JP3186199U - 複合ヒートスプレッダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】面内熱伝導率が600W/m*Kより大きく、厚さが50ミクロンより大きな複合ヒートスプレッダ10であって、少なくとも約1.4グラム/ccの密度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子からなる少なくとも一枚のシートを有する第一部材20と、少なくとも1.8グラム/ccの密度と少なくとも700W/m*Kの面内熱導電率を有する合成黒鉛からなる少なくとも一枚のシートを有する第二部材30とを備え、第一部材と第二部材が、接着剤を用いることなく接合して一枚の複合シートを形成する。
【選択図】図1
Description
膨張黒鉛シートは、時には膨張黒鉛の圧縮粒子のシートと称される。黒鉛は、平坦な層状平面内で共有結合した原子からなり、面間はより弱い結合を有するカーボンの結晶形状である。例えば天然片状黒鉛のような黒鉛粒子を例えば硫酸と硝酸の溶液で処理することで、黒鉛の結晶構造は反応して黒鉛と異種挿入原子の化合物を形成する。この処理された黒鉛粒子を、以下では「異種原子挿入黒鉛粒子」と称す。高温に晒すと、この黒鉛内の挿入異種原子は分解し蒸発して、異種原子挿入黒鉛は、「c」方向に、即ち黒鉛の結晶面と垂直な方向に、アコーディオン状に元の体積の80倍以上の寸法に膨張する。膨張黒鉛粒子は、外観上、蠕虫状をしており、一般的に蠕虫と称される。この蠕虫は、圧縮されて元の片状黒鉛とは似ていない可撓性シートになり、種々の形状に成形、切断される。
本開示で用いているように、「合成黒鉛」という用語は、面内熱伝導度が少なくとも約700W/m*K、又は約1500W/m*K程度、又はさらに2000W/m*K又はそれ以上である黒鉛材料を称している。このような材料の代表的なものとしては、熱分解黒鉛と黒鉛化ポリイミドフィルムと称される黒鉛材料がある。
「熱分解黒鉛」とは、一定のポリマーを熱処理することで形成される黒鉛材料を意味し、例えば米国特許第3,317,338号と第4,054,708に教示されており、参照のためにここに組み入れられる。幾つかの実施例において、熱分解黒鉛とは気相炭化プロセスによって生産されたカーボン材料を指す。カーボンの気相堆積は、炭化水素の気相中での熱分解によって、基板表面への炭化水素の接触から、基板表面に堆積する。脱水素化と炭化水素の重合によって生産された大きな芳香族分子が、高温基板表面に衝突して、堆積される。水素が、原材料としてのプロパンと共に、キャリアガスとしてしばしば用いられ、プロパン濃度は、選択した温度と圧力条件に依存する。反応の特定条件は、煤煙が発生せず、堆積が生じるように選択され、一般的に炭化水素ガスは可能な限り低温に保たれることで、ガスが基板と接触した時に炭化が完結するようになっている。
黒鉛化ポリイミドフィルムは、例えば米国特許第5,091,025号に教示されているように、高分子材料から得ることができ、この開示は参照のためにここに組み入れられる。具体的には、高い結晶化度を有する黒鉛フィルムは、芳香族ポリイミドフィルムの固体状態での炭化と、その後の高温熱処理によって生成される。この黒鉛フィルムの生産方法は、著しい収縮が生じているのに、フィルムが形状の変化なく炭化され、またカーボンフィルムが不活性雰囲気中での後続の熱処理によって黒鉛に転換されるという事実によって注目を集めている。
本発明の複合ヒートスプレッダは、600W/m*Kより大きな面内熱伝導率と、50ミクロンより大きな厚さを有している。一定の実施例において、複合ヒートスプレッダは、少なくとも約1.4グラム/ccの密度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子からなる少なくとも一枚のシートを有する第一部材を備えている。第一部材は、膨張黒鉛の圧縮粒子からなる複数のシートを備えることができ、第一部材の総厚さは、少なくとも30ミクロン、さらには少なくとも45ミクロンである。第一部材の厚さの上限は、最終用途と複合ヒートスプレッダの所望の最終厚さに依存するが、一般的に125ミクロン以下である。
本発明に係る複合ヒートスプレッダは、添付テーブルにEGで示された膨張黒鉛の圧縮粒子の個別シートと、添付テーブルにSGで示された合成黒鉛の個別シートを用いて調整された。複合ヒートスプレッダの特性と同様に、EGとSGの個別シートの特性も示されている。個別部材と生産された複合ヒートスプレッダの密度(密度測定のために比重瓶を用いた)と厚さ(厚さ測定のためにStarret Tester Dialometerが用いられた)をテーブル1(表1)に示す。
Claims (19)
- 面内熱伝導率が600W/m*Kより大きく、厚さが50ミクロンより大きな複合ヒートスプレッダであって、少なくとも約1.4グラム/ccの密度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子からなる少なくとも一枚のシートを有する第一部材と、少なくとも1.8グラム/ccの密度と少なくとも700W/m*Kの面内熱導電率を有する合成黒鉛からなる少なくとも一枚のシートを有する第二部材とを備え、前記第一部材と前記第二部材が、接着剤を用いることなく接合して一枚の複合シートを形成することを特徴とする複合ヒートスプレッダ。
- 前記第一部材が、少なくとも約30ミクロンの厚さを有していることを特徴とする請求項1に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 前記第二部材が、少なくとも2.0グラム/ccの密度を有していることを特徴とする請求項1に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 前記第二部材が、少なくとも1200W/m*Kの面内熱伝導度を有していることを特徴とする請求項3に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 1000W/m*Kより大きな面内熱伝導度を有していることを特徴とする請求項1に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 少なくとも80ミクロンの厚さを有していることを特徴とする請求項5に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 前記第一部材が、少なくとも45ミクロンの厚さを有していることを特徴とする請求項6に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 前記第二部材が、50ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする請求項7に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 前記第一部材の二層と、その間に挟まれた少なくとも一層の第二部材とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 前記第二部材の二層と、その間に挟まれた少なくとも一層の第一部材とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の複合ヒートスプレッダ。
- 面内熱伝導率が600W/m*Kより大きく、厚さが50ミクロンより大きな複合ヒートスプレッダの形成方法であって、少なくとも約1.4グラム/ccの密度を有する膨張黒鉛の圧縮粒子からなる少なくとも一枚のシートを有する第一部材を供給する工程と、少なくとも1.8グラム/ccの密度と少なくとも700W/m*Kの面内熱導電率を有する合成黒鉛からなる少なくとも一枚のシートを有する第二部材を供給する工程と、接着剤を用いることなく第一部材と第二部材を接合して一枚の複合シートを形成する工程とを備えた複合ヒートスプレッダの形成方法。
- カレンダー加工かバニシング加工によって前記第一部材と前記第二部材が接合されることを特徴とする請求項11に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
- 前記第二部材が、少なくとも2.0グラム/ccの密度を有していることを特徴とする請求項11に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
- 前記第二部材が、少なくとも1200W/m*Kの面内熱伝導度を有していることを特徴とする請求項11に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
- 前記複合ヒートスプレッダが、少なくとも80ミクロンの厚さを有していることを特徴とする請求項11に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
- 前記第一部材が、少なくとも45ミクロンの厚さを有していることを特徴とする請求項15に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
- 前記第二部材が、50ミクロン未満の厚さを有していることを特徴とする請求項16に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
- 前記第一部材の二層と、その間に挟まれた少なくとも一層の第二部材とを供給するように前記第一部材と前記第二部材を接合する工程を備えていることを特徴とする請求項11に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
- 前記第二部材の二層と、その間に挟まれた少なくとも一層の第一部材とを供給するように前記第一部材と前記第二部材を接合する工程を備えていることを特徴とする請求項11に記載の複合ヒートスプレッダの形成方法。
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