KR20120018740A - 열전도성 발포체 제품 - Google Patents

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KR20120018740A
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Abstract

본 발명은 전자 장치 내 대향하는 열전달 표면들 사이에 설치되도록 구성되는 열전도성 발포체 인터페이스 패드에 관한 것이다. 하나의 열전달 표면은 장치의 열 발생 부품의 일부일 수 있고, 다른 열전달 표면은 히트 싱크 또는 회로판의 일부일 수 있다. 발포체 인터페이스 패드와 이에 대향하는 전자 부품들을 포함하는 조립체가 또한 제공된다.

Description

열전도성 발포체 제품 {THERMALLY CONDUCTIVE FOAM PRODUCT}
본 출원은 2009년 5월 5일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/175,501호의 우선권을 주장하며, 그 개시내용은 본 명세서에서 참조한다.
본 발명은 표면들 사이에 열 경로를 제공하기 위해 두 개의 열전달 표면들 사이에, 가령 전자 부품과 히트 싱크(heat sink) 사이에 배치되도록 구성된 압축 가능한 열전도성 인터페이스 발포체 제품에 관한 것이다. 열전도성 발포체 인터페이스 제품은 인터페이스를 적어도 부분적으로 관통하는 공기로 채워진 공간(void)을 갖는 경화 탄성 중합체 재료의 층과, 이런 경화 제품에 분산된 열전도성 입자 충전재를 포함한다. 인터페이스 제품 및 두 개의 열전달 표면을 포함하는 열관리 조립체가 또한 제공된다. 바람직하게는, 인터페이스 소재는 코팅되거나, 몰딩되거나, 또는 압출되고 Al2O3 또는 BN 입자와 같은 세라믹 충전재로 충진되는 실리콘 패드이다.
텔레비전, 라디오, 컴퓨터, 의료 기구, 사무용 기기, 통신 장비 등과 같은 현대식 전자 장치를 위한 통상적 회로 설계가 점점 복잡해지고 있다. 예를 들면, 집적 회로는 수십 만개의 트랜지스터를 포함한 이들 장치 및 다른 장치를 위해 제조되었다. 설계 복잡성이 증가함에도, 소형 전자 부품의 제조 및 보다 좁은 영역에 더 많은 부품을 팩킹하는 능력의 개선에 의해 장치의 크기는 축소되고 있다.
근년에, 전자 장치는 보다 소형화되고 있으며 더욱 조밀한 패킹이 이루어지고 있다. 오늘날, 설계자 및 제조자는 다양한 열 관리 시스템을 이용하여 이들 장치에서 발생되는 열을 소산하기 위한 과제에 직면해 있다. 열 관리는 이들 장치의 향상된 처리 속도 및 치리 능력으로 인해 전자 장치 내에서 발생하는 온도 상승을 해결하도록 발전하고 있다. 신형 전자 부품들은 좁은 공간에 보다 많은 처리력이 집약화되도록 구성되고 있으며, 이로 인해 전체적인 제품 설계에 있어 열 관리의 상대적 중요도가 지속적으로 증가하고 있다.
열 설계 프로세스에서 필수적인 부분은 특정 제품 분야에 대한 최적의 열 인터페이스 소재("TIM")의 선택에 있다. 전자 장치의 추가적 성능 향상을 위해 전자 장치로부터의 열 소산을 돕도록 열 관리를 위한 새로운 설계가 안출되어 왔다. 다른 열 관리 기술은 "냉각 플레이트(cold plate)", 또는 열 소산을 위해 전자 구성요소에 인접하여 용이하게 장착될 수 있는 다른 히트 싱크와 같은 개념을 이용한다. 히트 싱크는 전용 열전도성 금속 플레이트, 또는 단순히 장치의 회로 기판 또는 섀시(chassis)일 수 있다.
열전도성 인터페이스, 패드 또는 다른 층을 통한 열전달 효율을 개선하기 위해, 전기 절연성 재료가 히트 싱크와 전자 구성요소 사이에 종종 개재되어 임의의 불규칙한 표면들을 채움으로써 에어 포켓을 제거한다. 이런 목적을 위해 초기에 사용된 재료는 알루미늄 산화물과 같은 열전도성 충전재가 충전된 왁스 또는 실리콘 그리스(silicone grease)와 같은 재료였다. 이런 재료는 보통 상온에서 반-액체 상태이거나 고체이지만, 고온에서는 액화되거나 연화되어 유동함으로써 불규칙한 인터페이스 표면에 양호하게 부합된다.
전술한 타입의 그리스 및 왁스는 일반적으로 상온에서 자립 지지되거나 형상 안정적이지 않으며, 히트 싱크 또는 전자 구성요소의 인터페이스 표면에 도포할 시에 지저분해질 것으로 생각된다. 결과적으로, 이들 재료는 통상적으로 취급이 용이한 필름, 기판, 웹(web), 또는 캐리어 형태로 제공되며, 이들은 표면에 또는 표면 사이에 다른 인터페이스 층을 도입하고, 추가의 에어 포켓이 형성될 수 있다. 또한, 이런 재료의 사용은 통상적으로 수작업 도포 또는 전자 장치 조립기에 의한 레이-업(lay-up)을 수반하는데, 이는 제조 비용을 증가시킨다.
대안적으로, 다른 방법으로는 실리콘 그리스 또는 왁스를 대신하여 경화된 시트형 재료가 대신할 수 있다. 이런 재료는 중합성 바인더(polymeric binder) 내에 분산된 하나 이상의 열전도성 미립자 충전재를 포함할 수 있고, 경화 시트, 테이프, 패드, 필름 및 발포체의 형태로 제공될 수 있다. 통상의 바인더 재료는 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물, 아연 산화물 붕소 질화물 및 알루미늄 질화물을 포함하는 통상의 충전재를 갖는 우레탄, 열가소성 고무, 및 다른 탄성 중합체를 포함한다.
발포체 재료는 전자 기기 및 회로 기판과 같은 특정 용도에서 향상된 열전달력을 제공한다. 이런 발포체 재료를 제조하는 다양한 방법이 특허 문헌에 이미 공지되어 있다. 미국 특허 번호 제2,604,663호에는 몰드를 극단적인 온도 변화에 노출함으로써 몰딩된 고무 제품에 내부 공간을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 번호 제4,171,410호에는 전도성 입자를 갖는 비전도성 발포체의 스트랜드를 코팅하고 발포체를 압축 및 가열함으로써 준비되는 탄성 중합체 전도성 발포체 제품이 개시되어 있다.
미국 특허 번호 제6,033,506호는, 가압 상태에서 인가된 불활성 유체의 존재 하에 몰드 내에서 탄소 피치를 선택적으로 가열 및 냉각하여 발포 제품을 제조하는 방법에 대하여 기술하고 있다. 또한, 미국 특허 번호 제6,287,375호는, 발포체 내에 탄소 섬유와 같은 미립자를 포함함으로써 열 전도성을 지닌 피치로부터 제조된 탄소 발포체 제품에 대하여 기술하고 있다. 상기 발포체는 적어도 약 43 W/mK의 열 전도도를 갖는다고 한다. 또한 미국 특허 제 7,118,801호는, 폴리테트라플루오로에틸렌 바인더 내에 함유된 에어로겔 입자들로 형성되며 약 25 mW/mK 보다 낮은 열 전도도를 갖는, 성형 가능한 열 전도성 소재에 대하여 기술하고 있다.
미국 특허 제7,208,192호에는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 간극을 채우기 위해 열 전도성 화합물 및/또는 전기 전도성 화합물을 적용하는 것이 공지되어 있다. 경화 폴리머 겔 성분과 미립자 충전재 성분의 혼합물로서 형태 안정적인 유동성 화합물이 제공된다. 상기 화합물은, 서로 접촉되어 있는 두 표면 사이의 갭을 채우기 위해 가압 상태에서 노즐로부터 상기 두 표면 중 하나로 토출된다. 미국 특허 제6,784,363호에는 가스켓을 관통하여 연장되는 복수개의 비아(via)를 갖는 압축성 개스킷이 도시되어 있다. 이 개스킷은 EMI 차폐용 전기 전도성 레이어들을 구비한다.
위에 열거한 각각의 특허 및 특허 출원은 본원 발명에 인용참증의 형태로 전부 통합된다.
위에서 예시로서 설명한 것과 같은, 현재 열 관리에 사용되고 있는 소재들 및 어플리케이션들의 다양성의 관점에서 열 관리 소재 및 어플리케이션들이 지속적으로 개선된다면 전자제품 제조업체들의 좋은 반응을 얻을 것으로 기대된다.
따라서, 본 발명의 과제는, 고도의 열 전달 효율 및 열 소산 효율을 가지며, 특정 용례에 부합하며, 그 사용 및 제조가 간단한, 개선된 열 관리 제품을 제공하는 것이다.
압축 가능한 열전도성 발포체 제품은 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 사이에 개재되는 열 인터페이스(thermal interface)로서 제공된다. 본 발명의 열 인터페이스는 내부에 분산된 열전달 충전재와 공기가 채워진 공간(void)을 갖는 경화 탄성 중합체 중합성 물질을 포함한다. 바람직하게는, 공간은 제1 열전달 표면과 접촉하는 제1 표면으로부터 제2 열전달 표면과 접촉하는 제2 표면으로 인터페이스를 통해 연장된다. 열 인터페이스와, 열 인터페이스의 반대쪽 제1 표면과 접촉하는 제1 열전달 표면과, 열 인터페이스의 제2 표면과 접촉하는 제2 열전달 표면을 포함하는 조립체가 또한 제공된다.
본 발명의 열 인터페이스 제품은 발포체 또는 겔과 같은 사전 성형된 발포체 패드 또는 분배식 제품의 형태일 수 있다. 복수개의 공간 및 비아(via)의 존재는 통상 상태에서 비압축성 제품이 외력 또는 외부 하중이 가해질 때 압축되도록 하기 위해 제공된다. 열 인터페이스에 대한 하중이 증가하면 공간 체적이 감소하게 되고, 그 결과 하중이 증가하면 열전도성이 증가한다는 것을 알았다. 이는 고유한 압축 특성을 가지는 열 인터페이스 제품을 제공하며, 이는 기존의 열전도성 제품에는 존재하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 열전달 표면의 일 표면은 열 발생 표면이고, 바람직하게는 전자 부품의 표면이고, 다른 열전달 표면은 히트 싱크(heat sink) 또는 회로판과 같은 열 소산 부재이다. 압축성 열 인터페이스는 복수개의 비아를 포함하는 발포체 패드가 바람직하며, 상기 복수개의 비아는 발포체 패드와 전도성 충전재를 완전히 관통하여 연장되고 패드를 통해 열전달 경로를 제공하며, 원통형 형상이 바람직하다.
다른 실시예에서, 인터페이스는 금속 및 비금속 산화물, 질화물, 탄화물, 다이보라이드(diboride) 입자, 흑연 입자, 금속 입자 및 이들의 조합물과 같은 열전도성 충전재를 약 20 중량% 내지 약 80 중량%로 함유하는 탄성 중합체 폴리머로 형성된 발포체 패드이다. 통상의 탄성 중합체 재료는 폴리우레탄, 실리콘 또는 네오프렌을 포함한다. 바람직하게는, 발포체 인터페이스 패드는 Al2O3 또는 BN 입자를 함유한 실리콘 패드이다.
본 발명의 압축성 열 인터페이스 발포체 패드는 중실 발포체 패드로부터 절삭 공구 또는 다이를 이용하여 패드를 완전히 관통하는 복수개의 비아를 천공한 다음 부스러기(chad)를 제거함으로써 쉽게 준비될 수 있다. 대안적으로, 복수개의 비아는 패드 제조 작업 동안 패드에 성형(molding)될 수 있다. 본 발명의 패드를 준비하기 위한 다른 방법은 본 기술분야의 당업자에게 자명하다. 패드가 압축성을 띠기 때문에, 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면의 형상이 균일하든 균일하지 않든 간에 이들 표면에 용이하게 부합한다. 패드가 압축되면, 열전도성은 증가하게 되고, 이에 의해 전자 장치로부터 히트 싱크로의 열전달이 향상된다.
도 1은 본 발명의 압축성 탄성 중합체 인터페이스 발포체 패드 실시예의 분해 단면 사시도로서, 복수개의 비아 또는 공간이 도시되어 있다. 대향하는 열전달 표면들 사이의 인터페이스 패드의 배치가 또한 도시되어 있다.
본 기술분야의 당업자는 도면의 요소들이 간략하고 명료하게 도시되어 있고 실제 스케일로 도시될 필요가 없음을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 대한 이해를 향상시키기 위해 도면에 도시된 일부 요소들의 치수가 다른 요소에 비해 과장되어 도시되어 있을 수 있다.
특정 전문 용어는 임의의 한정을 목적으로 하는 것이 아니라 편이를 위해 상세한 설명에 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 전자 장치에 사용되는 부품의 두 개의 열전달 표면들 사이에 위치하도록 구성된 열전도성 압축 발포체 인터페이스 패드를 제공한다. 본 발명의 발포체 인터페이스 패드는 현재 사용되는 있는 다른 제품들에 비해 향상된 열 관리를 위한 향상된 열전달 특성을 가진다.
본 명세서에 사용된 용어 "열 관리(thermal management)"는 시스템 장애 또는 심각한 시스템 성능 저하를 방지하기 위해 전자 장치 내 온도 민감성 요소들을 미리 정해진 작동 온도 내에서 유지하는 능력을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 용어 "비아(via)"는 두 개의 열전달 표면과 접촉하는 패드의 대향 표면들의 평면("x-y 평면")에 대해 수직의 횡단 방향("z-축")으로 실질적으로 인터페이스 패드를 통해 연장되는 공간이다. 공간은 임의의 형상일 수 있으나, 패드를 완전히 관통하여 연장되는 원통 형상이 바람직하다.
본 명세서에 사용된 "탄성 중합체(elastomer)"는 유연성(compliancy), 탄성(resiliency) 또는 압축 변형(compression deflection), 낮은 압축 경화, 가요성, 그리고 변형 후 회복 능력과 같은 고무와 유사한 특성을 나타내는 열가소성 및 열경화성 폴리머를 의미한다. 예시적인 탄성 중합체는 다른 것들 중에서도 폴리우레탄(polyurethanes), 스티렌-이소프렌-스티렌(styrene-isoprene-styrene), 스티렌-부타디엔-스티렌(styrene-butadiene-styrene), 가소성 나일론(plasticized nylons), 폴리에스테르(polyesters), 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetates), 폴리올레핀(polyolefins) 및 폴리염화비닐(polyvinyl chlorides)을 포함한다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 본 발명의 열전도성 발포체 패드는 인접한 열전달 표면들 사이에 개재된 열 인터페이스 소재로서 열 관리 조립체 내에 배치될 수 있다. 열전달 표면은 전자 부품과 같은 열 발생 부품의 일부이거나, 또는 히트 싱크 또는 전자 회로판과 같은 열 소산 부품의 일부일 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 열 인터페이스가 본 발명의 범위 내에서 의도된 바에 따라 다른 용도로 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 미리 성형된 발포체 인터페이스 패드는 본 발명의 단지 하나의 실시예이며, 분배식 발포체 및 겔과 같은 다른 적절한 대안물이 이용될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 압축 가능한 탄성 발포체 패드를 포함하는 열전도성 인터페이스가 제공된다. 발포체 패드는 열 발생 표면으로부터 열 흡수 표면으로 열을 전달하기 위해 패드를 관통하는 복수개의 비아를 포함함으로써 열전도성을 가지게 된다. 또한, 발포체 패드는 발포체 내에 열전도성 입자를 포함함으로써 열전도성을 가지게 된다.
본 발명의 열전도성 입자는 의도된 용도에 맞는 열전도성을 제공하기 위해 충분한 비율로 발포체 패드에 포함될 수 있는데, 일반적으로는 발포체 패드의 총 중량의 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 양을 차지할 것이다. 입자는 본 기술분야에 널리 공지된 다수의 종래 기술, 가령 컴파운딩(compounding), 롤링(rolling), 블렌딩(blending) 등을 이용하여 발포체 패드에 포함될 수 있다.
충전재의 크기 및 형상은 본 발명의 목적 달성에 있어 중요한 사안은 아니다. 이와 관련하여, 충전재는 중실 또는 중공의 구형 또는 미소구형 플레이크(flake), 플레이틀럿(platelet), 초핑되거나 밀링된 섬유 또는 위스커(whisker)와 같은 불규칙하거나 섬유질의 형체를 포함한, "미립자"로서 광범위하게 칭해지는 임의의 일반적 형상일 수 있지만, 균일한 분산과 동질의 기계적 및 열적 특성을 보장하기 위해 분말이 바람직할 것이다. 충진재의 입자 크기 또는 분포는 통상적으로 약 0.01 밀(mil) 내지 약 10 밀(0.25 ㎛ 내지 250 ㎛) 사이의 범위일 것이며, 이 치수는 입자의 직경, 입자의 대치된 직경(imputed diameter), 입자 길이, 또는 입자의 다른 치수일 수 있지만, 채워지게 되는 간극의 두께에 따라 추가적으로 달라질 것이다.
적절한 열전도성 입자 충전재는 금속 및 비금속 산화물, 질화물, 탄화물, 다이보라이드, 흑연 및 금속 입자, 그리고 이들의 혼합물을 일반적으로 포함하며, 보다 구체적으로 질화 붕소(boron nitride), 타이타늄 다이보라이드(titanium diboride), 질화 알루미늄(aluminum nitride), 탄화 규소, 흑연, 그리고 은, 알루미늄 및 구리와 같은 금속, 그리고 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 산화 베릴륨(beryllium oxide), 산화 아티몬(antimony oxide)과 같은 산화 금속, 세라믹, 그리고 이들의 혼합물을 포함한다. 이런 충전재는 특징적으로 적어도 약 20 W/m-K의 열전도도를 나타낸다. 경제성의 이유로는 산화 알루미늄, 즉 알루미나(alumina)가 이용될 수 있지만, 향상된 열전도성상의 이유로는 질화 붕소가 바람직하다. 열전도성 충전재가 포함된 발포체 인터페이스 패드는 통상적으로 ASTM D5470 당 적어도 약 0.5 W/m-K의 열전도도를 나타낼 수 있지만, 패드의 두께에 따라 달라질 수 있다.
발포체 패드는 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 사이에 열 경로를 제공하기 위해 이들 표면의 중간에 배치되어 전자 기기에 사용될 수 있다. 하나의 열전달 표면은 히트 싱크 또는 전자 회로판과 같은 열을 흡수하도록 설계된 부품일 수 있다. (대향하는) 다른 열전달 표면은 열 발생 전자 부품과 같은 열 발생원일 수 있다. 대향하는 열전달 표면들은 약 1℃-in2/W (6℃-㎠/W)보다 낮은 열적 임피던스를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 범주 내에서 통상의 전자 기기는, 예로서 자동차용 전자 부품 및 시스템, 통신 기반의 스테이션, 컴퓨터 모니터 및 플라즈마 TV와 같은 가전 기기, 회로 기판, 카드 케이지(card cage), 벤트(vent), 커버, PCMCIA 카드, 백 플레인 또는 페이스 플레인(back or face plane), 차폐 캡 또는 캔, 또는 전자 장치의 I/O 커넥터 패널 또는 전자 장치용 인클로저(enclosure) 또는 캐비넷의 I/O 커넥터 패널을 포함한다. 본 발명의 태양들을 통해 탄성의 열전도성 인터페이스 패드를 필요로 하는 다른 분야에서의 유용함을 이해할 것이다. 따라서, 이런 다른 분야에서의 용도는 본 발명의 범주 내에서 명확히 고려되어야 한다. 본 명세서에 사용된 전문 용어는 임의의 한정을 목적으로 하는 것이 아니라 편이를 위해 사용된다.
이제, 도 1을 참조하면, 열 관리 조립체(10)의 분해 단면도가 도시되어 있는데, 발포체 패드(20)와 접촉하는 제1 열전달 표면을 갖는 구성요소 또는 부품이 가상선(40)으로 도시되어 있다. 발포체 패드(20)는 또한 가상선(50)으로 도시된 구성요소 또는 부품의 제2 열전달 표면과 접촉한다. 구성요소(40)가 열발생 부품이라면, 구성요소(50)는 열흡수 구성요소이며, 도시된 바와 같이 열은 효율적 방식에 따라 구성요소(40)로부터 인터페이스 발포체 패드(20)를 통해 구성요소(50)로 전달될 것이다. 대향하는 표면들 사이의 열전달 효율은 인터페이스 패드(20)의 압축에 따라 일반적으로 증가한다. 일 실시예에서, (도시되지 않은) 압감 접착제(pressure-sensitive adhesive; PSA) 또는 다른 접착제가 양 구성요소 사이에서 발포체 인터페이스 패드를 제 위치에 고정하도록 사용될 수 있다.
도 1을 계속하여 참조하면 확인할 수 있는 바와 같이, 발포체 인터페이스 패드 부재(20)는, 예시를 목적으로 무한한 크기의 대체로 평평한 시트 또는 스트립으로 도시되어 있으나, 임의의 소정 크기 및 형상일 수 있으며, 구성요소(40)와 접촉하는 제1 표면과, 구성요소(50)와 접촉하는 제2 표면을 포함한다. 발포체 패드(20)의 이들 표면들은 x-y 평면에서 대체로 연장되며, 도 1에 대체로 평평한 것으로 도시되어 있으나, 발포체 패드는 다면형, 궁형, 곡선형 또는 복합 곡선형일 수 있다. 따라서, 발포체 패드(20)는 도시된 바와 같이 x-y 평면에서 대체로 연장하는 제1 표면 및 제2 표면과, "z-축"을 따라 연장하는 깊이 또는 두께에 의해 부분적으로 한정된다. 많은 분야에서, 발포체 패드의 두께는 약 10 내지 1000 밀(0.254㎜ 내지 25.4㎜) 사이일 수 있고, 통상적으로 x-축 및 y-축을 따라 한정되는 바와 같이 패드(20)의 길이방향 또는 폭방향 치수의 범위에 비해 작을 것이나, 반드시 작을 필요는 없다.
발포체 인터페이스 패드(20)는 다음의 매개변수들, 즉 작동 온도, 압축 경화(compression set), 힘 변형(force deflection), 가연성, 압축 경화, 또는 다른 화학적 또는 물리적 특성 중 하나 이상에 기초하여 구체적으로 선택될 수 있는 탄성 재료로 형성될 수 있다. 선택된 분야에 따라, 적절한 소재는 열가소성 폴리머 또는 열경화성 폴리머를 포함할 수 있고, 실례로 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-EPDM 블렌드, 부타디엔, 스티렌-부타디엔, 니트릴(nitriles), 크롤로술폰산(chlorosulfonates), 네오프렌(neoprenes), 우레탄, 실리콘, 및 이들의 공중합체 블랜드 및 조합을 포함한다.
인터페이스 패드(20)는 개방 또는 폐쇄 셀 발포성 탄성 중합체 재료(open or closed cell foamed elastomeric material)로 형성될 수 있다. 바람직한 소재는 개방 셀과 같은 실리콘 또는 폴리우레탄, 예컨대 ASTM D 3574-95에 따라 측정될 수 있는 약 100㎛의 평균 셀 크기와, 약 15 내지 30 lbs/ft3 사이의 밀도와, 약 10% 보다 낮은 압축 경화와, 약 1 psi 내지 9 psi(7 kPa 내지 63 kPa)의 힘 변형을 갖는 저탄성계수 발포체를 포함한다. 이런 소재는 미국 코넥티컷주 우드스톡(Woodstock)에 소재하는 로저스 코포레이션(Rogers Corporation)에 의해 Poron？ 4700이라는 상품명으로 판매되고 있다. 다른 바람직한 소재는 파커 한니핀 코포레이션(Parker Hannifin Corporation)의 계열사인 코메릭스(Chomerics)에 의해 제조되어 판매되고 있는 THERM-A-GAP™ G579를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 발포체 인터페이스 패드(20)에는 복수개의 비아가 형성되거나 다른 방식으로 복수개의 비아가 제공되며, 이들 중 하나가 도면부호 30 으로 지시되어 있는데, 상기 복수개의 비아는 도 1에 도시된 바와 같이 패드의 두께(z-치수)를 통해 연장된다. 각각의 비아(30)는 일반적으로 대체로 원형, 타원형, 다각형 또는 다른 폐쇄 형상의 단면을 갖는 원통형일 수 있다. 비아(30)는 규칙적이거나 불규칙적일 수 있으며, 즉 균일하게 이격되어 분포되거나 불균일하게 이격되어 분포될 수 있는데, 많은 분야에서 약 0.015 밀 내지 0.50 밀(0.38㎜ 내지 12.7㎜) 사이의 직경을 가질 것이다. 이와 관련하여, 발포체 인터페이스 패드(20)는 "다공성"이거나 약 5% 내지 20% 사이의 개방 영역을 가질 수 있다.
발포체 인터페이스 패드(20) 자체는 주조(casting), 압출, 몰딩, 또는 다른 종래의 공정에 의해 형성될 수 있다. 비아(30)는 패드(20)에 스템핑 가공되거나, 펀칭 처리되거나, 다이 커트(die-cut) 등에 의해 처리될 수 있다. 채산성이 맞는 생산에 있어, 패드(20)는 대형 시트 또는 원단(roll stock)으로부터 절단될 수 있다.
구상중인 특정 분야의 요구에 따라 탄성 중합체 발포체 패드의 조성물에 추가의 충전재 및 첨가제가 포함될 수 있다. 이런 충전재 및 첨가제는 종래의 습윤제 또는 계면 활성제, 안료, 염색제, 그리고 다른 착색제, 불투명화제(opacifying agents), 감포제(anti-foaming agents), 대전 방지제(anti-static agents), 티탄산염과 같은 커플링제, 체인 연장 오일(chain extending oil), 점착제, 안료, 윤활제, 안정제, 유화제, 산화 방지제, 증점제(thickener) 및/또는 알루미늄 트라이하이드레이트(aluminum trihydrate), 삼산화안티몬(antimony trioxide), 금속 산화물 및 염분과 같은 내연제, 개재 흑연 입자(intercalated graphite particles), 인산에스테르(phosphate esters), 디카브로모디페닐 산화물(decabromodiphenyl oxide), 붕산염(borates), 인산염(phosphates), 활로겐화 화합물(halogenated compounds), 유리, 실리카, 규산염(silicates) 및 미카(mica)를 포함할 수 있다. 통상적으로, 이들 충전재 및 첨가제는 블렌딩되거나 그렇지 않으면 조성물과 혼합될 수 있고, 총 체적의 약 0.05% 내지 80% 사이 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
다음의 실례는 본 발명의 일 태양을 예시할 뿐, 이에 의해 본 발명을 한정하고자 의도하는 것은 아니다.
실례
발포체 인터페이스 패드는 다음과 같이 준비되었다. 파커 한니핀 코포레이션의 계열사인 코메릭스 사업부에 의해 제조되어 판매되고 있는 THERM-A-GAP™ G579 제품의 열전도성이 양 두께, 즉 0.070 인치 및 0.130 인치 (1.778㎜ 및 3.302㎜)두께에 대해 평가되었다. 0.070 홀 펀치가 샘플에 구멍을 펀칭하기 위해 사용되었다. 두 개의 다른 구멍 패턴이 사용되었다. 제1 패턴은 X 방향으로 0.25 인치(6.35㎜)마다 그리고 Y 방향으로 0.5 인치(12.7㎜)마다 구멍을 가진다. 제2 패턴은 X 방향 및 Y 방향에서 0.25 인치(6.35㎜)마다 구멍을 가진다.
다음, 패드는 ASTM 5470에 준한 열적 임피던스와 압축 변형에 대해 시험이 실시되었다.
결과:
# 샘플 블랭크 영역 두께(인치) 열적 임피던스(10PSI) in2 C/W 변형력 50% (lbs)
1 ~ 20 0.070 1.0 38
2 ~ 40 0.070 1.0 26
3 ~ 20 0.130 1.5 31
4 ~ 40 0.130 1.6 25
예상되는 바와 같이, 본 발명의 범주로부터 벗어남 없이 소정의 변형이 본 발명에서 이루어질 수 있으며, 전술한 상세한 설명에 기재된 모든 내용은 예시로서 이해되어야 하며 이에 제한되어서는 아니 된다. 본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌은 이들 전체가 본 명세서에 명확히 포함된다.

Claims (25)

  1. 제1 열전달 표면과, 대향하는 제2 열전달 표면의 중간에 배치되어 상기 제1 열전달 표면과 상기 제2 열전달 표면 사이에서 열 경로를 제공하도록 구성되는 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드이며,
    단면을 가지며, 인터페이스를 관통하는 단면에 공기가 채워지는 복수개의 공간 또는 비아를 포함하는 경화 탄성 중합체 폴리머 층과,
    경화 재료 층에 분산된 열전도성 미립자 충전재를 포함하는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  2. 제1항에 있어서, 제1 열전달 표면 또는 제2 열전달 표면 중 하나는 열 발생원상에 위치되는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  3. 제2항에 있어서, 열발생원은 전자 구성요소이고, 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 중 다른 하나는 열 소산 부재상에 위치되는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  4. 제3항에 있어서, 열 소산 부재는 히트 싱크 또는 회로판인, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  5. 제1항에 있어서, 탄성 폴리머 재료는 실리콘 또는 폴리우레탄을 포함하는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  6. 제1항에 있어서, 패드는 미리 성형되거나 또는 분배되는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  7. 제1항에 있어서, 비아는 대체로 원통 형상인, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  8. 제1항에 있어서, 탄성 중합체 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-EPDM 블렌드, 부타디엔, 스티렌-부타디엔, 니트릴, 크롤로술폰산, 네오프렌, 우레탄, 실리콘 및 이들의 공중합체, 블렌드, 및 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  9. 제1항에 있어서, 미립자 충전재는 금속 산화물, 비금속 산화물, 질화물, 탄화물, 다이보라이드(diboride) 입자, 흑연 입자, 금속 입자 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  10. 제1항에 있어서, 미립자 충전재는 세라믹인, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 층은 약 20wt% 내지 80wt%의 충전재를 포함하는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  12. 제1항에 있어서, 충전재는 적어도 약 20 W/m-K의 열전도도를 가지는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  13. 제1항에 있어서, 패드의 열전도도는 적어도 약 0.5 W/m-K인, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  14. 제1항에 있어서, 약 1 ℃-in2/W (6℃-㎠/W)보다 낮은 열적 임피던스를 가지는, 압축 가능한 열전도성 발포체 인터페이스 패드.
  15. 열 관리 조립체이며,
    제1 열전달 표면과,
    제1 열전달 표면에 대향하는 제2 열전달 표면과,
    제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 사이에 열전도성 경로를 제공하기 위해 상기 제1 열전달 표면과 상기 제2 열전달 표면 사이에서 압축되는 열전도성 발포체 인터페이스 패드를 포함하고,
    상기 인터페이스 패드는,
    단면을 가지며, 압축되지 않은 상태에서 상기 단면에 공기가 채워진 비아를 포함하는 경화 탄성 중합체 폴리머 재료의 층과,
    상기 탄성 중합체 폴리머 재료에 분산된 열전도성 미립자 충전재를 포함하는, 열 관리 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 중 하나는 열발생원상에 위치되는, 열 관리 조립체.
  17. 제15항에 있어서, 열발생원은 전자 구성요소이고, 제1 열전달 표면과 제2 열전달 표면 중 다른 하나는 열 소산 부재상에 위치되는, 열 관리 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 열 소산 부재는 히트 싱크 또는 회로판인, 열 관리 조립체.
  19. 제15항에 있어서, 탄성 중합체 폴리머 재료는 실리콘 또는 폴리우레탄을 포함하는, 열 관리 조립체.
  20. 제15항에 있어서, 충전재는 금속 및 비금속 산화물, 질화물, 탄화물, 다이보라이드(diboride) 입자, 흑연 입자, 금속 입자 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 열 관리 조립체.
  21. 제15항에 있어서, 미립자 충전재는 세라믹인, 열 관리 조립체.
  22. 제15항에 있어서, 층은 약 20wt% 내지 80wt%의 충전재를 포함하는, 열 관리 조립체.
  23. 제15항에 있어서, 충전재는 적어도 약 20 W/m-K의 열전도도를 가지는, 열 관리 조립체.
  24. 제15항에 있어서, 인터페이스 패드는 적어도 약 0.5 W/m-K의 열전도도를 가지는, 열 관리 조립체.
  25. 제15항에 있어서, 인터페이스 패드는 약 1 ℃-in2/W (6℃-㎠/W)보다 낮은 열적 임피던스를 가지는, 열 관리 조립체.
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