JP5893764B2 - 熱界面材料、熱界面材料を設ける方法、熱界面を設ける方法及び発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、熱生成構成要素の熱管理のための熱界面材料（thermal interface material）の分野に関し、より詳細には、本発明は、添付の独立請求項のプリアンブル部による熱伝導材料に関する。
熱界面材料（ＴＩＭ）は、典型的には、熱生成構成要素（例えば、電気的要素）と熱伝導要素（例えば、ヒートシンク又はヒートスプレッダ）との間の熱界面として作用し、熱生成構成要素及び熱伝導要素の接合面内に存在し得る何らかのボイド又は不規則性を充填するために設計される熱伝導性材料である。後者は、熱生成構成要素とヒートシンクとの間の接触面積を増大させ、これにより熱生成構成要素とヒートシンクとの間の熱インピーダンスを効果的に低下させ、熱の効果的な輸送を可能にする。効果的であるために、ＴＩＭは、好ましくは非常に低いバルク熱抵抗と、熱が、接点から、接合面間に存在し得る何らかのボイドに向かって流れ出ることを可能にするのに十分低い粘性とを有する。ＴＩＭは、ひとたびこれが流れると、適所に留まり、温度変化の間、可撓性を有するままであらなければならない。粘性があまりに低い場合、ＴＩＭは接合面間から流れ出し、ボイドを出て、結果として、より高い熱インピーダンスをもたらす。
熱ペースト、若しくはグリース、相変化材料、又は熱パッド等のように、市場において使用されている複数のＴＩＭが、存在する。ＴＩＭで最も重要な機能は、２つの界面間（即ち熱生成構成要素及び熱伝導要素の接合面）において最大化された物理的接触を保証することである。この機能が成し遂げられる場合にのみ、ＴＩＭのバルク伝導率が活用される。両方の界面との適当な物理的接触を有することなく、バルク伝導率は、熱抵抗に対する軽微な影響を有する。この理由のため、（一般に）比較的低いバルク伝導率にもかかわらず、熱ペースト又はグリースは、通常、熱的に最良の性能を示すもの（performer）であり、ペーストは、極めて良好な濡れ性を有し、従って界面間に最大限の物理的接触を確立する仕方において構造化されている。相変化材料（ＰＣＭ）は、類似の挙動を示すように設計されている。更に、熱パッド材の設計において、最大限の物理的接触を可能にするように大きな注意が払われている。熱ゲル及び間隙充填材の使用の後の主ドライバは、両方の界面との最大限の物理的接触にも基づく。全てのこれらのＴＩＭに関して、界面の熱性能の或る接触圧依存性があり、一般的に、熱パッド材に関して最も強く、圧力が高いほど物理的接触はより良好である（全体の接触面積が大きい）。最後に、上述の問題を解決する周辺の熱接着剤は、次の部分で記載されるように、特有の不利な点も有している。
ＴＩＭは、一般に、物理的接触及び従って最適熱な性能を保証するように最小限の接触圧を必要とするので、このことは、システムが寿命にわたってこのような最小圧力を保証しなければならないという点において、システムの設計を複雑にする。最適な熱性能に関して上述された接触圧の要件は、複数の不利な点を有する。第一に、ＴＩＭを使用するシステムは、ＴＩＭを保持する界面間に、指定されている又は必要とされている最小の接触圧に関して慎重に設計されなければならない。接触圧を実現するためのフィーチャは、ネジ又はクランプ等であり、当該システムのコストを増大させる。更に、特に、或る許容誤差を有するプラスチック部材又は構成要素を利用する場合、ＴＩＭ面への所定の圧力による取付けは困難である。外部的に印加される圧力は、慎重に印加されなければならない。印加される圧力におけるあまりに幾何学的な不統一性は、前記界面の形状を変化させる（例えば、ゆがみ、巻回等）ことがあり得る。これにより、ＴＩＭと両方の界面と間の物理的接触が（部分的に）失われるという相当のリスクが到来し、従って、このような印加された接触圧は、熱性能に反対作用する。物理的接触の確立は、上述で説明したようにＴＩＭの最も重要な機能であるからである。更に、接触圧そのものが、当該装置をオン／オフに切替えること（通常の使用）による熱循環のもとで前記ＴＩＭを送出させ（pump-out）得る。この効果は、特に熱ペースト及びＰＣＭの場合、何度も観察され、この後、前記ＴＩＭは、当該システムの他の重要な部分を汚染する。更にその上、ＴＩＭの厚さ及び硬さは、粗さ及び曲率のような、両方の界面の特性又は特徴に関して慎重に選択されなければならない。このことは、選択されたＴＩＭが指定された表面特性を克服することが可能でなければならないことを意味する。最後に、熱接着剤は、一般に、全てのこれらの問題を解決する。しかしながら、接着剤にはこれ自体の巨大な不利な点があり、特に大きい表面積に関して、（しばしば固有の）熱膨張係数（ＣＴＥ）の不整合により誘発される熱循環の下でクラック及び剥離のリスクとなる。更に、接着剤は、常に、組立て過程を複雑にし生産コストを著しく増大させる幾つかの種類の硬化プロセスを必要とする。
上述を鑑みて、本発明の目的は、代替的なもの及び改良されたＴＩＭ材料並びにＴＩＭ熱界面アプリケーションを提供すると共に、上述の問題を少なくとも軽減することにある。
この目的は、添付の請求項１に記載の本発明のＴＩＭにより達成される。
従って、本発明の見地によって、活性化可能な収縮材料を有するＴＩＭ層を有する熱界面材料、即ちＴＩＭが提供される。収縮材料は、収縮材料の活性化に応じてＴＩＭ層の厚みが増大されるように、前記ＴＩＭ層内に分配されており、有利には、物理的な寸法が少なくとも部分的に制御可能である改良されたＴＩＭ材料を提供する。ＴＩＭ層がｚ方向におけるよりも非常に大きくｘ及びｙ方向における延在を有するので、（例えば、ＴＩＭ層内にランダムに分配される熱収縮性材料の繊維である）収縮材料の収縮の振る舞いは、ＴＩＭアプリケーションのｚ方向における比較的小さい寸法のため、ｘｙ方向において優位な効果を有する。全方向における等しい収縮は、最大の寸法に対し、ｘｙ方向における、最大の相対的な材料変位を与え、これにより途中でＴＩＭマトリックスから材料を引っ張り、従って結果としてｚ方向におけるＴＩＭの寸法の増大をもたらす。好ましくは、ｘｙ方向におけるＴＩＭの収縮は、ＴＩＭの厚みの有効な増大を提供するようにｚ方向における収縮よりも５−１０倍大きいものでなければならない。
前記収縮材料の活性化における高さの増大は、有利には熱界面において利用されることができる。従って、本発明によるＴＩＭは、熱生成構成要素と熱伝導要素（例えば、回路基板上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、並びにヒートシンク又はヒートスプレッダ）との間に設けられる。例えば、ＬＥＤ自体からの熱によって又は外部の熱源によって、ＴＩＭの収縮材料の活性化は、この場合、前記ＴＩＭの高さの拡張をもたらす。更に、ＬＥＤとヒートシンクとの間のｚ方向における分離を制限することによって、結果として、前記ＴＩＭに関してｚ方向における空間が制限され、前記ＴＩＭのｚ方向の拡張は、接触圧を増大させ、従って、ＬＥＤ及びヒートシンクの両方の界面を有する物理的接触を増大させる。このことにより、従来技術におけるように、他の仕方において、ＬＥＤとヒートシンク／ヒートスプレッダとの間に寿命にわたって最小の外部的に設けられる接触圧を提供する（例えば、寿命にわたる最小接触圧を保証するためにクランプすることによる）必要性は、取り除かれる。このことは、接触圧に関してシステムのデザインを強く軽減し、潜在的に、当該システムの「材料表（ＢＯＭ）」及びアセンブリの両方における大規模なコスト削減を提供する。今や、両方の界面のみが適所に保持されていれば良く、ＴＩＭ自体が物理的接触に作用するからである。
更に、本発明による熱界面は、更に有利には、嵌合界面の如何なる表面の曲率及び粗さの特性も修正し、従って、今日、市場に出ている他のＴＩＭよりも使用における非常に高い堅牢性を有するであろう。従って、本発明により提供されるＴＩＭの種類は、何らかのシステム、装置又は工業において今日使用されている非常に多量のＴＩＭのと置き換わる可能性を有する。
ＴＩＭの一実施例によれば、収縮材料は、ＴＩＭ内の所定の配向された方向において設けられる。配向された方向は、単一方向、複数の方向、放射方向及びメッシュ等の１つであるように選択されても良い。収縮材料は、更に、選択された平面内の配向された繊維又はランダムに配向された繊維等を有することができる。好ましくは、この収縮材料の配向は、ＴＩＭ層の厚さの増大を更に容易にすると共に、熱放散が最も必要である場所における改良された表層接触の効果を容易にするために、選択される。
ＴＩＭの一実施例によれば、配向された方向はＴＩＭ層のｘｙ平面内で選択され、このことは、ＴＩＭ層のｘｙ方向における収縮を更に増大させ、これにより前記ＴＩＭの全体の厚さを増大させるのに効果的である。
ＴＩＭの一実施例によれば、ＴＩＭ層は、交互のＴＩＭサブ層及び収縮材料層を有する多層ＴＩＭである。多層ＴＩＭは、例えば、異なるＴＩＭサブ層が、収縮材料の少なくとも１つの層との直接的な結合又は摩擦を有することを可能にする点において、有利であり、活性化された場合、即ちｘｙ次元において材料を縮めるために、ＴＩＭサブ層が収縮材料に適応することを効果的に強制する。多層ＴＩＭは、例えば、異なる層を積層することにより製造されることができ、１つのシート材料を形成するように２つの異なる材料を一緒にアセンブリする簡単で低コストの方法を提供する。
ＴＩＭの一実施例によれば、収縮材料はモノマを有し、収縮材料の活性化は、モノマを重合させる。モノマは、重合の間、一緒に結合するので、収縮材料の密度が増大し、収縮材料の体積を縮小させる。重合の前にモノマ及びＴＩＭ材料を混合し、ポリマ架橋システムを形成するモノマを選択することによって、このことは、ＴＩＭ材料が、（例えば、低い熱伝導特性を有する閉じている又は開いている表面による熱経路の妨害を生じ得る積層状の熱収縮材料を設けるのとは反対に）ＴＩＭを介して熱を導くのに十分な通過チャネルを有利に提供することができる。モノマ／ポリマ網の使用は、更に、熱以外の他の活性化の方法（例えば、紫外線又は他の化学反応）を可能にする。
ＴＩＭの一実施例によれば、収縮材料は、拡張されたポリママトリックスであり、収縮材料の活性化は、拡張されたポリママトリックスを弛緩させ、拡張されていない状態へ戻らせる。従って、ここでの収縮材料の収縮は、拡張ベースのものである。このことは、例えば、ポリママトリックスが予め作製され、任意には、これをＴＩＭ層に付加する前の拡張過程において又はこれをＴＩＭサブ層間に設ける前に多層ＴＩＭの一部として拡張される点において、適用可能である。更に、このことは、ＴＩＭ材料に対する強さ及び収縮方向における収縮の振る舞いに影響を与えるために、特定の形状における熱収縮材料のカット／整形を可能にするであろう。熱収縮材料のカット／整形は、熱収縮材料の箔の反復又は配向されたパターンにおける打抜き及び／又は穿孔を含み得る。
本発明の第三の見地によれば、熱界面材料（ＴＩＭ）を設ける方法であって、ＴＩＭ層を設けるステップと、ＴＩＭ層内に活性化可能な収縮材料を設けるステップと、任意には、配向された方向に収縮材料を配向するステップとを有する方法であって、前記収縮材料の活性化の際にＴＩＭ層の厚さが増大される、方法が提供される。
当該方法の一実施例によれば、収縮材料は、モノマベースの材料であり、収縮材料の活性化はモノマを重合させる。
ＴＩＭ、熱界面及びこれらの対応する方法の実施例によれば、収縮材料は、好ましくは、熱活性化される。このことは、熱生成構成要素自体が、収縮材料の活性化を提供するために利用できるという点において、有利である。更に、多くの商業的に入手可能な熱活性化される収縮材料が存在し、文書で十分に裏付けられていると共にＴＩＭにおける使用に適している。
当該方法の一実施例によれば、収縮材料は、ポリママトリックスであり、前記収縮材料を配向するステップは、（ポリママトリックスを任意に加熱するステップと、）ＴＩＭ層のｘｙ平面に対応する方向にポリママトリックスを機械的に伸張するステップと、この後、（例えば、急速に冷却することによって、）伸張されたポリママトリックスを係止するステップと、これにより拡張されたポリママトリックスを設けるステップとを有する。
当該方法の一実施例によれば、ＴＩＭ層を設けるステップ及びＴＩＭ層内に活性化可能な収縮材料を設けるステップは、少なくとも１つのＴＩＭサブ層及び少なくとも１つの収縮材料層の交互の積重ねによって、多層ＴＩＭを設けるステップを更に有する。
更に、上述したように、本発明の第４の見地によれば、熱界面は、本発明によってＴＩＭを設けると共に、更に熱生成構成要素と熱伝導基板との間にＴＩＭを配することにより提供される。熱生成構成要素と熱伝導基板との間の距離は、制限されている。熱界面を提供する方法は、例えば、ＴＩＭを熱にさらすことによって、又はＴＩＭにおいて使用される特定の収縮材料に適用可能な何らかの他の活性化によって、熱収縮材料を活性化するステップを更に含むことができる。
他の目的、フィーチャ及び有利な点は、添付の従属請求項及び添付図面から明らかになるであろう。
本発明の上述の及び更なる目的、フィーチャ及び有利な点は、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例の以下の説明的で非限定的な詳細な記載によって、より良好に理解されるであろう。当該図面において、同一の符号は、類似の要素に使用されるであろう。
熱界面材料、即ちＴＩＭ及びこの対応する熱界面アプリケーション、並びにこのようなＴＩＭ及び熱界面をどのように生成するかに関する方法の例示的な実施例が、以下に記載される。
方法のステップは連続的な系列として記載されるが、ステップの幾つかは他の順序において実施されることができ、又は幾つかの付加的な過程のステップが差し込まれることもできる。
ここで、本発明によるＴＩＭの実施例１００を示している図１ａを参照すると、ＴＩＭ１００は、ＴＩＭ層１０５、即ちｘｙ平面内の層の物理的な寸法の範囲と比較して小さいｚ方向における厚みｄ１を有する上側表面１０１及び下側表面１０２を備える実質的に平坦な材料構造を有する。収縮材料１１０は、ＴＩＭ層１０５内に分配されている。収縮材料１１０は、この例示的な実施例において、これらの製造の間にＴＩＭ層１０５材料に付加される感熱ポリマ収縮繊維である。ＴＩＭ層１０５は、成形プロセスにおいて形成されることができる。ここで、前記感熱ポリマ収縮繊維は、ＴＩＭ層材料１００内にランダムに混合される。代替的な実施例において、熱収縮材料１１０の繊維は、メッシュ形状において予め準備され、ＴＩＭ１００によって十分に囲まれるようにＴＩＭ層１０５の可撓性の物質内に圧縮される。図１ｂは、収縮材料１１０の感熱ポリマ収縮繊維の活性化後のＴＩＭ１００を示している。図１ａにおけるＴＩＭ１００は、短縮によって熱に反応する収縮繊維を加熱するように露出されている場合、ＴＩＭ層１０５内部の境界からＴＩＭ層材料を引っ張る。この繊維の収縮の振る舞いは、ＴＩＭの比較的小さいｚ方向の寸法のために、ｘｙ方向における優位な効果を有する。このメカニズムは、別の高さｄ２が熱活性化されているＴＩＭ１００'に関して得られるように、活性化されているＴＩＭ１００'の高さを増大する。
収縮材料は、後述されるように、収縮材料繊維、モノマ、ポリマ組成物又は更に独立した層構造物の形態において、ＴＩＭ層に付加されることができる。
ＴＩＭ層の収縮材料の影響を最適化すると共に、ＴＩＭ層の高さの増大を容易にするように、収縮材料は、好ましい実施例において、ＴＩＭ層内の所定の配向において配される。一般に、ＴＩＭの厚み方向（ｚ方向）を除く配向の方向が、好まれる。
図２ａ―２ｇにおいて、ＴＩＭのｘｙ平面内の収縮材料２１０ａ―ｅ''の幾つかの好適な配向が示されている。図２ａは単一の方向ｎにおいて配向されている収縮材料２１０ａを示しており、図２ｂは放射状の配向における収縮材料２１０ｂを示しており、図２ｃは円形の配向における収縮材料２１０ｃを示しており、図２ｄはクロスリンクされたメッシュ様の構造における収縮材料２１０ｄを示しており、図２ｅはランダムに配向された長い及び短い繊維／ポリマを有する収縮材料２１０ｅを示しており、図２ｆはメッシュ構造を有するポリマ層構造の収縮材料２１０ｆを示しており、図２ｇは、収縮材料が、拡張された収縮箔２１０ｅ''を形成するように伸張される、拡張されたポリママトリックス（ここでは、カット収縮箔２１０ｅ''を使用することにより形成されている）としてどのように設けられているかを示している。拡張されたポリママトリックスの取り組みは、本願明細書において以下で別個に記載される。
本発明の概念によれば、収縮材料を提供するのに様々なメカニズムが利用されることができる。第１に、例えば、収縮材料が多くのモノマを有する場合、次いで収縮材料が活性化される場合、モノマは重合する。このことは、モノマが一緒に結合されるようになり、従ってより小さい空間を占めるようになるので、材料の密度を増大させる。従って、熱収縮材料の体積は減少し、結果としてＴＩＭの高さの増大をもたらす。
前記収縮は、拡張ベースであっても良い。実施例（図示せず）によれば、ＴＩＭ材料自体が、収縮材料を提供するように設けられる。この工程は、通常通りＴＩＭを生成するステップと、次いで、これをＴＩＭの伸張を可能にするように加熱するステップと、次いで機械的にＴＩＭを伸張するステップとを有する。この拡張された状態において、ＴＩＭは、最後に急速に冷却される。後に、加熱された場合、即ち活性化された場合、ＴＩＭ内のポリマは弛緩して拡張されてない大きさまで戻る一方で、ＴＩＭは、結果として拡張効果を有する自身の元の体積を保持する。拡張されたポリママトリックスを利用する実施例によれば、後述するように、拡張されたポリママトリックスはＴＩＭ内の層として製造され、ＴＩＭは、この後、加熱されて、伸張され、急速に冷却される。任意には、拡張されたポリママトリックスは、製造され、加熱され、伸張され、ＴＩＭ層に付加される前に急速に冷却される。任意に、例えば、この拡張を保持するように伸張された熱収縮材料をＴＩＭ層に積層することによって、熱収縮材料は、活性化されなければならないまで、室温において、伸張され機械的に係止される。
図３を参照すると、上述されたような本発明の概念が、多層ＴＩＭを開示している。一般に、本発明による多層ＴＩＭとは、最小１つの収縮材料層及び最小１つのＴＩＭサブ層（後者は、例えば、熱パッドである）の交互の積重ねにより形成されるＴＩＭのことを称している。図３ａ−３ｄは、１つのＴＩＭサブ層３０２又は２つのＴＩＭサブ層３０２、３０３と一緒に配されている１つの収縮材料層３０１を有しているＴＩＭ３１０及び３１１を示している。
図３ａにおいて、収縮材料３０１は、ＴＩＭサブ層３０２、３０３間に積層され、両方が前記収縮層との直接的な（結合）接触を有することを可能にする。図３ｂにおいて、多層ＴＩＭ３１１は、この上に収縮層３０１が配される１つのＴＩＭサブ層３０２を有する。収縮層３０１は、メッシュとして準備されることもできる。２つの層ＴＩＭは、例えば、より単純な組立てに、及びより薄い材料が熱界面としての使用に利用可能である又は望まれる場合に、適用可能である。このことは、経済的な観点から有利である。収縮材料層は、更に様々なＴＩＭの配置において、（しかし、ここでは２つの層ＴＩＭを参照して示されている）、図３ｃ及び図３ｇに示されているような開いた構造として又は図３ｄに示されているような閉じた構造として配されることができる。開いた構造に関しては、図３ｇにおけるＴＩＭ３１３に関して更に詳細に示されるように、収縮材料は、収縮構造３１４（メッシュ、配向された繊維、又は拡張されたポリママトリックス等であっても良い）がｚ方向におけるＴＩＭ３１３を介する熱放散を容易にするためにＴＩＭ３１３のｘｙ平面内に配される開口部３１５を有するように、配される。閉じた構造に関して、再び図３ｄを参照すると、熱収縮材料３０１'は、実質的にＴＩＭ３１１'の全ｘｙ平面にわたって均一に分配される。熱収縮材料３０１'は、ここで、薄い伸張された収縮箔であって、この箔の厚みは、好ましくは、熱経路における大きい障害を生成しないように選択される。
図３ｅに示されているように、ＴＩＭの実施例は、収縮材料の複数の層を有することができる。ここで、２枚の収縮材料層３０５及び３０７は、３つのＴＩＭサブ層３０９、３０６及び３０８の間に積み重ねられる。収縮材料は、好ましくは、各収縮材料層内で配向される。図３ｆに示されたように、様々な配向が、様々な層に対して適用されることができる。ここで、図３ｆは、収縮材料層３０５及び収縮材料層３０６の両方がｘｙ平面内の２つの異なる方向において、どのように配向されるかを模式的に示している。任意には、異なる材料は、異なる収縮層、及び／又はＴＩＭの特定のアプリケーションに依存する異なるＴＩＭ層に関して選択される。
図４は、本発明の概念によるＴＩＭ４００を使用している熱界面アプリケーションを示している。熱界面を提供するために、第一に、まだ活性化されていないＴＩＭ４００が、プリント回路基板ＰＣＢ２２上に配されているＬＥＤ２１を有する熱生成構成要素２０と、ヒートシンク又はヒートスプレッダ３０との間に配される。固定手段２５（ここでは、ネジ又は押圧嵌合／締結ピン（a screw or press fit/clinched pin）が、ヒートシンク３０上の熱生成構成要素２０の位置を規定し、熱生成構成要素２０とヒートシンク３０との間の最大の分離ｈを規定するのに使用される。ＴＩＭ４００は、好ましくは、ＰＣＢ２２とヒートシンク３０との間の特大の境界線により配される。ＬＥＤ２１の第１の使用において、ＴＩＭ４００はＰＣＢ２２を通過する熱にさらされ、ＴＩＭ４００内の収縮材料が活性化される。前述したように、前記収縮材料の活性化は、ＴＩＭの増大された厚みを生じ、次いで、熱生成構成要素２０と、熱伝導要素、即ちここではヒートシンク３０との間の制限された距離ｈのために、熱生成構成要素２０及びヒートシンク３０に対してＴＩＭの第１及び第２の表面（１０１及び１０２、図１参照）のそれぞれの表面圧を増大させる。収縮メカニズムは熱活性領域内のＴＩＭ体積を増大させ、この結果、（ｚ方向において）拡張するＴＩＭをもたらす一方で、有効な熱放散のために必要とされるＴＩＭ材料密度を維持する。熱界面上への増大されたＴＩＭ表面圧は、このことによりＴＩＭ性能を改善する。
図４ｂに示したような熱界面の一実施例によれば、複数の固定手段、ここでは２つのネジ２５は、熱生成構成要素２０とヒートシンク３０との間の制限された最大の分離ｈを提供するために利用される。更なる、他の固定手段も利用可能であり、例えば、図４ｃに示したような機械的な構造２６が利用可能である。
本発明の概念の改良された熱的な振る舞いを示す実験的なセットアップにおいて（図示略）、図４ａに示したような熱界面と類似の熱界面の実施例が、ＴＩＭ４００として図３ａに示されたＴＩＭと類似のＴＩＭ構造を利用することにより提供された。使用されたＴＩＭは、商業的に入手可能な収縮管材料である収縮材料の層であって、切断され、開いており、穿孔され、各々が２０ミル（約０．５ｍｍである）の規定の厚みを有するＧａｐＰａｄ１４５０熱パッド（Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ社製）である２つのＴＩＭ層間に積層されている、収縮材料の層を有する。前記熱パッドは、ピンクのライナー層を取り除くことにより変更された。ＴＩＭは、固定された高さの差を有して切り離された２つのアルミニウムプレート間に挟まれた。熱電対が、ＴＩＭの両側に配置された。更に、電動抵抗器が、アルミニウムプレートの一方の上に配された。このアセンブリは、固定された温度の冷却板（２５Ｃ）上の熱グリースと一緒に配された。実験において、ＴＩＭの（外部の熱源１２０Ｃによる）収縮材料の活性化の前後の温度差が測定され、拡張しているＴＩＭにおける熱抵抗が得られ、温度差の比が、収縮活性化の前後に関して得られた（表１参照）。
このかなり大まかな実験は、ＴＩＭ材料、収縮材料、及び上下の金属プレート間の熱結合等に関して決して最適化されなかったが、本発明の概念が２つの嵌合する金属プレート面間の界面に対して十分に改良された熱的接触を提供することを示している。更に、この実験の後、このサンプルは、ＴＩＭの状態を調べるために分解され、（収縮管が単一の収縮方向を有するように設計されていたので予想されていたように）ｘｙ平面における単一方向の収縮を示した。更に、ＴＩＭの層間剥離は、観察されなかった。
上述したような、ＴＩＭ層又はサブ層間の材料、及びこの対応する収縮材料は、典型的には、ＴＩＭが利用される特定のアプリケーションに基づいて選択される。原則としては、ＴＩＭ層材料として如何なる適切な熱パッド材料も、適用可能である。今日、多数の商業的に入手可能な熱パッド材料が存在する。これらの材料は、典型的には、いわゆる充填材を有するシリコーン又はアクリルキャリアの化合物である。シリコーン又はアクリルキャリアは、接合面を良好に濡らすことを容易にする。充填材は、典型的にはセラミック又は金属粒子である、熱パッド材料の熱伝導率を促進するために設けられる。非常に広範囲の熱パッド材料が、利用可能である。
本発明の概念によれば、ＴＩＭ層又はサブ層の材料は、典型的には、収縮材料との良好な機械的接続を提供するように選択され、収縮材料の活性化の後、当該アセンブリ内のＴＩＭの構造的な完全性を保持するのに重要である。例えば、幾らかの拡張まで可撓性である熱パッド材料が、ＴＩＭマトリックス又はサブ層材料として利用可能である。
これらの熱パッド材料の例は、Ｇａｐパッド・シリーズ（Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ社）、Ｓｉｌパッド・シリーズ（Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ社）、及びＴ−Ｆｌｅｘシリーズ（レアード技術社）等である。
これらの熱パッド材料の例は、Ｇａｐパッド・シリーズ（Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ社）、Ｓｉｌパッド・シリーズ（Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ社）、及びＴ−Ｆｌｅｘシリーズ（レアード技術社）等である。
ＴＩＭの実施例において、好ましくは、より柔らかい熱パッド材料が、ＴＩＭマトリックス又はサブ層として選択され、（ｘ及びｙ方向における）収縮過程におけるＴＩＭの容易な変形を可能にする一方で、垂直方向（ｚ）において拡張する。
本発明のＴＩＭに適用可能な熱収縮材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ（フルオロポリマ））、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）のようなフルオロ・エラストマ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エラストマの、シリコーンゴム、ポリオレフィン管、ＰＶＣ、ＰＥ熱収縮フィルム、及び収縮ファブリック等のような、収縮管に塗布されるポリマに相当する感熱ポリマ収縮繊維を有することができる（収縮フィルムは、配向されたポリスチレン（ＯＰＳ）、配向されたポリエチレン（ＯＰＥ）、配向されたポリプロピレン（ＯＰＰ）及び配向されたポリエステル類でできていても良い）。これらの材料は、商業的に入手可能であると共に、一般に、熱管理システムにおける使用に良好に適している。これらは、可撓性で、急速に収縮し、広範囲の色において製造されている。
任意には、塗布（application）後及び任意には好ましい配向において、配された後に、架橋（cross-link）することが可能である熱収縮ポリマ材料が使用される。材料に依存して、架橋は、電子ビーム、過酸化物又は水分の使用によって、なされることができる。例えば、熱収縮ポリエチレン（架橋された低密度ポリエチレン）を使用する場合、架橋は、電子照射により実行されることができる。架橋は、有利には、ＴＩＭの機械的な完全性を増大させ、即ち縮小の前後の両方において、ＴＩＭが自身の形状を維持するのを助ける。
ここで記載されている例示的な実施例及び本明細書全体において、「収縮材料」なる語の使用は、典型的には、収縮が熱によって、活性化される収縮ポリマ材料である熱収縮材料を称している。ポリマ材料における収縮は、使用されるポリマによるのみではなく、ポリマを混合された様々な添加物及び充填材によっても変化する。更に、当業者であれば分かるように、収縮材料に関して、例えば、溶媒活性化、時間活性化、放射線活性化及び超音波活性化のような、幾つかの他の活性化メカニズムによる他の種類の収縮材料が、本発明の概念に対して適用可能であり、従って、この出願の範囲内であるように考慮されることが留意されるべきである。
当業者であれば、本発明が上述の実施例に限定されるものではないと分かるであろう。逆に、多くの変形及び変化が、添付の請求項の範囲内で可能である。
Claims (15)
- 活性化可能な収縮材料を有しているＴＩＭ層であって、前記収縮材料は、前記収縮材料の活性化の際に前記ＴＩＭ層の厚みが増大されるように前記ＴＩＭ層内に分配されている、前記ＴＩＭ層を有する熱界面材料（ＴＩＭ）。
- 前記収縮材料は配向された方向において設けられる、請求項１に記載の熱界面材料。
- 前記配向された方向はＴＩＭ層のｘｙ平面内で選択される、請求項２に記載の熱界面材料。
- 前記ＴＩＭ層は、交互のＴＩＭサブ層及び収縮材料層を有する多層ＴＩＭである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の熱界面材料。
- 前記収縮材料は、モノマを有し、前記収縮材料の活性化が前記モノマを重合させる、請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱界面材料。
- 前記収縮材料は、拡張されたポリママトリックスであり、前記収縮材料の前記活性化が、前記拡張されたポリママトリックスを弛緩させて拡張されていない状態へ戻す、請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱界面材料。
- 前記収縮材料は、熱活性化される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱界面材料。
- 前記収縮材料の活性化の前の前記熱界面材料は、熱生成構成要素と熱伝導要素との間に挟まれており、前記熱生成構成要素と前記熱伝導要素との間の距離は制限されている、請求項１乃至７の何れか一項に記載の熱界面材料。
- ＴＩＭ層を設けるステップと、
活性化可能な収縮材料を、前記収縮材料の活性化の際に前記ＴＩＭ層の厚みが増大されるような仕方で前記ＴＩＭ層内に設けるステップと、
を有する熱界面材料（ＴＩＭ）を設ける方法。 - 前記収縮材料を配向された方向に配するステップを更に有する、請求項９に記載の方法。
- 前記収縮材料はモノマベースの材料であり、前記収縮材料の前記活性化が当該モノマを重合させる、請求項９又は１０に記載の方法。
- 前記収縮材料はポリママトリックスであり、前記ステップ又は前記収縮材料を配向させるステップが、
前記ＴＩＭ層のｘｙ平面に対応する方向に前記ポリママトリックスを機械的に伸張するステップと、
この後、伸張された前記ポリママトリックスを係止し、これにより拡張されたポリママトリックス提供するステップと、
を有する、請求項９又は１０に記載の方法。 - 少なくとも１つのＴＩＭサブ層及び少なくとも１つの収縮材料層の交互の積重ねによって、多層ＴＩＭを設けるステップを更に有する、請求項１２に記載の方法。
- 請求項９乃至１３の何れか一項に記載の熱界面材料を設けるステップと、
熱生成構成要素と熱伝導基板との間に前記熱界面材料を配するステップであって、前記熱生成構成要素と前記熱伝導基板との間の距離が制限されている、ステップと、
を有する熱界面を設ける方法。 - 光源、特にプリント回路基板上に配された発光ダイオード（ＬＥＤ）とヒートシンクとを有する発光装置であって、前記発光装置は、更に、請求項１乃至７の何れかに記載の熱界面材料であって、前記収縮材料の活性化の前の前記熱界面材料は、前記プリント回路基板と前記ヒートシンクとの間に挟まれており、前記プリント回路基板と前記ヒートシンクとの間の距離は制限されている前記熱界面材料を有することを特徴とする、発光装置。
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