JPH10308485A - 複合熱インターフェース用アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 匹敵する厚さのギャップパッドおよび熱テー
プよりも熱を伝導する能力が高く、熱膨張および収縮サ
イクル時に熱インターフェースが有効な状態に保たれる
複合熱インターフェースパッドを提供すること。 【解決手段】 キャビティ（４２）が形成され、熱グリ
ースまたは熱パテのような変形するとその形状を損なう
曲げやすい非弾性部分（４４）が充填されている、熱ギ
ャップパッド材料または熱テープのような、その形状を
損なうことのない材料から形成されたテンプレート部分
（４０）から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路（ＩＣ）
のような熱発生コンポーネントからヒートシンクまたは
隣接構造のような熱放散コンポーネントへの熱の伝達を
助ける熱インターフェースに係り、とりわけ、本発明は
ギャップパッド材料または熱テープのような材料から形
成され、熱グリースまたは熱パテのような曲げやすい材
料が充填されたキャビティ（cavity）を備えるテンプレ
ートから構成される複合熱インターフェースに関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路（ＩＣ）のような電子コンポー
ネントは、かなりの熱を発生する可能性がある。電子コ
ンポーネントから熱を除去するために用いることが可能
な、主たる熱伝導経路が２つ存在する。すなわち、コン
ポーネントからその下に位置するプリント回路基板（Ｐ
ＣＢ）へのハンダ接続を介した経路と、電子コンポーネ
ントの上部表面を介した経路とである。現在までのとこ
ろ、大部分の解決法は、電子コンポーネントの上部表面
からの除熱に焦点を合わせている。

【０００３】電子コンポーネントを許容可能な動作温度
に維持するために利用される一般的な方法は、電子コン
ポーネントの平坦な表面を、ヒートシンクのような除熱
装置の平坦な表面に接触するように配置することであ
る。しかし、こうした２つの表面を合わせても、表面の
１％未満しか物理的に接触しないので、これだけでは十
分な熱インターフェースが得られない。表面の９９％も
の部分が、介在空気層によって隔てられる。熱の一部は
接触点において伝達されるが、熱の大部分は介在エアギ
ャップを通らなければならない。熱インターフェースの
全熱抵抗は、電子コンポーネントの熱インターフェース
表面における熱抵抗、除熱装置の熱インターフェース表
面における熱抵抗、および介在エアギャップにおける材
料の熱抵抗である。

【０００４】空気は、熱伝導体として劣っており、熱伝
導率は０．０２７Ｗ／ｍ℃である。インターフェース材
料を用いて、介在エアギャップを充填することは、当該
技術において周知のところである。最良クラスのインタ
ーフェース材料の１つが、熱グリースである。熱グリー
スは、ペーストを形成するように、シリコンオイルまた
は炭化水素オイル中に熱伝導性セラミック充填剤を分散
させたものであり、熱伝導率は約３Ｗ／ｍ℃である。熱
グリースが、一方の表面または両方の表面に塗布され、
表面は、適度な量の圧力で合わさった状態に保たれるの
が理想である。例えば、バネクリップを利用して、ヒー
トシンクを集積回路に固定し、集積回路とヒートシンク
との間に熱グリースを充填するのが普通である。熱グリ
ースは、曲げやすく、非弾性であり、変形すると元の形
状をとどめることも、あるいは元の形状に戻ることもな
い。

【０００５】熱グリースが有効に働いている間は欠点が
ない。熱グリースは塗布するのが厄介であり、時の経過
につれて乾燥し、熱伝導性を失う可能性がある。Ｔｈｅ
ｒｍａｇｏｎ会社製のＴパテ５００シリーズの熱伝導性
パテのような熱パテは、熱グリースと多少似ているが、
いくつかの利点を備えている。例えば、Ｔパテ５０２
は、４Ｗ／ｍ℃の比較的高い熱伝導率を備えており、最
小限の圧力しか加えることができない、壊れやすい性質
の部分間において熱を伝達するように設計された、軟質
で、曲げやすく、非弾性のペーストタイプの材料であ
る。熱パテは、さまざまな厚さのシートとして入手可能
であり、熱グリースに比べるとかなり取扱いが容易であ
る。熱グリースと同様、熱パテは変形すると、元の形状
をとどめることも、あるいは元の形状に戻ることもな
い。

【０００６】一般に、導電性材料は、熱伝導性でもあ
る。例えば、金属は一般にプラスチックよりも熱伝導率
が高い。従って、多くの導電性材料は、優れた熱インタ
ーフェース材料に形成することも可能である。しかし、
こうした熱インターフェース材料は、とりわけ熱グリー
スのように取扱いが厄介な場合、該材料がＰＣＢに達し
て、２つ以上の導電体を短絡させることになると、問題
を生じる可能性がある。この問題を回避するため、大部
分の熱インターフェース材料は、たとえ熱伝導率の低下
を伴うことになるにせよ比較的大きい電気抵抗を備えて
いる。

【０００７】もう１つのクラスのインターフェース材料
は、ギャップパッド材および熱テープが代表的である。
ギャップパッド材は弾性であり、形状適合性が高い熱伝
導性材料から形成される。ギャップパッド材は、歪める
力が除去された後、元の形状に戻る。一例として、Ｂｅ
ｒｇｑｕｉｓｔ会社製のＧａｐ Ｐａｄ Ｖ０がある。
ギャップパッド材は空気よりも熱伝導率がはるかに高い
が、熱グリースまたはパテの熱伝導率ほどではない。例
えば、Ｇａｐ Ｐａｄ Ｖ０の熱伝導率は０．８０Ｗ／
ｍ℃；１０ｐｓｉである。

【０００８】ギャップパッド材のもう１つの欠点は、許
容可能な熱伝導値を得るために圧力が必要とされるとい
う点である。圧力は、ギャップパッド材を介在エアギャ
ップに押し込むため、およびギャップパッド材自体を圧
縮して、電子コンポーネントと除熱装置との間隔を最小
限に抑えるためという両方の目的で必要になる。インタ
ーフェース材料として、熱グリースまたはパテを用いる
場合、これらの材料は自然に介在エアギャップに流入
し、その非弾性で曲げやすいという質のため、圧力を除
去した後エアギャップから引き出せなくなるので、圧力
はあまり重大ではない。

【０００９】熱テープはギャップパッド材と同様である
が、普通はそれよりはるかに薄く、一般に単一ＩＣと単
一ヒートシンクとの間における熱伝達に用いられる。熱
テープは非圧縮性でもある。従って、ギャップパッド材
と同様、熱テープは確定した形状を備えている。

【００１０】ギャップパッド材および熱テープの最大の
利点は、電子装置の製作およびアセンブル時における利
用し易さである。片方または両方の表面が接着性物質ま
たは粘着性物質でコーティングされた、ギャップパッド
材および熱テープが入手可能である。粘着性物質は、電
子コンポーネントのアセンブル中、ギャップパッド材を
所定位置に保持するのが望ましい場合には理想的であ
り、一方、接着性物質はギャップパッド材自体が電子コ
ンポーネントにヒートシンクを取り付けるために用いら
れる場合に利用される。

【００１１】例えば、図１３には、先行技術による回路
アセンブリ１０が示されている。回路アセンブリ１０に
は、ＰＣＢ１２、ＩＣ１４、ヒートシンク１６、および
ギャップパッド材１８が含まれている。ギャップパッド
材１８は、ＩＣ１４とヒートシンク１６との間の熱イン
ターフェースを形成する。単一ヒートシンクと単一集積
回路との間のギャップパッド材の典型的な厚さは、０．
０２５インチである。図１３の場合、例示のため、ギャ
ップパッド材１８は正確な拡大率では描かれていない。

【００１２】２つ以上の集積回路を冷却する必要がある
場合、隣接構造を利用して複数集積回路を冷却するか、
あるいは熱容器内にＰＣＢ全体を封じ込めるのが一般的
である。設計者は電磁妨害雑音（ＥＭＩ）の放射を阻止
するため、ＰＣＢ封じ込めることを選択する場合が多い
ので、やはり同じ構造を利用して集積回路から熱を除去
するのが好都合で経済的かもしれない。

【００１３】図１４は、熱容器を取り入れた先行技術に
よる回路アセンブリ２０である。回路アセンブリ２０に
は、ＰＣＢ２２、ＩＣ２４および２６、および熱容器２
８が含まれている。熱容器２８には、ボス３４、３６を
含むことが可能である。ギャップパッド材３０によっ
て、ボス３４とＩＣ２４との間に熱インターフェースが
形成される。同様に、ギャップパッド材３２によって、
ボス３６とＩＣ２６との間に熱インターフェースが形成
される。全ＥＭＩの阻止を可能にするため、ＰＣＢ２２
の底側に沿って第２の熱容器を設けることが可能であ
る。他の構成の場合、ＰＣＢは両側にコンポーネントを
設けることが可能であり、この場合、ＰＣＢの底部に隣
接したコンポーネントおよび熱容器は、ＰＣＢの上部に
隣接したコンポーネントおよび熱容器と同様である。図
１４の場合、例示のため、ギャップパッド材３０、３２
は、正確な拡大率では描かれていない。

【００１４】熱容器を利用する場合に考慮すべき重要な
要素は、スタックをなす各素子の積層公差である。例え
ば、図１４には２つのスタックすなわち、ＰＣＢ２２、
ＩＣ２４、ギャップパッド材３０、およびボス３４によ
って形成されるスタックと、ＰＣＢ２２、ＩＣ２６、ギ
ャップパッド材３２、およびボス３６によって形成され
るスタックとがある。全積層公差を計算する場合に考慮
しなければならない公差は、ＰＣＢの厚さと、電子コン
ポーネントの高さ（アセンブリによって導入される高さ
の変動を含む）と、インターフェースパッドの厚さと、
熱容器およびボスの厚さと、ＰＣＢの反りと、ボス表
面、電子コンポーネント表面、およびギャップパッド材
表面の平面性と、に関連した公差である。さらに、ある
メーカのコンポーネントから別のメーカのコンポーネン
トに取り替えると、２つのコンポーネントが同じ高さで
ない場合、大幅な変更が生じる可能性がある。複数の電
子コンポーネントと単一熱容器との間に十分な熱インタ
ーフェースを形成すべき場合には、これらの全ての公差
（並びに、異なるメーカによるコンポーネントの高さの
変動）を制御しなければならない。もちろん、単一電子
コンポーネントに単一ヒートシンクを直接取り付ける場
合には、これらの公差を考慮する必要はない。

【００１５】先行技術の場合、積層公差の大きい回路ア
センブリを取り扱うための主たる方法が２つ存在する。
第１の方法は、熱グリースまたは熱パテのような曲げや
すい非弾性熱コンパウンドを利用することである。これ
らのコンパウンドは熱伝導性が良好であり、さまざまな
積層公差に容易に適合することが可能である。しかし、
これらのコンパウンドは非弾性のため、一旦変形すると
元の形状には戻らない。これは、装置の電源をオンに
し、次にオフにする毎に生じる、加熱および冷却サイク
ルに関連した熱膨張および熱収縮によって、いつかは熱
コンパウンドと電子コンポーネントまたはボスとの接触
が損なわれ、その結果、熱インターフェースが劣化する
ことになるため、クリティカルな要素である。曲げやす
い非弾性熱コンパウンドに関連したもう１つの問題は、
初期組み立てまたは再加工時における形状の制御が困難
であるという点である。

【００１６】ギャップパッドのような弾性の形状適合し
やすい材料によって、これらの問題の一部は解決され
る。こうした材料は弾性であるため、元の非圧縮形状に
戻ろうとするので、加熱および冷却サイクルにうまく適
応する。さらに、該材料は初期組み立てまたは再加工時
の加工および整形が容易である。ギャップパッドのよう
な弾性の形状適合しやすい材料に関連した主たる問題
は、積層公差を克服し介在ギャップを充填するため、各
電子コンポーネント毎に一定量の圧力が必要になり、必
要とされる圧力によって電子コンポーネントおよびＰＣ
Ｂにかかる過剰な力を生じる可能性があるという点であ
る。もちろん、この問題は、単一熱容器によって冷却さ
れる電子コンポーネントの数が増すにつれて一層悪化す
ることになる。熱容器のボスにリリーフを加工すること
によって、過剰な力が軽減される場合もある。しかし、
これによって熱性能が低下し、余分な製造コストが追加
される。

【００１７】ギャップパッドのような弾性で形状適合し
やすい材料に関連したその他の問題は、熱パテおよび熱
グリースに比較すると、熱伝導率の値が悪く、また積層
公差が大きいために、ギャップパッド材料の弾性限界を
超える過剰な力を発生し、ギャップパッド材料が元の形
状に戻れなくなる可能性があるという点である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、匹敵する厚さのギャップパッドお
よび熱テープよりも熱を伝導する能力が高く、熱膨張お
よび収縮サイクル時に熱インターフェースが有効な状態
に保たれる複合熱インターフェースパッドを提供するこ
とを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、キャビティが
形成され、熱グリースまたは熱パテのような変形すると
その形状を損なう曲げやすい非弾性材料が充填されてい
る熱ギャップパッド材料または熱テープのような、その
形状を損なうことのない材料から形成されたテンプレー
トから構成される複合熱インターフェースパッドであ
る。

【００２０】キャビティの間隔およびサイズは、所望の
弾性特性、応力分布、および表面インターフェースが得
られるように調整することが可能である。さらに、キャ
ビティは冷却されている電子コンポーネントの熱分布パ
ターンに対して熱インターフェースの熱特性を最適化す
るように配置することが可能である。

【００２１】単一複合インターフェースパッドには、Ｓ
ＤＲＡＭアレイのようなコンポーネントアレイを冷却す
るため、曲げやすい非弾性材料を充填したさまざまなキ
ャビティを設けることが可能である。代替案として、ヒ
ートシンクに熱的に結合されたＣＰＵのような単一コン
ポーネントのために、曲げやすい非弾性材料を充填した
単一キャビティを備える単一複合インターフェースパッ
ドを設けることも可能である。

【００２２】本発明を利用して、電子コンポーネントと
冷却構造との間に形成されるギャップに反ってＥＭＩシ
ールドを施すことも可能である。本発明では、近接した
キャビティに導電性の曲げやすい非弾性材料を充填し、
導電性の曲げやすい非弾性材料とＰＣＢの接地経路およ
び冷却構造の接地経路の間が電気的に結合されるように
することによって、熱インターフェース内にＥＭＩシー
ルドを施す。

【００２３】本発明の実施形態の１つでは、隣接構造
に、曲げやすい非弾性材料に入り込む突出部分が設けら
れている。この突出部分によって良好な熱インターフェ
ースが保証され、熱伝達に利用可能な表面積が増し、電
子コンポーネントと冷却に用いられる隣接構造との間隔
が最小限に抑えられる。

【００２４】本発明によれば、ギャップパッドおよび熱
テープのような確定した形状を備える先行技術による材
料が享有する利点が得られ、同時に熱グリースおよび熱
パテのような先行技術の曲げやすい非弾性材料に見受け
られるものと同様の熱伝達特性も得られる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１には、本発明の複合熱インタ
ーフェースパッド３８が示されている。複合熱インター
フェースパッド３８は、曲げやすい非弾性部分４４が充
填されたキャビティ４２を含むテンプレート部分４０か
ら構成される。本発明の実施形態の１つでは、複合熱イ
ンターフェースパッド３８のテンプレート部分は、ギャ
ップパッド材料のような弾性の形状適合しやすい材料か
ら形成され、曲げやすい非弾性部分は、熱グリースまた
は熱パテから形成される。もう１つの実施形態では、複
合熱インターフェースパッド３８のテンプレート部分
は、ギャップパッド材料のような弾性の形状適合可能な
材料から形成され、曲げやすい非弾性部分は、熱グリー
スまたは熱パテから形成される。もう１つの実施形態の
場合、複合熱インターフェースパッド３８のテンプレー
ト部分は、熱テープのような確定可能な形状を備える比
較的非弾性の材料から形成され、曲げやすい非弾性部分
は、熱グリースまたは熱パテから形成される。

【００２６】図２は、図１のライン４−４に沿って描か
れた断面図である。図１および図２において明らかなよ
うに、曲げやすい非弾性部分４４はずんぐりした円柱形
状を備えている。曲げやすい非弾性部分４４は、電子コ
ンポーネントによって下方から熱容器（または他の構
造）のボスによって、上方からテンプレート部分４０に
よって、側方から加圧される。テンプレート部分４０が
ギャップパッド材料のような弾性材料から形成される場
合、該テンプレート部分４０によって曲げやすい非弾性
部分４４に対して一定量の弾性が付与される。従って、
熱膨張によって熱容器とコンポーネントの上部表面とが
互いに接近すると、非弾性部分４４の円柱の高さが低く
なり、円柱の直径は増大する。円柱の直径が増すと、弾
性材料であるテンプレート部分４０は円柱の側面に加圧
する。回路アセンブリが冷却し、熱膨張によって熱容器
のボスおよびコンポーネントの上部表面が離れると、非
弾性部分４４の円柱の側面が弾性材料であるテンプレー
ト部分４０によって圧迫されて、円柱の高さが高くなり
円柱の直径が減少する。従って、本発明によれば、２つ
の先行技術によるインターフェース材料が組み合わせら
れて、それぞれの材料の主たる利点を備え、いずれの材
料に関連した欠点もない複合インターフェースパッドが
形成される。

【００２７】本発明の複合熱インターフェースパッドを
形成するため、材料のブロックに中ぐり加工を施してテ
ンプレートパターンを形成し、曲げやすい非弾性材料を
充填して、その後ブロックを切り分け所望の厚さのイン
ターフェースパッドが得られるようにすることが可能で
ある。代替案として、材料にキャビティをあけて、テン
プレートを形成し、キャビティに曲げやすい非弾性材料
を充填することも可能である。もちろん、当該技術にお
いて既知の他の任意の方法を利用することも可能であ
る。

【００２８】図１の場合、曲げやすい非弾性部分４４の
形状は円形であるが、他のさまざまな構成を用いること
も可能である。例えば、一連のスポークが放射状に延び
る中心ハブを備えたキャビティを設けることが望ましい
場合も有り得る。こうしたキャビティの場合、組み立て
前には、曲げやすい非弾性材料がテンプレート内により
しっかりと保持され、さらに、組み立て後は、テンプレ
ートのキャビティ内に追加チャネル（従って、表面積）
が生じて、曲げやすい非弾性材料に弾性が付与される。
もちろん、さまざまな他の形状を利用することが可能で
あり、本発明は、特定の形状に制限されるものではな
い。

【００２９】本発明は、ギャップパッドおよび熱テープ
のパッケージ化方法と同様の方法でパッケージ化するこ
とも可能である。例えば、テンプレート部分の片面また
は両面に、接着物質または粘着物質のコーティングを施
すことも可能である。また、複合熱インターフェースパ
ッドの片面または両面にライナを貼り付けて、接着層ま
たは粘着層を保護し、テンプレート部分内に曲げやすい
非弾性材料を閉じ込めることも可能である。

【００３０】本発明の複合熱インターフェースパッドを
形成する場合、テンプレート部分のキャビティに「不足
充填」または「過剰充填」を施すのが望ましい場合があ
り得る。例えば、図３には、キャビティ４２に曲げやす
い非弾性部分４４がわずかに過剰充填された、複合熱イ
ンターフェースパッド３８が示されている。この実施形
態は、冷却すべき電子コンポーネントと熱容器のボスの
ような熱を取り去る構造との接触が確実になるので、複
合熱インターフェースパッド３８に加えられる圧力が最
小限の場合に有効である。

【００３１】対照的に、図４には、キャビティ４２に曲
げやすい非弾性部分４４がわずかに不足充填された、複
合熱インターフェースパッド３８が示されている。この
実施形態は、弾性材料（ギャップパッド材料のような）
を用いて、テンプレート部分４０を形成する場合に有効
であり、最終アセンブリに用いられる場合には、もう少
し圧縮される。曲げやすい非弾性部分４４は、一般にこ
の実施形態におけるテンプレート部分４０よりもはるか
に圧縮性が低いので、キャビティ４２に不足充填を施す
ことによって製品をなすように組み立てた後、パッドの
厚さを均一に保つのに役立つ。もちろん、図２、図３、
図４に示すいずれのやり方で（あるいは、他の何らかの
方法で）キャビティを充填するかは、本発明を特定の環
境に適応させる場合に、本発明の実施者による決定が可
能なパラメータである。

【００３２】本発明の熱性能は、特定のコンポーネント
の熱放散要求に対する取り組みに合わせて調整すること
が可能である。例えば、図５には、単一モジュールに２
つの集積回路を備えたマルチチップモジュールの熱分布
マップ４６が示されている。マルチチップモジュール
は、コンピュータの分野では一般的である。例えば、Ｉ
ｎｔｅｌ社のＣＰＵ、Ｐｅｎｔｉｕｍ Ｐｒｏは、単一
パッケージ内に２つの集積回路を納めたマルチチップモ
ジュールである。こうした熱分布マップは、赤外線カメ
ラで電子コンポーネントを検分することによって簡単に
生成される。

【００３３】図６には、図５の熱分布マップ４６に関連
したマルチチップモジュールの熱特性に整合するように
調整された、本発明の複合熱インターフェースパッド４
８が示されている。複合熱インターフェースパッド４８
は、テンプレート部分５０と曲げやすい非弾性部分５６
および５８とから形成されている。曲げやすい非弾性部
分５６および５８は、テンプレート部分５０のキャビテ
ィ５２、５４内に配置されている。曲げやすい非弾性部
分５６および５８が、図５の熱分布マップ４６に示すよ
うに、マルチチップモジュールの最も高温の部分の上に
配置されている点に留意されたい。

【００３４】図７には、本発明のもう１つの実施形態を
示す回路アセンブリ６０が示されている。回路アセンブ
リ６０には、ＰＣＢ６２、熱伝導性隣接構造６４、電子
コンポーネント６６、６８、７０、および７２、および
複合熱インターフェースパッド７４が含まれている。複
合熱インターフェースパッド７４には、単一のテンプレ
ート部分７６、および電子コンポーネント６６、６８、
７０、および７２それぞれの上に配置された曲げやすい
非弾性部分７８、８０、８２、および８４が含まれてい
る。

【００３５】図８は、図７の回路アセンブリ６０の平面
図である。図８に示すように、熱伝導性隣接構造６４
は、複合熱インターフェースパッド７４の上にあり、該
パッドはさらに電子コンポーネント６６、６８、７０、
および７２の上にある。複合熱インターフェースパッド
７４は、単一のテンプレート部分７６と、電子コンポー
ネントそれぞれの上に中心がくる曲げやすい非弾性部分
７８、８０、８２、および８４とを備えている。図７お
よび図８に示す本発明の実施形態は、ＳＤＲＡＭデバイ
スのアレイのような電子コンポーネントの高密度のグル
ープ化に、理想的に適している。

【００３６】本発明によれば、ＰＣＢと熱容器またはヒ
ートシンクのような隣接構造とのギャップ領域におけ
る、電磁妨害雑音（ＥＭＩ）シールドを強化する唯一の
機会が得られる。図７におけるＰＣＢ６２と熱伝導性隣
接構造６４との間のギャップ７５に注目されたい。電子
コンポーネント６６、６８、７０、および７２からのＥ
ＭＩは、ＥＭＩが熱伝導性隣接構造６４およびＰＣＢ６
２の接地層（または、図７には示されていない他の何ら
かの構造）によって別様に閉じ込められているとして
も、ギャップ７５から漏出する可能性がある。

【００３７】図９には、隣接構造とＰＣＢとの間のギャ
ップがシールドされた、本発明の実施形態を例示する回
路アセンブリ８６が示されている。回路アセンブリ８６
には、ＰＣＢ８８、熱伝導性隣接構造９０、電子コンポ
ーネント９２、９４、９６、および９８、および複合熱
インターフェースパッド１００が含まれている。複合熱
インターフェースパッド１００には、単一のテンプレー
ト部分１０２と、電子コンポーネント９２、９４、９
６、および９８それぞれの上に配置された曲げやすい非
弾性部分１０４が含まれている。さらに、複合熱インタ
ーフェースパッド１００には、一連の導電性の曲げやす
い非弾性部分１１２および１１４が含まれている。導電
性の曲げやすい非弾性部分１１２および１１４の領域に
は、テンプレート部分１０２が延びて、熱伝導性隣接構
造９０とＰＣＢ８８との間のギャップに架橋している。
さらに、導電性の曲げやすい非弾性部分１１２および１
１４が、熱伝導性隣接構造９０およびＰＣＢ８８の導電
層と電気的に接触している。

【００３８】図１０には、ＰＣＢ８８の上に位置する複
合熱インターフェースパッド１００が示されている。図
９において明らかなように、複合熱インターフェースパ
ッド１００には、複合熱インターフェースパッド１００
には、単一のテンプレート部分１０２と、曲げやすい非
弾性部分１０４、１０６、１０８、および１１０が含ま
れている。図９において明らかな導電性の曲げやすい非
弾性部分１１２および１１４は、複合熱インターフェー
スパッド１００の外側エッジに近接して配置された一連
の導電性の曲げやすい非弾性材料による部材である。導
電性の曲げやすい非弾性部分１１２および１１４によっ
て、良好な熱伝導性も得られる。

【００３９】ＰＣＢ８８には、点線１１６および実線１
１８で囲まれた接地ストリップが含まれている。接地ス
トリップは、ＰＣＢ８８の箔導体によって形成すること
が可能であり、導電性の曲げやすい非弾性部分１１２お
よび１１４のそれぞれと電気的に接触している。上述の
ように、導電性の曲げやすい非弾性部分１１２および１
１４は、図９に示す熱伝導性隣接構造９０とも電気的に
接触している。

【００４０】ＥＭＩ閉じ込め技術において一般に理解さ
れているように、０．１インチ以下のギャップを備えた
シールドによって、コンピュータシステムのような高速
電子システムにとって許容可能なシールドが得られる。
従って、複合熱インターフェースパッド１００の導電性
の曲げやすい非弾性部分１１２および１１４は、０．１
インチだけしか離れていないことになる。もちろん当業
者には明らかなように、ギャップの間隔は本発明が用い
られる環境に基づいて適応させることが可能である。

【００４１】図１１には、本発明のもう１つの実施形態
を例示する、複合熱インターフェースパッド１２０が示
されている。複合熱インターフェースパッド１２０に
は、テンプレート部分１２２と一連の曲げやすい非弾性
部分１２４および１２６とが含まれている。複合熱イン
ターフェースパッド１２０は、特定のコンポーネントま
たは熱パターンに合わせて調整されたものではないの
で、さまざまな用途に利用可能な汎用パッドである。従
って、複合熱インターフェースパッド１２０は、万能熱
インターフェースパッドとして市販するのに理想的に適
している。本発明の全ての実施形態の場合と同様、キャ
ビティのサイズを変えることによって応力の組み合わせ
を変更し、複合熱インターフェースパッドの弾性限界を
変化させることが可能である。

【００４２】本発明には、曲げやすい非弾性材料から分
離されたテンプレート部分を供与することが可能であ
り、曲げやすい非弾性材料は、最終組み立て時に、テン
プレート部分に追加することが可能である。上述のよう
に、熱グリースに関連した最大の問題の１つは、熱グリ
ースがインターフェースのエッジ間から押し出されるこ
とになりがちであるという点にある。本発明の場合、テ
ンプレート部分１２２（キャビティに曲げやすい非弾性
材料は存在しない）は、（コンポーネントまたはヒート
シンクのような）熱インターフェースの平面の１つに取
り付けることが可能である。テンプレート部分は、比較
的厚いギャップパッド材料または比較的薄い熱テープと
することが可能である。テンプレート部分の取り付けが
済むと、熱グリースのような曲げやすい非弾性材料の薄
層をキャビティ内に手動または自動配給することが可能
である。（ヒートシンクまたはコンポーネントのよう
な）熱インターフェースの他の平面を所定位置に組み付
けると、２つの平面がテンプレート部分１２２とシール
を形成し、この結果、キャビティ内の曲げやすい非弾性
材料が有効に密封される。本発明では、曲げやすい非弾
性材料をキャビティ内に密封することによって、熱グリ
ースのような一部のコンパウンドに関して問題になる可
能性のある、非弾性材料の乾燥も阻止される。

【００４３】図１２には、本発明のさらにもう１つの実
施形態が示されている。図１２には、図１１のライン１
２−１２に沿って描かれた複合熱インターフェースパッ
ド１２０、並びに隣接表面（構造）１３０および電子コ
ンポーネント１３１の断面図が含まれている。隣接表面
（構造）１３０には、曲げやすい非弾性材料を閉じ込め
た各キャビティ毎に、突出部分１３２、１３４のような
突出部分が含まれている。突出部分は、角錐、半球のよ
うな形状、または任意の適合する他の形状にすることが
可能である。突出部分によって、いくつかの利点が得ら
れる。第１に、組み立て時に曲げやすい非弾性材料に
「入り込む」ことによって、良好な熱インターフェース
を形成する。第２に、熱伝導に最も有効になるように設
けられた複合熱インターフェースパッドの領域でもある
曲げやすい非弾性材料が、充填された領域に熱を伝導す
るために利用可能な表面積を増すことによって、熱イン
ターフェースの熱抵抗を減少させる。最後に、電子コン
ポーネントと突出部分の先端との間隔を最小限に抑え
る。電子コンポーネントにも突出部分を設けることが可
能である点に留意されたい。

【００４４】熱グリースおよびパテのような曲げやすい
非弾性材料は、ギャップパッドおよび熱テープのような
弾性材料に比べると熱伝導率が高いので、本発明によれ
ば、匹敵する厚さのギャップパッドおよび熱テープより
も熱を伝導する能力が高い複合熱インターフェースパッ
ドが得られる。導電率と同様、熱伝導率は累積的である
ため、より熱伝導率の高い熱伝導経路を加えると、熱イ
ンターフェースパッドの全熱伝導率が高くなる。代替案
として、上述の理由から、本発明はより薄い先行技術に
よるパッドと同様の熱伝導率を備えた厚いインターフェ
ースパッドが得られるように適応させることも可能であ
る。厚いパッドを設けることによって、過大な積層公差
によって生じる問題を軽減することが可能になる。

【００４５】本明細書における本発明の説明は、主とし
て、ギャップパッド、熱テープ、熱グリース、熱パテ等
のような、先行技術による一般的な熱インターフェース
材料に関連して行ってきたが、本発明は、他の材料から
形成することも可能である。もちろん、熱伝導率の高い
材料を用いることがいつでも望ましい。しかし、キャビ
ティを形成することによって、非弾性の曲げやすい材料
に形状を付与することが可能な材料の利用が可能にな
る。同様に、曲げやすく、非弾性の任意の材料を用い
て、こうしたキャビティを充填することが可能である。
例えば、熱伝導性ペースト中に懸濁した熱伝導性金属微
小球から形成される複合コンパウンドによって、有益な
結果が得られる。さらに、多くの先行技術による材料
は、インターフェースから浸出してＰＣＢの導体を短絡
させる可能性があるため、こうした材料は非導電性であ
った。本発明では、テンプレート内にコンポーネントと
隣接構造との間を密封する曲げやすい非弾性材料が収容
されているので、ＰＣＢにおける短絡の発生を心配せず
に、導電性の曲げやすい非弾性材料を利用することが可
能である。導電性材料は熱伝導性に優れる傾向があるの
で、本発明では以前は実用的ではなかった新しいクラス
の熱インターフェース材料の利用が可能になる。また、
図９および図１０に関連して、既述のように同じ導電性
の曲げやすい非弾性材料を利用して、熱インターフェー
スおよびＥＭＩ閉じ込めを施すことが可能である。

【００４６】本発明に有効に用いることが可能なもう１
つのクラスの材料は、室温で比較的固い材料であって、
位相変化を受け、加熱すると粘性になる。こうした材料
は、加熱してテンプレート部分に注入することが可能で
ある。該材料が冷却されると、複合熱インターフェース
パッドは、簡単な操作で電子アセンブリに組み合わせる
ことが可能である。代替案として、室温において多少曲
げやすい場合、材料をキャビティ内に行き渡らせること
が可能である。上述のように、パッドのテンプレート部
分によって、電子コンポーネントと熱容器またはヒート
シンクのような隣接構造との間に良好なシーリングが施
される。従って、電子コンポーネントが熱を生じると、
キャビティ内の材料は粘性になるがキャビティ内に閉じ
込められる。材料は、その粘性によって介在ギャップ内
に流入する。また、材料を加熱するとわずかに膨張し
て、介在ギャップへの流入が増し、その結果、優れた熱
インターフェースが形成されることになる。従って、こ
うした材料は、熱インターフェースにおける加熱時には
曲げやすく非弾性であるが、初期製作および組み立て時
にはこれらの特性を備えていない可能性がある。もちろ
ん、熱インターフェースの技術者であれば、本明細書に
含まれる教示を用いて、さまざまな材料を組み合わせ、
本発明の複合熱インターフェースパッドを形成する方法
を理解できよう。

【００４７】本発明によれば、望ましい熱特性を得るの
に必要な圧力が大幅に低い、熱インターフェースも得ら
れる。先行技術によるギャップパッドを利用して、一連
の電子コンポーネントと熱容器との間に熱インターフェ
ースを設けるには、大きい積層公差に適応し、介在エア
ギャップを充填するのに十分な圧力を加えることが必要
になる可能性がある。本発明の場合、曲げやすい非弾性
材料によって介在エアギャップが充填されるので、かな
りの圧力を連続して加える必要はない。熱グリースのよ
うに曲げやすい非弾性材料の中には、インターフェース
が暖まるとマイクロギャップ内によりうまく入り込む性
向のものさえ存在する。さらに、曲げやすい非弾性材料
は積層公差に適応するように変形させるのが容易であ
り、ギャップパッド材料のように元の形状に戻ろうとは
しないので望ましくない力が生じない。さらに、テンプ
レート材料がギャップパッド材料のような弾性の形状適
合性材料から形成されると、テンプレート部分によって
曲げやすい非弾性材料にわずかな弾性が付与され、この
結果、熱膨張および収縮サイクル時に熱インターフェー
スが有効な状態に保たれる。

【００４８】本発明によれば、熱テープおよび熱パッド
をより自由に用いることが可能になる。先行技術の場
合、熱テープは特に優れた熱伝導体ではないので薄かっ
た。熱テープ内のキャビティに曲げやすい非弾性材料を
充填すると、曲げやすい非弾性材料が熱の大部分を伝導
するので、熱テープを厚くすることが可能になる。従っ
て、より厚い熱テープを必要とする環境において熱テー
プを用いることが可能になり、しかもヒートシンクを保
持するバネクリップが不要になる。同様に、先行技術の
場合、熱パッドは、インターフェースの圧縮時に一定量
の積層公差が得られるように、少なくとも最小限の厚さ
を備えていなければならなかった。本発明の場合、該積
層公差は曲げやすい非弾性材料によって得ることが可能
であり、本発明の複合熱インターフェースは、先行技術
による熱パッドより薄くすることが可能である。

【００４９】望ましい実施例に関連して本発明の説明を
行ってきたが、当該技術の技術者には明らかなように、
本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形態およ
び細部に変更を加えることが可能である。

【００５０】以下に発明の実施の形態を要約する。 １． 熱を発生するコンポーネント（６６、６８、７
０、または７２）と、前記コンポーネント（６６、６
８、７０、または７２）から遠い前記コンポーネント
（６６、６８、７０、または７２）によって生じた熱を
伝導するための熱伝導性隣接構造（６４）と、前記コン
ポーネント（６６、６８、７０、または７２）および前
記熱伝導性隣接構造（６４）に熱的に接触して、前記コ
ンポーネント（６６、６８、７０、または７２）からの
熱を前記熱伝導性隣接構造（６４）に伝導するための複
合熱インターフェースパッド（７４）と、を具備し、前
記複合熱インターフェースパッド（７４）が、少なくと
も１つのキャビティが形成されたテンプレート（７６）
と、少なくとも１つの前記キャビティ内に設けられた曲
げやすい非弾性材料（７８、８０、８２、および８４）
と、から成る複合熱インターフェース用アセンブリ（６
０）。

【００５１】２． 前記隣接構造（９０）および前記コ
ンポーネント（９２、９４、９６、または９８）が取り
付けられる回路基板（８８）がそれぞれ、電荷を消散す
ることが可能な導電性表面（９０、１１６、１１８）を
備え、前記テンプレート（１０２）が前記テンプレート
（１０２）の周辺に近接して形成された一連の前記キャ
ビティを含み、一連の前記キャビティに前記コンポーネ
ント（９２、９４、９６、または９８）の前記導電性表
面（９０、１１６、１１８）および前記隣接構造（９
０）と電気的に接触した導電性の曲げやすい非弾性材料
（１１２および１１４）が設けられている上記１に記載
の複合熱インターフェース用アセンブリ。

【００５２】３． 前記熱伝導性隣接構造（１３０）が
前記曲げやすい非弾性材料（１２４）内に入り込む突出
部分（１３２および１３４）を含む上記１に記載の複合
熱インターフェース用アセンブリ。

【００５３】４． 前記コンポーネント（１３１）が前
記曲げやすい非弾性材料（１２４）内に入り込む突出部
分（１３２および１３４）を含む上記１に記載の複合熱
インターフェース用アセンブリ。

【００５４】５． 前記曲げやすい非弾性材料（７８、
８０、８２、または８４）は、前記コンポーネント（６
６、６８、７０、および７２）が動作しておらず、前記
曲げやすい非弾性材料（７８、８０、８２、または８
４）が周囲温度まで冷却されている場合には比較的固
く、前記コンポーネント（６６、６８、７０、および７
２）が動作していて、前記曲げやすい非弾性材料（７
８、８０、８２、または８４）が暖まっている場合には
粘性になる上記１に記載の複合熱インターフェース用ア
センブリ。

【００５５】６． 前記テンプレート（７６）がギャッ
プパッド材料から形成される上記１に記載の複合熱イン
ターフェース用アセンブリ。

【００５６】７． 前記テンプレート（７６）が熱テー
プから形成される上記１に記載の複合熱インターフェー
ス用アセンブリ。

【００５７】８． 前記曲げやすい非弾性材料（７８、
８０、８２、または８４）が熱グリースから成る上記１
に記載の複合熱インターフェース用アセンブリ。

【００５８】９． 前記曲げやすい非弾性材料（７８、
８０、８２、または８４）が熱パテから成る上記１に記
載の複合熱インターフェース用アセンブリ。

【００５９】１０． 前記曲げやすい非弾性材料（７
８、８０、８２、または８４）がほぼ非導電性である上
記１に記載の複合熱インターフェース用アセンブリ。

【００６０】

【発明の効果】上述のように本発明のによれば、匹敵す
る厚さのギャップパッドおよび熱テープよりも熱を伝導
する能力が高く、熱膨張および収縮サイクル時に熱イン
ターフェースが有効な状態に保たれる複合熱インターフ
ェースパッドが得られる。熱伝導率に関して、導電率と
同様、熱伝導率は累積的であるため、より熱伝導率の高
い熱伝導経路を加えると、熱インターフェースパッドの
全熱伝導率が高くなるいう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合熱パッドを示す図である。

【図２】図１のライン４−４に沿って描かれた断面図で
ある。

【図３】キャビティに曲げやすい非弾性材料がわずかに
「過剰充填」された、図１の熱インターフェースパッド
を示す図である。

【図４】キャビティに非弾性材料がわずかに「不足充
填」された、図１の熱インターフェースパッドを示す図
である。

【図５】２つの集積回路を備えたマルチチップモジュー
ルの熱分布マップを示す図である。

【図６】図５の熱分布マップに関連したマルチチップモ
ジュールの熱特性に整合するように調整された、本発明
による複合熱インターフェースパッドを示す図である。

【図７】単一複合熱インターフェースパッドによって、
一連の電子コンポーネントの熱インターフェースが施さ
れる、本発明のもう１つの実施形態を例示した回路アセ
ンブリを示す図である。

【図８】図７のアセンブリを示す平面図である。

【図９】隣接構造とプリント回路基板とのギャップにシ
ールドが施される、本発明の実施形態を例示した回路ア
センブリを示す図である。

【図１０】図９の回路アセンブリからの複合熱インター
フェースパッドとプリント回路との平面図である。

【図１１】弾性材料と一連の非弾性部分とを含む、さま
ざまな用途における一般的な利用に適した、本発明によ
る複合熱インターフェースパッドを示す図である。

【図１２】図１１のライン１２−１２に沿って描かれた
図１１のパッド、並びに電子コンポーネントおよび突出
部分を備えた隣接構造の断面図である。

【図１３】電子コンポーネントとヒートシンクとの間に
熱インターフェースを備える先行技術による回路アセン
ブリを示す図である

【図１４】熱容器と対応する複数の電子コンポーネント
との間に複数の熱インターフェースを備える先行技術に
よる回路アセンブリを示す図である。

【符号の説明】

３８ 複合熱インターフェースパッド ４０ テンプレート部分 ４２ キャビティ ４４ 曲げやすい非弾性部分 ４８ 複合熱インターフェースパッド ５０ テンプレート部分 ５２ キャビティ ５４ キャビティ ５６ 曲げやすい非弾性部分 ５８ 曲げやすい非弾性部分 ６０ 回路アセンブリ ６２ プリント回路基板（ＰＣＢ） ６４ 熱伝導性隣接構造 ６６ 電子コンポーネント ６８ 電子コンポーネント ７０ 電子コンポーネント ７２ 電子コンポーネント ７４ 複合熱インターフェースパッド ７５ ギャップ ７６ テンプレート部分 ７８ 曲げやすい非弾性部分 ８０ 曲げやすい非弾性部分 ８２ 曲げやすい非弾性部分 ８４ 曲げやすい非弾性部分 ８６ 回路アセンブリ ８８ プリント回路基板（ＰＣＢ） ９０ 熱伝導性隣接構造 ９２ 電子コンポーネント ９４ 電子コンポーネント ９６ 電子コンポーネント ９８ 電子コンポーネント １００ 複合熱インターフェースパッド １０２ テンプレート部分 １０４ 曲げやすい非弾性部分 １０６ 曲げやすい非弾性部分 １０８ 曲げやすい非弾性部分 １１０ 曲げやすい非弾性部分 １１２ 導電性の曲げやすい非弾性部分 １１４ 導電性の曲げやすい非弾性部分 １２０ 複合熱インターフェースパッド １２２ テンプレート部分 １２４ 曲げやすい非弾性部分 １２６ 曲げやすい非弾性部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱を発生するコンポーネント（６６、６
   ８、７０、または７２）と、 前記コンポーネント（６６、６８、７０、または７２）
   から遠い前記コンポーネント（６６、６８、７０、また
   は７２）によって生じた熱を伝導するための熱伝導性隣
   接構造（６４）と、 前記コンポーネント（６６、６８、７０、または７２）
   および前記熱伝導性隣接構造（６４）に熱的に接触し
   て、前記コンポーネント（６６、６８、７０、または７
   ２）からの熱を前記熱伝導性隣接構造（６４）に伝導す
   るための複合熱インターフェースパッド（７４）と、を
   具備し、 前記複合熱インターフェースパッド（７４）が、少なく
   とも１つのキャビティが形成されたテンプレート（７
   ６）と、少なくとも１つの前記キャビティ内に設けられ
   た曲げやすい非弾性材料（７８、８０、８２、および８
   ４）と、から成ることを特徴とする複合熱インターフェ
   ース用アセンブリ（６０）。