JP3213925U - 可撓性黒鉛シート支持構造と熱管理装置 - Google Patents

可撓性黒鉛シート支持構造と熱管理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】可撓性黒鉛シート支持構造と熱源を有する装置のための熱管理装置を提供する。【解決手段】可撓性黒鉛シート支持構造は、互いに間隔が空けられている第1の支持部材104と第2の支持部材106と、互いに間隔が空けられている第1及び第2の支持部材の間を延びる自立屈曲調節部分120を形成する、互いに間隔が空けられている第1及び第2の支持部材に固定されている可撓性黒鉛シート102とを含む。凸形湾曲表面を有する湾曲保持部材が、屈曲調節部分を釣鐘形の曲線の形に保つために、且つ、これと同時に、可撓性黒鉛シートが最小曲げ半径を超えることを防止するために使用される。可撓性黒鉛シート支持構造によって形成される熱管理装置は、可撓性黒鉛シートが一方の支持構造から他方の支持構造に熱を伝達することを可能にすると同時に、支持構造の間の振動の伝達を減少させることと、且つ、互いに間隔が空けられている支持構造の間の相対移動とを可能にする。【選択図】図1

Description

本開示は、熱源の熱管理のための可撓性黒鉛の使用に関し、さらに特に、異なる支持部材の間の相対的移動を可能にすると同時に振動伝導を減少させる、可撓性黒鉛支持構造に関する。
電子装置が、より強力になり且つより広く普及するようになるにつれて、特に困難で且つ敵対的な環境内で電子装置が使用される時に、新たな問題が出現している。多くの電子装置における原理的な設計上の問題が、適正な性能を確実なものにするために、且つ、構成要素に対する損傷を防止するために、過剰な熱を除去することである。この目標は、例えば互いに間隔が空けられた支持部材の相互間の振動又は相対的移動のような、他の故障ベクトルからの保護を電子装置が必要とする時に、より実現困難なものとなる。
したがって、互いに間隔が空けられている支持部材の間を延びる、予め決められた形状に黒鉛シートを維持することが可能である、黒鉛シートのための支持装置が、当業において必要とされている。
可撓性黒鉛シート支持構造が開示される。この可撓性黒鉛シート支持構造は、第1の支持部材と、この第1の支持部材から間隔が空けられている第2の支持部材とであって、この第1及び第2の支持部材の一方がその他方に対して相対的に移動するようになっている、第1及び第2の支持部材と、互いに間隔が空けられている第1及び第2の支持部材に固定されている可撓性黒鉛シートであって、互いに間隔が空けられている第1及び第2の支持部材の間を延びる自立屈曲調節部分(free standing flex accommodating section)を有し、及び、この屈曲調節部分は、互いに反対側に位置した複数の外向きの凹形湾曲部分の間に配置されている中央湾曲部分を有する釣鐘形曲線の形状である、可撓性黒鉛シートと、複数の外向き凹形湾曲部分のそれぞれ1つに隣接して配置されており且つそれに面している凸形湾曲表面を有する第1の湾曲保持部材(curve retention member)と、複数の外向き凹形湾曲部分の他方に隣接して配置されており且つそれに面している凸形湾曲表面を有する第2の湾曲保持部材であって、可撓性黒鉛シートはこれらの凸形湾曲表面に固定されていない、第1の湾曲保持部材と第2の湾曲保持部材とを含む。
湾曲保持部材なしの、互いに間隔が空けられている支持部材の間に支持されている可撓性黒鉛シートの側面図である。 湾曲保持部材が使用されていない時の、急激な湾曲を有する複数のシートを有する可撓性黒鉛シートの拡大側面図である。 可撓性黒鉛シートにおいて最小の曲げ半径を維持するための凸形湾曲表面を有する湾曲保持部材を使用する、可撓性黒鉛シート支持構造の側面図である。 互いに間隔が空けられている支持部材と一体状である湾曲保持部材を使用する可撓性黒鉛シート支持構造の別の具体例の側面図である。 互いに間隔が空けられている支持部材の間の相対的移動を示す、可撓性黒鉛シート支持構造の側面図である。
図1を参照すると、可撓性黒鉛シート装置が参照番号100において全体的に示されている。この装置100は、1対の互いに間隔が空けられている支持部材104、106の間を延びる可撓性黒鉛シート102を含む。これらの互いに間隔が空けられている支持部材104、106は距離DGの間隔を置かれている。これらの互いに間隔が空けられている部材104、106の各々は1つ又は複数の部材を含むことが可能である。例えば、図1には、例えば各々の部材に関して1対の支持部材104a及び104b、106a及び106bが示されている。互いに間隔が空けられている部材104、106は、必要に応じて、一体的に連結されるか、又は、より大きいアセンブリの一部分であることが可能である。可撓性黒鉛シート102は、任意の適切な仕方で、互いに間隔が空けられている支持部材104、106に固定されている。一例では、可撓性黒鉛シート102は、互いに間隔が空けられている支持部材に接着接合されており、及び、別の例では、1対の支持部材104a及び104b、106a及び106bは、これらの支持部材の間に可撓性黒鉛シートを締め付け固定する。別の例では、機械的締結具が、可撓性黒鉛シートを支持部材に固定するために使用される。別の例では、接着接合、締め付け固定、及び/又は、機械的締結具の適切な組み合わせが使用されることが可能である。
次に図1と図2を参照すると、黒鉛シート102が1つ又は複数の可撓性黒鉛シートによって形成されている。図2に102において概略的に示されている1つの非限定的な事例が、2つのシート202a、202bを含む。しかし、黒鉛シート102が任意の適切な数の可撓性黒鉛シートを含むことが可能であるということが理解されるべきである。可撓性黒鉛シート102は、剥離黒鉛の圧縮流離を含んでもよい。他の実施形態では、可撓性黒鉛シート102は、1つ又は複数の支持層を伴う1つ又は複数の熱分解性黒鉛層を含む。さらに別の実施形態では、可撓性黒鉛シート102は、熱分解性黒鉛と、剥離黒鉛の圧縮粒子の1つ又は複数のシートとの両方で形成されてもよい。術語「熱分解性黒鉛」は、黒鉛化された黒鉛化可能ポリマーである。
1つ又は複数の実施形態では、複数の黒鉛シート202a、202b等が、本明細書で開示されているように、使用のためにシート102として概略的に示されている単体の物品の形に積層されてもよい。シート202a、202bは、これらのシートの間の感圧性接着剤又は感熱性接着剤のような適切な接着剤を用いて積層されてもよい。選択される接着剤は、接着力と厚さの最小化とをバランスさせなければならず、且つ、熱伝導が必要とされる使用温度において適切な接合を維持することが可能ななければならない。適切な接着剤は当業者には公知であろうし、特にアクリル樹脂とフェノール樹脂を含む。
他の実施形態では、可撓性黒鉛シート102は、可撓性黒鉛シート全体の1つ又は複数の部分だけにおいて一体的に固定されている(即ち、積層されている)シートを有する、本明細書に説明されている複数の別々のシートを含むことが可能であり、したがって、この可撓性黒鉛シートのその他の部分では、別々の可撓性黒鉛シートが一体的に積層されていない。1つの例では、屈曲吸収部分120(後述する)が、一体的に積層されていない複数のシートを含み、及び、互いに間隔が空けられている支持部材104、106によって支持されているシートの一方又は両方の部分が、一体的に積層されている。別の例では、屈曲吸収部分120は、一体的に積層されている複数のシートを含み、及び、互いに間隔が空けられている支持部材104、106によって支持されているシートの一方又は両方の部分が一体的に積層されていない。
可撓性黒鉛シート102は、さらに、1つ又は複数の側面上に保護被覆を含んでもよい。他の実施形態では、シート102の1つ又は複数の部分だけが保護被覆を含む。他の実施形態では、シート102の異なる部分が異なる被覆を含むことが可能である。被覆は、非限定的に、ポリマー被覆又は金属被覆を含んでもよく、及び、例えば、PETフィルム、アクリルフィルム、及び、薄い金属被覆であってもよい。
可撓性黒鉛シート102、又は、黒鉛シート102を形成するシート202a、202b等は、約0.010mmから約3.75mmの間の厚さと、約1.0g/ccから約2.0g/cc以上の典型的な密度とを有してもよい。一例では、1つ又は複数の可撓性黒鉛シートは、約0.025mmから約0.500mmの間の厚さを有する。別の例では、可撓性黒鉛シートは、約0.050mmから約0.250mmの間の厚さを有する。一例では、可撓性黒鉛シートは、約1.0g/ccから約2.0g/ccの間の密度を有することが可能である。別の例では、可撓性黒鉛シートは、約1.2g/ccから約1.8g/ccの間の密度を有することが可能である。一例では、可撓性黒鉛シートは、少なくとも約0.6g/ccの密度を有することが可能であり、より好ましくは、少なくとも約1.1g/ccの密度を有することが可能である。別の例では、可撓性黒鉛シートは、少なくとも約1.6g/ccの密度を有することが可能である。黒鉛シートの密度の上限は約2.0g/ccである。本開示における熱ブリッジでの使用のために適している1つの黒鉛シートは、オハイオ州インデペンデンスのGrafTech International Holdings Inc.から、eGRAFTM材料として市販製品の形で入手可能である。
可撓性黒鉛シート102は、少なくとも150W/(m・K)の面内熱伝導率(in−plane thermal conductivity)を有する。さらに別の実施形態では、この黒鉛シート102は、少なくとも300W/(m・K)の面内熱伝導率を有する。さらに別の実施形態では、この黒鉛シート102は、少なくとも400W/(m・K)の面内熱伝導率を有する。さらに別の実施形態では、この黒鉛シート102は、少なくとも600W/(m・K)の面内熱伝導率を有する。さらに別の実施形態では、この黒鉛シート102は、少なくとも700W/(m・K)の面内熱伝導率を有する。さらに別の実施形態では、この黒鉛シート102は、少なくとも1500W/(m・K)の面内熱伝導率を有する。一実施形態では、黒鉛シート102、202a、202b等は、厚さ10ミクロンから1500ミクロンであってもよい。
可撓性黒鉛シート102は、有利には約0.025mmから約0.500mmの間の厚さを有し、より有利には約0.050mmから約0.250mmの間の厚さを有する。可撓性黒鉛シート102は、有利には約1.0g/ccから約2.0g/ccの間の密度を有し、より有利には約1.2g/ccから約1.8g/ccの間の密度を有する。
可撓性黒鉛シートは、有利には20.0mm未満の最小曲げ半径を有し、より有利には10.0mm未満の最小曲げ半径を有し、及び、さらにより有利には約6.0mm未満の最小曲げ半径を有する。この実施形態、又は、他の実施形態では、最小曲げ半径は、約1.0mmから約20.0mmの間であってもよい。
黒鉛シート102は、互いに間隔が空けられている支持部材104、106の間にまたがる自立屈曲調節部分120を含む。この屈曲調節部分120は湾曲しており、及び、したがって、間隙DGを架橋するために必要とされる長さよりも長い。一例では、互いに間隔が空けられている支持部材104、106の間に配置されている屈曲調節部分120は、釣鐘形曲線としても知られているガウス曲線を形成する。
黒鉛シート102の可撓性と自立屈曲調節部分120の湾曲形状とが、互いに間隔が空けられている支持部材104、106の間の距離DGに黒鉛シートがまたがることを可能にすると同時に、支持部材の間の機械的エネルギーの伝達を減少させることによって、支持部材の相互間の相対的振動の潜在的な差異を吸収する。この屈曲調節部分120は、さらに、互いに間隔が空けられている支持部材104、106の互いに対する相対的回転のような、互いに間隔が空けられている支持部材104、106の間の相対的な方向配置の変化に対して、装置100、200、400が対処することを可能にもする。
釣鐘形曲線の形の屈曲調節部分120は、互いに反対側に位置している外向き凹形湾曲部分124の間に配置されている中央湾曲部分122を含む。この中央湾曲部分は、半径R1を含む。外向き凹形湾曲部分124は半径R2、R3を有する。互いに間隔が空けられている支持部材104、106の間にまたがる屈曲調節部分120は、他の構造又は支持部材に固定されていないので、自立していると表現されることが可能である。
次に、図3を参照すると、可撓性黒鉛シート支持構造が示されており、この可撓性黒鉛シート構造は、上述した可撓性黒鉛シート装置100と、互いに間隔が空けられている支持部材の一方104に隣接して配置されている第1の湾曲保持部材130と、互いに間隔が空けられている支持部材の他方106に隣接して配置されている第2の湾曲保持部材140とを含む。第1の湾曲保持部材130は、屈曲調節部分120の一方の外向き湾曲部分124に隣接して配置されている湾曲表面132を含む。この湾曲表面132は、凸形であり、且つ、外向き凹形湾曲部分124に向かって延びる法線を有すると見なされることが可能である。第2の湾曲保持部材140も、屈曲調節部分120の他方の外向き凹形湾曲部分124に隣接して配置されている湾曲表面142を含む。この湾曲表面142も、凸形であり、且つ、凹形と見なされることが可能である外向き凹形湾曲部分124に向かって延びる法線を有すると見なされることが可能である。
湾曲保持部材130、140は、適切な凸形湾曲表面132、142を有する四分円形の部材であることが可能である。湾曲保持部材が、屈曲調節部分122のそれぞれの凹形湾曲表面124に隣接して位置しており且つそれに面している適切な凸形湾曲表面132、142を含む、様々な他の形状を有することが可能であるということが想定されている。
第1及び第2の湾曲保持部材130、140は、図3に示されているように、支持部材104、106に隣接して位置しており且つこれらから分離していることが可能である。あるいは、図4に示されているように湾曲表面132、142が支持部材上に形成されるように、第1及び第2の湾曲保持部材130、140は、それぞれの隣接した支持部材104、106と共に、それぞれに一体的に形成されることが可能である。
次に図4を参照すると、屈曲調節部分120可撓性黒鉛シート102の互いに反対側に位置している外向き凹形湾曲部分124が、それぞれの湾曲保持部材130、140の隣接する凸形湾曲表面132、142に固定されていない。このことが、湾曲保持部材130、140の凸形湾曲表面132、142が、予め決められており且つ可撓性黒鉛シート102の最小曲げ半径よりも大きい、可撓性黒鉛シートにおける曲げ半径を維持することを可能にすると同時に、支持部材104の一方が支持部材の他方に対して相対的に移動することを可能にする。この移動の一例が、他方の支持部材に対する一方の支持部材の相対的回転を、非限定的に含むことが可能である。拡大部分において見てとれるように、凹形湾曲部分は、相対的回転の最中に、湾曲保持部材の凸形湾曲表面から遠ざかるように移動するだろう。
可撓性黒鉛シートの外向き凹形湾曲部分132、142がそれぞれの半径R2、R3を有し、及び、湾曲吸収セクションの中央湾曲部分が半径R1を有する。一例では、R1≠R2且つR1≠R3である。別の例では、R1=R2=R3である。別の例では、R2とR3は、凸形湾曲表面全体において一定不変である。別の例では、R2≠R3である。
別の例では、R2とR3は凸形湾曲表面に沿って変化し、及び、この凸形湾曲表面は、円曲線ではない表面を画定する。非限定的な例が、特に、オイラー螺旋、螺旋曲線、又は、3次曲線を含むことが可能である。
他の例では、支持部材は、距離DGの間隔を空けられており、及び、R1=R2=R3であり、且つ、R1+R1+R2+R3=DGである。この構成によって、ほぼ最適である釣鐘形曲線に可撓性黒鉛シート102の屈曲調節部分120を維持する。
可撓性黒鉛シート102と、互いに間隔が空けられている支持部材104、106と、曲線保持部材の凸形湾曲表面は、支持部材104を有する一方の側部から、支持部材106を有する別の側部に熱を伝達することによって、装置のための熱管理装置(thermal management arrangement)100、200、400として使用されることが可能な可撓性黒鉛シート支持構造を形成する。この熱は、可撓性黒鉛シート102に熱的に接触している1つ又は複数の電子構成要素(図示されていない)によって発生させられることが可能である。この電子構成要素の具体例は、非限定的に、プロセッサー、メモリーモジュール、特定用途向け集積回路(ASIC)、グラフィックスプロセッサー、発光ダイオード(LED)、又は、電界効果トランジスター(電力FET、IGBT等)を含む。屈曲調節部分120は、可撓性黒鉛シート102が支持部材104、106の間の距離を超えて熱を伝達することを可能にすると同時に、これらの支持部材の間の振動の伝達を減少させ、且つ、上述したこれらの支持部材の間の相対的移動を調節する。一例では、四分円形の部材が、上述したように配置されている凸形湾曲表面132、142を各々が有する湾曲保持部材130、140のために使用された。互いに間隔が空けられている支持部材104、106の一方が他方の支持部材に対して10°回転させられ、一方、上述したように屈曲調節部分120が所望の形状に保持された。この装置は、53000サイクルまでの繰り返し曲げ試験を受けたが、可撓性黒鉛シート102の熱性能における変化を全く示さなかった。
本明細書で説明されている様々な実施形態が、これらの実施形態の任意の組み合わせとして実施されることが可能である。上記説明は、当業者が本考案を実施することを可能にすることを意図されている。上記説明は、この説明を理解する時に当業者にとって明らかになる実現可能な変形と変更の全てを詳細に示すことは意図されていない。しかし、こうした変更と変形の全てが、後述の実用新案登録請求項で定義されている本考案の範囲内に含まれていることが意図されている。こうした実用新案登録請求項は、その文脈が反対のものを明確に示さない限りは、本考案に関して意図されている目的に合致するために有効であるあらゆる構成及び順序における上記要素及び段階をその範囲内に含むことが意図されている。
100 可撓性黒鉛シート装置
102 可撓性黒鉛シート
104 支持部材
106 支持部材
120 屈曲調節部分
122 中央湾曲部分
124 外向き凹形部分
130 第1の湾曲保持部材
132 湾曲表面
142 湾曲表面
140 第2の湾曲保持部分

Claims (10)

  1. 可撓性黒鉛シート支持構造において、
    第1の支持部材と、前記第1の支持部材から間隔が空けられている第2の支持部材であって、前記第1の支持部材及び前記第2の支持部材の一方がその他方に対して相対的に移動するようになっている、第1の支持部材及び第2の支持部材と、
    互いに間隔が空けられている前記第1の支持部材及び前記第2の支持部材に固定されている可撓性黒鉛シートであって、互いに間隔が空けられている前記第1の支持部材及び前記第2の支持部材の間を延びる自立屈曲調節部分を有し、前記屈曲調節部分は、互いに反対側に位置した複数の外向き凹形湾曲部分の間に配置されている中央湾曲部分を有する釣鐘形曲線の形状である可撓性黒鉛シートと、
    前記複数の外向き凹形湾曲部分のそれぞれ1つに隣接して配置されており且つそれに面している凸形湾曲表面を有する第1の湾曲保持部材と、前記複数の外向き凹形湾曲部分の他方に隣接して配置されており且つそれに面している凸形湾曲表面を有する第2の湾曲保持部材であって、前記可撓性黒鉛シートは前記凸形湾曲表面に固定されていない、第1の湾曲保持部材と第2の湾曲保持部材とを備える、可撓性黒鉛シート支持構造。
  2. 前記可撓性黒鉛シートは、約0.025mmから約0.500mmの間の厚さと、約0.6g/ccから約2.0g/ccの間の密度とを有する請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  3. 前記湾曲保持部材は、前記支持部材に連結されている少なくとも1つであり、且つ、支持部材と一体状である請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  4. 前記可撓性黒鉛シートの前記複数の外向き凹形湾曲部分はそれぞれの半径R2、R3を有し、前記中央湾曲部分は半径R1を有し、さらには、
    a.R1≠R2且つR1≠R3、又は、
    b.R1=R2=R3
    である、請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  5. 前記可撓性黒鉛シートの前記複数の外向き凹形湾曲部分はそれぞれの半径R2、R3を有し、前記中央湾曲部分は半径R1を有し、さらには、
    2とR3は前記凸形湾曲表面全体にわたって一定不変であり、及び、
    2とR3は前記凸形湾曲表面全体にわたって互いに等しい、の少なくとも一方を有する、請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  6. 前記可撓性黒鉛シートの前記複数の外向き凹形湾曲部分はそれぞれの半径R2、R3を有し、前記中央湾曲部分は半径R1を有し、R2≠R3である請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  7. 前記可撓性黒鉛シートの前記複数の外向き凹形湾曲部分はそれぞれの半径R2、R3を有し、前記中央湾曲部分は半径R1を有し、R2とR3は、前記凸形湾曲表面が、非円形の曲線、オイラー螺旋、螺旋曲線、及び、3次曲線の少なくとも1つである表面を画定するように、前記凸形湾曲表面に沿って変化する請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  8. 前記可撓性黒鉛シートの前記複数の外向き凹形湾曲部分はそれぞれの半径R2、R3を有し、前記中央湾曲部分は半径R1を有し、前記支持部材は、距離DGの間隔を空けられており、R1+R1+R2+R3=DG、且つ、R1=R2=R3である請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  9. 前記可撓性黒鉛シートは、さらに、一体的に積層されている複数のシートを含む少なくとも1つの部分と、一体的に積層されていない複数のシートを含む少なくとも1つの部分とを備える請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
  10. 前記可撓性黒鉛シートは、剥離黒鉛の圧縮粒子の1つ又は複数のシートと、熱分解性黒鉛の1つ又は複数のシートの少なくとも1つを備える請求項1に記載の可撓性黒鉛シート支持構造。
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