KR20140050585A

KR20140050585A - 높은 열전도율/낮은 열팽창계수 콤포지트

Info

Publication number: KR20140050585A
Application number: KR1020137023648A
Authority: KR
Inventors: 웨이 판; 시양 리우; 존 마리너
Original assignee: 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈 인크.
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2014-04-29
Also published as: KR102181194B1; EP2686163A1; CN103547441A; US20120234524A1; CN103547441B; US10347559B2; WO2012125817A1; EP2686163B1; JP2014515876A; JP6602362B2; JP2018082180A; EP2686163A4

Abstract

히트 싱크용 높은 열전도율 및 낮은 열팽창 계수의 열전도성 콤포지트 재료, 상기 콤포지트 재료로 형성된 히ㅌ츠싱크를 포함하여 구성되는 전자 장치에 관한 것으로, 상기 콤포지트 재료는 낮은 열팽창 계수를 가지는 두 기판 사이에 배치되는 높은 열전도율 층을 포함하여 구성되고, 상기 기판들은 낮은 열팽창 계수와 상대적으로 높은 탄성모듈러스를 가지며, 상기 콤포지트는 열전도성 재료의 사용량이 높은 콤포지트에서도 높은 열전도율 및 낮은 열팽창 계수를 나타낸다.

Description

높은 열전도율/낮은 열팽창계수 콤포지트{HIGH THERMAL CONDUCTIVITY/LOW COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION COMPOSITES}

본 출원은 "높은 열전도율/낮은 열팽창계수 콤포지트"를 발명의 명칭으로 하는 2011년 3월 16일자 미국특허출원 제13/049,498호를 우선권으로 주장하며, 그 전체내용은 본 출원에 참조문헌으로 통합된다.

본 발명은 열관리 어셈블리(thermal management assembly)에 관한 것이다, 본 발명의 열관리 어셈블리는 히트 스프레더(heat spreader)라고 칭해지기도 하는 열전달 디바이스(heat transfer device)를 포함하는 것이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 열전달 디바이스는 열원으로부터, 예를 들어 히트 싱크(heat sink); 열원과 히트 싱크 사이 등과 같이 열원과 접촉상태에 있는 히트 스프레더를 가지는 어셈블리; 및 열 소산을 위한 히트 싱크 등으로 열을 전달하는데 이용될 수 있는 것이다.

본 발명은 또한 열관리 어셈블리를 제조하는 방법들에 관한 것이다.

현재 많은 형태의 열관리가 존재하며. 이들 모두는 열을 이동하는 전도, 대류 또는 복사에 의존한다. 양호한 열전도율은 고밀도 전자부품 및 집적회로와 같은 디바이스로부터 열을 밖으로 전달하여 나가도록 하는데 요구된다. 반도체 회로 및 시스템으로부터 열을 소산하기 위하여, 통상적으로 높은 열전도율 재료가 열전달 디바이스들에 이용되고 있다.

높은 열전도율 재료로 된 열전달 디바이스들은 또한 항공우주 및 군사 용도도 이용될 수도 있다. 원소 금속들은 현재 사용중인 반도체 회로시스템들에는 만족스러운 것이 아니다. 따라서 콤포지트 또는 서로 다른 재료들의 라미네이션으로 형성된 고 전도율 열전달 디바이스들을 다양한 구조의 어셈블리들에 적용하여 소망하는 높은 열전도율, 강도 및 기타 필요한 성질들을 보유하도록 하는 것을 모색하고 있다.

히트 싱크는 다양한 재료로 구성된 열 소산 디바이스로서, 열원에 내부 결합되어, 열원으로부터 열에너지를 가져간다. 히트 싱크들은 전형적으로 집적회로(IC) 상의 히트스프레더에서 대기로 열을 내보내도록 설계된다. 히트 싱크는 휜(fins) 형태 또는 집적된 히트 스프레더 형태일 수도 있다. 히트 싱크는 고온 영역(예를 들어 프로세서)에서 저온 영역(예를 들어, 히트 싱크)로 열에너지를 가져간 다음, 이 열에너지를 대류 및 복사에 의해 히트 싱크의 표면으로부터 히트 싱크를 에워싼 대기로 소산한다. 일반적으로 히트 싱크들은 열전달 효율을 증대할 수 있도록 설계된다. 주로 공기 또는 액체와 직접 접촉하는 표면적을 증가시키는 것에 의해 열전달 효율을 증가시킨다. 이와 같이 하면 열이 더 많이 소산되어 디바이스 조작 온도를 더 낮출 수 있게 된다.

일반적으로 전자부품을 냉각하는데 사용되는 히트 싱크들은 냉각시킬 디바이스와 직접 계면접촉하는 열전도성 기판과, 상기 기판에서 연장하는 일련의 플레이트 또는 핀 휜을 포함한다. 상기 휜은 공기 또는 액체와 직접 접촉하는 표면적을 증대하고, 이에 의해 열원과 대기 사이의 열전달 효율이 높아진다.

종래의 히트 싱크들에 있어서, 기판 및/또는 휜은 전형적으로 구리이거나 알루미늄이다. 구리와 알루미늄은 비교적 높은 열팽창계수(coefficients of thermal expansion: CTE)를 갖는다. 일반적으로 반도체 재료를 구성소자로 포함하는 전자부품은 낮은 CTE (4~7xl0⁶/℃)를 가지는 재료로 형성된다. 구리와 알루미늄은 열전도율이 양호하지만, 히트 싱크 재료와 전자부품(들) 사이의 CTE 차이 측면에서 비부합(mismatch)이 커서, 장착된 전자부품 (예를 들어, 반도체 칩)이 과도한 스트레스를 받을 수 있고, 이로 인해 고장 또는 오작동이 초래될 수 있다. 알루미늄 실리콘 카바이드 (AlSiC), 몰리브덴-구리 합금, 텅스텐-구리 합금, 또는 구리-몰리브덴 라미네이트와 같은 낮은 CTE 재료들이 히트 싱크에 사용되고 있다. 이러한 재료가 낮은 열전도율을 가짐에도 히트 싱크에 사용된 것은 전자부품과 보다 양호한 CTE 부합을 위하여 열전도율을 희생한 것이 일반적이다.

본 발명의 한 목적은 낮은 CTE 및 높은 열전도율 (TC)을 나타내는 열전도성 콤포지트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 평면내 방향(in-plain direction) 및 평면관통 방향(through-plain direction) 양방향에서 낮은 CTE 및 우수한 열전도율을 가지는 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 비교적 낮은 CTE와 비교적 높은 열전도율 및 낮은 밀도를 가지는 콤포지트 재료를 제공하는 것이다. 상기 콤포지트 재료는 열관리 어셈블리에 특히 적합하다. 상기 열관리 어셈블리의 비한정적인 예로는 히트 스프레더, 히트 싱크 등이 있다.

본 발명의 하나의 구현에 따르는 열전도성 콤포지트는 제1 금속기판(metal substrate), 제2 금속기판, 및 상기 제1 금속기판과 상기 제2 금속기판 사이에 배치되는 써멀 파이롤리틱 그라파이트 층을 포함하여 구성되며;

상기 제1 및 제2 금속기판은 상기 그라파이트 층에 결합되고, 약 200 GPa 이상의 탄성모듈러스(modulus of elasticity)를 가지는 금속을 함유하고;

상기 콤포지트는 약 13 ppm/℃ 이하의 평면내(in-plane) 열팽창계수와 약 200 W/m-K 이상의 열전도율을 갖는다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 제1 및 제2 금속기판은 각각 독립적으로 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금, 몰리브덴 합금, 또는 이들중 2 이상의 조합으로부터 선택되는 금속을 함유한다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 제1 및 제2 금속기판은 각각 약 4 내지 약 13 ppm/℃의 열팽창계수를 갖는다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 콤포지트는 약 20 내지 90 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성된다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 콤포지트는 약 40 내지 80 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성된다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 콤포지트는 약 55 내지 87 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성된다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 기판들은 약 300 GPa 이상의 탄성모듈러스를 갖는다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 기판들은 약 400 GPa 이상의 탄성모듈러스를 갖는다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 콤포지트는 약 4 내지 약 9 ppm/ ℃의 열팽창계수를 갖는다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 콤포지트는 약 4 내지 약 7 ppm/ ℃의 열팽창계수를 갖는다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 복수의 적층 평면(layered planes)을 포함하여 구성되며, 상기 그라파이트는 상기 적층 평면들이 상기 금속기판들의 평면에 수평한 방향으로 배향되도록 상기 콤포지트에 배치된다.

본 발명의 구체예에 의하면, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 복수의 적층 평면을 포함하여 구성되며, 상기 그라파이트는 상기 적층 평면들이 상기 금속기판들의 평면에 수직한 방향으로 배향되도록 상기 콤포지트에 배치된다.

본 발명의 또 하나의 구현에 따르는 전자 구조는 전자 디바이스, 및 상기 전자 디바이스와 열접촉관계에 있는 히트 싱크 어셈블리를 포함하여 구성되고;

상기 히트 싱크 어셈블리는 제1 금속기판과 제2 금속기판 사이에 배치된 써멀 파이롤리틱 그라파이트 피스를 포함하여 구성되고;

상기 제1 및 제2 금속기판은 상기 그라파이트에 결합되고, 독립적으로 약 200 GPa 이상의 탄성모듈러스를 가지는 금속을 함유하며;

상기 콤포지트는 약 13 ppm/℃ 이하의 열팽창계수와 약 200 W/m-K 이상의 열전도율을 갖는다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 전자 디바이스에서, 상기 제1 및 제2 금속기판은 독립적으로 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금, 몰리브덴 합금, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는 금속을 함유한다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 전자 디바이스에서, 상기 제1 및 제2 ㄱ금속 기판은 각각 약 300 GPa 이상의 탄성 모듈러스를 갖는다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 전자 디바이스에서, 상기 콤포지트는 약 20 내지 약 90 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성된다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 전자 디바이스에서, 상기 콤포지트는 약 40 내지 약 80 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성된다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 전자 디바이스에서, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 복수의 적층 평면들을 포함하여 구성되고, 상기 그라파이트는 상기 금속기판들의 평면에 수직한 방향으로 배향하도록 상기 콤포지트에 배치된다.

본 발명의 다른 또 하나의 구현에 따르는 콤포지트 시트는 적어도 하나의 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐-합금, 및 몰리브덴-합금으로부터 선택되는 제1 금속기판과; 적어도 하나의 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐-합금, 및 몰리브덴-합금으로부터 선택되는 제2 금속기판과; 상기 제1 금속기판과 상기 제2 금속기판 사이에 배치되는 써멀 파이롤리틱 그라파이트 시트를 포함하여 구성되고;

상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트 시트는 복수의 적층된 평면들을 포함하여 구성되고;

상기 콤포지트 시트는 약 13 ppm/℃ 이하의 열팽창계수와 약 200 W/m-K 이상의 열전도율을 갖는다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 콤포지트 시트에 있어서, 상기 콤포지트는 약 20 내지 약 90 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 함유한다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 콤포지트 시트에 있어서, 상기 콤포지트는 약 55 내지 약 87 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 함유한다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 콤포지트 시트에 있어서, 상기 콤포지트는 약 300 내지 1,000 W/m-K의 열전도율을 나타낸다.

본 발명의 구체예에 따르는 상기 콤포지트 시트에 있어서, 상기 기판들은 상기 그라파이트 시트에 결합된다.

본 발명의 상기한 특징들 및 기타의 특징들을 다음의 상세한 설명과 첨부도면을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명의 상세한 설명 및 도면들에서, 본 발명의 원리들이 이용될 수 있는 몇 가지 방식을 제시한 본 발명의 특정 예들이 구체적으로 기술된다. 본 발명이 이러한 구체예들로 한정되는 것이 아니며, 첨부하는 청구항들의 의도 및 조건 내에 있는 모든 변경들, 수정들 및 등가물들을 포함하는 것임을 이해하여야 한다.

하나의 구체예에 관하여 기술되거나 예시된 특징들은 하나 또는 그 이상의 구체예들에서 동일 또는 유사한 방식으로 이용될 수 있고, 다른 구체예들의 특징들과 조합하여 이용될 수도 있으며, 다른 구체예들의 특징들을 대체하여 이용될 수도 있다.

본 발명의 콤포지트 재료는 열관리 어셈블리에 특히 적합하다.

도 1은 낮은 CTE 및 높은 열전도율을 가지는 열전도성 콤포지트의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현에 따라 x-y 방향으로 배향된 적층 평면들을 갖는 그라파이트 층을 구비한 콤포지트의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현에 따라 비아들(vias)을 가지는 열전도성 콤포지트의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3 콤포지트의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현에 따라 z 방향으로 배향된 적층평면들을 갖는 그라파이트를 구비한 열전도성 콤포지트의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 열전도성 콤포지트를 사용한 전자 어셈블리의 개략도이다.
도 7은 서로 다른 그라파이트 사용량들(loadings)들에서 본 발명의 구현들에 따르는 열전도성 콤포지트의 열팽창계수를 예시한 그래프이다.
도 8은 서로 다른 그라파이트 사용량들에서 본 발명의 구현들에 따르는 열전도성 콤포지트의 열전도율을 예시한 그래프이다.

이하, 첨부도면들에 예시된 본 발명의 실시예들을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 첨부도면들은 축척을 고려하지 않고, 단순히 본 발명의 구현들을 예시할 목적으로 개략적으로 나타낸 것이다. 다른 구체예들이 이용될 수도 있고, 본 발명의 각자 영역에서 일탈함이 없이 지시적 및 기능적 변경이 이루어질 수 있음을 이해하하여야 한다. 그래서, 다음의 상세한 설명은 예시의 목적으로만 제시되는 것이지, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니며, 예시된 구체예들의 다양한 변경 또는 수정은 본 발명의 의도 및 범위 내에 있는 것이다.

용어 "히트 싱크"는 "열발산기(heat dissipater)"와 호환하여 사용될 수도 있는 것으로, 열을 회수할 뿐만 아니라 소산 기능을 수행하는 소자를 가리킨다. 이러한 용어들은 단수형 또는 복수형으로 제시되어, 하나 또는 복수의 아이템들을 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "히트 스프레더(heat spreader)" 또는 "열전달 라미네이트(heat transfer laminate)"는 열원 및 히트 싱크와 접촉하고 있는 디바이스를 가리키기 위하여 호환하여 사용될 수도 있다.

또한 본 명세서에서 사용되는 "써멀 파이롤리틱 그라파이트(thermal pyrolytic graphite: TPG)"는 "고배향 파이롤리틱 그라파이트(highly oriented pyrolytic graphite: HOPG)", 또는 "어닐링된 파이롤리틱 그라파이트(annealed pyrolytic graphite: APG)", 또는 "압축 어닐링된 파이롤리틱 그라파이트 (compression annealed pyrolytic graphite: CAPG)" 와 호환하여 사용될 수 있는 것이며, 상당한 크기의 결정자들을 가지는 그라파이트재로서, 상기 결정자들이 서로에 대하여 고도로 정렬 또는 배향되고, 잘 정렬된 그라핀(graphene) 층들을 가지며, 평면방향(a-b 방향) 열전도율이 약 800 W/m-K 이상인 것을 가리킨다. 상기 TPG는 하나의 실시예에서 약 1,000 W/m-Kf 보다 큰 in-plane 열전도율을 가지며, 또 하나의 실시예에서 약 1,500 W/m-K 보다 큰 in-plane 열전도율을 갖느다.

본 발명에 의하면 예를 들어 히트 스프레더, 히트 싱크 등의 열관리 어셈블리에 사용하기에 적합한 콤포지트 재료를 제공되며, 여기서 상기 콤포지트는 비교적 낮은 열팽창계수와 비교적 높은 열전도율을 갖는다. 본 발명은 또한 낮은 CTE 및 높은 TC의 콤포지트 재료를 사용하는 열관리 어셈블리를 포함하는 전자 어셈블리를 제공한다.

도 1을 참조하면, 열전도성 콤포지트(10)는 제1 기판(12), 제2 기판(14), 및 상기 기판들(12, 14) 사이에 배치되는 층(16)을 포함하는 것을 보여준다. 상기 기판들(12 및 14)은 비교적 낮은 CTE를 가지는 재료로 형성되고, 상기 층(16)은 비교적 높은 열전도율을 가지는 재료(예를 들면, TPG)로 형성된다, 본 발명자들은 낮은 CTE 금속 기판들 사이에 샌드위치된 또는 봉입된(encapsulated) TPG와 같은 높은 열전도율 재료를 구비한 콤포지트는 비교적 낮은 CTE와 비교적 높은 열전도율을 나타내는 콤포지트를 제공한다는 사실을 발견하였다.

상기 기판들은 비교적 높은 스티프니스(stiffness)와 비교적 낮은 CTE를 가지는 금속으로 형성될 수 될 수도 있다. 상기 기판들은 하나의 구체예에 있어서 약 200 GPa 이상의 탄성 모듈러스를 가지는 금속을, 다른 구체예에서 약 300 GPa 이상의 탄성 모듈러스를 가지는 금속을, 다른 또 하나의 구체예에서 약 400 GPa 이상의 탄성 모듈러스를 가지는 금속을 함유한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명자들은 높은 탄성 모듈러스 및 낮은 CTE를 갖는 금속 기판들을 사용하게 되면 열전도율이 높은 재료의 농도가 상당히 높은 조성들에서도 콤포지트의 CTE가 낮아진다는 사실을 발견하였다.

싱기 기판들의 재료는 약 13 ppm/℃ 이하의 평면내(in-plane) 열팽창계수를 가질 수도 있다. 하나의 구체예에 있어서, 상기 기판들은 약 4 내지 약 13 ppm/℃의 열팽창계수를 갖는다. 다른 구체예에서, 상기 기판들은 약 4 내지 약 9 ppm/℃의 열팽창계수를 갖는다. 다른 또 하나의 구체예에서, 상기 기판들은 약 4 내지 약 7 ppm/℃의 열팽창계수를 갖는다. 한 기판의 열팽창계수는 다른 기판의 열팽창계수와 같거나 또는 다를 수 있다.

상기 금속은 구체적인 목적 또는 의도된 용도에 바람직한 것으로 선정될 수 있다, 예를 들어, 상기 금속은 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴 합금, 텅스텐 합금, 이들 중 2 이상의 조합 등으로부터 선택될 수 있다. 본 콤포지트에 있어서, 각각의 기판들은 같거나 또는 상이한 금속으로 형성될 수도 있다(기판들이 성분은 동일하나 비율이 상이한 금속합금으로 형성되는 경우, 상기 기판들은 서로 다른 금속으로 형성된 것으로 간주될 수 있다). 하나의 구체예에서, 상기 금속은 약 10 내지 약 70 % 구리를 함유하는 텅스텐-구리 합금으로부터 선택된다. 다른 하나의 구체예에서, 상기 금속은 약 10 내지 약 70 % 구리를 함유하는 몰리브덴-구리 합금으로부터 선택된다. 적합한 금속들의 비한정적인 예는 W-lOCu (10% Cu); W-15Cu (15% Cu); Mo-30Cu (30% Cu) 등이 있다.

열전도성 재료(16)는 파이롤리틱 그라파이트, 써멀 파이롤리틱 그라파이트, 어닐링된 파이롤리틱 그라파이트, 압축 어닐링된 파이롤리틱 그라파이트, 고배향 파이롤리틱 그라파이트 등을 포함하는 높은 열전도율을 가지는 임의의 재료에서 선택될 수도 있다. 높은 열전도율 코어 재료(16)의 평면내(in-plane) 열전도율은 각각의 그라파이트 재료들에 대하여 200 W/m-K 이상, 바람직하게 500 W/m-K 이상이어야 한다. 또한 본 명세서에서 사용된 용어 "써멀 파이롤리틱 그라파이트(TPG)"는 고배향 파이롤리틱 그라파이트(HOPG), 어닐링된 파이롤리틱 그라파이트 (APG) 및 압축 어닐링된 파이롤리틱 그라파이트 (CAPG)와 같은 재료들을 다 포함하는 것이다. 하나의 구체예에 있어서, 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 상당한 크기의 결정자들(crystallites)로 이루어진 그라파이트 재료로서, 상기 결정자들이 상호간에 고도로 정렬 또는 배향되고, 잘 정렬된 그라핀(graphene) 층들 또는 고도의 바람직한 결정자 배향을 가지며, 평면내(a-b 방향 또는 x-y방향으로 칭함) 열전도율이 800 W/m-K 이상인 것을 가리킨다. 하나의 구현에서 상기 열전도율은 1,000 W/m-K 이상이고, 다른 또 하나의 구현에서 상기 열전도율은 1,500 W/m-K 이상이다.

총칭 용어 "그라파이트"가 본 명세서에서 사용되지만, 히트 싱크는 용도에 따라 전형적인 평면내 열전도율이 500 W/m-K 이하인 파이롤리틱 그라파이트 (PG)를 사용할 수도 있고, 또는 평면내 열전도율이 600 W/m-K 이상인 써멀 파이롤리틱 그라파이트 (TPG)를 사용할 수도 있다. 하나의 구체예에서, 출발 원료는 파나소닉(Panasonic), 모멘티브 퍼포먼스 머터리얼스(Momentive Performance materials) 등을 포함하는 공급처에서 구입가능한 그라파이트 시트이다.

그라파이트 재료들은 비등방성 구조들(anisotropic structures)을 보유하므로, 고도로 지향적인 특성들, 예를 들어 열전도율, 전기전도율(electrical conductivity) 및 유체확산율(fluid diffusion)을 발현 또는 보유한다. 그라파이트들은 탄소원자들의 육각 배열들 또는 네트워크들로 된 층 평면들(layer planes)로 이루어진다. 육각형으로 배열될 탄소원자들로 된 상기 층 평면들은 실질적으로 납작하며, 상호 간에 실질적으로 평행하면서 등간격으로 배향 또는 정렬된다. 탄소원자들의 납작하고 평행하면서 등간격인 시트 또는 층(보통 그라핀 층 또는 기저면)들은 서로 연결 또는 결합되고, 그 그룹들은 결정자들 내에서 정렬된다. 그라파이트에서 탄소원자들의 중첩된 층 또는 라미네이트들은 약한 반데르발스 힘(van der Waals force)으로 상호 연결되어 있다.

이해하여야 할 것은 열전도성 재료의 사이즈 및 두께는 특별히 제한되지 않으며 구체적인 목적 및 의도된 용도에 바람직한 것으로 선택될 수도 있다는 것이다. 하나의 구체예에 있어서, 열전도성 재료는 약 1 mm 내지 약 5 mm의 두께를 가지는 그라파이트 시트로서 제공될 수 있다. 또 하나의 구체예에서, 열전도성 재료는 마이크로미터 또는 나노미터 두께의 그라핀층을 적어도 하나 포함하는 파이롤리틱 그라파이트 또는 서멀 파이롤리틱 그라파이트의 단일 벽개(single cleaving)를 지칭하는 "그라파이트 층"으로서 제공될 수도 있다. 마이크로미터 두께 그라파이트 층들 및/또는 초박형(ultra-thin) 나노미터 두께들을 얻기 위한 그라파이트의 벽개는 미국특허출원 제 11/555,681호에 기술되어 있다, 상기 미국특허출원은 참조문헌으로 그 전체가 본 명세서에 통합된다.

상술한 바와 같이, 그라파이트들 및 그라파이트 시트들은 상기 시트들이 실질적으로 서로 평행하면서 등간격으로 정렬된 적층 평면들을 포함하고 있다. 본 발명의 높은 열전도율/낮은 CTE 콤포지트들에서, 그라파이트 시트는 층 평면들이 금속 기판들의 평면에 실질적으로 평행하게, 또는 금속 기판들의 평면에 실질적으로 수직하게 배향되도록 금속 기판들 사이에 배치될 수 있다. 하나의 구체예에 있어서, 상기 그라파이트는 상기 층 평면들이 상기 기판들의 평면에 실질적으로 평행하게 배향되도록 배치된다 (본 명세서에서 이를 a-b 배향 또는 x-y 배향이라 칭하며, 상기 용어들은 호환하여 사용될 수도 있다). 금속 기판들의 평면에 실질적으로 평행하도록 상기 층 평면들을 배향하는 것은 주로 측 방향에 있는 열전도성 경로(thermal conductive path)를 갖는 콤포지트 및 열전달 어셈블리를 제공한다. 도 2를 참조하면, 콤포지트(20)는 금속기판들(12 및 14)과, 예를 들어 상기 금속 기판들 사이에 배치된 그라파이트 시트(22)와 같은, 높은 열전율 층을 포함하여 구성되는 것으로 도시된다. 상기 그라파이트 시트(22)는 금속기판들(12 및 14)의 평면에 평행한 방향(즉, x-y 방향)으로 배향된 층 평면들(24)을 포함한다 (상기 층 평면들(24)은 축척에 의거 도시된 것이 아니며, 본 구체예에서 그들의 배향을 설명할 목적으로 그 사이즈를 과장하여 도시한 것이다). x-y 방향으로 배향된 그라파이트을 가지는 콤포지트는 양호한 평면내 열전도율을 나타내는 한편, 상대적으로 낮은 평면관통 열전도율을 나타낸다. 상기한 낮은 평면관통 열전도율은 전체 성능에 유의적인 임팩트를 가하지 않는데, 그 이유는 일반적으로 두께 방향에서 짧은 열 경로는 전체 열 경로와 비교할 때 대수롭지 않기 때문이다.

콤포지트의 평면관통 열전도율 향상이 특별한 용도에 바람직한 경우, 콤포지트에 열 비아들(thermal vias)이 제공될 수도 있다. 이러한 열 비아들은 미국특허출원 제 12/077,412호에 기술되어 있으며, 상기 출원은 그 전체가 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다.

도 3 및 4를 참조하면, 열 비아들을 포함하는 열전달 콤포지트(20)가 예시되어 있다. 열전달 콤포지트(20)는 제1 기판(12), 제2 기판(14), 그리고 상기 기판들(12 및 14) 사이에 배치되는 높은 열전도율 층(22)를 포함하여 구성되며, 상기 열전도율 층(22)은 복수의 비아(26)들을 포함한다.

비아의 형상 및 수는 구체적인 목적 또는 의도된 용도에 바람직한 것으로 선택될 수 있다. 하나의 구체예에서, 상기 비아들은 열전도성 재료의 약 0.1 내지 약 40 부피 퍼센트를 점유할 수 있다. 비아들에 의해 점유되는 열전도성 재료의 부피퍼센트는 비아 점유 밀도(via loading density)라고 칭해질 수도 있다. 또 하나의 구체예에서, 비아 점유 밀도는 약 0.1% 내지 약 20%일 수도 있다. 약 0.1% 내지 약 20%의 비아 점유 밀도를 가지는 열전도성 재료를 제공하는 것은 우수한 기계적 강도 및 열전도율을 나타내는 라미네이트를 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 약 0.1% 내지 약 20%의 비아 점유 밀도를 가지는 라미네이트는 300℃에서 열적 스트레스(thermal stress)을 극복하기에 충분한 결합 강도(예를 들어 40psi 이상)와, 우수한 평면내 열전도율(예를 들어 1,000 W/m-K)을 나타낼 수 있다.

또 하나의 구체예에서, 높은 열전도율 층은 그 층 평면들이 기판들의 평면에 실질적인 수직방향(이를 본 명세서에서 "z-방향"이라 칭한다.)으로 배향되도록 기판들 사이에 배치된다. 도 5를 참조하면, 콤포지트(30)가 금속 기판들(12 및 14)과 상기 기판들 사이에 배치된 열전도성 층(32)(예를 들어, 그라파이트 층)을 포함하여 구성되는 것이 도시된다. 상기 열전도성 층(32)은 층 평면들(34)을 포함하는 그라파이트 재료를 포함할 수 있고, 상기 그라파이트 층은 상기 층 평면들(34)이 상기 기판들(12 및 14)의 평면에 수직으로 배향되도록 상기 기판들 사이에 배치된다 (상기 층 평면들(34)은 축척에 따라 도시된 것이 아니며, 본 구체예에서 그들의 배향을 설명할 목적으로 그 사이즈를 과장하여 도시한 것이다).

기판들의 평면들에 수직으로 배향된 그라파이트 층 평면들을 가지는 구조들은 양호한 두께 관통 전도율과 우수한 일측방향 전개(spreading)를 제공한다. 이러한 구조는 높은 평면관통 전도율과 그라파이트 기저면(basal plane)에서 높은 인장강도를 가지기 때문에 열 비아들을 필요로 하지 않는다.

본 출원인은 콤포지트가 광범위한 범위의 그라파이트 사용량(부피 기준)으로 제공되어도, 우수한 CTE 및 TC를 나타낸다는 사실을 발견하였다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 열전도성 콤포지트는 약 20 내지 90 부피%의 그라파이트를 포함하여 구성된다. 또 하나의 구체예에서, 본 발명의 열전도성 콤포지트는 약 40 내지 80 부피%의 그라파이트를 포함하여 구성된다. 다른 또 하나의 구체예에서, 본 발명의 열전도성 콤포지트는 약 55 내지 87 부피%의 그라파이트를 포함하여 구성된다.

그라파이트가 그 층 평면들이 기판의 평면에 실질적인 수직방향(즉, z-방향)으로 놓이도록 배향된 콤포지트에 관해서, 본 출원인은 상대적으로 높은 그라파이트 사용량(loadings)에서도 우수한 열전도율과 실질적으로 낮은 열팽창계수를 갖는 콤포지트를 제공할 수 있다는 사실을 발견하였다. 그라파이트 열팽창계수의 비등방성(anisotropy)으로 인하여, z-방향으로 배향된 그라파이트를 가지는 콤포지트에 대한 평면내 열팽창계수는 두 방향에서 차이가 조금 날수 있다, 구체적으로, x-방향의 열팽창계수와 y-방향의 열팽창계수는 콤포지트내의 그라파이트 사용량이 증가함에 따라 서로 분기할 것으로 예측된다(예를 들어 Mo-30Cu 기판들 사이에 배치된 콤포지트의 이론적 CTE를 보여주는 도 7을 참조). 따라서, 재료 농도가 높을수록 콤포지트에 대한 CTE를 높게 할 것으로 예측되고, 그라파이트 사용량이 높을수록 콤포지트의 CTE를 손상시킬 것으로 예측된다. 그러나, 본 출원인은 탄성모듈러스가 큰 기판들과 z-방향으로 배향된 그라파이트를 가지는 콤포지트들은 높은 그라파이트 사용량에서도 비교적 낮으며 x 및 y 방향에서 실질적으로 서로 대등한 열팽창계수를 나타낸다는 사실을 발견하였다(도 7 참조).

본 발명의 콤포지트 재료는 약 200 내지 약 1,100 W/m-K의 열전도율을 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 콤포지트 재료는 약 300 내지 약 1,000 W/m-K의 열전도율을 가질 수도 있다. 또 하나의 구체예에서, 본 발명의 콤포지트 재료는 약 600 내지 약 900 W/m-K의 열전도율을 가질 수도 있다.

본 발명의 콤포지트 재료는 약 13 ppm/℃ 이하의 열팽창계수를 가질 수 있다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 콤포지트 재료는 약 4 내지 약 13 ppm/℃의 열팽창계수를 가질 수 있다. 또 하나의 구체예에서, 본 발명의 콤포지트 재료는 약 4 내지 약 9 ppm/℃의 열팽창계수를 가질 수 있다. 다른 또 하나의 구체예에서, 본 발명의 콤포지트 재료는 약 4 내지 약 7 ppm/℃의 열팽창계수를 가질 수 있다.

뿐만 아니라, 보다 많은 써멀 파이롤리틱 그라파이트의 사용량으로 높은 열전도율/낮은 열팽창계수 콤포지트를 제공할 수 있는 것에 의해서, 비교적 낮은 밀도의 콤포지트로 경량의 TPG 재료를 제공할 수 있다(밀도 < 3 gm/㎤ ). 하나의 구체예에서, 본 발명의 콤포지트는 약 3 내지 약 8 gm/㎤의 밀도를 가질 수도 있다.

하나의 구체예에서, 상기 기판들은 높은 열전도율 층에 결합된다. 하나의 구현에서, 상기 기판들이 결합되는 상기 높은 열전도율 층은 상기 기판과의 계면에서 실질적으로 슬립이 없는 것이다.

본 발명의 콤포지트들은 열전도성 재료에 기판들을 적절하게 부착하는 임의의 방법으로 형성될 수 있다. 하나의 구체예에서, 이러한 라미네이트는 금속 기판들을 열전도성 재료의 대향면에 제공하여 라미네이팅하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 기판들을 열전도성 재료의 각 대향면에 인접 배치한 구조를 롤러 사이를 통과시켜 상기 기판들을 열전도성 재료의 각 대향면에 라미네이트할 수 있다. 기판들을 열전도성 재료에 결합하기 위하여 열전도성 재료의 표면에 결합재가 제공될 수도 있다. 상기 결합재는 상기 열전도성 재료의 표면에 불연속 면적들로 제공될 수도 있고, 대체로 전면에 도포될 수도 있다. 비아들을 사용하는 하나의 구체예에서, 상기 결합재가 적어도 비아의 부근에 제공되어 일정량의 결합재가 결합과정에서 상기 비아를 실질적으로 충전한다. 상기 결합재를 세팅 또는 경화하기 위하여 경화 또는 활성 조작이 요구될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 열전도성 에폭시 수지, 납부가합금(braze), 땜납(solder) 또는 기타 유사재를 사용하는 하나의 구체예에서, TPG 보드 표면에 도포된 결합재를 활성화하기 위한 가열단계가 수행될 수 있다. 이어서, 경화된 라미네이트는 소망하는 최종 치수로 트리밍가공될 수도 있다. 또 하나의 구체예에서, 열전도성 에폭시 수지, 납부가합금, 땜납 또는 기타 유사재는 활성화온도에서 접합 표면들에 도포된 다음 금속 기판들과 열전도성 TPG가 함께 접합된다. 다른 또 하나의 구현에서는, 결합재가 사용되지 않고, 고온 및 고압 하에서 확산접합(diffusion bonding)을 통해 TPG-금속 결합이 형성된다.

높은 열전도율 층(예를 들어, 그라파이트 층)에 기판들을 결합하여 열전도율 및 열팽창계수 양자의 관점에서 개선된 성능을 갖는 콤포지트를 제공한다. 본 출원인은 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴 합금, 텅스텐 합금 등과 같은 낮은 CTE 기판들을 높은 열전도율 층에 결합하는 것이 우수한 열전도율 및 낮은 열팽창계수를 갖는 콤포지트를 제공한다는 사실을 발견하였다.

본 출원인은 금속과 높은 열전도율층 사이의 계면에서 양호한 기계적 결합을 제공하는 것이 낮은 열 계면 저항(low thermal interface resistance)과 높은 평면관통 열전도율을 갖는 콤포지트를 제공하며, 상기 콤포지트의 CTE를 금속 기판들의 CTE에 비해 낮거나 근접하게 한다는 사실을 발견하였다. 본 출원인은 기판/그라파이트 계면에서 슬립이 열전도율 및 열팽창 양자의 관점에서 콤포지트의 열적 특성들에 악영향을 미칠 수 있다는 사실을 발견하였다.

금속기판들은 구체적인 목적 또는 의도된 용도에 적합한 임의의 형태 또는 두께로 제공될 수도 있다. 하나의 구체예에서, 금속 기판들은 금속 호일로서 제공될 수 있다. 하나의 구체예에서, 금속기판의 두께는 약 0.001 내지 약 2mm 일 수 있다.

비아들을 사용하는 하나의 구체예에서, 홀들 또는 비아들은 최적의 결과를 산출하기에 바람직한 사이즈 및 간격으로 TPG 보드에 사전 드릴가공으로 형성된다. 열전도성 에폭시수지, 열부가합금, 땜납 또는 기타 임의의 유사 재는 TPG 보드 표면에 도포될 수도 있고, 비아 구멍들을 부분 또는 완전 충전하는데 사용될 수도 있다. 비아의 점유밀도는 0.01% 미만 또는 0.01% 내지 약 40% 점유면적의 범위일 수 있다. 또 하나의 구체예에서, 비아 점유 밀도는 0.1% 내지 20% 일 수 있다. 하나의 구체예에서, 비아들의 간격은 원하는 최적의 결과에 이르도록 약 0.5 내지 약 125mm의 범위일 수 있다. 또 하나의 구체예에서, 비아들의 간격은 약 1 내지 약 25 mm의 범위일 수 있다. TPG 보드는 적어도 두 개의 금속 기판들 사이에서 라미네이트될 수도 있다. 하나의 구체예에서, 코팅에 앞서, 직경 0.1 내지 5 mm의 사이즈와 1 내지 25mm의 간격을 갖는 홀들 또는 비아들이 당 분야 공지의 방법으로 얇은 그라파이트 층을 관통하여 드릴가공된다. 이러한 공지의 방법의 예는 방전가공(Electro Discharge Machining: EDM), 방전그라인딩(Electro Discharge Grinding :EDG), 레이저 및 플라즈마 방법이 있다. 또 하나의 구체예에서, 슬리트들이 처리 전에 그라파이트 스트립에 성형가공된다.

다른 또 하나의 구체예에서, 루버들(louvers), 슬리트들 또는 비아들이 EDM, EDG, 레이저, 플라즈마 또는 당 분야 공지의 다른 방법들 중 임의의 방법으로 형성 또는 관통형성된다. 하나의 구체예에서, 상기 비아들은 열적 및 기계적 특성들을 최적화하도록 임의 개소에 0.1 - 5 mm 직경으로 1-25mm 간격을 두고 마련될 수도 있다.

상기 비아들은 라미네이트에 구조적인 지지를 제공하기 위한 재료로 충전될 수도 있다. 상기 비아들은 접착제, 솔더링 금속 또는 금속합금 또는 브레이징 금속 또는 금속합금과 같은 결합재로 충전될 수도 있다. 적합한 접착제는 예들 들어 무기 및 유기 접착제를 포함한다. 접착제의 한 예는 에폭시 수지이다. 하나의 구체예에서, 결합재는 열전도성을 갖는 것이며, 그 예로 열전도성 에폭시 수지가 있다.

하나의 구체예에서, 고 전도성 감압 접착제를 이면에 붙인 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴-구리 합금, 텅스텐-구리 합금 등의 호일 테이프를 파이롤리틱 그라파이트 기판에 대고 가압한 후 박리하여 적어도 하나의 그라핀 필름 또는 층을 포함하는 파이롤리틱 그라파이트를 벽개한다. 하나의 구체예에서, 금속 호일은 약 5.0 내지 약 25㎛의 두께를 가지며, 이면에 탄소 또는 파릴렌(Parylene)을 붙인 다음 고전도성 감압접착제를 붙여진다. 금속 호일 또는 테이프는 예를 들어 코머릭스(Chomerics), 르보우 컴퍼니(Lebow Company)와 같은 공급처로부터 구입할 수 있다.

또 하나의 구체예에서, 기판들은 화학증착, 물리증착, 플라즈마 증착, 전착, 무전해도금, 침지, 분무 등과 같은 코팅 가공에 의해 제공될 수도 있다. 초박형 열전달 라미네이트의 경우에, 기판들은 미국특허출원 제11/339,338에서 확인되는 바와 같이 제공될 수도 있다. 상기 출원은 그 전부가 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다.

본 발명의 콤포지트 재료 및 라미네이트는 히트싱크재로 사용될 수도 있고 전자장치들에 이용될 수도 있다. 도 6을 참조하면, 전자 구조(40)는 (낮은 CTE 기판들 12 및 14와 열전도성 층 16을 가지는) 높은 열전도율/낮은 열팽창계수 콤포지트 재료를 포함하여 구성되는 히트싱크(44)와 열 접촉상태에 있는 전자 디바이스(42)를 구비한다. 상기 히트 싱크는 구체적인 목적 또는 의도된 용도에 바람직한 임의의 형태로 제공될 수 있다. 하나의 구체예에서, 예를 들어, 히트 스킨(heat skin)은 높은 열전도율/낮은 열팽창계수 콤포지트 재료로 된 시트를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 열전도성 층은 적층 평면들이 금속기판들의 평면들에 대하여 x-y 방향 또는 z 방향으로 배향된 그라파이트 재료 층을 가질 수도 있다. 다른 구현에서, 상기 히트 싱크는 높은 열전도율/낮은 열팽창계수 콤포지트 재료를 포함하여 구성되는 베이스에 의해 그리고 복수의 휜에 의해 형성된다. 상기 전자 디바이스는 구체적인 목적에 바람직하거나 적합한 임의의 적절한 수단으로, 예를 들어 에폭시 수지, 접착제, 땜납, 납부가합금, 또는 클램프, 스크류, 볼트 등과 같은 고정수단으로 히트 싱크에 부착될 수 있다.

히트 싱크 설계는 광범위한 수학-유한요소분석(math-finite element analysis), 유체 역학 등을 요하는 복잡한 작업일 수 있다. 히트 싱크를 설계함에 있어서, 다양한 인자들이 고려되어야 한다. 예를 들어 내열성, 히트 싱크의 면적, 히트 싱크의 형상, 즉 휜 설계인지 아니면 핀 설계인지, 핀 또는 휜의 높이, 홴 또는 액체 펌프의 사용 유무, 그 공기/액체 유량, 히트 싱크 재료, 다이에서 허용되는 최대 온도 등이 고려되어야 한다.

내열성은 히트 싱크 설계의 임계 파라미터이다. 내열성은 재료의 두께에 정비례하고, 재료의 열전도율 및 열류(heat flow)의 표면적에 반비례한다. 본 발명은 최적의 내열성을 갖는 개선된 열관리 시스템에 관한 것이며, 본 발명의 열관리 시스템은 4 내지 13 ppm/℃의 CTE와 400 W/m-K 이상과 같은 높은 열전도율을 갖는, 그라파이트와 같은, 전도성 재료를 포함하여 구성되는 초박형 히트 싱크를 제공하는데 사용될 수도 있다.

실시예들

본 발명은 아래에 설명되는 실시예들로부터 보다 명백하게 이해될 수 있다. 본 실시예들은 본 발명의 구현들을 예시할 목적으로 제공되는 것이며, 재료들, 가공 파라미터들, 장비, 조건들 등과 같은, 구체적인 어떤 측면들에 관하여 어떤 방식으로 기술되든 본 발명을 제한하고자 의도된 것은 아니다.

금속 기판들과 그것들 사이에 배치되는 TPG 보드를 포함하여 구성되는 콤포지트들은 TPG의 층 평면들이 금속 기판의 평면들에 수직으로 배향되도록 제공된다. 상기 금속 기판들은 70% 몰리브덴과 30% 구리를 함유하는 몰리브덴-구리 합금으로 형성된 금속 호일이고, 상기 콤포지트들은 브레이징 방법(brazing method)을 사용하여 TPG 보드에 상기 기판을 라미네이팅하는 것에 의해 형성된 것이다.

제공되는 라미네이트들은 그라파이트 사용량이 20, 50, 59, 77 및 87 부피%인 것이다. 실제 열팽창계수 및 이론적 열팽창계수는 상기 콤포지트들의 실제 열전도율과 이론적 열전도율과 함께 측정된다(도 7 및 도 8 참조). 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 콤포지트들에 대한 x 및 y 방향의 열팽창계수는 그라파이트 사용량(loading)이 높을수록 분기하는 것으로 예측되는 한편, 상기 콤포지트들은 높은 TPG 사용량(lioading)에서도 양방향으로 우수한 열팽창계수를 가지는 것으로 밝혀졌다. 이는 스티프한(stiff) 금속 기판에 의한 콤포지트 열팽창계수의 딕테이션(dictation)을 결정하는 몰리브덴-구리 기판 (240 GPa 대 TPG 11-30 GPa)의 현저하게 높은 탄성모듈러스에 기인한다. TPG-구리 콤포지트들에 관한 유사한 연구에서 콤포지트 열팽창계수는 50부피% 사용량에서 상대적으로 낮은 구리의 모듈러스(110 GPa) 때문에 분기하기 시작하는 것으로 드러났다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 다양한 TPG 사용량으로 측정한 평면관통 열전도율은 계산치와 부합하며, 따라서, 브레이징 방법을 사용하는 것으로 초저 계면내열성(ultra-low thermal interface resistance)이 달성된다는 것을 알 수 있다.

열전도성 콤포지트의 구현들, 그리고 이러한 콤포지트를 포함하여 구성된 전자 디바이스의 구현들을 특정 구체예들에 대해서 예시되어 설명되었지만, 당 분야의 기술자가 본 명세서의 내용을 알고서 만들어 낼 수 있는 등가의 것 및 수정된 것은 본 발명에 포함되는 것임을 이해하여야 한다.

Claims

제1 금속기판, 제2 금속기판, 및 상기 제1 금속기판과 상기 제2 금속기판 사이에 배치되는 써멀 파이롤리틱 그라파이트 층을 포함하여 구성되는 열전도성 콤포지트이며;
상기 제1 및 제2 금속기판은 상기 그라파이트 층에 결합되고, 약 200 GPa 이상의 탄성모듈러스를 가지는 금속을 함유하며;
약 13 ppm/℃ 이하의 평면내 열팽창계수와 약 200 W/m-K 이상의 열전도율을 갖는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속기판은 각각 독립적으로 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금, 몰리브덴 합금, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는 금속을 함유하는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속기판은 각각 독립적으로 텅스텐-구리 합금, 몰리브덴-구리 합금, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 금속을 함유하는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속기판은 각각 약 4 내지 약 13 ppm/℃의 열팽창계수를 갖는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 약 20 내지 약 90 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성되는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 약 40 내지 약 80 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성되는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 약 55 내지 약 87 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성되는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 상기 기판들이 약 300 GPa 이상의 탄성모듈러스를 갖는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 상기 기판들이 약 400 GPa 이상의 탄성모듈러스를 갖는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 약 4 내지 약 9 ppm/ ℃의 열팽창계수를 갖는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 약 4 내지 약 7 ppm/ ℃의 열팽창계수를 갖는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 복수의 적층 평면을 포함하여 구성되며, 상기 그라파이트는 상기 적층 평면들이 상기 금속기판들의 평면에 수평한 방향으로 배향되도록 상기 콤포지트에 배치되는, 열전도성 콤포지트.
제12항에 있어서, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트 층들을 관통하여 배치되는 복수의 비아를 포함하여 구성되는, 열전도성 콤포지트.
제1항에 있어서, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 복수의 적층 평면을 포함하여 구성되며, 상기 그라파이트는 상기 적층 평면들이 상기 금속기판들의 평면에 수직한 방향으로 배향되도록 상기 콤포지트에 배치되는, 열전도성 콤포지트.
전자 디바이스, 및 상기 전자 디바이스와 열접촉 관계에 있는 히트 싱크 어셈블리를 포함하여 구성되는 전자 구조가며;
상기 히트 싱크 어셈블리는 제1 금속기판과 제2 금속기판 사이에 배치된 써멀 파이롤리틱 그라파이트 피스를 포함하여 구성되고;
상기 제1 및 제2 금속기판은 상기 그라파이트에 결합되고, 독립적으로 약 200 GPa 이상의 탄성모듈러스를 가지는 금속을 함유하고;
상기 콤포지트는 약 13 ppm/℃ 이하의 열팽창계수와 약 200 W/m-K 이상의 열전도율을 갖는, 전자 구조.
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속기판은 독립적으로 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금, 몰리브덴 합금, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는 금속을 함유하는, 전자 구조.
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 기판은 각각 약 300 GPa 이상의 탄성 모듈러스를 갖는, 전자 구조.
제15항에 있어서, 약 20 내지 약 90 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성되는, 전자 구조.
제15항에 있어서, 약 40 내지 약 80 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성되는, 전자 구조.
제15항에 있어서, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 복수의 적층 평면들을 포함하여 구성되고, 상기 그라파이트는 상기 금속기판들의 평면에 수평한 방향으로 배향하도록 상기 콤포지트에 배치되는, 전자 구조.
제15항에 있어서, 상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트는 복수의 적층 평면들을 포함하여 구성되고, 상기 그라파이트는 상기 금속기판들의 평면에 수직한 방향으로 배향하도록 상기 콤포지트에 배치되는, 전자 구조구
적어도 하나의 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐-합금, 및 몰리브덴-합금으로부터 선택되는 제1 금속기판과; 적어도 하나의 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐-합금, 및 몰리브덴-합금으로부터 선택되는 제2 금속기판과; 상기 제1 금속기판과 상기 제2 금속기판 사이에 배치되는 써멀 파이롤리틱 그라파이트 시트를 포함하여 구성되는 콤포지트 시트이며;
상기 써멀 파이롤리틱 그라파이트 시트는 복수의 적층된 평면들을 포함하여 구성되고;
약 13 ppm/℃ 이하의 열팽창계수와 약 200 W/m-K 이상의 열전도율을 갖는, 콤포지트 시트.
제22항에 있어서, 약 20 내지 약 90 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성되는, 콤포지트 시트.
제22항에 있어서, 약 55 내지 약 87 부피%의 써멀 파이롤리틱 그라파이트를 포함하여 구성되는, 콤포지트 시트.
제22항에 있어서, 약 300 내지 1,000 W/m-K의 열전도율을 가지는, 콤포지트 시트.
제22항에 있어서, 상기 기판들이 상기 그라파이트 시트에 결합된, 콤포지트 시트.