KR101538944B1 - 유연한 적층 열도전성 계면 조립체 및 이를 포함하는 메모리 모듈 - Google Patents

유연한 적층 열도전성 계면 조립체 및 이를 포함하는 메모리 모듈 Download PDF

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KR101538944B1
KR101538944B1 KR1020130072863A KR20130072863A KR101538944B1 KR 101538944 B1 KR101538944 B1 KR 101538944B1 KR 1020130072863 A KR1020130072863 A KR 1020130072863A KR 20130072863 A KR20130072863 A KR 20130072863A KR 101538944 B1 KR101538944 B1 KR 101538944B1
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리차드 에프. 힐
미셜 스미스 로버트
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라이르드 테크놀로지스, 아이엔씨
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Abstract

본 발명의 다양한 양태에 따르면, 메모리 모듈이나 그 밖의 장치의 하나 이상의 구성요소로부처 열을 방출할 때 사용하기에 적절한 열도전성 계면 조립체의 예시적인 실시 형태들이 개시된다. 예시적인 실시 형태에서, 열계면재가 신축적인 열도전성 시트의 일 측면 상에 또는 일 측면을 따라 배치된다. 다른 실시 형태에서, 신축적인 열도전성 시트는 열계면재의 제1 및 제2 층에 접합되거나, 이들 층 내부에 캡슐화되거나 이들 층 사이에 개재된다. 신축적인 열도전성 시트는 신축성 천공 흑연 시트일 수 있다. 열계면재는 열도전성 폴리머일 수 있다. 흑연 시트 내의 천공 구멍은 제1 및 제2 층을 흑연 시트에 기계적으로 접합하도록 도울 수 있고 그리고/또는 제1 및 제2 층 사이에서 열전도를 제공하도록 도울 수 있는 폴리머-대-폴리머 접합이 형성될 수 있도록 한다. 다른 실시 형태에서, 열도전성 계면 조립체는 일반적으로 제1 및 제2 측면을 갖는 신축성 열확산재와 제1 측면에서 제2 측면까지 열확산재를 통해 연장되는 하나 이상의 관통 구멍을 포함할 수 있다. 신축성 열확산재는 연질 열계면재의 제1 및 제2 층 사이에 개재될 수 있다. 연질 열계면재의 일부가 하나 이상의 천공 구멍 내부에 배치될 수 있다. 열도전성 계면 조립체는 하나 이상의 구성요소로부터 연질 열계면재의 제1 층까지 열전도 경로를 제공하도록 메모리 모듈의 하나 이상의 구성 요소에 대해 배치가능할 수 있다.

Description

유연한 적층 열도전성 계면 조립체 및 이를 포함하는 메모리 모듈{COMPLIANT MULTILAYERED THERMALLY-CONDUCTIVE INTERFACE ASSEMBLIES AND MEMORY MODULES INCLUDING THE SAME}
본 출원은 2009년 6월 17일 출원된 미국 특허 출원 제12/486,456호와 2009년 6월 17일 출원된 미국 특허 출원 제12/486,472호의 우선권 이익을 주장한 출원이다. 이들 출원의 전체 개시 내용은 본 출원에 의해 원용된다.
본 발명은 일반적으로 발열 요소에서 방열 부재 또는 방열판까지 열전도 경로를 구축하기 위한 유연한 다층 열도전성 계면재 및 조립체와 이를 포함하는 메모리 모듈에 관한 것이다.
본 단원은 반드시 종래 기술일 필요는 없는 본 발명에 관련된 배경 정보를 제공한다.
반도체, 트랜지스터 등과 같은 전자 구성요소는 통상적으로 전자 구성요소가 최적으로 동작하는 사전 설계된 온도를 갖는다. 이상적으로, 사전 설계된 온도는 주변 공기의 온도에 가깝다. 그러나 전자 구성요소가 동작하면 열이 생성되고, 이 열은 제거되지 않을 경우 전자 구성요소를 정상 동작 온도나 바람직한 동작 온도보다 훨씬 높은 온도에서 동작시키는 요인이 될 것이다. 이런 과도한 온도는 전자 구성요소의 동작 특성, 수명 및/또는 신뢰성과 관련 장치의 동작에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
발열로 인한 부정적인 동작 특성을 방지하거나 적어도 저감시키기 위해, 열은 예컨대 동작 중인 전자 구성요소에서 방열판으로 열을 전도시킴으로써 제거되어야 한다. 그 후, 방열판은 종래의 대류 및/또는 복사 기술에 의해 냉각될 수 있다. 전도 동안, 열은 전자 구성요소와 방열판 간의 직접 표면 접촉 및/또는 중간 매체나 열계면재를 통한 전기 구성요소와 방열판 간의 접촉에 의해 동작 중인 전기 구성요소에서 방열판으로 통과할 수 있다. 열계면재는 상대적으로 열악한 열 도전체인 공기로 간극을 충전시키는 것에 비해 열전달 효율을 증가시키기 위해 열전달면 사이의 간극을 채우는 데 사용될 수 있다. 몇몇 장치에서는 전기 절연체가 전자 구성요소와 방열판 사이에 배치될 수도 있는데, 많은 경우 이것은 열계면재 자체이다.
본 발명의 목적은 발열 요소에서 방열 부재 또는 방열판까지 열전도 경로를 구축하기 위한 유연한 다층 열도전 계면재 및 조립체와 이를 포함하는 메모리 모듈을 제공하는 것이다.
본 단원은 본 발명의 개괄적인 요약 사항을 제공하며 본 발명의 모든 범위 또는 모든 특징을 포괄적으로 개시하는 것이 아니다.
본 발명의 다양한 양태에 따르면, 열도전성 계면 조립체의 예시적인 실시 형태가 개시된다. 예시적인 실시 형태에서, 신축성 열도전 시트가 열계면재의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화 또는 내장되거나 그 사이에 개재된다. 신축성 열도전 시트는 신축성 천공 흑연 시트를 포함할 수 있다. 열계면재는 열도전성 폴리머를 포함할 수 있다. 흑연 시트 내의 천공 구멍은 제1 및 제2 층을 흑연 시트에 기계적으로 접합하도록 도울 수 있고 그리고/또는 제1 및 제2 층 사이에서 열전도를 제공하도록 도울 수 있는 폴리머-대-폴리머 접합이 형성될 수 있도록 한다.
예시적인 실시 형태에서, 열도전성 계면 조립체는 일반적으로 천공 열도전성 시트를 포함한다. 천공 열도전성 시트는 제1 및 제2 측면과, 제1 측면에서 제2 측면까지 천공 열도전성 시트를 통해 연장되는 하나 이상의 천공 구멍을 포함한다. 천공 열도전성 시트는 열계면재의 제1 층 및 제2 층 사이에 개재된다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 열도전성 계면 조립체는 일반적으로 신축성 흑연 시트가 연질 열계면재의 제1 및 제2 층 사이에 개재되도록 연질 열계면재 내에 캡슐화되는 신축성 흑연 시트를 포함한다.
추가의 양태는 열도전성 계면 조립체를 사용 및/또는 제조하는 방법과 같은 열도전성 계면 조립체에 관련된 방법을 제공한다. 예시적인 실시 형태에서, 방법은 일반적으로 천공 흑연 시트 상으로 열계면재를 도포하는 단계를 포함한다. 이런 예시적인 방법을 이용함으로써, 천공 흑연 시트는 열계면재의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되어 그 사이에 개재된다. 더불어, 흑연 시트에 형성된 하나 이상의 천공 구멍 내에는 열계면재에 의해 접합이 구축될 수 있으며, 이때 상기 접합은 하나 이상의 천공 구멍 내에서 열계면재를 통해 제1 층에서 제2 층까지 열전도 경로를 제공한다.
다른 예시적인 실시 형태는 회로 기판의 하나 이상의 발열 요소로부터의 열 방출에 관련된 방법을 제공한다. 본 실시예에서, 방법은 일반적으로 열전도 경로가 하나 이상의 발열 요소로부터 제1 층, 신축성 흑연 시트 및 제2 층을 통해 한정되도록 열도전성 계면 조립체(열계면재의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되어 그 사이에 개재된 신축성 흑연 시트를 포함)를 배치하는 단계를 포함한다.
다른 실시 형태는 회로 기판의 하나 이상의 발열 요소로부터 열을 방출 또는 전달할 때 사용하기에 적절한 열도전성 계면 조립체를 포함한다. 예시적인 실시 형태에서, 열도전성 계면 조립체는 일반적으로 그 사이에 두께를 한정하는 제1 및 제2 측면을 갖는 신축성 흑연 시트를 포함한다. 연질의 유연한 열계면재의 적어도 하나의 층이 신축성 흑연 시트의 적어도 제1 측면을 따라 배치된다. 연질의 유연한 열계면재의 적어도 하나의 층은 신축성 흑연 시트의 두께보다 큰 두께를 갖는 층을 구비한 간극 충전재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 메모리 모듈의 하나 이상의 구성요소로부터 열을 방출할 때 사용하기에 적절한 열도전성 계면 조립체의 예시적인 실시 형태들이 개시된다. 열도전성 계면 조립체는 일반적으로 제1 및 제2 측면을 갖는 신축성 열확산재와 제1 측면에서 제2 측면까지 열확산재를 통해 연장되는 하나 이상의 관통 구멍을 포함할 수 있다. 신축성 열확산재는 연질 열계면재의 제1 및 제2 층 사이에 개재될 수 있다. 연질 열계면재의 일부가 하나 이상의 천공 구멍 내부에 배치될 수 있다. 열도전성 계면 조립체는 하나 이상의 구성요소로부터 연질 열계면재의 제1 층까지 열전도 경로를 제공하도록 메모리 모듈의 하나 이상의 구성 요소에 대해 배치가능할 수 있다.
다른 양태는 열도전성 계면 조립체를 포함할 수 있는 메모리 모듈 및 그 밖의 전자 장치에 관한 것이다. 예시적인 실시 형태에서, 메모리 모듈은 일반적으로 제1 및 제2 측면과 제1 및 제2 측면 중 적어도 하나 상에 마련된 하나 이상의 전자 구성요소를 구비하는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 적어도 하나의 열도전성 계면 조립체는 연질 열계면재의 제1 및 제2 층 사이에 신축성 열확산재를 포함한다. 적어도 하나의 열도전성 계면 조립체는 인쇄회로기판의 제1 및 제2 측면 중 적어도 하나 상에 마련된 하나 이상의 전자 구성요소로부터 연질 열계면재의 제1 층까지 열전도 경로가 형성되도록 인쇄 회로 기판의 제1 및 제2 측면의 적어도 하나에 대해 배치된다.
다른 예시적인 실시 형태에서, 메모리 모듈은 제1 및 제2 측면과 제1 및 제2 측면 중 적어도 하나 상에 마련된 하나 이상의 전자 구성요소를 구비한 인쇄 회로 기판을 포함한다. 적어도 하나의 열도전성 계면 조립체는 제1 및 제2 측면을 갖는 신축성 열확산재와 신축성 열확산재의 적어도 제1 측면을 따라 마련된 연질의 유연한 열계면재의 적어도 하나의 층을 포함한다. 적어도 하나의 열도전성 계면 조립체는 인쇄 회로 기판의 제1 및 제2 측면 중 적어도 하나 상에 마련된 하나 이상의 전자 구성요소로부터 연질의 유연한 열계면재의 적어도 하나의 층까지 열전도 경로가 형성되도록 인쇄 회로 기판의 제1 및 제2 측면 중 적어도 하나에 대해 배치될 수 있다.
추가의 양태는 열도전성 계면 조립체를 사용 및/또는 제조하는 방법과 메모리 모듈로부터의 열 방출에 관련된 방법과 같이 열도전성 계면 조립체에 관련된 방법을 제공한다. 예시적인 실시 형태에서, 방법은 일반적으로 열전도 경로가 메모리 모듈의 하나 이상의 구성요소로부터 연질 열계면재의 제1 층, 신축성 열확산재 및 연질 열계면재의 제2 층을 통해 한정되도록 연질 열계면재의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되어 그 사이에 개재된 신축성 열확산재를 포함하는 열도전성 계면 조립체를 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태와 특징들은 다음에 제공되는 발명의 상세한 설명으로부터 자명하게 될 것이다. 더불어, 본 발명의 어느 하나 이상의 양태는 개별적으로 구현되거나 본 발명의 다른 양태들 중 어느 하나 이상과 조합되어 구현될 수 있다. 발명의 상세한 설명과 특정 실시예들은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 지시하면서도 단지 예시의 목적으로 제시된 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 의도가 아님은 물론이다.
본 발명에 따르는 열도전성 계면 조립체와 이를 포함하는 전자 장치는 열전도 경로의 열적 임피던스를 낮추고 열전도 경로의 열 도전성을 증가시키도록 도움으로써 경로를 따르는 열의 전도를 향상시킬 수 있다.
이하에 설명하는 도면은 단지 예시의 목적으로 제시된 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 의도가 아니다.
도 1은 예시적인 실시 형태들에 따른 신축성 흑연 시트가 열계면재의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되거나 그 사이에 개재된 열도전성 계면 조립체의 단면도.
도 2는 예시적인 실시 형태들에 따른 천공 흑연 시트가 열도전성 폴리머의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되거나 그 사이에 개재된 열도전성 계면 조립체의 다른 예시적인 실시 형태의 분해 조립도.
도 3은 예시적인 실시 형태들에 따른 신축성 흑연 시트가 열도전성 폴리머의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되거나 그 사이에 개재된 열도전성 계면 조립체와 하나 이상의 전자 구성요소를 구비한 회로 기판의 단면도.
도 4는 예시적인 실시 형태들에 따른 회로 기판 상의 하나 이상의 전자 구성요소로부터 열도전성 계면 조립체를 통해 형성된 열전도 경로를 도시하는 단면도.
도 5는 예시적인 실시 형태들에 따른 신축성 흑연 시트가 단지 하나의 측면을 따라 열도전성 폴리머의 층을 포함하는 열도전성 계면 조립체와 하나 이상의 전자 구성요소를 구비한 회로 기판의 단면도.
도 6은 예시적인 실시 형태들에 따른 열계면 간극 충전재, 열계면 충전재 내부에 캡슐화된 신축성 흑연 시트 및 열계면 간극 충전재 내부에 캡슐화된 천공 흑연 시트를 포함하는 세 개의 서로 다른 시편에 대한 psi 압력당 인치(inch) 단위의 변형을 도시하는 선 그래프.
대응하는 참조 번호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분들을 지시한다.
아래의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 발명, 용례 또는 용도를 제한하고자 하는 의도로서 제공된 것이 아니다.
열계면재는 발열 요소와 방열판 사이에 개재되어 이들 사이에 열전도 경로를 구축하는데 사용된다. 그러나, 본 발명의 발명자가 파악한 바에 따르면, 열계면재는 실질적으로 발열 요소와 방열판 사이에 수용되는 열전도 경로를 제공하며, 이는 열을 전자 구성요소 주변에 국한시키는 비교적 협소한 열전도 경로를 초래한다. 즉, 전자 구성요소에 의해 생성되는 열의 상당 부분이 직접적으로 전자 구성요소와 방열판 사이에 놓인 열계면재를 통한 최소 임피던스의 경로를 거쳐 전도된다. 그 결과, 열계면재와 방열판 전체에 걸친 열 확산이 제한된다.
본 발명의 발명자들은 열계면재가 제한된 열전도 경로를 제공한다는 것을 알았기 때문에, 본 명세서에서 신축성 열확산재(예컨대, 천공될 수 있는 신축성 흑연판 등)와 하나 이상의 연질 열계면재층(예컨대, 신축성 흑연 시트의 적어도 일 측면 또는 양 측면 상에 배치되는 열계면재 등)을 포함하는 열도전성 계면 조립체의 다양한 예시적인 실시 형태들을 개시한다. 신축성 열확산재는 일반적으로 두께가 20 밀(mil)인 스탬프된 알루미늄 박판 이상의 신축성을 갖고 그리고/또는 두께가 15 밀인 스탬프된 구리 박판 이상의 신축성을 갖는 광범위한 재료를 지칭할 수 있고 그러한 재료를 포함한다.
신축성 열확산재 내에서, 열은 (예컨대, Z 방향으로 열계면재로의 전도를 통해 그리고/또는 공기 또는 그 밖의 주변 환경 등으로의 대류를 통해) 열이 신축성 열확산재에서 전달될 수 있는 표면적이 보다 넓어지도록 측방으로 확산한다(예컨대, 도 2에 도시된 X 및 Y 방향으로의 측방 확산 등). 열의 측방 확산으로 인해 표면적이 커질수록 신축성 열확산재와 전체적인 열도전성 계면 조립체와 관련된 열전달 효율이 증가하고 향상될 수 있다. 신축성 열확산재가 열계면재의 층들 사이에 개재되거나, 이들 층에 접합되거나, 이들 층 내부에 캡슐화된 예시적인 실시 형태에서와 같은 특정 실시 형태에 따라, 열은 신축성 열확산재로부터 Z 방향으로의 전도에 의해 열계면재의 외층으로 전달될 수 있다. 또는, 예컨대, 열확산재가 타측면이 공기 또는 그 밖의 주변 환경에 노출되도록 단지 일 측면 상에만 열계면재를 포함하는 예시적인 실시 형태에서와 같이, 열은 신축성 열확산재로부터 대류에 의해 공기나 그 밖의 주변 환경으로 전달될 수 있다.
열계면재가 열확산재 상에 있거나 단지 일 측면을 따라 마련되는 실시 형태에서, 열계면재의 두께는 신축성 열확산재의 두께보다 클 수 있다. 대안으로, 다른 실시 형태에서, 열계면재의 두께는 대략 신축성 열확산재의 두께 이하일 수 있다. 신축성 열확산재가 열계면재의 층들 사이에 개재되거나, 이들 층에 접합되거나, 이들 층 내부에 캡슐화된 예시적인 실시 형태에서, 신축성 열확산재의 일 측면을 따르는 열계면재의 층(들)은 신축성 열확산재의 타측면 또는 대향 측면을 따르는 열계면재의 층(들)보다 두텁거나 얇거나 대략 동일할 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시 형태는 열계면재로 된 내층과 외층을 갖는 신축성 열확산재를 포함하며, 이때 (하나 이상의 전자 구성요소와 접촉하도록 의도되는) 내층은 외층보다 두텁다.
본 명세서에 개시된 열도전성 계면 조립체는 예컨대 결합면과의 양호한 형상 정합성을 위해 비교적 신축적이고, 연질이고 그리고/또는 얇은 연질 열계면재로 된 하나 이상의 외층을 포함한다. 이는 다시 열적 임피던스가 적어도 부분적으로 그들 간의 유효 표면적 접촉 정도에 의존하기 때문에 열적 임피던스를 낮추도록 도울 수 있다. 방열판 및/또는 발열 요소의 표면은 통상적으로 완전히 편평하지 않고 그리고/또는 매끄럽지 않음으로써, 공기 간극 또는 공간(공기는 상대적으로 불량한 열 도전체임)이 불규칙 결합면(예컨대, 편평하거나 연속이 아닌 불균일면, 비편평면, 만곡면, 불규칙면, 비대칭면, 단조로운 형상 또는 좌우 대칭 배열 등) 사이에 나타나기 때문에, 결합면에 대해 정합시키는 능력이 중요하게 되는 경향을 보인다. 따라서, 공기 공간을 제거하는 것도 열전도 경로의 열적 임피던스를 낮추고 열전도 경로의 열 도전성을 증가시키도록 도움으로써 경로를 따르는 열의 전도를 향상시킬 수 있다.
다양한 예시적인 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 열도전성 계면 조립체는 인쇄 회로 기판, 전력 증폭기, 중앙 처리 유닛, 그래픽 처리 유닛, 메모리 모듈 또는 기타 발열 요소와 함께 이용될 수 있다. 예컨대, 열도전성 계면 조립체는 열도전성 계면 조립체가 발열 요소의 표면과 접촉 상태에 있도록 방열판과 발열 요소(예컨대, 인쇄 회로 기판 조립체, 전력 증폭기, 중앙 처리 유닛, 그래픽 처리 유닛, 메모리 모듈, 기타 발열 요소 등) 사이에 배치, 개재 또는 설치됨으로써, 열전도 경로가 발열 요소로부터 열도전성 계면 조립체를 거쳐 방열판까지 한정된다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 다양한 실시 형태는 열도전성 폴리머의 층들 내부에 캡슐화되거나 내장되거나 그 사이에 개재되는 천공 흑연 시트를 포함한다. 흑연 시트에 형성된 천공 구멍은 폴리머-대-폴리머 접합이 천공 구멍을 통해 형성될 수 있도록 한다. 이 접합은 Z 방향으로의 열전달을 제공할 뿐만 아니라 재료들이 서로 기계적으로 적층된 상태를 유지하도록 돕는다. (여전히 접촉하는 유닛인) 천공 흑연 시트는 또한 양호한 X-Y 열전달 또는 측방 확산을 제공하며, 이는 다시 열이 천공 흑연 시트에서 전달될 수 있는 표면적을 증가시키게 된다. 천공 흑연 시트가 열계면재의 층들 사이에 개재되거나, 이들 층에 접합되거나, 이들 층 내부에 캡슐화된 예시적인 실시 형태에서와 같은 특정 실시 형태에 따라, 열은 천공 흑연 시트로부터 Z 방향으로의 전도에 의해 열계면재의 외층으로 전달될 수 있다. 또는, 예컨대, 천공 흑연 시트가 그 외면이 공기 또는 그 밖의 주변 환경에 노출되도록 단지 열계면재의 내층만을 포함하는 예시적인 실시 형태에서와 같이, 열은 천공 흑연 시트로부터 대류에 의해 공기나 그 밖의 주변 환경으로 전달될 수 있다.
흑연 시트 내의 천공 구멍은 흑연 시트의 신축성을 개선하거나 증가시킬 수도 있다. 유리하게는, 천공 흑연 시트가 열도전성 폴리머의 층들 사이에 개재된 다양한 예시적인 실시 형태들은 열도전성 폴리머만 단독으로 사용되는 것에 비해 세 개의 평면(예컨대, 도 2에 도시된 X-Y 평면, Y-Z 평면 및 X-Z 평면 등)에서의 열전달을 개선할 수 있다. 더불어, 열도전성 폴리머는 기판으로부터 변화되는 발열 요소의 높이에 관련된 간극을 충전할 수 있기 때문에 열도전성 계면 조립체와 발열 요소 간에 양호한 형상 정합과 접촉을 허용할 수 있다. 더불어 또는 대안으로서, 천공 흑연 시트를 포함하는 열도전성 계면 조립체는 또한 열도전성 폴리머의 층들 사이에 개재되어 층들의 기계적 보전성을 개선하거나 양호하게 할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 열도전성 계면 조립체는 흑연 시트에 구멍을 펀칭하거나 다이 절삭함으로써 제조될 수 있다. 폴리머가 천공 흑연 시트의 일 측면에 도포될 수 있고, 그 후 폴리머를 구비한 흑연 시트를 한 쌍의 롤 또는 롤러 사이로 통과시킬 수 있다. 폴리머를 경화시킨다. 그 후, 열도전성 계면 조립체가 상부 및 하부 열계면재층을 포함하는 실시 형태에서, 폴리머는 천공 흑연 시트의 타측면에 도포될 수 있다. 제2 측면에 폴리머를 구비한 (그리고 제1 측면에 경화된 폴리머를 구비한) 흑연 시트를 다시 한 쌍의 롤 또는 롤러 사이로 통과시킬 수 있다. 그 후, 제2 측면 상의 폴리머도 경화시킨다. 다른 실시예로서, 폴리머가 흑연 시트의 양 측면에 도포될수 있으며, 이에 따라 양 측면에 폴리머를 구비한 흑연 시트를 한 쌍의 롤러 또는 롤 사이로 통과시킨다. 압연 공정이 완료된 후, 양 측면 상의 폴리머를 경화시킨다. 다양한 실시 형태에서, 밀라(Mylar) 보호 라이너(들)이 예컨대 폴리머로부터 롤 또는 롤러를 보호하기 위해 폴리머 전면에 걸쳐 배치될 수 있다. 폴리머를 경화시킨 후, 밀라 보호 라이너(들)이 분리되어 제거된다.
다양한 실시 형태들은 두께가 약 0.0127 cm(0.005 인치, 5 mil), 0.025 cm(0.01 인치, 10 mil), 0.05 cm(0.02 인치, 20 mil) 등인 흑연 시트를 포함하며, 흑연 시트는 두께가 약 0.05 cm(0.02 인치, 20 mil), 0.1 cm(0.04 인치, 40 mil) 등인 열도전성 폴리머의 층들 내부에 캡슐화된다. 일 실시예에서, 열도전성 계면 조립체는 각각의 두께가 약 0.05 cm(0.02 인치, 20 mil)인 열도전성 계면재의 제1 및 제2 층들 내부에 캡슐화되거나, 그 사이에 개재되거나, 이들 층에 접합된 두께가 약 0.025 cm(0.01 인치, 10 mil)인 흑연판을 갖는다. 다양한 실시 형태들은 약 5 mil의 두께, 약 10 mil의 두께, 약 5 mil보다 크지만 10 mil보다 작은 두께, 또는 5 mil보다 작은 두께, 약 10 mil보다 큰 두께를 갖는 열계면재의 상부층 및/또는 하부층을 포함한다. 열계면재의 상부층 및 하부층을 포함하는 실시 형태들에서, 각각의 층은 다른 층과 동일하거나 다른 두께를 가질 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 열도전성 계면 조립체는 최대 약 1/4 인치, 1/2 인치, 1/4 인치 내지 1/2 인치 사이의 두께 등을 가질 수 있다. 그 밖의 실시 형태들은 서로 다른 흑연 시트 두께, 서로 다른 열계면재층 두께 및/또는 전체 두께가 1/4 인치보다 작거나 1/2 인치보다 큰 열도전 계면 조립체를 포함할 수 있다.
단지 실시예로서, 몇몇 실시 형태는 랜덤 억세스 메모리(RAM) 모듈 또는 장치, 더블-데이터-레이트(double-data-rate, DDR) 메모리 모듈 또는 장치(예컨대, DDR1, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5 등), 플래시 메모리 듀얼 인라인 메모리 모듈(flash memory dual inline memory module, FMDIMM) 또는 장치, 동기화 동적 임의 억세스 메모리(SDRAM) 메모리 모듈 또는 장치 등과 같은 광범위한 다양한 유형의 메모리 장치 또는 모듈과 함께 이용되는 열도전성 계면 조립체를 포함한다. 배경 기술로서, DDR은 컴퓨터에 사용되는 메모리 집적 회로의 한 종류인 SDRAM(동기화 동적 임의 억세스 메모리)에 사용될 수 있는 더블-데이터-레이트를 의미한다. 다양한 실시 형태에서, DDR 메모리 모듈은 PCB 기판의 양 측면 상에 선형 배열된 복수의 소자를 포함할 수 있다. 열도전성 계면 조립체는 열을 확산키기고 또한 방열판으로 열을 전달함으로써 최대 동작 온도를 낮게 유지하도록 돕기 위해 해당 기판의 일 측면 또는 양 측면을 따라 배치될 수 있다. 열도전성 계면 조립체는 신축성 열확산재(예컨대, 흑연, 알루미늄, 구리, 천공될 수 있는 이들의 신축성 기판, 본 명세서에 개시된 그 밖의 재료 등)를 포함할 수 있다. 신축성 열확산재는 연질의 유연한 열계면재(예컨대, 열도전성 폴리머, 간극 충전재, 본 명세서에 개시된 그 밖의 재료 등)의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화, 내장되고, 이들 층에 접합되고 그리고/또는 이들 층 사이에 개재될 수 있다. 또는, 예컨대, 열도전성 계면 조립체는 단지 일 측면을 따라 또는 단지 일 측면 상에 연질의 유연한 열계면재를 구비한 신축성 열확산재를 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 신축성 흑연 시트는 시트의 일 측면 또는 양 측면을 따라 비교적 연질의 유연한 열계면재(예컨대, 간극 충전재, 열도전성 폴리머, 이하 개시된 것들과 같은 그 밖의 적절한 열계면재 등)를 구비할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 천공 흑연 시트는 연질의 유연한 열계면재(예컨대, 간극 충전재, 열도전성 폴리머, 이하 개시된 것들과 같은 그 밖의 적절한 열계면재 등)의 두 층 사이에 개재된다. 연질의 유연한 열계면재의 두 층은 동일하거나 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
예시적인 작동에서, 메모리 모듈의 소자에서 방출된 열은 메모리 모듈과 신축성 흑연 시트 사이에 있는 연질의 유연한 열계면재의 내부층으로 전달될 수 있다. 열은 열계면재의 내부층에서 신축성 흑연 시트로 전달될 수 있고, 신축성 흑연 시트는 열을 측방(예컨대, X-Y 방향(도 2) 등)으로 확산시킨다. 측방 열 확산은 열이 흑연 시트로부터 전달될 수 있는 표면적을 증가시킴으로써, 열전달 효율을 증가시킨다. 열은 흑연 시트의 증가된 표면적으로부터 열계면재로 그리고 열계면재를 통해 주변 환경으로 전달될 수 있다. 두 개의 열계면재층 사이에 개재된 흑연을 포함하는 열도전성 조립체 또는 구조물의 적용을 용이하게 하기 위해, 열적 구조물의 일 측면은 (필수적이지는 않지만) 메모리 모듈에 대한 부착을 위해 자연히 점성이거나 접착제 층을 포함할 수 있다. 다른 측면은 예컨대 몇몇 실시 형태에서 포일층에 의해 보호될 수 있다. 따라서, 유리하게는, 몇몇 실시 형태는 강철이나 알루미늄 열 확산체 및 부착 클립을 포함하는 기존의 몇몇 열 관리 해법에 비해 비교적 저렴한 비용으로 메모리 모듈을 위한 열 관리 및 방열방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 양태에 따르면, 열도전성 계면 조립체의 다양한 예시적인 실시 형태는 하나 이상의 발열 전자 구성요소로부터의 방열성능을 개선한다. 통상적으로, 발열 요소에서 방출된 열은 예컨대 전력 증폭기와 같은 발열 요소에 대한 손상을 피하기 위해 발열 요소 밖으로 전달되거나 방출되어야 한다. 다음의 예시적인 실시 형태(예컨대 도 1 내지 도 4에 도시된 예시적인 실시 형태 등)에서, 다양한 열도전성 계면 조립체는 그 상부에 연질의 유연한 열계면재의 제1 및 제2 층이 배치된 신축성 흑연 시트를 포함할 수 있으며, 이때 신축성 흑연 시트는 열이 신축성 흑연 시트로부터 전달되는 표면적이 증가됨으로써 열전달 효율을 증가시키도록 열확산 특징(예컨대, X-Y 평면에서 열의 측방 확산(도 2) 등)을 제공한다. 다음의 비제한적인 실시예들은 오직 예시의 목적으로 제공된 것이며 제한을 목적으로 하지 않는다. 예컨대, 도 1 내지 도 4에 도시된 실시 형태들은 신축성 흑연 시트의 대향하는 양 측면에 마련된 연질의 유연한 열계면재의 제1 및 제2 층을 포함한다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같은 다른 실시 형태는 신축성 흑연 시트 또는 다른 열확산재의 단지 일 측면을 따라서만 연질의 유연한 열계면재를 포함할 수 있다. 열적 성능의 개선과 더불어, 본 명세서에 개시된 몇몇 예시적인 실시 형태들은 또한 신축성 열도전 계면 조립체의 하나 이상의 측면 상에 접착제층 및/또는 보호 금속 포일층을 포함한다. 추가의 양태들은 열도전성 계면 조립체를 포함하는 전자 장치/구성요소와, 열도전성 계면 조립체 이용 방법과, 열도전성 계면 조립체 제조 방법에 관한 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는 열도전성 계면 조립체(100)의 예시적인 실시 형태가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도시된 열도전성 계면 조립체(100)는 일반적으로 상부에 비교적 연질의 유연한 열계면재(104)(예컨대, 간극 충전재, 열도전성 폴리머, 내부에 충전재를 구비한 열도전성 폴리머, 이하 개시되는 것들과 같은 그 밖의 적절한 열계면재 등)가 배치된 제1 및 제2 측면(112, 114)을 구비한 비교적 신축성인 흑연 시트(110)를 포함한다. 열계면재(104)는 신축성 흑연 시트(110)의 각각의 제1 및 제2 측면(112, 114) 상에 제1 및 제2 층(122, 124)을 형성하도록 배치될 수 있다. 그러나, 대안 실시 형태는 (예컨대 도 5의 조립체(500) 등과 같이 양 측면이 아닌) 신축성 흑연 시트(110)의 단지 일 측면(112 또는 114) 상에만 열계면재(104)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어인 "시트"는 그 의미에 신축성 웹, 스트라이프, 종이, 테이프, 포일, 필름, 매트 등의 형태의 흑연(또는 그 밖의 재료)을 포함한다. "시트"라는 용어는 그 의미에 실질적으로 편평한 재료 또는 여하한 길이와 폭의 물품을 포함한다.
다양한 실시 형태에서, 층들(122, 124)은 동일한 열계면재(104)로 형성된다. 그러나, 대안의 실시 형태들에서, 신축성 흑연 시트(110)의 제1 측면(112)을 따라 형성된 열계면재는 신축성 흑연 시트(110)의 제2 측면(114)을 따라 형성된 열계면재와 상이할 수 있다. 즉, 몇몇 실시 형태에서 제1 및 제2 층(122, 124)은 서로 다른 열계면재(예컨대, 서로 다른 열도전성 폴리머, 서로 다른 유형의 열계면재 등)로 형성될 수 있거나, 다른 실시 형태에서 이들 층은 동일한 열계면재로 형성될 수 있다. 어느 경우든, 이하 본 명세서에 개시된 재료들을 포함하는 광범위한 재료가 열계면재에 사용될 수 있다. 예컨대, 간극 충전재는 신축성 흑연 시트(110)의 제1 및 제2 측면(112, 114) 모두를 따라 배치된 열계면재일 수 있다. 다른 실시예로서, 간극 충전재는 신축성 흑연 시트(110)의 측면들 중 단지 어느 하나(112 또는 114)만을 따라서 배치되는 열계면재일 수 있으며, 열적 상변화재는 신축성 흑연 시트(110)의 타측면(112, 114)을 따라 배치되는 열계면재일 수 있다.
더불어, 층들(122, 124)은 두께가 대략 동일할 수 있거나 서로 다를 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시 형태들은 내층(122)이 외층(124)보다 두터울 수 있거나 그 반대일 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 제2 층(124)은 방열판(또는 다른 구조물)으로의 전도 및/또는 공기(또는 그 밖의 주변 환경)로의 대류와 같은 것에 의해 열이 전달될 수 있는 외면(126)을 갖는다. 연질 열계면재의 제1 또는 내층(122)은 연질 열계면재(104)의 제1 층(122)이 접촉하도록 의도된 하나 이상의 전자 구성요소(도 1에 미도시)와 신축성 흑연 시트(110) 사이에 열전도 경로를 제공하도록 구성된다. 본 명세서에 개시된 몇몇 예시적인 실시 형태들은 또한 제1 층(122)의 바닥면 및/또는 제2 층(124)의 최외곽면(126)과 같이 열도전성 계면 조립체 상에 접착제층 및/또는 보호성 금속 포일층을 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태들은 접착제층 및/또는 보호성 금속 포일층 중 어느 하나만을 포함하거나 어느 것도 포함하지 않는다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시 형태에서, 열계면재(104)의 제1 층(122)은 전자 구성요소와 신축성 흑연 시트(110) 사이에 열전도 경로를 제공하도록 구성된다. 본 명세서 개시된 바와 같이, 다양한 재료가 열계면재(104)에 사용될 수 있다.
신축성 흑연 시트(110)는 제1 및 제2 층(122, 124)을 형성하는 비교적 연질의 유연한 열계면재(104) 내부에 캡슐화되거나, 이들 재료에 접합되거나, 그 사이에 개재된다. 몇몇 실시 형태에서, 신축성 흑연 시트(110)는 도 1에 도시된 Z 또는 수직 방향으로 약 5 W/mK의 열전도도를 가질 수 있다. 작동시, 열계면재(104)의 제1 층(122)에서 흑연 시트(110)로 전도된 열은 일반적으로 흑연 시트(110)의 단면(116) 전체에 걸쳐 흑연 시트(110) 내에서 (도 1에서 좌우 방향으로 그리고 지면 안팎 방향으로) 측방으로 확산될 것이다. 열은 흑연 시트(110)로부터 열계면재(104)의 제2 층(124)으로 Z 방향으로도 전도될 것이다. 이런 측방 열 확산은 열이 신축성 흑연 시트(110)로부터 전달될 수 있는 표면적을 증가시킴으로써 열 전달 효율을 증가시킨다. 열은 열계면재(104)의 제1 층(122)이 접촉하고 있는 하나 이상의 전자 구성요소와 같은 열원에 의해 생성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 하나 이상의 실시 형태에서, 신축성 흑연 시트(예컨대, 110, 210, 310, 410 등)는 오하이오주 레이크우드에 소재한 어드밴스드 에너지 테크놀로지사(Advanced Energy Technology Inc.)에서 구입 가능한 eGrafTM과 같은 흑연플레이크를 삽입 및 박리하여 형성되는 박리 흑연의 압축 입자들을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 하나 이상의 실시 형태에서, 신축성 흑연 시트(예컨대, 110, 210, 310, 410 등)는 미국 특허 제6,482,520호, 미국 특허 제6,503,626호, 미국 특허 제6,841,250호, 미국 특허 제7,138,029호, 미국 특허 제7,150,914호, 미국 특허 제7,160,619호, 미국 특허 제7,276,273호, 미국 특허 제7,303,820호, 미국 특허 출원 공개 2007/0042188, 미국 특허 출원 공개 2007/0077434, 미국 특허 제7,292,441호, 미국 특허 제7,306,847호 및/또는 미국 특허 제3,404,061호 중 하나 이상에 개시된 재료들(예컨대, 흑연, 신축성 흑연 시트, 박리 흑연 등)로 제조될 수 있다.
시트가 흑연을 삽입 및 박리하여 형성되는 실시 형태들에서, 흑연은 두께가 약 0.0127 cm 내지 약 0.05 cm(0.005 인치 내지 약 0.020 인치) 범위에 있는 시트로 처리될 수 있다. 예컨대, 일부 실시 형태는 0.0127 cm(0.005 인치)의 두께, 0.05 cm(0.020인치)의 두께, 또는 0.0127 cm(0.005 인치)보다 크지만 0.05 cm(0.020인치)보다 작은 두께를 갖는 시트를 포함한다. 다른 실시 형태들은 0.0127 cm(0.005 인치)보다 작은 두께 또는 0.05 cm(0.020인치)보다 큰 두께를 갖는 시트를 포함한다. 뿐만 아니라, 흑연과 더불어 또는 흑연의 대안으로서 다른 재료와 두께가 시트에 대해 사용될 수 있다. 예컨대 몇몇 실시 형태는 흑연 시트와 비슷한 신축성을 가질 수 있는 비교적 얇은 구리 및/또는 알루미늄 재료 시트를 포함할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는 열도전성 계면 조립체(200)의 다른 예시적인 실시 형태가 도시된다. 열도전성 계면 조립체(200)는 열계면재(204)의 두 층(222, 224) 내부에 캡슐화되거나 이들 층에 접합되거나 이들 층 사이에 개재되는 천공 흑연 시트(210)를 포함한다. 도 2에서, 평면 "P"는 직교하는 X 및 Y축에 의해 한정되고 X 및 Y축과 직교하는 Z축에 수직하다.
이들 예시적인 실시 형태에서, 신축성 흑연 시트(210)는 천공 흑연 시트(210)를 캡슐화한 열계면재(204)에 비해 높은 열전도도(또는 낮은 열적 임피던스)를 갖는 단면을 제공할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 신축성 흑연 시트(210)는 열계면재(204)에 비해 낮은 열전도도(또는 높은 열적 임피던스)를 가질 수 있다.
시트(210)는 예컨대 오하이오주 레이크우드에 소재한 어드밴스드 에너지 테크놀로지사에서 구입 가능한 eGrafTM과 같은 흑연플레이크를 삽입 및 박리하여 형성되는 박리 흑연의 압축 입자들로 형성될 수 있다. 시트(210)는 미국 특허 제6,482,520호, 미국 특허 제6,503,626호, 미국 특허 제6,841,250호, 미국 특허 제7,138,029호, 미국 특허 제7,150,914호, 미국 특허 제7,160,619호, 미국 특허 제7,276,273호, 미국 특허 제7,303,820호, 미국 특허 출원 공개 2007/0042188, 미국 특허 출원 공개 2007/0077434, 미국 특허 제7,292,441호, 미국 특허 제7,306,847호 및/또는 미국 특허 제3,404,061호 중 하나 이상에 개시된 재료들(예컨대, 흑연, 신축성 흑연 시트, 박리 흑연 등)로 제조될 수 있다. 그러나, 대안 실시 형태에서, 시트는 천공 흑연 시트와 비슷한 신축성을 가질 수 있는 비교적 얇은 구리 및/또는 알루미늄 재료 시트로 제조될 수 있다.
계속해서 도2를 참조하면, 신축성 흑연 시트(210)는 상부에 비교적 연질의 유연한 열계면재(204)가 배치된 제1 및 제2 측면(212, 214)를 구비한다. 열계면재(204)는 신축성 흑연 시트(210)의 각각의 제1 및 제2 측면(212, 214) 상에 제1 및 제2 층(222, 224)을 형성하도록 배치된다. 열계면재(204)의 제1 및 제2 층(222, 224)은 천공 흑연 시트(210)가 열계면재(204)의 제1 및 제2 층(222, 224) 사이에 개재되거나 이들 층에 접합되거나 이들 층 내부에 캡슐화되도록 천공 흑연 시트(210)에 도포될 수 있다. 실시예로서, 폴리머 또는 그 밖의 열계면재가 흑연 시트의 일 측면 또는 양 측면에 도포될 수 있고, 그 상부에 폴리머를 구비한 흑연 시트는 한 쌍의 롤러 또는 롤 사이로 통과될 수 있다. 그 후, 폴리머를 경화시킬 수 있다. 폴리머가 일 측면에만 도포되었다면, 그 후 폴리머가 제2 측면에 도포될 수 있다. 그리고, 제2 측면에 폴리머(그리고 제1 측면에 경화된 폴리머)를 구비한 흑연 시트는 다시 한 쌍의 롤러 또는 롤러 사이로 통과될 수 있다. 그 후, 제2 측면 상의 폴리머도 경화시킬 수 있다. 다른 실시예로서, 흑연 시트의 양 측면에 폴리머가 도포될 수 있으며, 이에 따라 양 측면에 폴리머를 구비한 흑연 시트를 한 쌍의 롤러 또는 롤 사이로 통과시킨다. 압연 공정이 완료된 후, 양 측면 상의 폴리머를 경화시킨다. 다양한 실시 형태에서, 밀라(Mylar) 보호 라이너(들)이 예컨대 폴리머로부터 롤 또는 롤러를 보호하기 위해 폴리머 전면에 걸쳐 배치될 수 있다. 폴리머를 경화시킨 후, 밀라 보호 라이너(들)이 분리되어 제거된다.
다양한 실시 형태에서, 층들(222, 224)은 동일한 열계면재(204)로 형성된다. 그러나, 대안의 실시 형태들에서 신축성 흑연 시트(210)의 제1 측면(212)을 따라 형성된 열계면재는 신축성 흑연 시트(210)의 제2 측면(214)을 따라 형성된 열계면재와 상이할 수 있다. 즉, 몇몇 실시 형태에서, 제1 및 제2 층(222, 224)은 서로 다른 열계면재(예컨대, 서로 다른 열도전성 폴리머, 서로 다른 유형의 열계면재 등)로 형성될 수 있거나, 다른 실시 형태에서 이들 층은 동일한 열계면재로 형성될 수 있다. 어느 경우든, 이하 본 명세서에 개시된 재료들을 포함하는 광범위한 재료가 열계면재에 사용될 수 있다. 예컨대, 간극 충전재는 신축성 흑연 시트(210)의 제1 및 제2 측면(212, 214) 모두를 따라 배치된 열계면재일 수 있다. 다른 실시예로서, 간극 충전재는 신축성 흑연 시트(210)의 측면들 중 단지 어느 하나(212 또는 214)만을 따라서 배치되는 열계면재일 수 있으며, 열적 상변화재는 신축성 흑연 시트(210)의 타측면(212, 214)을 따라 배치되는 열계면재일 수 있다.
더불어, 층들(222, 224)은 두께가 대략 동일할 수 있거나 서로 다를 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시 형태들은 내층(222)이 외층(224)보다 두터울 수 있거나 그 반대일 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 열계면재(204)는 일반적으로 열도전성 폴리머이고 그리고/또는 표 1 및 표 2에서와 같이 후술하는 것들과 같은 다양한 재료로 형성된다.
도 2에서, 신축성 흑연 시트(210)는 종횡 정렬된 모두 동일한 크기의 원형 천공 구멍 또는 홀(218)을 포함한다. 대안 실시 형태는 다른 구성(예컨대, 다른 크기, 형상, 배열 등)의 천공 구멍을 포함할 수 있다. 예컨대, 다른 실시 형태들은 비원형 천공 구멍 및/또는 서로 다른 크기의 천공 구멍을 포함할 수 있다. 더불어, 천공 구멍(218)은 예컨대 홀을 관통하는 Z 또는 수직 방향으로 바람직한 열도전성, 접합 강도 등과 같이 특정 용례 또는 최종 용도에 따라 다양한 크기를 가질 수 있다. 실시예로서, 천공 구멍(218)은 천공 구멍 또는 홀이 흑연 시트 표면적의 약 10%를 에워싸도록 흑연 시트에 펀칭 또는 다이 절삭하여 형성된 0.2 cm(0.08 인치) 직경의 홀을 포함할 수 있다. 그 밖의 실시 형태들은 더 크거나 작은 그리고/또는 그 밖의 방법에 방법에 의해 형성되는 서로 다른 크기의 구멍을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 천공 구멍(218)은 열계면재(204)(예컨대, 몇몇 실시 형태들에서 열도전성 폴리머 등)가 천공 구멍(218)을 통해 유동해서 예컨대 열계면재(204)의 두 층(222, 224) 간의 기계적 접합, 계면 및/또는 접촉을 구축하도록 구성된다. 예컨대, 열계면재(204)가 폴리머를 포함하는 실시 형태들에서, 폴리머-대-폴리머 접합은 천공 구멍(218)을 거쳐 구축될 수 있다. 폴리머-대-폴리머 접합은 열도전재(204)의 제1 층(222)이 접촉하도록 의도된 열원(예컨대, 도 3의 전자 구성요소(302) 등)으로부터 열을 전도시키기 위해 Z축 방향으로 열도전성 폴리머를 통한 열 전달을 제공할 수 있다. 천공 흑연 시트(210)는 천공 구멍(218)에도 불구하고 계속해서 실질적인 접촉성 유닛으로 유지되기 때문에, 천공 흑연 시트(210)는 도 2에 도시된 X 및 Y 방향으로 비교적 양호한 열 전달 및 측방 열 확산도 제공할 수 있다. 측방 열 확산은 열이 천공 흑연 시트(210)로부터 전달될 수 있는 표면적을 증가시키며, 이는 열 전달 효율을 증가시킬 수 있다.
폴리머-대-폴리머 접합은 또한 서로 적층된 재료들(시트(210) 및 층(222, 224))을 기계적으로 유지하도록 도울 수 있다. 천공 구멍(218)은 흑연 시트(210)의 신축성을 개선하거나 증가시킬 수도 있다. 따라서, 천공 흑연 시트(210)가 열도전성 폴리머의 층들(222, 224)에 접합되거나 그 사이에 개재되거나 이들 층 내부에 캡슐화된 열도전성 계면 조립체(200)의 이런 실시 형태는 열도전성 폴리머만을 사용하는 경우에 비해 세 평면(예컨대, 도 2에 도시된 X-Y 평면, Y-Z 평면 및 X-Z 평면 등)에서의 열 전달을 개선할 수 있다. 더불어 또는 대안으로서, 열계면 조립체(200)는 또한 층들의 기계적 보전성을 개선하거나 양호하게 할 수 있다.
다양한 실시 양태에서, 제1 및 제2 층(222, 224)을 형성하는 열계면재(204)는 하나 이상의 전자 구성요소와 같은 열원에 대한 도포와 점착을 용이하게 하기 위해 자연히 또는 본질적으로 점착성일 수 있다. 대안으로, 열도전성 계면 조립체(200)는 제1 및/또는 제2 층(222, 224) 상에 배치되거나 이들 층에 부착된 접착제 또는 그 밖의 접합 수단을 더 포함할 수 있다. 다른 실시 양태에서, 제1 및 제2 층(222, 224)은 자연히 또는 본질적으로 점착성이 아닐 수 있으며 그리고/또는 열도전성 계면 조립체(200)도 어떠한 접착제나 접합 수단도 포함하지 않을 수 있다. 추가로, 몇몇 실시 양태에서 열도전성 계면 조립체(200)는 열도전성 계면 조립체(200) 상부에 설치되는 방열판(또는 기타 구조물)과 접촉하기 위해 제2 층(224)의 외면(226) 상에 배치되는 금속 포일층(예컨대 도 3에 도시된 342 등)을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는 열전도성 계면 조립체(300)의 다른 예시적인 실시 형태를 도시한다. 이러한 특정 실시예에서, 조립체(300)는 전자 구성요소(302)를 구비한 회로 기판(306)과 접속 상태로 도시된다. 실시예로서, 회로 기판(306)과 전자 구성요소(302)는 메모리 장치(랜덤 억세스 메모리(RAM) 모듈 또는 장치, 더블-데이터-레이트(DDR) 메모리 모듈 또는 장치(예컨대, DDR1, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5 등), 플래시 메모리 듀얼 인라인 메모리 모듈(FMDIMM) 또는 장치, 동기화 동적 임의 억세스 메모리(SDRAM) 메모리 모듈 또는 장치 등) 또는 그 밖의 전자 장치와 관련될 수 있다.
열도전성 계면 조립체(300)는 신축성 흑연 시트(예컨대, 도 1의 시트(110), 도 2의 천공 시트(210) 등), 신축성 금속 또는 금속성 시트(예컨대, 알루미늄 및/또는 구리재로 형성된 천공 시트 등) 등과 같은 열도전재의 시트(310)를 포함한다. 시트(310)는 열계면재(304)의 두 층(322, 324) 내부에 캡슐화되거나 이들 층 사이에 개재된다. 금속 포일 층(342)은 예컨대 제2 층(324)을 보호하도록 돕기 위해 제2 층(324)의 상부에 배치된다. 조립체(300)가 사용을 위해 설치될 때, 금속 포일층(342)은 방열판과 접촉할 수 있거나, 금속 포일층(342)은 대류 방열기 자체로서 동작할 수 있다. 다른 실시 양태에서, 금속 포일층(342)은 제2 층(324)을 형성하는 열계면재(304)가 방열판과 직접 접촉을 이루도록 조립체(300)에서 제거된다.
열계면재(304)는 열도전성 폴리머와 표 1 및 표 2 등에 기재된 재료 등과 같이 본 명세서에 개시된 다양한 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 이런 특정 실시예의 경우, 열계면재(304)는 유연하거나 형상 정합적인 섬유, 흑연, 금속 입자, 세라믹 입자와 같은 열도전성 충전재를 포함한다. 몇몇 실시 양태에서, 충전재는 충전재가 서로 접촉하도록 열계면재 내부에 분포될 수 있으며, 이는 예컨대 Z축 방향으로 열을 전도하는 열계면재의 능력을 향상시킨다. 다른 실시 양태들은 충전재가 없는 열계면재를 포함할 수 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 열도전성 계면 조립체(300)는 열계면재(304)의 제1 층(322)이 전자 구성요소(302)에 도포되거나 접촉하도록 회로 기판(306)에 대해 배치된다. 따라서, 전자 구성요소(302)에서 발생된 열은 제1 층(322)으로 전도되고, 뒤이어 시트(310) 그리고 제2 층(324)으로 전도된다. 몇몇 실시 양태에서, 열도전성 계면 조립체(300)는 전자 구성요소(302)에 제1 층(322)을 부착 또는 접합하기 위한 접착제 또는 그 밖의 접합 수단을 더 포함할 수 있다. 또는, 예컨대, 열계면재(304)는 제1 층(322)이 별도의 접착제를 요하지 않고도 전자 구성요소(302)에 부착되도록 본질적으로 점착성일 수 있다. 다른 실시 양태에서, 열계면재(304)는 본질적으로 점착성이 아닐 수 있으며 그리고/또는 열도전성 계면 조립체(200)도 어떠한 접착제나 접합 수단도 포함하지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는 열도전성 계면 조립체(400)의 다른 예시적인 실시 형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 열도전성 계면 조립체(400)는 신축성 흑연 시트(예컨대, 도 1의 시트(110), 도 2의 천공 시트(210) 등), 신축성 금속 또는 금속성 시트(예컨대, 알루미늄 및/또는 구리재로 형성된 천공 시트 등), 두께가 20 mil인 스탬프된 알루미늄 시트 이상의 신축성을 갖는 시트 및/또는 두께가 15 mil인 스탬프된 구리 시트 이상의 신축성을 갖는 시트 등과 같은 열도전재의 시트(410)를 포함한다.
시트(410)는 열계면재(404)의 두 층(422, 424)에 접합되거나, 이들 층 내부에 캡슐화되거나, 이들 층 사이에 개재되는 제1 및 제2 측면(412, 414)을 갖는다. 다양한 실시 양태에서, 열계면재(404)는 바람직하게는 열도전성 폴리머일 수 있다. 대안으로, 본 명세서에 개시된 바와 같이 표 1 및 표 2에서와 같은 다양한 범위의 다른 재료도 사용될 수 있다.
금속 포일층(442)이 예컨대 제2 층(424)을 보호하도록 돕기 위해 제2 층(424)의 외면(426) 상에 배치된다. 열계면재(404)의 제1 층(422)과 회로 기판(406) 상의 전자 구성요소(402) 사이에는 접착제층(440)이 배치된다. 대안 실시 양태는 접착제층을 포함하지 않는다. 이런 대안 실시 양태에서, 열계면재는 메모리 장치(402)에 대한 도포 및 점착을 제공하기 위해 자연히 점착성이거나 본질적으로 접착성일 수 있다. 다른 실시 양태들에서, 열계면재는 자연히 또는 본질적으로 점착성이 아닐 수 있으며 그리고/또는 열도전성 계면 조립체(400)도 어떠한 접착제나 접합 수단도 포함하지 않을 수 있다.
도 4에서, 열도전성 계면 조립체(400)는 일반적으로 메모리 장치(402)를 포함하는 하나 이상의 전자 구성요소를 구비하는 회로 기판(406)과 방열판(430) 사이에 배치된 것으로 도시된다. 실시예로서, 메모리 장치(402)는 랜덤 억세스 메모리(RAM) 모듈 또는 장치, 더블-데이터-레이트(DDR) 메모리 모듈 또는 장치, 플래시 메모리 듀얼 인라인 메모리 모듈(FMDIMM) 또는 장치, 동기화 동적 임의 억세스 메모리(SDRAM) 메모리 모듈 등일 수 있다.
열도전성 계면 조립체(400)는 메모리 장치(402)에 의해 생성된 열이 열도전성 계면 조립체(400) 그리고 최종적으로 방열판(430)으로 전달되도록 동작 가능하다.
열계면재(404)의 제1 층(422)은 신축성 흑연 시트(410)와 메모리 장치(402) 사이에 (도 4의 수직 화살표(446)에 의해 지시된 바와 같이) 열전도 경로를 제공하도록 구성된다. 신축성 흑연 시트(410)는 열계면재(404)의 제1 층(422)에서 흑연 시트(410)로 전도된 열이 일반적으로 흑연 시트(410)의 단면(416) 전체에 걸쳐 흑연 시트(410) 내에서 (도 4의 수직 화살표(450)에 의해 지시된 바와 같이) 측방으로 확산되도록 구성된다. 이런 측방 열 확산은 열이 신축성 흑연 시트(410)로부터 전달될 수 있는 표면적을 증가시킴으로써, 열전달 효율을 증가시킨다. 수직 화살표(454)에 의해 지시된 바와 같이, 열은 또한 수직 또는 Z 방향으로 흑연 시트(410)로부터 열계면재(404)의 제2 층(424)으로 전도된 다음 금속 포일층(442)으로 전도될 것이다. 따라서, 열계면재(404)의 제2 층(424)은 신축성 흑연 시트(410)에서 금속 포일층(442)까지 열전도 경로를 제공한다. 열은 금속 포일층(442)으로부터 방열판(430)으로 전달될 수 있다. 따라서, 열도전성 계면 조립체(400)는 메모리 장치(402)에서 방열판(430)까지 (화살표 446, 450, 454에 의해 지시된 바와 같은) 열 경로를 제공한다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는 열도전성 계면 조립체(500)의 다른 예시적인 실시 형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 열도전성 계면 조립체(500)는 신축성 흑연 시트(510)와 신축성 흑연 시트의 일 측면만을 따라 마련된 열계면재의 층(522)을 포함한다. 몇몇 실시 양태에서, 금속 포일층이 신축성 흑연 시트(510)의 타측면을 따라 배치된다. 몇몇 실시 양태에서, 열계면재의 층(522)은 흑연 시트(510)보다 두텁다. 몇몇 실시 양태에서, 열계면재는 열도전성 폴리머일 수 있다. 대안으로서, 본 명세서에 개시된 바와 같이 표 1 및 표 2에서와 같은 다양한 범위의 다른 재료가 사용될 수도 있다.
도 5에서, 열도전성 계면 조립체(500)는 열계면재의 층(522)이 기판(506) 상의 전자 구성요소(502)(예컨대 메모리 장치 등)와 접촉 상태에 있도록 회로 기판(506)에 대해 배치된 것으로 도시된다. 따라서, 열도전성 계면 조립체(500)는 전자 구성요소(502)에 의해 생성된 열이 열도전성 계면 조립체(500)로 전달되도록 동작 가능하다.
몇몇 실시 양태에서, 열도전성 계면 조립체(500)는 천공 흑연 시트(510)를 포함할 수 있다. 이런 실시 양태에서, 열계면재는 천공 흑연 시트(510)의 하나 이상의 천공 구멍 내에 배치됨으로써, 흑연 시트(510)에 열계면재를 접합하도록 도울 수 있다.
다른 양태들은 열관리 조립체 사용 방법에 관한 것이다. 예시적인 일 실시 양태에서, 신축성 흑연 시트의 적어도 일 측면 또는 양 측면 상에 배치된 열도전성 계면재의 제1 및/또는 제2 층 중 적어도 하나를 포함하는 열도전성 계면 조립체를 구비한 회로 기판의 하나 이상의 발열 요소로부터 열을 방출 또는 전달하기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 하나 이상의 발열 요소를 열도전성 계면 조립체의 열도전성 계면재의 제1 층과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 제1 층을 통해서 그리고 신축성 흑연 시트 전체에 걸쳐 측방으로 하나 이상의 발열 요소로부터 방출된 열을 전도시키기 위해 열도전성 계면 조립체를 통해 열을 확산시키는 열전도 경로를 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시 양태에서, 열은 방열판 전도 또는 공기 대류 등과 같이 열전달을 위해 열계면재의 제2 층의 외면으로 전달될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 발열 요소에 의해 생성된 열은 열전도 경로를 통해 전달됨으로써 하나 이상의 발열 요소로부터 열을 방출할 수 있다.
추가의 양태는 열도전성 계면 조립체의 사용 방법 및/또는 제조 방법과 같이 열도전성 계면 조립체에 관련된 방법을 제공한다. 예시적인 실시 양태에서, 방법은 일반적으로 천공 흑연 시트 상으로 열계면재를 도포하는 단계를 포함한다. 이런 예시적인 방법을 이용함으로써, 천공 흑연 시트는 열계면재의 제1 및 제2 층에 접합되고, 이들 층 내부에 캡슐화되고, 그리고/또는 이들 층 사이에 개재된다. 더불어, 신축성 흑연 시트에 형성된 하나 이상의 천공 구멍 내부의 열계면재에 의해 접합이 구축될 수 있으며, 이때 상기 접합은 층들 사이에 그리고/또는 하나 이상의 천공 구멍 내부의 열계면재를 통해 제1 층에서 제2 층까지의 열전도 경로를 제공한다.
다른 예시적인 실시 양태는 회로 기판의 하나 이상의 발열 요소로부터 열을 방출 또는 전달하는 방법에 관한 것이다. 본 실시예에서, 방법은 일반적으로 열전도 경로가 하나 이상의 발열 요소로부터 열계면재의 제1 층을 통해 신축성 흑연 시트까지 그리고 몇몇 실시 양태에서 열계면재의 제2 층까지 한정되도록 열도전성 계면 조립체(일 측면에 열계면재를 갖는 신축성 흑연 시트 또는 열계면재의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되어 그 사이에 개재된 신축성 흑연 시트를 포함)를 배치하는 단계를 포함한다.
다른 예시적인 실시 양태에서, 천공 흑연 시트의 대향하는 양 측면 상으로 열계면재를 증착하는 단계를 포함하는 열도전성 계면 조립체 제조 방법이 개시된다. 본 제조 방법은 흑연 시트에 형성된 천공 구멍 내부의 열계면재가 폴리머-대-폴리머 접합(또는 사용되는 특정 열계면재에 따라 그 밖의 접합)을 구축하도록 천공 흑연 시트에 열계면재를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 접합은 Z축 방향으로 열도전성 폴리머를 통한 열전달을 제공할 수 있다. 그리고, 천공 흑연 시트는 열계면재의 제1 및 제2 층 내부에 캡슐화되어 이들 층 사이에 개재될 수 있다. 본 방법은 열계면재의 제1 층의 외면 상으로 접착제층을 도포하는 단계 및/또는 열계면재의 제2 층의 외면 상으로 금속 포일층을 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시 양태에서, 열도전성 계면 조립체 제조 방법은 흑연 시트에 홀을 다이 절삭 또는 천공하는 단계를 포함한다. 폴리머가 천공 흑연 시트의 일 측면에 도포될 수 있고, 그 후 폴리머를 구비한 흑연 시트를 한 쌍의 롤 또는 롤러 사이로 통과시킬 수 있다. 폴리머를 경화시킨다. 그 후, 열도전성 계면 조립체가 열계면재의 상부층 및 하부층을 포함하는 실시 형태에서, 폴리머는 천공 흑연 시트의 타측면에 도포될 수 있다. 제2 측면에 폴리머를 구비한 (그리고 제1 측면에 경화된 폴리머를 구비한) 흑연 시트를 다시 한 쌍의 롤 또는 롤러 사이로 통과시킬 수 있다. 그 후, 제2 측면 상의 폴리머도 경화시킨다. 다른 실시예로서, 양 측면에 폴리머를 구비한 흑연 시트를 한 쌍의 롤러 또는 롤 사이로 통과시킬 수 있도록 폴리머가 흑연 시트의 양 측면에 도포될 수 있다. 압연 공정이 완료된 후, 양 측면 상의 폴리머를 경화시킨다. 다양한 실시 형태에서, 밀라(Mylar) 보호 라이너(들)이 예컨대 폴리머로부터 롤 또는 롤러를 보호하기 위해 폴리머 전면에 걸쳐 배치될 수 있다. 폴리머를 경화시킨 후, 밀라 보호 라이너(들)이 분리되어 제거된다.
다른 예시적인 실시 양태는 메모리 모듈(예컨대, 랜덤 억세스 메모리(RAM) 모듈 또는 장치, 더블-데이터-레이트(DDR) 메모리 모듈 또는 장치(예컨대, DDR1, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5 등), 플래시 메모리 듀얼 인라인 메모리 모듈(FMDIMM) 또는 장치, 동기화 동적 임의 억세스 메모리(SDRAM) 메모리 모듈 또는 장치 등)으로부터의 열방출 또는 열전달 방법에 관한 것이다. 이런 예시적인 실시 양태에서, 방법은 열전도 경로가 메모리 모듈의 하나 이상의 발열 요소로부터 연질의 유연한 열계면재를 통해 열확산재까지, 그리고 몇몇 실시 양태에서 연질의 유연한 열계면재의 제2 층까지 한정되도록 일반적으로 그 일 측면 상에 연질의 유연한 열계면재(예컨대, 열도전성 폴리머, 간극 충전재, 본 명세서에 개시된 그 밖의 재료 등)를 구비하는 또는 연질의 유연한 열계면재의 제1 및 제2 층 사이에 개재되는 열확산재(예컨대, 흑연, 알루미늄, 구리, 흑연 시트, 천공 흑연 시트, 본 명세서에 개시된 그 밖의 재료 등)를 포함하는 열도전성 계면 조립체를 배치하는 단계를 포함한다.
위에서 주목한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 실시 양태들에서는 다양한 범위의 재료가 임의의 하나 이상의 열계면재에 대해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 열계면재는 보다 양호한 열도전체이고 공기만 있는 경우보다 열전도도가 높은 재료로 형성된다.
몇몇 실시 양태에서, 열계면재는 간극 충전재(예컨대, 레어드 테크놀로지스사의 T-flex™ 간극 충전재 등)이다. 실시예로서, 간극 충전재는 약 3 W/mK의 열전도도를 가질 수 있다. 다른 실시예로서, 간극 충전재는 약 1.2 W/mK의 열전도도를 가질 수 있다. 다른 예시적인 간극 충전재는 약 6 W/mK의 열전도도를 가질 수 있다. 또다른 예시적인 실시 양태에서, 열계면재는 열도전성 절연체(예컨대, 레어드 테크놀로지스사의 T-gard™ 500 열도전성 절연체)이다.
다른 실시 양태들에서, 열계면재는 열확산재의 일 측면 상에 마련된 간극 충전재와 열확산재의 타측면 상에 마련되는 열적 상변화재(레어드 테크놀로지스사의 T-pcm™ 580S 계열 상변화재 등)를 포함할 수 있다. 이런 실시 양태에서, 약 50℃의 상변화 연화점과, 약 -40℃ 내지 125℃의 동작 온도 범위와, 약 3.8 W/mK의 열 전도도를 갖는 열적 상변화재가 실시예로서 사용될 수 있다. 다른 열적 상변화재도 사용될 수 있다.
표 1은 본 명세서에서 설명하는 그리고/또는 도시하는 어느 하나 이상의 예시적인 실시 형태에서 열계면재로 사용될 수 있는 다양한 예시적인 열계면재를 나열한 것이다. 이들 예시적인 재료는 미주리주 세인트루이스에 소재한 레어드 테크놀로지스사에서 판매하는 것이며, 이에 따라 레어드 테크놀로지스사의 상표에 의해 확인된다. 이 표와 여기에 나열된 재료 및 특성은 단지 예시적인 목적으로 제공된 것이고 제한을 목적으로 하지 않는다.
명칭 구성성분 형태
T-flex™ 300 세라믹 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재
T-flex™ 600 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재
T-pli™ 200 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머 유리섬유 강화 간극 충전재
T-pcm™ 580 금속/세라믹 충전 기지 상변화재
T-pcm™ 580S 금속/세라믹 충전 기지 상변화재
T-gard™ 500 전기 등급 유리 섬유 상의 세라믹 충전 실리콘 고무 열도전성 절연체
몇몇 바람직한 실시 양태에서, 열계면재는 미주리주 세인트루이스에 소재한 레어드 테크놀로지스사에서 판매하는 T-flex™ 600 또는 T-flex™ 700 계열 열적 간극 충전재로 형성된다. 하나의 특정한 바람직한 실시 양태에서, 열계면재는 일반적으로 보강된 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머를 포함하는 T-flex™ 620 열적 간극 충전재를 포함한다. 다른 실시 양태에서, 열계면재는 금속 및 세라믹 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재인 T-flex™ HR600을 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 그 밖의 실시 양태들은 전도성 엘라스토머로 성형된 열계면재를 포함한다. 추가의 예시적인 실시 양태들은 유리 섬유 또는 금속망 등으로 보강될 수 있는 고무, 겔, 그리즈 또는 왁스 기지를 기재로 하여 세라믹과 금속 입자로 형성된 열계면재를 포함한다. 아래의 표 2는 본 명세서에서 설명하는 그리고/또는 도시하는 어느 하나 이상의 예시적인 실시 형태에서 열계면재로 사용될 수 있는 다양한 예시적인 열계면재를 나열한 것이다. 이들 예시적인 재료는 미주리주 세인트루이스에 소재한 레어드 테크놀로지스사에서 판매하는 것이며, 이에 따라 레어드 테크놀로지스사의 상표에 의해 확인된다. 이 표와 여기에 나열된 재료 및 특성은 단지 예시적인 목적으로 제공된 것이고 제한을 목적으로 하지 않는다.
명칭 구성성분 형태 열전도도[W/mk] 열적 임피던스[℃㎠/W] 열적 임피던스 측정 압력[kPa]
T-flex™ 620 보강된 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재 3.0 2.97 69
T-flex™ 640 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재 3.0 4.0 69
T-flex™ 660 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재 3.0 8.80 69
T-flex™ 680 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재 3.0 7.04 69
T-flex™ 6100 질화붕소 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재 3.0 7.94 69
T-pcm™ 5810 비보강 필름 상변화 3.8 0.12 69
T-flex™ 320 세라믹 충전 실리콘 엘라스토머 간극 충전재 1.2 8.42 69
이 표에 기재된 실시예 외에도, 열을 전도하고 전달할 때 공기만 있는 경우보다 바람직하게 양호한 다른 열계면재들도 사용될 수 있다. 다른 예시적인 재료로는 유연한 또는 형상 정합 가능한 실리콘 패드, 비실리콘계 재료(예컨대, 비실리콘계 간극 충전재, 엘라스토머 재료 등), 폴리우레탄 발포제 또는 겔(gel), 열 퍼티(putties), 열 그리즈(grease) 등이 있다. 몇몇 실시 형태에서, 전자 구성요소와 접촉 상태로 배치될 때 패드를 전자 구성요소의 크기 및 외형과 비교적 밀접하게 일치시키기 위해 충분한 형상 정합성을 갖는 하나 이상의 형상 정합가능한 열계면 패드가 사용된다. 다양한 실시 양태들에서, 열도전성 계면 조립체(또는 그 일부)는 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공하도록 구성될 수도 있다.
다음의 실시예와 시험 결과는 단지 예시를 위한 것이며 어느 방식으로도 본 발명을 제한하지 않는다. 본 실시예에서, 열계면 간극 충전재의 측방 열전달/확산을 보다 잘 이해하기 위해 세 개의 시편을 제조했으며, 열계면 간극 충전재만 사용한 것(시편 1)과, 신축성 흑연이 열계면 간극 충전재 내부에 캡슐화된 것(시편 2)과, 천공 흑연이 열계면 간극 충전재 내부에 캡슐화된 것(시편 3)을 비교했다. 보다 구체적으로, 제1 시편은 0.127 ㎝(0.05 인치) 두께의 열계면 간극 충전재 스트립으로 구성되었다. 제2 시편은 두께가 0.05 ㎝(0.02 인치)인 열계면 간극 충전재의 제1 층과 두께가 0.05 ㎝(0.02 인치)인 열계면 간극 충전재의 제2 층 사이에 개재된 0.025 ㎝(0.01 인치) 두께의 신축성 흑연 시트로 구성되었다. 제3 시편은 제2 시편과 동일한 구성(즉, 두께가 0.05 ㎝(0.02 인치)인 열계면 간극 충전재의 층들 사이에 개재된 0.025 ㎝(0.01 인치) 두께의 신축성 흑연 시트)을 포함하지만, 제3 시편의 신축성 흑연 시트는 0.2 ㎝(0.08 인치)의 직경으로 천공된 원형 구멍/천공 구멍을 포함했으며, 이들 구멍/천공 구멍들은 신축성 흑연 시트 표면적의 최대 약 10%를 구성했다. 각각의 시편을 길이 7.306 ㎝(2.875 인치) 폭 2.7 ㎝(1.063 인치)의 스트립으로 절단했다.
각각의 시편에 대해, 해당 스트립의 일 측면에 스트립의 상단 및 하단에 인접하게 약 5 ㎝(2 인치) 떨어져서 두 개의 서모커플(T1, T2)을 부착했다. 스트립의 대향 측면(하단) 상에 포일 히터를 부착했다. 가변 DC 전원을 이용하여 포일 히터에 전력을 공급했다. 서모커플과 함께 계측기를 이용했다. 분석 저울을 (HVAC로부터의 대류 전류를 저감시키는) 시험 챔버로서 이용했다.
각 시편에 대한 시험 동안, 1 와트(watt), 2 와트, 3 와트 및 5 와트의 전력을 포일 히터에 인가했다. 안정화 후, 각 서모커플의 온도를 기록했다. 아래의 표는 시편 1, 2 및 3에 대한 시험 결과를 종합한 것이다. 표에서 Tamb는 시험을 수행한 ℃ 단위의 주변 온도를 지칭하고, T1과 T2는 제1 및 제2 서모커플에서 판독되는 ℃ 단위의 온도를 지칭하고, ΔT는 T2와 T1 사이의 온도차를 지칭한다. 아래의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 시편 #2와 #3은 시편 1보다 열 확산이 양호했다.
시편 #1 시편 #2 시편 #3
Tamb = 22.5℃ Tamb = 22.3℃ Tamb=21.4℃
Watt T2
(℃)		 T1
(℃)		 ΔT
(℃)		 T2
(℃)		 T1
(℃)		 ΔT
(℃)		 T2
(℃)		 T1
(℃)		 ΔT
(℃)
1 69.2 29.3 39.9 50.4 39.1 11.3 48.9 37.0 11.9
2 117.5 35.5 82.0 74.4 51.6 22.8 71.4 48.6 22.8
3 159.8 40.8 119.0 97.0 63.6 33.4 93.9 59.7 34.2
5 N/A N/A N 146.4 84.0 62.4 136.4 78.4 58.0
더불어, 세 시편의 변형도 시험했다. 도 6은 압력 psi 당 인치 단위의 변형을 나타내는 선 그래프를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 시편 #2와 #3은 양호한 변형 특성을 가졌다.
본 명세서에 개시된 예시적인 실시 형태들(예컨대, 100, 200, 300, 400, 500 등)은 다른 것들 중에서도 광범위한 전자 구성요소, 열원, 발열 요소, 방열판과 사용될 수 있다. 단지 실시예로서, 본 명세서에 개시된 열계면 조립체는 메모리 모듈 또는 장치(예컨대, 랜덤 억세스 메모리(RAM) 모듈 또는 장치, 더블-데이터-레이트(DDR) 메모리 모듈 또는 장치(예컨대, DDR1, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5 등), 플래시 메모리 듀얼 인라인 메모리 모듈(FMDIMM) 또는 장치, 동기화 동적 임의 억세스 메모리(SDRAM) 메모리 모듈 또는 장치 등), 인쇄 회로 기판, 고주파 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛, 그래픽 처리 유닛, 랩탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 데스크탑 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터 서버, 열 시험 스탠드, 휴대용 통신 단말기(예컨대, 휴대폰 등) 등과 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태를 어느 한 특정 유형의 최종 용도, 전자 구성요소, 부품, 장치, 설비 등과의 용도로 제한해서는 안될 것이다.
본 명세서에 개시되는 치수는 단지 예시적인 목적을 위해 제시된 것이다. 본 명세서에 개시되는 특정 치수와 특정 재료는 본 발명의 범위를 제한하기 위한 의도가 아니며, 서로 다른 실시 형태들이 예컨대 특정 용례 및 의도된 최종 용도에 따라 다양한 크기와 다양한 형상을 가질 수 있고 그리고/또는 서로 다른 재료 및/또는 공정으로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 "내부", "외부", "밑", "아래", "위", "상부" 등과 같이 공간 관계 용어는 도면에서 도시된 바와 같이 하나의 요소 또는 특징부와 다른 요소(들) 또는 특징부(들)과의 관계를 설명함에 있어 용이한 설명을 위해 사용될 수 있다. 공간 관계 용어는 도면에서 묘사된 배향 외에도 사용 또는 작동시 장치의 서로 다른 배향을 포괄하도록 의도될 수 있다. 예컨대, 도면의 장치가 뒤집힌 경우, 다른 요소들이나 특징부들의 "밑" 또는 "아래"에 있는 것으로 설명된 요소들은 다른 요소들이나 특징부들의 "위"로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 위와 아래의 배향 모두를 포괄할 수 있다. 장치는 다르게 배향(다른 배향으로 90도 회전)될 수 있으며 본 명서에서의 공간 관계 설명은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정 예시적인 실시 형태를 설명하기 위한 목적이며 제한을 의도하지 않는다. 본 명세서에 사용되는 것으로서, 단수 형태인 관사 "일" 및 "상기"는 명시적으로 달리 지시하지 않는 한 복수의 형태를 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 용어 "포한다", "포함하는", "내포하는" 및 "구비하는"은 포괄적이며, 구체적으로 언급된 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재를 배제하지 않는다. 본 명세서에 설명된 방법, 단계, 공정 및 작동은 수행 순서로서 명시적으로 지시되지 않는 한 그 수행을 함에 있어 반드시 설명되거나 예시된 특정 순서로 요구하는 것으로 해석되지 않음은 물론이다. 또한 부가적 또는 대안적 단계들이 사용될 수 있음은 물론이다.
어떤 요소나 층이 다른 요소나 층에 대해 그 "상부"에 있거나, "이음", "연결" 또는 "결합"되는 것으로 언급될 때, 어떤 요소나 층은 다른 요소나 층에 직접적으로 존재하거나, 이음, 연결 또는 결합될 수 있거나 그 사이에 개재된 요소나 층이 존재할 수 있다. 반대로, 어떤 요소가 다른 요소나 층에 대해 "직접 그 상부에" 있거나 "직접 이음", "직접 연결" 또는 "직접 결합"된 것으로 언급될 때에는 개재 요소나 층은 존재하지 않는다. 요소들의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어들도 유사한 양식으로 해석되어야 할 것이다(예컨대, "사이" 대 "직접적으로 사이에", "인접한" 대 "직접 인접한" 등). 본 명세서에서 사용되는 "및/또는"은 하나 이상의 관련 기재 항목 중 임의의 항목 또는 모든 조합을 포함한다.
비록 본 명세서에는 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어가 사용되어 다양한 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 부분들을 설명하고 있지만, 이들 요소, 구성요소, 영역, 층 및/또는 부분들은 이러한 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어는 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 부분을 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 "제1", "제2"와 같은 용어와 그 밖의 이런 수치적 용어는 문맥상 명시적으로 지시되지 않는 한 순서나 차례를 의미하지 않는다. 따라서, 위에서 설명한 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 부분은 예시적인 실시 형태의 가르침에서 벗어남이 없이 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 부분으로 지명될 수도 있었다.
예시적인 실시 형태들이 본 발명이 기술분야의 당업자에게 본 발명의 범위를 완전하고 충분히 전달하기 위해 제공된다. 본 발명의 실시 형태들에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 구성요소, 장치 및 방법의 실시예들과 같이 많은 세부 사항들을 기술했다. 세부 사항들이 이용될 필요가 없다는 것과, 예시적인 실시 형태들이 많은 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것과, 이들 세부 사항과 예시적인 실시 형태들이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 기술분야의 당업자라면 자명하게 알 수 있을 것이다. 몇몇 예시적인 실시 형태에서, 공지된 공정, 공지된 장치 구조 및 공지 기술은 상세히 설명하지 않았다.
실시 형태들에 대한 상기의 설명은 예시와 설명의 목적으로 제공한 것이다. 이런 설명은 완전하거나 본 발명을 제한하기 위한 의도가 아니다. 특정 실시 형태의 개별 요소들이나 특징부들은 일반적으로 해당 특정 실시 형태로 제한되지 않지만, 비록 구체적으로 도시되고 설명되지 않더라도, 적용 가능한 경우 교체 가능하고 선택된 실시 형태로 사용될 수 있다. 이런 특정 실시 형태는 많은 방식으로 변경될 수도 있다. 이런 변형은 본 발명의 개념 및 범주로부터 벗어난 것으로 간주되지 않아야 하며, 모든 이런 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
100, 200, 300, 400, 500: 열도전성 계면 조립체
104, 204, 304, 404: 열계면재
110, 210, 510: 흑연 시트
112, 212: 제1 측면
114, 214: 제2 측면
122, 222, 322: 제1 층
124, 224, 324: 제2 층
218: 천공 구멍
302: 전자 구성요소
306: 회로 기판
310: 열도전재 시트

Claims (20)

  1. 제1 및 제2 측면과 상기 제1 측면에서 상기 제2 측면까지 관통 연장되는 하나 이상의 천공 구멍을 가지며, 열계면재의 제1 및 제2 층 사이에 개재된 천공 열도전성 시트를 포함하고,
    상기 열계면재는, 상기 열계면재의 제1 및 제2 층이 각각 전자 장치의 적어도 하나의 발열 요소의 결합면 및 발열 요소의 결합면에 각각 형상 정합하도록, 결합면에 형상 정합하는 간극 충전재를 포함하고, 상기 열계면재의 상기 제1 및 제2 층 각각은 상기 천공 열도전성 시트의 두께보다 더 큰 두께를 가지고,
    상기 천공 열도전성 시트는 신축성 흑연 시트를 포함하고,
    상기 열계면재는 열도전성 폴리머를 포함하고,
    상기 열도전성 폴리머는 상기 신축성 흑연 시트를 캡슐화하고 상기 하나 이상의 천공 구멍을 덮고 상기 하나 이상의 천공 구멍을 통해 폴리머-대-폴리머 접합을 형성하고,
    상기 폴리머-대-폴리머 접합은 상기 제1 및 제2층을 상기 신축성 흑연 시트에 기계적으로 접합할 수 있도록 돕고 상기 제1 및 제2 층 사이에 열 전도를 제공하는 것을 돕고,
    상기 열계면재의 상기 제2 층의 외면 상에 배치되는 금속 포일층을 더 포함하는, 열도전성 계면 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열계면재의 일부는 상기 하나 이상의 천공 구멍 내에 배치되고, 상기 제1 및 제2 층 사이에 열전도 경로를 형성하도록 돕고,
    상기 열계면재는 적어도 1.2 W/mK 의 열전도도를 갖도록 엘라스토머 및 열도전성 금속; 또는 엘라스토머 및 질화붕소; 또는 엘라스토머 및 세라믹 충전제를 포함하여 이루어지는, 열도전성 계면 조립체.
  3. 제1 및 제2 측면과 상기 제1 측면에서 상기 제2 측면까지 관통 연장되는 하나 이상의 천공 구멍을 가지며, 열계면재의 제1 및 제2 층 사이에 개재된 천공 열도전성 시트를 포함하고,
    상기 열계면재는, 상기 열계면재의 제1 및 제2 층이 각각 전자 장치의 적어도 하나의 발열 요소의 결합면 및 발열 요소의 결합면에 각각 형상 정합하도록, 결합면에 형상 정합하는 간극 충전재를 포함하고, 상기 열계면재의 상기 제1 및 제2 층 각각은 상기 천공 열도전성 시트의 두께보다 더 큰 두께를 가지고,
    상기 천공 열도전성 시트는 신축성 흑연 시트 안에 형성된 삽입되어 박리된 흑연 플레이크의 입자들을 포함하며, 상기 천공 구멍은 상기 열계면재가 상기 천공 구멍을 통해 유동하도록 하고, 상기 열계면재는 상기 천공 구멍을 채워서 상기 천공 구멍을 통해 상기 제1 및 제2 층 간의 기계적 접합을 구축하고, 상기 열계면재는 상기 신축성 흑연 시트보다 연질이고 형상 정합 가능하고,
    상기 열계면재의 상기 제2 층의 외면 상에 배치되는 금속 포일층을 더 포함하는, 열도전성 계면 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열계면재는, 상기 신축성 흑연 시트를 캡슐화하고 상기 하나 이상의 천공 구멍을 덮고 상기 하나 이상의 천공 구멍을 통해 폴리머-대-폴리머 접합을 형성하는 열도전성 폴리머를 포함하고,
    상기 폴리머-대-폴리머 접합은 상기 제1 및 제2층을 상기 신축성 흑연 시트에 기계적으로 접합할 수 있도록 돕고 상기 제1 및 제2 층 사이에 열 전도를 제공하는 것을 돕는, 열도전성 계면 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열계면재는 적어도 1.2 W/mK 의 열전도도를 갖는 열도전성 폴리머 간극 충전재를 포함하는, 열도전성 계면 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층과 상이한 열계면재로 형성되는, 열도전성 계면 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열계면재는 엘라스토머 및 열도전성 금속; 또는 엘라스토머 및 질화붕소; 또는 엘라스토머 및 세라믹 충전제를 포함하여 이루어지는, 열도전성 계면 조립체.
  8. 제1항에 따른 열도전성 계면 조립체를 포함하는 전자 장치로서, 상기 열계면재는 적어도 1.2 W/mK 의 열전도도를 갖는 전자 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열계면재는 연질 열계면재를 포함하는, 열도전성 계면 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연질 열계면재는 열도전성 폴리머 간극 충전재를 포함하는, 열도전성 계면 조립체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 연질 열계면재의 제1 층은 상기 신축성 흑연 시트와 하나 이상의 전자 구성요소와 접촉하도록 의도된 상기 연질 열계면재의 제1층의 외면 사이에 열전도 경로를 제공하고,
    상기 신축성 흑연 시트는 그 내부에서 열을 측방으로 확산시키고,
    상기 연질 열계면재의 제2 층은 상기 신축성 흑연 시트로부터 상기 연질 열계면재의 제2층의 외면까지 열전도 경로를 제공하는, 열도전성 계면 조립체.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 신축성 흑연 시트는 신축성 흑연 시트 안에 형성된 삽입되어 박리된 흑연 플레이크의 입자들을 포함하는, 열도전성 계면 조립체.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 신축성 흑연 시트는 하나 이상의 천공 구멍을 가지는 신축성 흑연 시트 안에 형성된 삽입되어 박리된 흑연 플레이크의 입자들을 포함하는, 열도전성 계면 조립체.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 연질 열계면재는 적어도 1.2 W/mK 의 열전도도를 갖도록 엘라스토머 및 열도전성 금속; 또는 엘라스토머 및 질화붕소; 또는 엘라스토머 및 세라믹 충전제를 포함하여 이루어지는, 열도전성 계면 조립체.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 금속 포일층은 상기 연질 열계면재의 상기 제2 층의 외면 상에 배치되고,
    상기 제1 층은 상기 제2 층과 상이한 열계면재로 형성되는, 열도전성 계면 조립체.
  16. 제9항에 따른 열도전성 계면 조립체를 포함하는 전자 장치로서,
    상기 연질 열계면재는 적어도 1.2 W/mK 의 열전도도를 갖도록 엘라스토머 및 열도전성 금속; 또는 엘라스토머 및 질화붕소; 또는 엘라스토머 및 세라믹 충전제를 포함하여 이루어지는, 전자 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 열도전성 계면 조립체는 회로 기판의 하나 이상의 발열 요소로부터 열을 방출 또는 전달할 때 사용하기 위한 것이고,
    상기 열계면재의 상기 제1 층이 상기 하나의 발열 요소 중 적어도 하나의 외면부와 접촉하고 형상 정합하도록 상기 열도전성 계면 조립체가 상기 회로 기판에 대해 배치될 때, 상기 열계면재는 상기 신축성 흑연 시트와 상기 하나 이상의 발열 요소 사이에 열전도 경로의 적어도 일부를 제공하는, 열도전성 계면 조립체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 열계면재는 열도전성 금속, 질화붕소, 또는 세라믹 충전재를 포함하여 이루어지는, 열도전성 계면 조립체.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 금속 포일층은 상기 열계면재의 상기 제2층을 보호하는, 열도전성 계면 조립체.
  20. 하나 이상의 전자 구성요소를 구비한 회로 기판과 제17항에 따른 열도전성 계면 조립체를 포함하는 전자 장치로서,
    상기 간극 충전재는 상기 하나 이상의 발열 요소의 외면부와 접촉하고 비교적 인접하게 형상 정합하도록 상기 회로 기판에 대해 배치되고,
    상기 열계면재는 적어도 1.2 W/mK 의 열전도도를 갖도록 엘라스토머 및 열도전성 금속; 또는 엘라스토머 및 질화붕소; 또는 엘라스토머 및 세라믹 충전제를 포함하여 이루어지는, 전자 장치.
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