末が含まれ得る。さまざまな窒化ホウ素粉末が、例えば、ＰｏｌａｒＴｈｅｒｍａ(商標)窒化ホウ素の商品名でＭｏｍｅｎｔｉｖｅから商業的に入手可能である。いくつかの実施態様において、窒化ホウ素粉末は、小板形態の窒化ホウ素粒子を含むことができる。
一実施態様において、窒化ホウ素粉末は、平均サイズが５００ナノメートル（ｎｍ）〜１００μｍの不規則な形状のｈＢＮ小板を含む。別の実施態様において、窒化ホウ素粉末は、異なる窒化ホウ素のタイプまたはサイズ、例えば、６０〜９０体積％の比較的層の平均粒子サイズを示す粒子と組み合わせて、第１の比較的小さな平均粒子サイズを示す窒化ホウ素粉末の１０〜４０体積パーセント（体積％）のブレンドである。粒子サイズとは、走査型電子顕微鏡などの標準的な粒子測定によって最適に決定される平均直径または等価直径をいう。
一実施態様において、窒化ホウ素粒子は、１：２〜１：１００，０００、または１：５〜１：１，０００、または１：１０〜１： ３００の平均アスペクト比（粒子の幅または直径と長さの比）を有する。特に高いアスペクト比を有する粒子の例示的な形状には、棒状粒子、繊維、ウィスカーなどが含まれる。さらに別の実施態様において、窒化ホウ素は小板の形態である。窒化ホウ素小板は、１：２５〜１：１００の平均アスペクト比（小板の幅または直径と厚さの比）を有し得る。
さまざまな商業ソースから市販されている窒化ホウ素ナノチューブ（ＢＮＮＴ）は、熱インターフェースに分散させることができる。窒化ホウ素ナノチューブは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の類似物と見なすことができるが、六角形のＢ−Ｎ結合ネットワークで構成されている、１次元のナノ構造の一種である。ただし、ＣＮＴは純粋な共有Ｃ−Ｃ結合を持っているが、Ｂ−Ｎ結合は、ホウ素と窒素の電気陰性度の違いにより、部分的なイオン特性を持っている。その結果、ＢＮＮＴは電気的に絶縁性である。ＢＮＮＴは、高い化学的安定性、空気中で最大８００℃の熱安定性、および優れた熱伝導率も示す。ボールミリングアニーリング法、触媒ベースの化学蒸着法（ＣＶＤ）、アーク放電、レーザー蒸発、およびプラズマ強化パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）など、ＢＮＮＴを製造するための多くの合成法がすでに確立されている。
熱伝導性粒子を磁性にする方法は、当技術分野で知られており、例えば、米国特許第８，８８９，７６１号に記載されている。熱伝導性粒子、特に窒化ホウ素粒子は、鉄、例えば純鉄、鉄合金、または酸化鉄を含む磁性または超常磁性材料で被覆されている。鉄に加えて、磁性または超常磁性材料は、ニッケル、コバルト、希土類金属の合金、前述の酸化物、または前述の少なくとも１つを含む組合せを含むことができ、粒子は導電性金属を含まない 。好ましくは、磁性または超常磁性材料は、鉄の酸化物であり、任意選択でニッケル、コバルト、希土類金属の合金、前述の酸化物、または前述の少なくとも１つを含む組合せを有する。磁性または超常磁性ナノ粒子は、１〜５００ナノメートル、または１〜２００ナノメートルの平均最大長を持つことができる。
個々の１次または２次は、磁性または超常磁性材料で被覆されたコアとして使用され得る。一実施態様において、熱伝導性粒子、具体的には窒化ホウ素は、例えば、溶媒湿式法により、比較的小さな酸化鉄または他の磁性または超常磁性粒子で被覆される。あるいは、磁性または超常磁性材料は、蒸着などのコーティング技術によってコアに堆積させることができる。しかしながら、粉体を被覆する当業者には理解されるように、粒子を被覆する様々な方法がある。
十分な量の磁性または超常磁性材料をコーティングに使用して、被覆された磁性の熱伝導性粒子が磁場または振動の下で所望の程度のアライメントを得、それに応じて熱インターフェースに所望のレベルの熱伝導率を付与することができる。例えば、被覆された磁性、熱伝導性粒子、特に窒化ホウ素は、被覆された磁性、熱伝導性粒子、特に窒化ホウ素の総重量に基づいて磁性または超常磁性材料の０．００１〜４０重量パーセント、または０．０１〜１０重量パーセント、または０．０５〜５重量パーセント、または０．５〜５重量パーセント、または０．１〜３重量パーセントを含むことができる。
すべての熱伝導性粒子を被覆したり、磁気コーティングで各粒子を完全に覆ったりする必要はない。したがって、少なくとも実質的に被覆された粒子を使用することができる。例えば、一実施態様において、熱伝導性粒子の所与のバッチは、被覆された粒子の総表面積の１〜７０％以上、または２〜５０％、または２〜２０％以上を有することができる。同様に、コーティングの厚さも大きく異なる。一実施態様において、コーティングの厚さは、１ナノメートル〜１０マイクロメートル、または２〜２００ナノメートル、または５〜５０ナノメートルである。
流動性コンポジットは、意図された適用に望まれる熱伝導度を提供するのに十分な重量または体積による量または割合の熱伝導性粒子を含むことができる。一般的に、負荷は、熱インターフェースに、熱インターフェースの総体積に基づいて１〜８０体積％、５〜８０体積％、または１〜６０体積％、または１〜５０体積％、または５〜６０体積％、または１０〜５０体積％、または１０〜４０体積％、または２０〜８０体積％、または２０〜６０体積％、または３０〜８０体積％、または３０〜７０体積％、または３０〜６０体積％、または３０〜５０体積％、または４０〜８０体積％、または４０〜７０体積％、または４０〜６０体積％、または５０〜８０体積％、それぞれ熱インターフェースの総体積に基づく、の熱伝導性粒子を提供するのに十分な量であり得る。Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの方向すべてに振動力を加えると、熱インターフェースの総体積に基づいて３０体積パーセントを超える熱伝導性粒子を組み込むことができることが分かった。
被覆された磁性の熱伝導性粒子は、充填剤の重量あたりの熱伝導率の主要な手段を提供することができるが、任意に、磁性的に被覆されていない他の熱伝導性充填剤が存在し得る。他の熱伝導性充填剤には、金属および非金属酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、グラファイト粒子、または前述の少なくとも１つを含む組合せ、より具体的には磁性に処理されていない窒化ホウ素、二ホウ化チタン、 窒化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、酸化アンチモン、酸化ケイ素などの金属および非金属酸化物、またはこれらの少なくとも１つを含む組合せを含み得る。他の熱伝導性充填剤は、結晶、ウィスカー、プレート、球体などを含む、規則的または不規則な形状であり得る。他の熱伝導性充填剤は、少なくとも２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を示す。例えば、経済性の理由のために、ある割合の酸化アルミニウム、すなわちアルミナを使用し得るが、熱伝導率が向上する理由のために、熱伝導性粒子は優れた熱伝導率を提供できる。
流動性マトリクス組成物が他の熱伝導性充填剤を含む場合、被覆された磁性、熱伝導性粒子および他の熱伝導性充填剤の総量は、意図する適用に望ましい熱伝導度を提供するのに十分な重量または体積による量または割合である。一般に、負荷は、熱インターフェースの総体積に基づいて、被覆された磁性、熱伝導性粒子および他の熱伝導性充填剤の１〜８０体積％、またはそれぞれ、熱インターフェースの総体積に基づいて５〜８０体積％、または１〜６０体積％、または１〜５０体積％、または５〜６０体積％、または１０〜５０体積％、または１０〜４０体積l％、または２０〜８０体積％、または２０〜６０体積％ 、または３０〜８０体積％、または３０〜７０体積％、または３０〜６０体積％、または３０〜５０体積％、または４０〜８０体積％、または４０〜７０体積％、または４０〜６０体積％、 または５０〜８０体積％であり得る。Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの方向すべてに振動力を加えると、熱インターフェースの総体積に基づいて、被覆された磁性、熱伝導性粒子およびその他の熱伝導性充填剤を３０体積パーセントを超えて取り込むことができる。
被覆された磁性熱伝導性粒子および他の任意の熱伝導性フィラーは、コーティング剤でコーティングして、さまざまな望ましい特性、例えば流動性マトリクス組成物との適合性を提供することができる。当該技術分野で既知のコーティング剤によるコーティングには、例えば、シラン、有機チタネート、および有機ジルコネートのコーティングが含まれ、または上記の少なくとも１つを含む組合せを使用することができる。コーティング剤には、フェニルトリメトキシシラン、ｐ−クロロメチルフェニルトリメトキシシラン、アミノエチルアミノトリメトキシシラン、アミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）−１−トリエトキシシラン、ネオペンチル（ジアリル）オキシトリネオデカノイルチタネート、ネオペンチル（ジアリル）オキシトリ（ジオクチル）ホスフェートチタネート、ネオペンチル（ジアリル）オキシトリ（ジオクチル）ピロホスフェートジルコネート、ネオペンチル（ジアリル）オキシトリ（Ｎ−エチレンジアミノ）エチルジルコネート、または前述の少なくとも１つを含む組み合わせを含み得る。被覆された磁性、熱伝導性粒子および他の任意の熱伝導性フィラーは、流動性コンポジットを１つの形状に提供する前にコーティング剤で前処理するか、コーティング剤を流動性コンポジットに添加することができる。コーティングは、被覆された磁性、熱伝導性粒子および他の任意の熱伝導性フィラーの総重量に基づいて、０．２〜２．０重量％、または０．８〜１．２重量％の量で存在することができる。
上述の任意の他の熱伝導性充填剤に加えて、さらに他の任意の充填剤または添加剤をインターフェース材料に追加することができる。例えば、酸化防止剤、熱安定剤、非熱伝導性フィラー（アルミナ三水和物、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、粘土など）、顔料（二酸化チタン、酸化鉄など）など、および前述の添加剤の少なくとも１つを含む組み合わせも同様に使用し得る。特に熱インターフェースが回路基板としての使用を意図している場合、織布、シリカ、ガラス粒子などの補強充填剤を使用し得る。
流動性コンポジットは、被覆された磁性、熱伝導性粒子を整列させる前に、第１および第２の対向面を有する形状に形成される。成形加工は、鋳造、押出、成形、または他の従来のプロセスによるものであり得る。任意の形状が可能であり、製品の使用に依存する。いくつかの実施態様において、形状は層（すなわち、シートまたはフィルム）であり、成形加工は鋳造または押出による。商業的な量の生産では、大きな層またはロールストックから小さな層を切り取ることができる。
流動性マトリクス組成物は、形状の成形前または成形中に予熱するか、形状の成形後に加熱して組成物の流動性を高め、粒子の整列を改善することができる。予熱の温度は、使用する特定のマトリクス成分に依存し、流量を増加させる（粘度を下げる）ように選択されるが、マトリクス成分を実質的に劣化させたり、整列が発生する前に成分を硬化させたりすることはない。例えば、エポキシ組成物において、予熱は、４０〜１５０℃、または５０〜１４０℃、または６０〜１２０℃の温度で、１分〜５時間であり得る。予熱は、粒子を整列させる前または粒子を整列させる間に完了することができるが、形状に成形した後、粒子を整列させる前に行うことが好ましい。
成形され、任意に予熱された形状は、磁場、および形状のＸ、Ｙ、およびＺ方向の３つすべて、またはＺ方向のみに沿った振動力にＺ軸に沿って粒子の長さを揃えるのに効果的な時間さらされる。所望の整列を達成するのに有効な時間は、磁場の強さ、振動力、組成物の流動性などの要因に応じて異なる。いくつかの実施態様において、当該力は５分〜１２時間、または１０分〜６時間、または２０分〜３時間加えられる。磁力および振動力は、別々に（任意の順序で）または同時に、またはそれらの何れかの組み合わせ、例えば、振動力を加えた後に振動力と磁力を同時に加えることができる。同時に力を加える方が効率的である。
成形された形状を磁場に置くことができ、磁気トルクが粘性および重力トルクに打ち勝って熱伝導粒子を所望の方向に配向するように、磁気トルクを熱伝導性粒子（被覆された磁気熱伝導性粒子など）に加えることができ、その結果、熱伝導性粒子の高熱伝導面がインターフェースのＺ方向に対してより小さな角度になるように、熱伝導性粒子が熱インターフェースに整列するようになる。磁場は、永久磁石の回転や、定義済みの電流機能を持つ複数の電磁ソレノイドを使用して動的な場を生成するなど、いくつかのメカニズムを介して適用し得る。一実施態様において、永久磁石は、モーターによって形状の上で回転させることができる。いくつかの実施態様において、磁場は、１０〜５０００ミリテスラ、または１００〜２０００ミリテスラ、または３００〜５００ミリテスラの強度を示す。一般に、粒子配列に適した磁場強度は、流動性組成物の粘度を含むさまざまな要因に依存する。
振動力の適用は、任意の適切な振動装置、たとえば、振動膜（スピーカー）、オフバランスモーター、回転偏心質量、シェーカー、または振動シェーキングテーブルによって影響を受け得る。振動は、層材料を対向する層表面の方向に往復および／または振動させることを含む。振動力は、さまざまな方向に連続して適用できる（たとえば、Ｘ面、続いてＹ面、続いてＺ面、またはＺ面とＸ面で回転し、その後にＹ面）、または３方向すべてに本質的に同時に適用できる。磁力と同様に、有効な振動力は、粒子の負荷や組成物の流動性などの要因に依存する。一実施態様において、振動力は、１００〜２００ヘルツ（Ｈｚ）のＸ方向周波数と、重力からの加速度の２，０００〜３，０００ミリユニット（ミリＧ）の振幅を有することができる。Ｙ方向の周波数は１５０〜２５０Ｈｚ、振幅は１，０００〜２，０００ミリＧ、また、Ｚ方向の周波数は１０〜１００Ｈｚ、振幅は５０００〜１０，０００ミリＧである。一実施態様において、振動力は、Ｚ方向の周波数のみを有することができ、Ｚ方向の周波数は、１０〜２５０Ｈｚであり、振幅は１０００〜１０，０００ミリＧであり得る。
粒子が十分に整列すると、流動性マトリクス組成物は固化して、粒子のさらなる移動を防止する、すなわち、粒子が不整列になるのを防止する。固化は、流動性組成物を冷却すること、任意の溶媒を除去すること、硬化性組成物が使用される場合は硬化すること、または前述の少なくとも１つを含む組み合わせによるものであり得る。粒子整列中に凝固を開始することも可能である。例えば、熱硬化性組成物を加熱して流動性を高めることができ、場合によっては遅い速度で硬化を開始させることができ、その後、配列中または配列後に高温で加熱して硬化を完遂する。特定の固化機構は、流動性マトリクス組成物の成分、特にマトリクス組成物が熱可塑性であるか硬化性、例えば熱硬化性であるかに依存する。一実施態様において、マトリクス組成物は、熱硬化される熱硬化性組成物である。例えば、エポキシ組成物は、完全な硬化のために５０〜３５０℃、または１００〜３００℃、または１５０〜３００℃で１０分〜２４時間かけて熱硬化させることができる。一般に、硬化温度が高いほど、硬化は速くなる。
硬化後、熱インターフェースは、目的の適用に応じてさらに処理し得る。溶媒が存在する場合、固化または硬化した製品を溶媒と混和性の揮発性有機化合物に浸して溶媒交換を行う溶媒交換プロセスにより、追加した溶媒を除去することができる。適切な揮発性化合物の沸点は大気圧で２０〜１００℃である。溶媒交換の条件は、使用する溶媒に依存し、いくつかの実施態様において、５〜６０分間実行することができる。次いで、揮発性有機化合物は、周囲環境または制御された環境で２０〜１００℃で５分〜２４時間硬化した混合物から蒸発させる。
あるいは、またはそれに加えて、周囲の大気または不活性ガスに５分〜２４時間さらして溶媒を直接除去することにより、熱インターフェースを後処理することができる。さらに他の実施態様において、熱インターフェースは、表面処理、例えばコロナまたはプラズマ処理、または成形（例えば、熱成形による）、またはより小さなユニットに分割（例えば、シートから打ち抜き）することができる。
特定の実施態様において、熱インターフェースは、流動性コンポジットを成形流動性コンポジットの形状に成形し、成形流動性コンポジットを予熱し、最初に振動力を加え、次に磁力を加えることにより製造される。好ましくは、流動性マトリクス組成物は、熱硬化性組成物、例えばエポキシ組成物、被覆磁性、熱伝導性粒子、および任意に他の熱伝導性充填剤を含む。好ましくは、形状は層である。好ましくは、予熱は流動性マトリクス組成物を実質的に硬化させない。粒子配列後、加熱を増やすことで熱硬化が開始される。
さらに驚くべきことに、凝固後の熱インターフェースの第１表面と反対側の第２表面に、例えばホットプレスにより圧力を加えることにより、Ｚ方向の熱伝導率をさらに高めることができることが発見された。理論に縛られることなく、熱インターフェースに圧力をかけると、磁性の熱伝導性粒子の浸透が増加し、Ｚ方向の熱伝導率が増加すると考えられている。例えば、図９は、固化したポリマーマトリクス内に配置された複数の磁性の熱伝導性ロッドを含む熱インターフェースを示している。いくつかのロッドは互いに物理的に接触している。図１０は、熱インターフェースがホットプレスを受けた後に生じると考えられている浸透の増加を示している。熱インターフェースにかかる圧力は、１メガパスカル（ＭＰａ）以上、または１〜５ＭＰａ、または２〜５ＭＰａである。熱インターフェースの温度は、圧力をかけている間に上昇する可能性がある。たとえば、温度は５０°Ｃ以上、または５０〜１００℃、または７０〜１００℃にすることができる。
本明細書に記載の熱インターフェースは、電子装置などの熱管理応用での使用に特に有用な特性の望ましい組み合わせを有することができる。予期せぬことに、これらのインターフェース材料は容易に加工可能であり、改善された機械的特性を有し、熱伝達効率が改善されて、発熱素子からの熱放散が増加する。特に、層材料中の熱伝導性粒子の磁気的および振動的整列は、低レベルの熱伝導性材料（粒子および任意の他の充填剤の両方を含む）を使用しながら、優れた熱伝導性を有する熱インターフェース材料を有利に提供できる。さらなる利点において、そのようなより低いレベルの使用は、改善された機械的特性を有するインターフェース材料をもたらし得る。被覆された粒子または他の充填剤の充填量が低いと、熱硬化性ポリマーの欠陥として機能する能力が低下する。これらの例では、そのような低レベルの使用により、被覆粒子または他の充填剤なしで熱硬化性ポリマーとより密接に整列した機械的特性を有するインターフェース材料をもたらし得る。
一実施態様において、本明細書に記載されるように作製された熱インターフェースは、少なくともケルビン当たり１メートル当たり１．０ワット（Ｗ／ｍＫ）、または１．０〜１８．０Ｗ／ｍＫ、または１．１〜１５．０Ｗ／ｍＫ、または１．２〜１２．０Ｗ／ｍＫ、または１．３〜１０．０ Ｗ／ｍＫ、または１．５〜９．０ Ｗ／ｍＫのＺ方向熱伝導率（すなわち、バルク熱伝導率）を示し得る。 いくつかの実施態様において、Ｚ方向の熱伝導率は、少なくとも２．０Ｗ／ｍＫ、または２．２〜１８．０Ｗ／ｍＫ、例えば２．５〜１５．０Ｗ／ｍＫ、または２．７〜１２．０Ｗ／ｍＫ、または３．０〜９．０Ｗ／ｍＫ、または３．５〜９．０Ｗ／ｍＫである。あるいは、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０に従って測定されるＺ方向の熱伝導率は、少なくとも５．０ Ｗ／ｍＫ、または５．０〜１８．０Ｗ／ｍＫ、例えば５．２〜１５．０Ｗ／ｍＫ、または５．４〜１２．０Ｗ／ｍＫ、または５．５〜９．０Ｗ／ｍＫになる。Ｚ方向の熱伝導率は、その代わりに６．０〜１８．０Ｗ／ｍＫ、例えば６．０〜１５．０Ｗ／ｍＫ、または６．０〜１２．０Ｗ／ｍＫ、または９６０〜７．０Ｗ／ｍＫであり得る。Ｚ方向の熱伝導率は、たとえばZhao, D. et al., “Measurement Techniques for Thermal Conductivity and Interfacial Thermal Conductance of Bulk and thin Film Materials”（「バルクおよび薄膜材料の熱伝導率および界面熱伝導率ための測定技術」）, J. Electron. Packag. 138(4), 040802 (Oct 06, 2016) Paper No: EP-16-1067; doi: 10.1115/1.4034605 (https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1605/1605.08469.pdf)によって記載されているように、たとえば定常状態法、過渡熱線法、レーザーフラッシュ拡散率法、または過渡面源法を使用したいくつかの方法によって測定し得る。他の方法は、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０−１２またはＡＳＴＭ Ｄ５４７０−１２に規定されている。熱伝導率は、市販のサーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ）テスターを使用して測定し得る。一実施態様において、レーザーフラッシュ拡散率法を使用し得る。
驚くべきことに、熱伝導性充填剤の高負荷においてさえも、熱インターフェースの引張および機械的強度は優れている。たとえば、本明細書に記載の磁気配列を使用して製造された熱インターフェースは、磁気配列なしで製造された同じ熱インターフェースよりも２０％以上、 または３０％以上、または４０％以上、または５０％以上大きいポアソン比、ヤング率、降伏強度、極限強度、破損時のひずみ、破壊強度、またはひずみエネルギー密度の１つ以上を持つことができる。一実施態様において、本明細書に記載の磁気配列を使用して製造された熱インターフェースは、磁気配列なしで製造された同じサーマルインターフェースよりも２０％以上、または３０％以上、または４０％以上、または５０％以上大きいヤング率、降伏強度、または破損時ひずみのうちの1つ以上を有することができる。そのような特性の決定方法、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ６３８−１４などの方法が知られている。
一部の適用、たとえば電子デバイスまたは回路基板の熱インターフェース層の場合、熱インターフェースは、平均厚さは０．１〜５０ミリメートル（ｍｍ）、または０．２５〜１５ｍｍ、または１０〜１，０００ミル（０．２５４〜２５．４ｍｍ）であり、通常、必ずしもそうではないが、Ｘ軸とＹ軸、または唯Ｙ軸に沿って定義される材料の長手方向または幅方向の寸法の範囲に比べて小さいであろう。
本明細書には、熱インターフェースを含む熱管理アセンブリも記載されている。例示的な熱管理アセンブリの断面が 図２の１００に示されており、熱源１２０、熱管理インターフェース１１０、およびヒートシンク１２２を含む。熱管理アセンブリ１００は、湾曲した層として示されているが、任意の形状を使用することができる。熱源１２０の表面は、熱管理インターフェース１１０の表面１１２と熱伝導接触して配置され、ヒートシンク１２２の表面は、熱管理インターフェース１１０の表面１１４と熱伝導接触して配置される。そのような層が熱管理、機械、または熱管理システムの他の望ましい特性に著しく悪影響を与えない限り、熱源１２０と表面１１２、またはヒートシンク１２２と表面１１４の間に１つ以上の介在層が存在し得る。例示的な介在層には、当技術分野で知られているプライマー層および接着剤層が含まれる。
一実施態様において、感圧性接着剤（ＰＳＡ）または他の接着剤を使用して、携帯電話、コンピューターモニター、プラズマテレビなどのコンシューマーエレクトロニクス、自動車の電子部品およびシステム、回路基板、カードケージ、通気孔、カバー、ＰＣＭＣＩＡカード、背面または前面板、シールドキャップまたは缶、または電子装置の、またはそのためのエンクロージャーまたはキャビネットのＩ／Ｏコネクタパネルを含む、さまざまな電子装置またはデバイスの２つのコンポーネント間の決まった場所の熱インターフェース（シートまたは他の適用可能な形状または表面構成の形態で）を固定することができる。熱インターフェースは、熱伝導性材料を必要とする他のさまざまな適用においても有利な使用を見出し得ることが理解されよう。
例えば、本出願のさらに別の側面において、熱インターフェースは、特に発熱部品に関連する回路および回路積層板の誘電体基板層を含む、回路材料として使用できる。回路積層板は、誘電体基板、通常は層に固定的に取り付けられた導電層、たとえば銅を有する回路サブアセンブリの一種である。ダブルクラッド回路積層体は、誘電体基板の各面に1つずつ、２つの導電層を備えている。例えばエッチングにより積層体の導電層をパターニングすると、回路が得られる。多層回路は複数の導電層を備え、そのうちの少なくとも１つは導電配線パターンを含んでいる。通常、多層回路は、ボンドプライを使用して1つ以上の回路を積層するか、樹脂で被覆された導電層で追加の層を構築し、その後エッチングされるか、またはクラッドされていない誘電体基板層を追加して追加のメタライゼーションを行うことで追加の層を構築することによって形成される。多層回路を形成した後、既知のホール形成およびめっき技術を使用して、導電層間に有用な電気経路を作成し得る。
特に、誘電体基板層は、被覆された磁気、熱伝導性粒子により制御された熱的性質に加えて、誘電体および他の関連する電子的および物理的特性（例えば、導電層用の誘電体基板の機械的特性）は、追加の鉱物またはセラミック微粒子フィラーの使用によって制御されるという本明細書におけるプロセスによって形成され得る。機械的特性を維持するために必要な総フィラー量を維持しながら、追加のフィラーを選択して、低いＤｋおよびその他の望ましい電気的特性を提供できる。いくつかの実施態様において、特定の要望は、回路サブアセンブリにおける低い誘電正接を必要とする高周波適用に必要な電気特性を有するフィラーを得ることであり得る。
それに応じて、熱インターフェースを形成するための流動性コンポジットは、例えば、誘電率、誘電正接、熱膨張係数、および／または誘電体基板層の他の関連する特性を微調整し、または特性の所望のバランスを提供することを可能にするために、より高い熱伝導率の目的で使用される熱伝導性粒子（または任意の他の熱伝導性充填剤）以外の１つ以上の追加の微粒子充填剤を任意に含むことができる。このような追加の微粒子充填剤の例には、限定なしに、二酸化チタン（ルチルおよびアナターゼ）、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、シリカ（溶融アモルファスシリカを含む）、コランダム、ウォラストナイト、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０、固体ガラス球、合成ガラスまたはセラミック中空球、石英、ベリリア、アルミナ、アルミナ三水和物、マグネシア、マイカ、タルク、ナノクレイ、および水酸化マグネシウムが含まれる。任意に、上記のように、充填剤は、ケイ素含有コーティング、例えば有機官能性アルコキシシランカップリング剤で表面処理することができる。あるいは、ジルコン酸塩またはチタン酸塩のカップリング剤を使用することができる。そのようなカップリング剤は、マトリクス組成物中の充填剤の分散を改善し、最終製品の吸水量を減らすことができる。
それに応じて、（誘電体基板層などの）熱インターフェースを作るために使用される全充填剤成分は、１〜８０体積％の熱伝導性粒子（または上記の他の範囲）、０〜８０体積％の熱伝導性フィラーおよび熱インターフェースの総体積に基づいて、０〜８０体積％の１つ以上の追加の微粒子フィラー、または２５〜７５体積％の追加の微粒子フィラーを含むことができる。一実施態様において、充填剤成分は、５〜５０体積％の熱伝導性粒子と、７０〜３０体積％のシリカ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、または前述の少なくとも１つを含む組み合わせを含み、どちらも熱インターフェースの総体積に基づく。熱インターフェースはボイドフリーであり得る。
熱インターフェースは、被覆された磁性の熱伝導性粒子と、任意に追加の充填剤を熱硬化性組成物と組み合わせることにより得られ、流動性コンポジットを提供し、流動性コンポジットを、対向する第１および第２の表面を有し、および第１および第２の表面に垂直なＺ軸を有する層に形成する。形状を回転磁場および振動力に、形状のＸ、Ｙ、およびＺ方向、またはＺ方向のみに沿って、Ｚ軸に沿った粒子の長さに整列するのに効果的な量および時間をかけてさらし；そして、熱硬化性マトリクス組成物を硬化させて、誘電体基板層を提供し、ここで、誘電体基板層は、少なくとも１．０Ｗ／ｍＫ、または１．０〜１０．０Ｗ／ｍＫ、または１．１〜９．０Ｗ／ｍＫ、または１．５〜８．０Ｗ／ｍＫのＺ方向熱伝導率を有する。熱インターフェースは、導電層と電子部品を支持する誘電体基板層とすることができる。誘電体基板層の誘電率は３．５未満、誘電正接は１０ＧＨｚで０．００６未満である。導電層が存在する場合、エッチングして回路を提供することができる。
以下の実施例は、熱インターフェースを説明するために提供される。実施例は、単に例示であり、開示に従って作られた装置を本明細書に規定する材料、条件、またはプロセスパラメータに限定するように意図されていない。
材料
六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）（ＡＣ６０４１）はＭｏｍｅｎｔｉｖｅ社から提供され、５マイクロメートルの平均粒子サイズと６．７７平方メートルパーグラム（ｍ２／ｇ）のＢＥＴ表面積を有する。
磁性酸化鉄ナノ粒子溶液（３．９体積％）はＦｅｒｒｏｔｅｃ社から供給され（ＥＭＧ６０５）、２２ミリテスラ（ｍＴ）の飽和磁化と初期磁化率３．０２を有する。
エポキシシステムは市販の樹脂で、硬化剤システムはビスフェノールＡ系のエポキシ樹脂とＴＡＰ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｉｎｃ．からの硬化剤システム(#33032, Stockton, CA USA)を含む。
１〜４０グラム（ｇ）のｈＢＮ粉末を、穏やかに撹拌して超音波処理することにより水中に分散させた。次いで、ｈＢＮのグラム当たり１０〜１００マイクロリットルの強磁性流体を添加し、必要なコーティング体積に応じて撹拌により混合した。懸濁液をｐＨ１０で４〜１２時間インキュベートし、ｈＢＮと酸化鉄ナノ粒子間の結合を可能にした。その後、被覆された磁性ｈＢＮ粉末（ｍｈＢＮ）を真空濾過し、ＤＩ水ですすぎ、次いで再濾過して粒子を懸濁液から分離した。次に、粒子を６０℃で乾燥させた。
キャラクタリゼーション
走査型電子顕微鏡(SEM, LEO 1530および1550)を使用して、４〜１０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）の促進電圧を使用してｍｈＢＮ−エポキシＴＩＭ表面の形態を特徴付けし、試料はより良い画像化のために金の薄層でスパッタコートした。エネルギー分散分光法は、エネルギー分散分光法（ＥＤＳ）検出器を備えたＳＥＭ １５３０を使用してｍｈＢＮ粉末で測定された。コンポジット中のｍｈＢＮの配向を観察するために、材料を液体窒素にさらした後の極低温破壊によって、コンポジットの割れた表面が作成された。
熱伝導率はκ＝αＣｐρで計算され、ここで、ρとＣｐはｍｈＢＮ−エポキシコンポジットの密度と熱容量である。Ｃｐは、Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｅｃｈ社のＴｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＴＩＭ）テスターを使用して測定された。
実施例１ 磁気的に配列された熱インターフェースコンポジットの調製（比較）
ｍｈＢＮ粉末を添加する前に、エポキシ、硬化剤、アルコールを混合した。手動または回転ミキサーを使用して、全部を５分間混合した。混合後に真空を適用して、組成物内に発生した気泡を減らした。得られた流動性マトリクス組成物をポリテトラフルオロエチレン型に移し、静的希土類磁石の近くに配置した。磁場の強さは、ガウスメーター（Lakesure、モデル410-SCT）で測定して４００ｍＴであった。エポキシの硬化は、金型の下に置かれた抵抗発熱素子を使用して行われた。硬化プロファイルは、８０℃で２０分間、１５０℃で５分間であった。
実施例２ 磁気的に配列された熱インターフェースコンポジットの調製（比較）
ｍｈＢＮ粉末を添加する前に、エポキシ、硬化剤、アルコールを混合した。手動または回転ミキサーを使用して、全部を５分間混合した。混合後に真空を適用して、組成物内に発生した気泡を減らした。得られた流動性マトリクス組成物をポリテトラフルオロエチレン型に移し、回転する希土類磁石の近くに配置して層材料を形成した。磁場の強さは、ガウスメーター（Lakesure、モデル410-SCT）で測定して４００ｍＴである。型と回転磁石は、改変された振動シェーカーテーブルに置かれた。対向する層の表面のＸ−Ｙ平面における振動の周波数は、それぞれ１１７．６ヘルツと１９２．３ヘルツであった。エポキシの硬化は、型の下に置かれた抵抗発熱素子の使用によって行われ、硬化プロセス全体に適用される温度、磁場、および振動数の独立した制御を可能にした。硬化プロファイルは、８０℃で２０分間、１５０℃で５分間であった。
実施例３ 磁気的におよびＸ、ＹおよびＺ方向に振動的に配列された熱インターフェースコンポジットの調製（発明の実施例）
ｍｈＢＮ粉末を添加する前に、エポキシ、硬化剤、アルコールを混合した。手動または回転ミキサーを使用して、全部を５分間混合した。混合後に真空を適用して、組成物内に発生した気泡を減らした。得られた流動性マトリクス組成物をポリテトラフルオロエチレン型に移し、回転する希土類磁石の近くに配置して層材料を形成した。磁場の強さは、ガウスメーター（Lakesure、モデル410-SCT）で測定して４００ｍＴである。型と回転磁石を改変された振動シェーカーテーブルに配置して、１１７．６ヘルツのＸ方向周波数と２，４５４ミリＧの振幅、１９２．３ヘルツのＹ方向周波数と１，４４６ミリＧの振幅、および５９．７ヘルツのＺ方向周波数と８，５１９ミリＧの振幅を提供した。エポキシの硬化は、型の下に置かれた抵抗加熱素子を使用して行われ、硬化プロセス全体に適用される温度、磁場、振動周波数の独立制御を可能にした。硬化プロファイルは、８０℃で２０分間、１５０℃で５分間であった。
実施例４ 磁気的にＺ方向に振動的に配列された熱インターフェースコンポジットの調製（発明の実施例）
ｍｈＢＮ粉末を添加する前に、エポキシ、硬化剤、アルコールを混合した。手動または回転ミキサーを使用して、全部を５分間混合した。混合後に真空を適用して、組成物内に発生した気泡を減らした。得られた流動性マトリクス組成物をポリテトラフルオロエチレン型に移し、回転する希土類磁石の近くに配置して層材料を形成した。磁場の強さは、ガウスメーター（Lakesure、モデル410-SCT）で測定して４００ｍＴである。型と回転磁石は、改変された振動シェーカーテーブルに配置され、５９．７ヘルツのＺ方向周波数と８，５１９ミリＧの振幅を提供した。エポキシの硬化は、硬化プロセス全体に適用される温度、磁場、および振動数の独立した制御を可能にする型の下に置かれた抵抗発熱素子の使用によって行われた。硬化プロファイルは、８０℃で２０分間、１５０℃で５分間であった。
１０体積％、２０体積％、３５体積％、５０体積％、および６０体積％のｍｈＢＮ粉末を使用して、この例を繰り返した。驚くべきことに、Ｚ方向振動の使用は、ｍｈＢＮ粉末の非常に高い取り込み、すなわち３５体積％、５０体積％、および６０体積％の粉末のみを許容し、以下に説明するように非常に高い熱伝導率を提供した。さらに、これらのサンプルはすべて、良好または非常に良好な引張強度と機械強度を有していた。
結果
実施例３の熱伝導率
上で調製された熱インターフェースコンポジットは、上記の方法により熱伝導率について特徴付けされた。本発明の実施例３の熱伝導率は、Ｋｍａｘ＝３．０Ｗ／ｍＫであると計算された。これは、上記のように得られたが、磁力や磁場をかけていない、従来の熱インターフェースコンポジットで得られたＫｍａｘ＝０．８８４Ｗ／ｍＫの熱伝導率と比較される。
本発明の実施例４のコンポジットの熱伝導率を図７に示す。上記のように、本発明の実施例４の手順は、より多量のｍｈＢＮ粉末の取り込みを可能にする。磁気的に被覆された熱伝導性粒子の６０体積％を使用すると、６．１６Ｗ／ｍＫの熱伝導率をもたらした。それに従って、本明細書の熱インターフェースコンポジットを用いて、熱伝導率の顕著で有利な改善を達成することができる。
ＳＥＭ
図３は、実施例１によって調製された比較の熱インターフェースコンポジットのＳＥＭ顕微鏡写真である。図３に見得るように、粒子の配列は観察されない。
図４は、実施例２によって調製された熱インターフェースコンポジットのＸ−Ｙ面に沿って取られたＳＥＭ顕微鏡写真である。図４に見得るように、Ｙ方向に沿った粒子の実質的な配列が観察される。
図５は、実施例２によって調製された熱インターフェースコンポジットのＸ−Ｚ面に沿って取られたＳＥＭ顕微鏡写真である。図５に見得るように、Ｚ軸に沿った粒子の実質的な配列が観察される。
図６は、実施例２によって調製された熱インターフェースコンポジットのＹ−Ｚ面に沿って取られたＳＥＭ顕微鏡写真である。図６に見得るように、Ｙ−Ｚ面に沿った粒子の実質的な配列が観察される。
図８は、実施例４に従い６０体積％の磁気被覆ＢＮ粒子を含有して調製された、熱インターフェースコンポジットのＹ−Ｚ面に沿って取られたＳＥＭ顕微鏡写真である。図７に見得るように、Ｙ−Ｚ面に沿った粒子の実質的な配列が観察される。
実施例５ 熱インターフェースに圧力をかけた効果
ｍｈＢＮ粉末を添加する前に、エポキシ、硬化剤、アルコールを混合した。手動または回転ミキサーを使用して、全部を５分間混合した。混合後に真空を適用して、組成物内に発生した気泡を減らした。得られた流動性コンポジットをポリテトラフルオロエチレン型に移し、回転する希土類磁石の近くに配置して層材料を形成した。磁場の強さは、ガウスメーター（Lakesure、モデル410-SCT）で測定して４００ｍＴである。型と回転磁石は、改変された振動シェーカーテーブルに配置され、５９．７ヘルツのＺ方向周波数と８，５１９ミリＧの振幅を提供した。エポキシの硬化は、硬化プロセス全体に適用される温度、磁場、および振動数の独立した制御を可能にする型の下に置かれた抵抗発熱素子の使用によって行われた。硬化プロファイルは、８０℃で２０分間、１５０℃で５分間であった。硬化後、温度を５０℃に下げ、８０℃の温度と２．４ＭＰａの圧力で１時間ホットプレスした。
熱インターフェースの熱伝導率は、温度５０℃、圧力１．４ＭＰａで硬化する前後に測定した。驚くべきことに、熱伝導率は５．５１Ｗ／ｍＫの値から９．９７Ｗ／ｍＫの値に８０％以上増加した。
開示は、以下の非限定的実施態様によってさらに例示される。
実施態様１： 熱インターフェースを作るための方法で、前記方法は、流動性マトリクス組成物、厚さまたは直径より大きい平均長を有する複数の磁性、熱伝導性粒子を１〜８０体積％、ここで、複数の磁性、熱伝導性粒子は、それに付着した磁性または超常磁性のナノ粒子を有し、任意選択で前記複数の磁性、熱伝導性粒子とは異なる追加の充填剤を含む流動性コンポジットを形づくり、流動性コンポジットを第１の面と反対側の第２の面とを含み、第１の面と反対の第２の面とに垂直のＺ軸を有する形状に提供すること；流動性コンポジットを、流動性コンポジットのＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に、またはＺ方向のみに沿って回転磁場と振動力とに、Ｚ軸に沿って複数の磁性、熱伝導性粒子の平均長さを整列させるのに有効な量および時間さらすこと；および、流動性マトリクス組成物を凝固させて熱インターフェースを提供し、ここで、熱インターフェースは少なくとも１．０Ｗ／ｍＫ、または１．０〜１８．０Ｗ／ｍＫ、または１．１〜１５．０Ｗ／ｍＫ、または１．２〜１２．０Ｗ／ｍＫ、または１．３〜１０．０Ｗ／ｍＫ、または１．５〜９．０Ｗ／ｍＫのＺ方向熱伝導率を有すること、を含む。
実施態様２：熱インターフェースが、流動性コンポジットを回転磁場および振動力にさらすことなく製造された同じ熱インターフェースよりも２０％以上、または３０％以上、または４０％以上、または５０％以上大きいポアソン比、ヤング率、降伏強度、極限強度、破損時のひずみ、破壊強度、またはひずみエネルギー密度のうちの１つ以上を有する、実施態様１に記載の方法。
実施態様３：成形前または成形後に流動性コンポジットを流動性コンポジットの流動性を上げるために有効な温度に予熱することをさらに含む、実施態様１または２に記載の方法。
実施態様４：回転磁場が、１０〜５，０００ミリテスラ、好ましくは１００〜２，０００ミリテスラ、より好ましくは３００〜５００ミリテスラの磁場強度を有する、実施態様１〜３のいずれか一つに記載の方法。
実施態様５：前記振動力が、１００〜２００ＨｚのＸ方向周波数、および２，０００〜３，０００ミリＧのＸ方向振幅、１５０〜２５０ＨｚのＹ方向周波数、および１，０００〜２，０００ミリＧのＹ方向振幅、１０〜１００ＨｚのＺ方向周波数、および５，０００〜１０，０００ミリＧのＺ方向振幅を有するか、または前記振動力が、５，０００〜１０，０００ミリＧのＺ方向振幅を伴なう１００〜２５０ＨｚのＺ−方向周波数のみを有する、実施態様１〜４のいずれか一つに記載の方法。
実施態様６：前記回転磁場を適用し、続いて前記振動力を適用することを含む、実施態様１〜５のいずれか一つに記載の方法。
実施態様７：前記振動力を適用し、続いて前記回転磁場を適用することを含む、実施態様１〜５のいずれか一つに記載の方法。
実施態様８：前記回転磁場と前記振動力をある期間に同時に適用することを含む、実施態様１〜５のいずれか一つに記載の方法。
実施態様９：前記流動性マトリクス組成物が溶媒をさらに含み、流動性マトリクス組成物の固化が、溶媒を揮発性有機化合物と交換し、溶媒交換の後に揮発性有機化合物を除去し、熱インターフェースを提供することを含み、好ましくは、前記溶媒交換は、揮発性有機化合物と２０〜１００℃で５〜６０分間であり、前記流動性コンポジットを２０〜１００℃で５分間〜２４時間、不活性雰囲気または不活性ガスにさらすことにより溶媒を除去することを含む、実施態様１〜８のいずれか一つに記載の方法。
実施態様１０：前記流動性マトリクス組成物が熱可塑性ポリマーを含み、および固化することが前記流動性コンポジットを冷却することを含む、実施態様１〜９のいずれか一つに記載の方法。
実施態様１１：前記冷却が前記回転磁場、前記振動力、またはその両方にさらす間または後に開始する、実施態様１０に記載の方法。
実施態様１２：流動性マトリクス組成物が熱可塑性ポリマーを含み、前記熱可塑性ポリマーが、ポリアセタール、ポリ（Ｃ１−６アルキル）アクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ無水物、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンエーテルケトン、ポリアリーレンケトン、ポリアリーレンスルフィド、ポリアリーレンスルホン、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリ（Ｃ１−６アルキル）メタクリレート、ポリメタクリルアミド、環状オレフィンポリマー、ポリオレフィン、ポリオキサジアゾール、ポリオキシメチレン、 ポリフタリド、ポリシラザン、ポリシロキサン、ポリスチレン、ポリスルフィド、ポリスルホンアミド、ポリスルホネート、ポリチオエステル、ポリトリアジン、ポリ尿素、ポリウレタン、ビニルポリマー、または前述の熱可塑性ポリマーの少なくとも1つを含む組み合わせを含む、実施態様１に記載の方法。
実施態様１３：前記流動性マトリクス組成物が熱硬化性組成物を含み、前記流動性マトリクス組成物を固化することが熱硬化性組成物を硬化することを含む、実施態様１〜９のいずれか一つに記載の方法。
実施態様１４：前記回転磁場、前記振動力、またはその両方を適用する間に硬化を開始することを含む、実施態様１３に記載の方法。
実施態様１５：前記回転磁場、前記振動力、またはその両方を適用した後に硬化を開始することを含む、実施態様１３に記載の方法。
実施態様１６：前記熱硬化性組成物が、重合性プレポリマー組成物、または熱硬化性アルキド、ビスマレイミドポリマー、ビスマレイミドトリアジンポリマー、シアネートエステルポリマー、ベンゾシクロブテンポリマー、ジアリルフタレートポリマー、エポキシ、ヒドロキシメチルフランポリマー、メラミン−ホルムアルデヒドポリマー、フェノール、ベンズオキサジン、ポリジエン、ポリイソシアネート、ポリ尿素、ポリウレタン、シリコーン、トリアリルシアヌレートポリマー、またはトリアリルイソシアヌレートポリマーの合成用組成物を含む、実施態様１３〜１５のいずれか一つに記載の方法。
実施態様１７：前記複数の磁性、熱伝導性粒子が、金属および非金属酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、グラファイト、または前述の少なくとも１つを含む組合せ、好ましくは、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、酸化アンチモン、酸化ケイ素、または上述の少なくとも１つを含む組合せ、または窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、または前述の少なくとも１つを含む組合せ、を含む、実施態様１〜１６のいずれか一つに記載の方法。
実施態様１８：前記複数の磁性熱伝導性粒子が、小板、ナノチューブ、ナノファイバー、ナノシート、または前述の少なくとも１つを含む組合せの形態である、実施態様１〜１７のいずれか一つに記載の方法。
実施態様１９：前記複数の磁性、熱伝導性粒子が、０．１〜１，０００マイクロメートルの平均最大粒子寸法、ここで、前記平均最大粒子寸法は平均長さであり、および
１：２〜１：１００，０００の前記厚さまたは直径と平均長さとの平均アスペクト比、
を有する、実施態様１〜１８のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２０：前記磁性または超常磁性ナノ粒子が、酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケル、または前述の少なくとも１つを含む合金を含む、実施態様１〜１９のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２１：流動性コンポジットの一方または両方が、流動性コンポジットの全体積に基づいて複数の磁性熱伝導性粒子の３〜６０体積パーセントを含み、前記熱インターフェースが熱インターフェースの全体積に基づいて前記磁性熱伝導性粒子の１〜８０体積パーセント、または３０〜６０体積パーセントを含む、実施態様１〜２０のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２２：回転磁場および振動力の適用が、前記流動性コンポジットを前記回転磁場および前記振動力にさらすことなく製造された同じ熱インターフェースと比較して、熱伝導率を３０〜４００パーセント、または５０〜４００パーセント、または１００〜３５０パーセント増加させる、実施態様１〜２１のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２３：磁性、熱伝導性粒子が、第１の表面および反対側の第２の表面の一方または両方から部分的に突出する、実施態様１〜２２のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２４：前記熱インターフェースの平均厚さが０．０１〜５０ミリメートルである、実施態様１〜２３のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２５：前記熱インターフェースが、熱インターフェースの総体積に基づいて１〜８０体積％または３０〜６０体積％の追加の充填剤、および流動性マトリックス組成物に由来するポリマーマトリクスの２０〜９９体積％の一方または両方を含む、実施態様１〜２４のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２６：さらに前記固化の後に熱インターフェースをホットプレスすることを含む、実施態様１〜２５のいずれか一つに記載の方法。
実施態様２７：実施態様１〜２６のいずれか一つに記載の方法によって製造された熱インターフェース。
実施態様２８：実施態様２７に記載の熱インターフェースを備え、前記熱インターフェースの第１表面が熱源と熱伝導接触し、反対側の第２表面がヒートシンクと熱伝導接触する、熱管理アセンブリ。一般に、本明細書に記載される組成物、物品、および方法は、本明細書に開示される任意の構成要素またはステップを代替的に含むか、それからなるか、または本質的にそれからなることができる。物品および方法は、追加的または代替的に、本請求項の機能または目的の達成に必要のない成分、工程、または構成要素を欠くか、または実質的に含まないように製造または実施することができる。
実施態様２９：ポリマーマトリクスに埋め込まれた複数の磁性、熱伝導性粒子、厚さまたは直径より大きい平均長を有する前記複数の磁性、熱伝導性粒子を含む熱インターフェースであって、前記複数の磁性、熱伝導性粒子がそれに付着した磁性または超常磁性ナノ粒子を有し、ここで、前記熱インターフェースが、第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記第１の表面および前記反対側の第２の表面に垂直のＺ軸を有する形状を有し、前記複数の磁性熱伝導性粒子の平均長さは、Ｚ軸に沿って整列していて、ここで、前記熱インターフェースは、少なくとも１．０Ｗ／ｍＫのＺ方向の熱伝導率を有する、前記熱インターフェース。
本明細書に開示されるすべての範囲は終点を含み、終点は互いに独立して組み合わせ可能である。「組み合わせ」には、ブレンド、混合物、合金、反応生成物などが含まれる。「または」は「および／または」を意味する。「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」という用語は、量の制限を示すものではなく、本明細書で特に明記していないか、文脈によって明らかに矛盾していない限り、単数および複数の両方を包含すると解釈される。明細書全体にわたる「実施態様」、「別の実施態様」、「いくつかの実施態様」などへの言及は、実施態様に関連して説明された特定の要素（例えば、特徴、構造、ステップ、または特性）が本明細書で説明する少なくとも１つの実施態様においては含まれることを意味し、他の実施態様においては存在してもしなくてもよい。加えて、説明された要素は、様々な実施態様において任意の適切な方法で組み合わされてもよいことを理解されたい。「任意の」または「任意に」とは、後に説明する事象または状況が発生する場合と発生しない場合があり、説明には事象が発生する場合と発生しない場合が含まれることを意味する。「組み合わせ」という用語は、ブレンド、混合物、合金、反応生成物などを含む。本明細書で使用される「層」には、平面フィルム、シートなど、ならびに他の三次元非平面形態が含まれる。層はさらに、巨視的に連続的または非連続的であり得る。また、「上記の少なくとも１つを含む組み合わせ」とは、リストが各要素を個別に含むこと、リストの２つ以上の要素の組み合わせ、およびリストの少なくとも１つの要素と類似の名前なしの要素の組み合わせを意味する。本明細書で使用される「第１」、「第２」など、「第１の」、「第２の」などの用語は、順序、量、または重要性を示すのではなく、ある要素と別の要素を区別するために使用される。
本明細書に使用されるように、「配列(整列)」または「配列する(整列する)」は、磁性の熱伝導性粒子の主軸の平均角度がｘ軸から４５°以内、または２５°以内、または１０°以内、または５°以内を意味し得る。
別途定義しない限り、本明細書で使用される技術的および科学的用語は、本開示が属する技術分野の当業者が共通に理解するように、同じ意味を有する。加えて、記載された要素はさまざまな実施態様において任意の適切なやり方で組み合わされ得るものと理解されたい。
本明細書で使用される「アルキル」は、特定の数の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖飽和脂肪族炭化水素を意味する。「アリール」は、すべての環員が炭素であり、少なくとも１つの環が芳香族である環式部分を意味し、この部分は指定された数の炭素原子を有する。複数の環が存在し得、追加の環は、独立して芳香族、飽和または部分不飽和であり得、縮合、ペンダント、スピロ環式または前述の少なくとも１つを含む組み合わせであり得る。
本明細書で特に明示しない限り、すべての試験規格は、本出願の出願日時点で有効な最新の規格、または優先権が主張されている場合は、試験規格が登場する最も早い優先権出願の出願日である。
同じ成分または特性に向けられたすべての範囲の終点には、終点が含まれ、独立して組み合わせ可能で、すべての中間点が含まれる。たとえば、２５ｗｔ％以上、または５〜２０ｗｔ％には、「５〜２５ｗｔ％」、例えば１０〜２３ｗｔ％などの範囲の終点とすべての中間値が含まれる。
引用されたすべての特許、特許出願、および他の参考文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれています。しかし、本願の用語が組み込まれた参考文献の用語と矛盾または抵触する場合、本願の用語は組み込まれた参考文献の矛盾する用語よりも優先される。
特定の実施態様を説明したが、出願人または他の当業者には、現在予期されないか、または現在予期され得ない代替、修正、変形、改善、および実質的な同等物が生じ得る。それに応じて、提出され、修正される可能性のある添付の特許請求の範囲は、そのようなすべての代替、修正、変形、改善、および実質的な同等物を包含することを意図している。

Claims (29)

  1. 熱インターフェースを作るための方法で、前記方法は、
    流動性マトリクス組成物、
    厚さまたは直径より大きい平均長を有する複数の磁性、熱伝導性粒子を１〜８０体積％ここで、前記複数の磁性、熱伝導性粒子は、それに付着した磁性または超常磁性のナノ粒子を有し、
    任意選択で前記複数の磁性、熱伝導性粒子とは異なる追加の充填剤、
    を含む流動性コンポジットを形づくり、
    流動性コンポジットを第１の面と反対側の第２の面とを含み、第１の面と反対側の第２の面とに垂直のＺ軸を有する形状に提供すること、
    流動性コンポジットを、流動性コンポジットのＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に、またはＺ方向のみに沿って回転磁場と振動力とに、Ｚ軸に沿って前記複数の磁性、熱伝導性粒子の平均長さを整列させるのに有効な量および時間さらすこと、および、
    流動性マトリクス組成物を凝固させて熱インターフェースを提供すること、ここで、熱インターフェースは少なくとも１．０Ｗ／ｍＫ、または１．０〜１８．０Ｗ／ｍＫ、または１．１〜１５．０Ｗ／ｍＫ、または１．２〜１２．０Ｗ／ｍＫ、または１．３〜１０．０Ｗ／ｍＫ、または１．５〜９．０Ｗ／ｍＫのＺ方向熱伝導率を有する、
    を含む。
  2. 前記熱インターフェースが、前記流動性コンポジットを回転磁場におよび振動力にさらすことなく製造された同じ熱インターフェースよりも２０％以上、または３０％以上、または４０％以上、または５０％以上大きいポアソン比、ヤング率、降伏強度、極限強度、破損時のひずみ、破壊強度、またはひずみエネルギー密度のうちの１つ以上を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 形づくる前または後に前記流動性コンポジットを前記流動性コンポジットの流動性を上げるために有効な温度に予熱することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記回転磁場が、１０〜５，０００ミリテスラ、好ましくは１００〜２，０００ミリテスラ、より好ましくは３００〜５００ミリテスラの磁場強度を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記振動力が、
    １００〜２００ＨｚのＸ方向周波数、および２，０００〜３，０００ミリＧのＸ方向振幅、
    １５０〜２５０ＨｚのＹ方向周波数、および１，０００〜２，０００ミリＧのＹ方向振幅、および
    １０〜１００ＨｚのＺ方向周波数、および５，０００〜１０，０００ミリＧのＺ方向振幅を有するか、または
    前記振動力が、５，０００〜１０，０００ミリＧのＺ方向振幅と共に１００〜２５０ＨｚであるＺ方向周波数のみを有する、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記回転磁場を適用し、続いて前記振動力を適用することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記振動力を適用し、続いて前記回転磁場を適用することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記回転磁場と前記振動力とをある期間に同時に適用することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記流動性マトリクス組成物が溶媒をさらに含み、前記流動性マトリクス組成物の固化が、前記溶媒を揮発性有機化合物と交換し、溶媒交換の後に揮発性有機化合物を除去し、熱インターフェースを提供することを含み、
    好ましくは、前記溶媒交換が、揮発性有機化合物と２０〜１００℃で５〜６０分間であり、前記流動性コンポジットを２０〜１００℃で５分間〜２４時間、不活性雰囲気または不活性ガスにさらすことにより溶媒を除去することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記流動性マトリクス組成物が熱可塑性ポリマーを含み、および前記固化することが前記流動性コンポジットを冷却することを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記冷却が前記回転磁場、前記振動力、または両方にさらす間または後に開始される、請求項１０に記載の方法。
  12. 流動性マトリクス組成物が熱可塑性ポリマーを含み、前記熱可塑性ポリマーが、ポリアセタール、ポリ（Ｃ１−６アルキル）アクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ無水物、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンエーテルケトン、ポリアリーレンケトン、ポリアリーレンスルフィド、ポリアリーレンスルホン、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリ（Ｃ１−６アルキル）メタクリレート、ポリメタクリルアミド、環状オレフィンポリマー、ポリオレフィン、ポリオキサジアゾール、ポリオキシメチレン、 ポリフタリド、ポリシラザン、ポリシロキサン、ポリスチレン、ポリスルフィド、ポリスルホンアミド、ポリスルホネート、ポリチオエステル、ポリトリアジン、ポリ尿素、ポリウレタン、ビニルポリマー、または前述の熱可塑性ポリマーの少なくとも1つを含む組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記流動性マトリクス組成物が熱硬化性組成物を含み、前記流動性マトリクス組成物を固化することが熱硬化性組成物を硬化することを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記回転磁場、前記振動力、またはその両方を適用する間に前記硬化を開始することを含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記回転磁場、前記振動力、またはその両方を適用した後に前記硬化を開始することを含む、請求項１３に記載の方法。
  16. 前記熱硬化性組成物が、重合性プレポリマー組成物、または熱硬化性アルキド、ビスマレイミドポリマー、ビスマレイミドトリアジンポリマー、シアネートエステルポリマー、ベンゾシクロブテンポリマー、ジアリルフタレートポリマー、エポキシ、ヒドロキシメチルフランポリマー、メラミン−ホルムアルデヒドポリマー、フェノール、ベンズオキサジン、ポリジエン、ポリイソシアネート、ポリ尿素、ポリウレタン、シリコーン、トリアリルシアヌレートポリマー、またはトリアリルイソシアヌレートポリマーの合成用組成物を含む、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記複数の磁性、熱伝導性粒子が、
    金属および非金属酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、グラファイト、または前述の少なくとも１つを含む組合せ、
    好ましくは、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ベリリウム、酸化アンチモン、酸化ケイ素、または上述の少なくとも１つを含む組合せ、または
    窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、または前述の少なくとも１つを含む組合せ、
    を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記複数の磁性、熱伝導性粒子が、小板、ナノチューブ、ナノファイバー、ナノシート、または前述の少なくとも１つを含む組合せの形態である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記複数の磁性、熱伝導性粒子が、０．１〜１，０００マイクロメートルの平均最大粒子寸法、ここで、前記平均最大粒子寸法は平均長さであり、および
    １：２〜１：１００，０００の前記厚さまたは直径と平均長さとの平均アスペクト比、
    を有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記磁性または超常磁性ナノ粒子が、酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケル、または前述の少なくとも１つを含む合金を含み、
    好ましくは、前記磁性または超常磁性ナノ粒子が酸化鉄または鉄を含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 流動性コンポジットの一方または両方が、複数の磁性、熱伝導性粒子の３〜６０体積パーセントを含み、前記熱インターフェースが前記磁性、熱伝導性粒子の１〜８０体積パーセント、または３０〜６０体積パーセントを含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
  22. 回転磁場および振動力の適用が、前記流動性コンポジットを前記回転磁場および前記振動力にさらすことなく製造された同じ熱インターフェースと比較して、熱伝導率を３０〜４００パーセント、または５０〜４００パーセント、または１００〜３５０パーセント増加させる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記磁性、熱伝導性粒子が、前記第１の表面および前記反対側の第２の表面の一方または両方から部分的に突出する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記熱インターフェースの平均厚さが０．０１〜５０ミリメートルである、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記熱インターフェースが、熱インターフェースの総体積に基づいて１〜８０体積％または３０〜６０体積％の追加の充填剤、および流動性マトリックス組成物に由来するポリマーマトリクスの２０〜９９体積％の一方または両方を含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. さらに前記固化の後に前記熱インターフェースをホットプレスすることを含む、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
  27. 請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法によって作られた熱インターフェース。
  28. 請求項２７に記載の熱インターフェースを備え、前記熱インターフェースの第１表面が熱源と熱伝導接触し、前記反対側の第２表面がヒートシンクと熱伝導接触する、熱管理アセンブリ。
  29. ポリマーマトリクスに埋め込まれた複数の磁性、熱伝導性粒子、厚さまたは直径より大きい平均長を有する前記複数の磁性、熱伝導性粒子を含む熱インターフェースであって、前記複数の磁性、熱伝導性粒子がそれに付着した磁性または超常磁性ナノ粒子を有し、
    ここで、前記熱インターフェースが、第１の表面と反対側の第２の表面を有し、前記第１の表面および前記反対側の第２の表面に垂直のＺ軸を有する形状を有し、
    前記複数の磁性、熱伝導性粒子の平均長さは、Ｚ軸に沿って整列していて、ここで、前記熱インターフェースは、少なくとも１．０Ｗ／ｍＫのＺ方向の熱伝導率を有する、
    前記熱インターフェース。
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