特許 6456354 熱吸収および／または熱的絶縁組成物を用いて組み立てられた電子デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6456354

(24)【登録日】2018年12月28日

(45)【発行日】2019年1月23日

(54)【発明の名称】熱吸収および／または熱的絶縁組成物を用いて組み立てられた電子デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20190110BHJP

   H01L 23/373 20060101ALI20190110BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20190110BHJP

   G06F 1/20 20060101ALI20190110BHJP

   G06F 1/16 20060101ALI20190110BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 D

   H01L23/36 M

   H05K7/20 D

   H05K7/20 F

   G06F1/20 C

   G06F1/16 312E

【請求項の数】18

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-502313(P2016-502313)

(86)(22)【出願日】2014年3月14日

(65)【公表番号】特表2016-519425(P2016-519425A)

(43)【公表日】2016年6月30日

(86)【国際出願番号】US2014027031

(87)【国際公開番号】WO2014152170

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2017年3月13日

(31)【優先権主張番号】13/844,890

(32)【優先日】2013年3月16日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514056229

【氏名又は名称】ヘンケル アイピー アンド ホールディング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100106297

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 克博

(72)【発明者】

【氏名】グエン、 マイ エヌ．

(72)【発明者】

【氏名】ブランディ、 ジェイソン

(72)【発明者】

【氏名】バリオ、 エミリー

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１１１６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０２２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８８３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２５３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０１４７１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第０３／０６７９４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−１３８５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０８２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０１７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｇ０６Ｆ １／１６

Ｇ０６Ｆ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（Ａ） 内表面および外表面を有する少なくとも１つの基板を備えるハウジングと、
（Ｂ） 熱吸収および／または熱的絶縁組成物であって、自身が金属基板またはグラファイト基板上に配置された前記組成物は、前記少なくとも１つの基板の前記内表面の少なくとも一部に厚さ０．１ｍｍ以下の膜として配置され、
熱可塑性エマルションまたはアクリルエマルションを含むマトリックスと、
その中に分散された、中空のクローズドセルの空隙を導入する中空球状容器および／または細孔を有するガラスストランドの格子網で構成されたシリカ材料である孔もしくは隙間を有する中実球状粒子を含む熱吸収および／または熱的絶縁要素と、
を含む熱吸収および／または熱的絶縁組成物と、
（Ｃ） 半導体パッケージであって、
Ｉ．
半導体チップ、
ヒートスプレッダ、および
それらの間の熱伝導材料、または
ＩＩ．
ヒートスプレッダ、
ヒートシンク、および
それらの間の熱伝導材料
のうちの少なくとも一方を備えるアセンブリを備える少なくとも１つの半導体パッケージと、
を備える民生用電子製品。

【請求項2】

前記半導体アセンブリから発生した熱を前記製品から消散させるための通気要素をさらに備える、請求項１に記載の製品。

【請求項3】

前記ハウジングが少なくとも２つの基板を備える、請求項１に記載の製品。

【請求項4】

前記ハウジングが複数の基板を備える、請求項１に記載の製品。

【請求項5】

前記基板が互いに係合するように寸法付けられ配置されている、請求項１に記載の製品。

【請求項6】

（Ｂ）の前記熱吸収および／または熱的絶縁組成物が、前記少なくとも１つの基板の前記内表面の少なくとも一部に配置され、前記基板の相補的な外表面が、使用時にエンドユーザと接触する、請求項１に記載の製品。

【請求項7】

（Ｂ）の前記熱吸収および／または熱的絶縁組成物中の熱吸収および／または熱的絶縁要素が、気体を含む、請求項１に記載の製品。

【請求項8】

（Ｂ）の前記熱吸収および／または熱的絶縁組成物中の熱吸収および／または熱的絶縁要素が、空気を含む、請求項１に記載の製品。

【請求項9】

（Ｂ）の前記熱吸収および／または熱的絶縁組成物中の熱吸収および／または熱的絶縁要素が、中空球状容器内の気体および／または前記中実球状粒子の孔もしくは隙間内の気体を含む、請求項１に記載の製品。

【請求項10】

熱吸収および／または熱的絶縁要素が、前記熱吸収および／または熱的絶縁組成物中で２５容量％から９９容量％の範囲内の濃度で使用される、請求項１に記載の製品。

【請求項11】

前記熱吸収および／または熱的絶縁組成物が、電子部品からヒートシンクへの熱の伝達を促進する、請求項１に記載の製品。

【請求項12】

前記熱伝導材料が約３７℃の融点を有する、請求項１に記載の製品。

【請求項13】

前記熱伝導材料が約３０℃の融点を有する、請求項１に記載の製品。

【請求項14】

前記熱伝導材料が約５１℃の融点を有する、請求項１に記載の製品。

【請求項15】

前記熱伝導材料が約６０℃の融点を有する、請求項１に記載の製品。

【請求項16】

前記熱伝導材料が、０．２未満の熱インピーダンス（℃ｃｍ^２／ワット）を有する、請
求項１に記載の製品。

【請求項17】

前記製品が、ノートブックパーソナルコンピュータ、タブレットパーソナルコンピュータ、または携帯デバイスである、請求項１に記載の製品。

【請求項18】

金属基板またはグラファイト基板上に配置された組成物であって、
マトリックスと、
その中に分散された、中空球状容器および／または孔もしくは隙間を有する中実球状粒子を含む熱吸収および／または熱的絶縁要素と、
を含み、
前記マトリックスが、熱可塑性エマルションまたはアクリルエマルションを含み、
前記中空球状容器は中空のクローズドセルを導入し、かつ、前記中実球状粒子は細孔を有するガラスストランドの格子網で構成されたシリカ材料であり、
厚さ０．１ｍｍ以下の膜として前記金属基板またはグラファイト基板上に配置された組成物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書では、熱吸収および／または熱的絶縁組成物を用いて組み立てられた電子デバイスが提供される。

【背景技術】

【0002】

超小型電子回路のサイズが縮小し続け、また回路の容量が機能性の点で増大し続けるにつれて、使用時に回路が発生する熱が、製造業者およびエンドユーザにとってますます問題となっている。別の言い方をすれば、発生した熱のレベルは半導体パッケージの性能に関係しており、より高い性能のデバイスはより高いレベルの熱を発生する。たとえば、例として中央処理装置、グラフィック処理装置、チップセット、電池、および電圧調整器で見られるような、民生用電子デバイス内の回路基板上で組み立てられた半導体パッケージはすべて、動作の通常の副産物として熱を発生する。パッケージの寿命を増大し、設計制限を最小限にし、パッケージの性能を増大し、結果として民生用電子デバイスの寿命および性能を増大するためには、半導体パッケージが発生する熱を管理する必要がある。

【0003】

温度管理材料は、回路により発生した熱を放散させることでよく知られており、電子デバイス内の対策に従った位置に配置されたファンも、熱を回路またはサーマルモジュールから奪う。半導体パッケージとヒートシンクまたはサーマルモジュールとの間にしばしば配置される熱伝導材料（ＴＩＭ）を用いて、余分な熱が、半導体パッケージからヒートシンクまたはサーマルモジュールにそらされる。

【0004】

しかしながら、発生した熱を管理するこれらの対策は、熱風が半導体パッケージのすぐ周囲の環境からデバイスのハウジングの内部へ向けられるため、新たな問題を生じさせている。

【0005】

より具体的には、従来のラップトップまたはノートブックコンピュータ（図２）において、キーボード下方に部品があるハウジングが存在する（図３）。それらの部品には、ヒートシンク、ヒートパイプ（ＣＰＵチップの上に配置される）、ファン、ＰＣＭＩＡカード用スロット、ハードドライブ、電池、およびＤＶＤドライブ用ベイが含まれる。ハードドライブは左パームレストの下に、電池は右パームレストの下に配置される。しばしば、ハードドライブが高い温度で動作する結果、この熱を放散させるための冷却部品が使用されているにもかかわらず、心地良くないパームレストの接触温度がもたらされる。これにより、エンドユーザの消費者は、デバイスを使用しているときに、デバイスの外側の特定の部分で達する高温のせいで不快になることがある。

【0006】

パームレストの位置でエンドユーザが感じる高い使用温度を低下させる１つの解決策は、たとえば、対策に従った位置に配置される天然グラファイトヒートスプレッダを使用することである。このようなヒートスプレッダは、熱を均一に分散して、材料の厚さを通じて熱的絶縁をもたらすことが報告されている。そのような１つのグラファイト材料は、ｅＧｒａｆ（登録商標）ＳｐｒｅａｄｅｒＳｈｉｅｌｄ（商標）として、オハイオ州クリーブランドのＧｒａｆＴｅｃｈ Ｉｎｃ．から市販されている（Ｍ．Ｓｍａｌｃら「Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｈｅａｔ Ｓｐｒｅａｄｅｒｓ」、Ｐｒｏｃ． ＩＰＡＣＫ２００５、Ｉｎｔｅｒｐａｃｋ ２００５−７３０７３（２００５年７月）を参照。米国特許第６，４８２，５２０号も参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第６４８２５２０号明細書

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｍ．Ｓｍａｌｃら「Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｈｅａｔ Ｓｐｒｅａｄｅｒｓ」、Ｐｒｏｃ． ＩＰＡＣＫ２００５、Ｉｎｔｅｒｐａｃｋ ２００５−７３０７３、２００５年７月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

電子デバイスが使用されるときに発生する熱によってエンドユーザの消費者が不快に感じないように、電子デバイスで使用されるような半導体パッケージにより発生する熱を管理するための方法の必要性が市場で高まっていることから、代替の解決策が望ましく、また有効となる。この必要性に対してバランスをとることは、半導体チップの設計者が、消費者に対する半導体チップの魅力を訴えるために、半導体チップおよび半導体パッケージのサイズおよび形状を縮小させ続ける一方で、その容量を増加させ続けようとするが、それは、上昇した温度条件で半導体チップおよび半導体パッケージを動作させ続ける原因となるということを認識することである。したがって、さらにより強力で動作中に触れても熱くない民生用電子デバイスの設計および開発を促進する代替技術によって、この高まっておりかつ満たされていない必要性を満たすことが有利になるであろう。

【0010】

この必要性は満たされていない。現在まで。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本明細書では、熱吸収および／または熱的絶縁組成物が提供される。熱吸収および／または絶縁組成物は、基板上にまたは２つの基板間に分散されることができる。基板は、支持体またはヒートスプレッダの役割を果たすことができ、その場合、支持体は、金属もしくは金属被覆ポリマー基板またはグラファイトである導体材料で構成することができる。

【0012】

熱吸収および／または熱的絶縁組成物は、民生用電子製品において使用することができ、
内表面および外表面を有する少なくとも１つの基板を備えるハウジングと、
基板上に配置されたマトリックス内に分散された熱吸収および／または熱的絶縁要素を含む組成物であって、基板が、上述のように、支持体の役割を果たし、または発生した熱が拡散するのに役立つ熱伝導性を提供することができ、組成物の層が、少なくとも１つの基板の内表面の少なくとも一部に配置された、組成物と、
半導体パッケージであって、
Ｉ．
半導体チップ、
ヒートスプレッダ、および
それらの間の熱伝導材料（ＴＭＩ１用途としても知られる）、または
ＩＩ．
ヒートスプレッダ、
ヒートシンク、および
それらの間の熱伝導材料（ＴＭＩ２用途としても知られる）
のうちの少なくとも一方を備えるアセンブリを備える少なくとも１つの半導体パッケージと、
を備える。

【0013】

また、本明細書では、そのような民生用電子デバイスを製造する方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】複数の半導体パッケージおよび回路が配置された回路基板を、パッケージ自体のアセンブリおよびパッケージの基板上へのアセンブリに通常使用される電子材料と共に示す破断図である。参照符号１〜１８は、半導体およびプリント回路基板のパッケージングおよびアセンブリに使用されるいくつかの電子材料を示す。

【図2】開位置のラップトップパーソナルコンピュータを示す図である。

【図3】キーボードおよびそのパームレストの下の、ラップトップパーソナルコンピュータの中身の上面図である。

【図4】電子デバイスの全体概略図である。

【図5】ノートブックパーソナルコンピュータにおける表面温度測定のための１６箇所の位置を示す平面図である。

【図6】ノートブックパーソナルコンピュータにおける、例示した材料に関する１６箇所での表面温度測定の結果を示す棒グラフである。

【図7】ノートブックパーソナルコンピュータにおける、例示した材料に関する１６箇所での表面温度測定の結果を示す棒グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

上述のように、本明細書では、熱吸収および／または熱的絶縁組成物が提供される。この組成物は、基板上にまたは２つの基板間に分散され得る。基板は、支持体またはヒートスプレッダの役割を果たすことができ、その場合、支持体は、金属もしくは金属被覆ポリマー基板またはグラファイトである導体材料で構成することができる。

【0016】

組成物は、民生用電子製品のアセンブリにおいて使用することができる。この製品（または「デバイス」）は、ノートブックパーソナルコンピュータ、タブレットパーソナルコンピュータ、または携帯デバイス、たとえば、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、静止画像プレーヤ、ゲームプレーヤ、他のメディアプレーヤ、音楽レコーダ、ビデオレコーダ、カメラ、他のメディアレコーダ、ラジオ、医療機器、屋内電気器具、輸送車両用計器、楽器、計算器、携帯電話、他のワイヤレス通信デバイス、携帯情報端末、遠隔制御装置、ポケットベル、モニタ、テレビ、ステレオ機器、セットアップボックス、セットトップボックス、携帯用ステレオ、モデム、ルータ、キーボード、マウス、スピーカー、プリンタ、およびそれらの組合せから選択することができる。

【0017】

デバイスは、
内表面および外表面を有する少なくとも１つの基板を備えるハウジングと、
基板上に配置されたマトリックス内に分散された熱吸収および／または熱的絶縁要素を含む組成物であって、基板が、上述のように、支持体の役割を果たし、または発生した熱が拡散するのに役立つ熱伝導性を提供することができ、組成物の層が、少なくとも１つの基板の内表面の少なくとも一部に配置された、組成物と、
半導体パッケージであって、
Ｉ．
半導体チップ、
ヒートスプレッダ、および
それらの間の熱伝導材料、または
ＩＩ．
ヒートスプレッダ、
ヒートシンク、および
それらの間の熱伝導材料
のうちの少なくとも一方を備えるアセンブリを備える少なくとも１つの半導体パッケージと、
を含む。

【0018】

熱の伝達を妨げる組成物が提供される。これらの組成物は、
ａ）たとえば１０容量％から８０容量％の量のマトリックス、
ｂ） たとえば２０容量％から９０容量％の量の、熱吸収および／または熱的絶縁要素、
を含む。マトリックスは、熱可塑性エマルションまたはアクリルエマルションを含むことができる。

【0019】

また、デバイスは、半導体アセンブリから発生した熱をデバイスから消散させるための通気要素を含むことができる。

【0020】

もちろん、民生用電子デバイスには、半導体パッケージに電圧を印加する電源が設けられる。

【0021】

半導体パッケージは、半導体チップを基板に確実に取り付けるために半導体チップと回路基板との間に配置されるダイ接着材料を用いて形成することができる。ワイヤボンディングは、チップと基板との間の電気相互接続を形成する。このダイ接着材料は、多くの場合、熱硬化性樹脂マトリックスを有する高充填材料である。マトリックスは、エポキシ、マレイミド、イタコンイミド、ナジイミド、および／または（メタ）アクリレートで構成され得る。充填剤は、導電性でも非導電性でもよい。いくつかの例では、ダイ接着材料は熱伝導性であり、その場合、熱を半導体パッケージから放散させる助けもする。そのようなダイ接着材料の代表的な市販の例には、Ｈｅｎｋｅｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＱＭＩ５１９ＨＴが含まれる。

【0022】

あるいは、半導体パッケージは、半導体チップで形成されてもよく、半導体チップは、回路基板との間のスペース内のはんだ相互接続部により回路基板と電気的に接続される。そのスペース内に、アンダーフィルシーラントが配置されてよい。アンダーフィルシーラントも熱硬化性マトリックス樹脂を有し、その樹脂は、ダイ接着材料と同様に、エポキシ、マレイミド、イタコンイミド、ナジイミド、および／または（メタ）アクリレートから構成され得る。アンダーフィルシーラントも通常は充填される。しかしながら、充填剤は、一般に非導電性であり、半導体ダイと回路基板との熱膨張係数の差を吸収する目的で使用される。そのようなアンダーフィルシーラントの代表的な市販の例には、Ｈｅｎｋｅｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＨＹＳＯＬ ＦＰ４５４９ＨＴが含まれる。

【0023】

半導体パッケージが回路基板上に配置され、多くの場合、表面実装接着剤、チップボンダ、またはチップスケールパッケージアンダーフィルシーラントによって、回路基板上に取り付けられると、パッケージは、特に環境汚染物からパッケージを保護するために、モールドコンパウンドでオーバーモールドされてもよい。モールドコンパウンドは、多くの場合、エポキシまたはベンゾオキサジン系である。ＧＲ７５０は、半導体デバイスにおける熱管理を改善するように設計された、Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているエポキシモールドコンパウンドの例である。

【0024】

はんだペーストは、回路基板上の様々な部分で、電気的に相互接続させる方法で半導体パッケージとアセンブリを付着させるために使用される。１つのそのようなはんだペーストは、Ｈｅｎｋｅｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＭＵＬＴＩＣＯＲＥ Ｂｉ５８ＬＭ１００という商標名で市販されている。この無鉛はんだペーストは、熱管理が望ましい用途のために設計されている。

【0025】

半導体チップおよび半導体パッケージにより発生した熱を効果的に管理するために、熱伝導材料を、放熱が要求される任意の発熱部品、特に半導体デバイス内の発熱部品に使用することができる。そのようなデバイスでは、熱伝導材料は、発熱部品とヒートシンクとの間に層を形成し、ヒートシンクに放散すべき熱を伝える。熱伝導材料は、ヒートスプレッダを含むデバイス内で使用されてもよい。そのようなデバイスでは、熱伝導材料の１つの層が発熱部品とヒートスプレッダとの間に配置され、熱伝導材料の第２の層がヒートスプレッダとヒートシンクとの間に配置される。

【0026】

熱伝導材料は、たとえば、ＰＯＷＥＲＳＴＲＡＴＥ ＥＸＴＲＥＭＥ、ＰｏｗｅｒｓｔｒａｔｅＸｔｒｅｍｅ、またはＰＳＸという商標名でＨｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているような、相変化材料であってよい。２つの剥離ライナーの間の自立フィルムとしてパッケージされ、様々な用途に合うように機能するダイカットとして供給されるこの熱伝導材料は、たとえばヒートシンクと様々な放熱部品との間で使用するのに適した、再加工可能な相変化材料である。この材料は、相変化温度で流れ出して部品の表面形状に適合する。熱伝導材料は、相変化材料の形態のとき、約５１℃から約６０℃の融点を有する。

【0027】

流れ出すと、界面から空気が放出され、熱インピーダンスが減少し、高効率の熱伝達材料として機能する。

【0028】

熱伝導材料は、（ａ）６０重量％から９０重量％のパラフィン、（ｂ）０重量％から５重量％の樹脂、および（ｃ）１０重量％から４０重量％の導電性充填剤などの金属粒子から構成され得る。導電性充填剤は通常、グラファイト、ダイヤモンド、銀、および銅から選択されたものである。あるいは、導電性充填剤は、球状アルミナなどのアルミニウムでもよい。

【0029】

熱伝導材料に使用するのに適した金属粒子は、可融性の金属粒子であってもよく、典型的には、はんだとして使用される低融点の金属または金属合金であってもよい。そのような金属の例には、ビスマス、スズ、およびインジウムが含まれ、また、銀、亜鉛、銅、アンチモン、および銀被覆窒化ホウ素も含まれ得る。一実施形態では、金属粒子は、スズ、ビスマス、または両方から選択される。別の実施形態では、インジウムも存在する。上記金属の合金も使用され得る。

【0030】

スズ対ビスマスの重量比Ｓｎ４８Ｂｉ５２のスズ粉とビスマス粉との共晶合金（融点１３８℃）が、特にインジウム粉との組合せ（融点１５８℃）で使用されてもよく、その場合、インジウムは、Ｓｎ：Ｂｉの合金において重量比１：１で存在する。

【0031】

金属粒子および／または合金は、熱伝導材料の５０から９５重量パーセントの範囲の組成で存在することができる。

【0032】

熱伝導材料は、たとえば、ＴＧ１００、ＣＯＴ２０２３２−３６Ｉ１、またはＣＯＴ２０２３２−３６Ｅ１という商品名でＨｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているような、熱グリースであってもよい。ＴＧ１００は、高温熱伝達用に設計された熱グリースである。使用時、ＴＧ１００は、発熱デバイスと、発熱デバイスが装着される表面または他の放熱面との間に配置される。この製品は、優れた熱抵抗を示し、高い熱伝導性を提供するとともに、広い動作温度範囲にわたって実質的に蒸発しない。さらに、ＣＯＴ２０２３２−３６Ｅ１およびＣＯＴ２０２３２−３６Ｉ１は、この場合、高出力のフリップチップ用途に設計された、ＴＩＭ１タイプの材料である。これらの製品は、軟質ゲルポリマーまたは硬化性のマトリックスを含み、軟質ゲルポリマーまたは硬化性のマトリックスは、硬化後に、低融点合金との相互浸透網をそれらの内部に形成する。低融点合金は、可融金属はんだ粒子であってもよく、特に、実質的に鉛の添加がなく、エレメンタルはんだ粉末と任意選択ではんだ合金とを含むものであってもよい。

【0033】

使用時の熱伝導材料は、熱インピーダンスが０．２（℃ｃｍ^２／ワット）未満であってよい。

【0034】

ハウジングは、少なくとも２つの基板を備え、複数の基板を備えてもよい。基板は、互いに係合するように寸法付けられ配置される。

【0035】

熱吸収および／または熱的絶縁組成物は、空気などの気体を中に有する中空球状容器を伴うシェルによってカプセル化されている相変化材料（「ＰＣＭ」）から選択され得るマトリックスを有する。

【0036】

ＰＣＭは、有機または無機材料で構成され得る。たとえば、ＰＣＭで有用な有機材料には、パラフィン、脂肪酸類、エステル類、アルコール類、グリコール類、または有機共晶が含まれる。また、ペトロラタム、蜜蝋、バーム蝋、鉱蝋、グリセリン、および／またはいくつかの特定の植物油も使用され得る。ＰＣＭで有用な無機材料には、塩水和物類および低融点金属共晶が含まれる。特定の用途のためのＰＣＭを選択するために、加熱または冷却デバイスの動作温度はＰＣＭの転移温度に適合されるべきである。

【0037】

パラフィンは、標準的商用グレードであってよく、融点が約４０℃未満のパラフィンを含むべきである。パラフィン蝋の使用は、約３７℃未満の温度でマトリックスをその固体状態から液体状態に転移することを可能にする。パラフィンの他に、上述のように、ペトロラタム、蜜蝋、バーム蝋、鉱蝋、グリセリン、および／またはいくつかの特定の植物油が、ＰＣＭを形成するために使用され得る。たとえば、パラフィン成分とペトロラタム成分は、それら成分の比（すなわち、パラフィン対ペトロラタム）が、およそ１．０：０重量％から３．０：１重量％の間になるように混合される。これに関連して、たとえばパラフィン成分に対してペトロラタム成分が増大するに従って、ＰＣＭは柔らかさが増大する。

【0038】

任意選択で、ＰＣＭに樹脂が使用されてもよい。そのような場合、約５重量％までの樹脂が使用されてよく、望ましくは、約２から４重量％の樹脂が使用される。樹脂は、たとえば、デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ． ＤＵＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＲＥＳ ＆ ＣＯＭＰＡＮＹから市販されているＥＬＶＡＸブランドの合成樹脂性プラスチック材料、またはＪＳＲ Ｃｏｒｐ．から市販されているエチレン−ブチレン共重合体のような、熱可塑性物質とすることができる。選択された樹脂は、適切な融点を有しており、さらにパラフィンと混合されてよく、それにより、所与の用途に有利になり得るように、望ましい硬さまたは柔らかさを有するマトリックスを形成することができる。

【0039】

樹脂の有無にかかわらず、ＰＣＭは、固体または非流動性から液体または流動性への相変化が所与の温度範囲内で発生するようにされるべきである。

【0040】

ＰＣＭで使用される構成成分の融点は、ほとんどの民生用電子デバイスが動作する温度より下に選択されることが有効である。この関連で、パラフィン成分が使用されるＰＣＭは、民生用電子デバイスの動作中、デバイスがそのような上昇した温度で動作するような時間中のみ、液体状態を想定する。結果として、吸熱および放熱はそれぞれ、本発明が配置される民生用電子デバイスの動作温度範囲にわたって、液体状態と固体状態との間で調節される。

【0041】

ＰＣＭマトリックスが固体から液体状態へのその相転移を経るとき、マトリックスは、マトリックスが液体状態に変換されるまで熱を吸収し、この場合、民生用電子デバイスの動作温度において通常はゲル状状態である。

【0042】

ＰＣＭマトリックスが液体から固体状態へ変化するとき、液体状態は、マトリックスが固体状態に変換されるまで、吸収された熱を放出する。

【0043】

ＰＣＭマトリックスの融点は、民生用電子デバイスの望ましい動作温度範囲内にあるべきである。

【0044】

また、ＰＣＭマトリックスは、高い拡散潜熱を有するべきである。

【0045】

ＰＣＭマトリックスは、複数の凝固−溶融サイクル後に劣化すべきでない。

【0046】

熱吸収および／または熱的絶縁組成物は、ハウジングを構成する少なくとも１つの基板の内表面の少なくとも一部に配置され、基板の相補的外表面は、使用時にエンドユーザと接触する。したがって、図２を参照すると、パームレストが、ラップトップまたはノートブックパーソナルコンピュータ上のこの位置の良い例であろう。

【0047】

そのような中空球状容器の代表的な市販品の例には、Ｈｅｎｋｅｌ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＤＵＡＬＩＴＥという商標名またはＡｋｚｏ ＮｏｂｅｌによるＥＸＰＡＮＣＥＬという商標名で販売されているもの、たとえば、ＤＵＡＬＩＴＥ Ｅなどが含まれる。ＤＵＡＬＩＴＥ Ｅは、最終製品の熱伝導性を低下させると宣伝されており、それはコスト削減または軽量化部品として使用される。ＤＵＡＬＩＴＥ Ｅの使用は、安定した中空のクローズドセルの空隙を、最終製品に導入すると報告されている。

【0048】

さらに、中に気体が配置される孔または隙間を有する固体材料が、中空球状容器の代替としてまたはそれと組み合わせて使用されてよい。この関連で、熱的絶縁要素は、実質的に中実の球状の粒子の隙間内に配置される気体を含むことができる。そのような熱的絶縁要素の代表的な市販品の例には、Ｄｅｇｕｓｓａ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＡＥＲＯＧＥＬ ＮＡＮＯＧＥＬという商標名で販売されているものが含まれる。それらは、製造業者によれば、最大５％の固体および９５％の空気から構成された、非常に小さい細孔を有するガラスストランドの格子網で構成された、軽量の絶縁シリカ材料として説明される。この構造は、優れた絶縁性、光透過性、および撥水特性をもたらすと報告されている。このシリカ材料は、平均細孔径が２０ナノメートルのナノ多孔性シリカである。小さな細孔径および構造により、空気流を捕捉して、熱損失および太陽熱取得を妨げる。

【0049】

熱吸収および／または熱的絶縁要素は、所望の表面に塗布する前に、熱吸収および／または熱的絶縁組成物を形成するように、マトリックスにおいて２５容量％から９９容量％の濃度でマトリックスに配置される。

【0050】

熱吸収および／または熱的絶縁組成物は、基板の表面の少なくとも一部に層または被膜として配置される。そのように形成された被膜は、使用時に半導体パッケージから発生した熱の基板を介した伝熱に対する障壁の形成するのを助けるのに十分な厚さであるが、民生用電子デバイスのアセンブリおよび／または動作を妨害するほど厚くはない。

【0051】

さらに、本明細書では、熱吸収および／または熱的絶縁要素がその中に分散された（熱可塑性エマルションまたはアクリルエマルションなどの）マトリックスを含む組成物が提供される。一実施形態では、金属基板またはグラファイト基板が、組成物の配置のための支持体として使用され得る。

【0052】

図１を参照すると、回路基板の破断図が示されている。回路基板上には、パッケージ自体のアセンブリおよびパッケージの基板上へのアセンブリに通常使用される電子材料と共に、複数の半導体パッケージおよび回路が配置され、また、回路基板が使用される電子デバイスのハウジングの一部が配置される。図１において、１は、表面実装接着剤（ＬＯＣＴＩＴＥ ３６０９および３６１９など）を示し、２は、本明細書により詳細に説明される熱伝導材料を示し、３は、低圧モールディング材料（ＭＭ６２０８など）を示し、４は、フリップチップオンボードアンダーフィル（ＨＹＳＯＬ ＦＰ４５３１など）を示し、５は、液体封止剤グロブトップ（ＨＹＳＯＬ Ｅ０１０１６およびＥ０１０７２など）を示し、６は、シリコーン封止剤（ＬＯＣＴＩＴＥ ５２１０など）を示し、７は、ガスケットコンパウンド（ＬＯＣＴＩＴＥ ５０８９など）を示し、８は、チップスケールパッケージ／ボールグリッドアレイアンダーフィル（ＨＹＳＯＬ ＵＦ３８０８およびＥ１２１６など）を示し、９は、フリップチップエアーパッケージアンダーフィル（ＨＹＳＯＬ ＦＰ４５４９ ＨＴなど）を示し、１０は、コーティングパウダ（ＨＹＳＯＬ ＤＫ７−０９５３Ｍなど）を示し、１１は、機械的モールディングコンパウンド（ＨＹＳＯＬ ＬＬ−１０００−３ＮＰおよびＧＲ２３１０など）を示し、１２は、ポッティングコンパウンド（Ｅ＆Ｃ ２８５０ＦＴなど）を示し、１３は、オプトエレクトロニック（Ａｂｌｅｓｔｉｋ ＡＡ５０Ｔなど）を示し、１４は、ダイ接着剤（Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ ００８４−１ＬＭ１ＳＲ４、８２９０およびＨＹＳＯＬ ＯＭＩ５２９ＨＴなど）を示し、１５は、コンフォーマルコーティング（ＬＯＣＴＩＴＥ ５２９３およびＰＣ４０−ＵＭＦなど）を示し、１６は、フォトニック部品およびアセンブリ材料（ＳＴＹＬＡＳＴ ２０１７Ｍ４およびＨＹＳＯＬ ＯＴＯ１４９−３など）を示し、１７は、半導体モールドコンパウンドを示し、１８は、はんだ（Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ ＢＩ５８ＬＭ１００ＡＡＳ９０Ｖおよび９７ＳＣＬＦ３１８ＡＧＳ８８．５など）を示す。これらの製品のそれぞれは、カリフォリニア州アーバインのＨｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている。

【0053】

図１の回路基板Ａは、電子デバイスのハウジング（図示せず）の内部に配置される。電子デバイスのハウジングを構成する基板の、内側を向く表面の少なくとも一部は、熱的絶縁要素の層（図示せず）で被覆される。

【0054】

図４に示すように、電子デバイス１００は、ハウジング１０１、プロセッサ１０２、メモリ１０４、電源１０６、通信回路１０８−１、バス１０９、入力部品１１０、出力部品１１２、および冷却部品１１８を含むことができる。バス１０９は、たとえば、プロセッサ１０２、メモリ１０４、電源１０６、通信回路１０８−１、入力部品１１０、出力部品１１２、および冷却部品１１８を含む、電子デバイス１００の様々な部品へ、それらの部品から、またはそれらの部品間で、データおよび／または電力を伝送する経路を提供する１つまたは複数の有線または無線接続を含むことができる。

【0055】

メモリ１０４は、１つまたは複数の記憶媒体を含むことができ、記憶媒体は、限定されるものではないが、ハードドライブ、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）などの永久メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの半永久メモリ、他の任意の適切な種類の記憶部品、およびそれらの任意の組合せを含む。メモリ１０４は、電子デバイス用途に一時的にデータを記憶するのに使用される１つまたは複数の異なる種類のメモリであってよいキャッシュメモリを含むことができる。

【0056】

電源１０６は、１つまたは複数の電池によって、または太陽電池を使用する太陽光発電などの自然源から、電子デバイス１００の電子部品に電力を供給することができる。

【0057】

１つまたは複数の入力部品１１０は、電子デバイスパッド、ダイヤル、クリックホイール、スクロールホイール、タッチスクリーン、１つまたは複数のボタン（たとえばキーボード）、マウス、ジョイスティック、トラックボール、マイクロフォン、カメラ、ビデオレコーダ、およびそれらの任意の組合せなどによって、ユーザがデバイス１００と相互作用またはインターフェースできるように設けられてよい。

【0058】

１つまたは複数の出力部品１１２は、音響スピーカ、ヘッドフォン、信号ラインアウト、視覚表示装置、アンテナ、赤外線ポート、ランブラ、バイブレータ、およびそれらの任意の組合せなどによって、情報（たとえば、テキスト、グラフィック、可聴、および／または触覚情報）をデバイス１００のユーザに提示するように設けられてよい。

【0059】

１つまたは複数の冷却部品１１８は、電子デバイス１００の様々な電子部品によって発生した熱を放散するのを助けるように設けることができる。このような冷却部品１１８は、電子デバイス１００のハウジング１０１内のファン、ヒートシンク、ヒートスプレッダ、ヒートパイプ、通気孔または開口、およびそれらの任意の組合せなど、様々な形態をとることができる。

【0060】

デバイス１００のプロセッサ１０２は、デバイス１００によって提供される多くの機能および他の回路の動作を制御することができる。たとえば、プロセッサ１０２は、入力部品１１０から入力信号を受け取り、かつ／または出力部品１１２を介して出力信号を駆動することができる。

【0061】

ハウジング１０１は、電子デバイス１００を動作させる様々な電子部品の１つまたは複数に対する少なくとも部分的な筐体を提供する。ハウジング１００は、デバイス１００の外部の異物および他の劣化源から電子部品を保護する。ハウジング１０１は、デバイス１００の様々な電子部品を配置できるキャビティ１０３を画定する１つまたは複数の壁１２０を含んでもよい。また、ハウジング開口１５１は、デバイス１００の内部温度を管理するのを助けるために、ある流体（たとえば空気）を電子デバイス１００のキャビティ１０３に引き込むこと、およびキャビティ１０３から排出することを可能にすることもできる。ハウジング１０１は、金属（たとえば、鋼、銅、チタン、アルミニウム、および様々な金属合金）、セラミック、プラスチック、およびそれらの任意の組合せなど、様々な材料から構成することができる。

【0062】

ハウジング１０１は、単一の筐体として提供されるのではなく、２つ以上のハウジング部品として提供されてもよい。プロセッサ１０２、メモリ１０４、電源１０６、通信回路１０８−１、入力部品１１０、および冷却部品１１８は、たとえば、第１のハウジング部品１０１ａ内に少なくとも部分的に含められてよく、一方、出力部品１１２は、第２のハウジング部品１０１ｂ内に少なくとも部分的に含められてよい。

【実施例】

【0063】

以下の表１に挙げる構成成分が、容器内に配置され拡販されて混合物を形成した。

【0064】

【表1】

【0065】

各混合物を６０分間撹拌して、ＡＥＲＯＧＥＬ（商標）またはＤＵＡＬＩＴＥ（商標）の粒子を分散させ、サンプル１〜６を形成した。

【0066】

各サンプルの０．０３ｍｍ厚の被膜をテストダイ上に配置し、５０℃の温度にさらし、６〜８℃の温度降下を得た。また、ＤＵＡＬＩＴＥ（商標）の粒子無しであること以外は同様の方法で組成物を調製し、同様にテストダイ上に配置し、２〜３℃の温度降下を得た。

【0067】

以下の表２では、サンプル１〜７が、図２Ｂに示された１６箇所の位置に配置され、最も左の列に列挙されている以下の測定された特性が記録された。表面温度として示される値は、１６箇所で個別に取得された測定値の平均である。サンプル１〜７の値が示されている。

【0068】

１つの対照処方では、熱的絶縁要素無しに相変化マトリックス（エイコサン）を使用した（対照サンプル２）。別の対照は、熱的絶縁無しにノートブックパーソナルコンピュータそれ自体であった（対照サンプル１）。そして、第３の対照は、グラファイトの０．２ｍｍの層であった（対照サンプル３）。

【0069】

【表2】

【0070】

３つの対照サンプルの値は以下のとおりである。

【0071】

【表3】

【0072】

表面温度の著しい低下がサンプル１〜７について観察された。熱吸収と熱拡散の両方の特徴を組み合わせることにより、さらにより著しい低下が観察された。これらの低下は、図６および図７により明確に見ることができる。

【0073】

図６〜図７を参照すると、ノートブックパーソナルコンピュータの内側に面するハウジング要素の部分に適用された本発明の組成物の特性が、その組成物を有さず、熱的絶縁要素のみがない相変化マトリックス、およびグラファイトシートで構成された競合市販製品を有する同じアセンブリの特性と比較されている。ユーザによっては、本発明の組成物が、グラファイトシートと一緒に使用される。

【0074】

たとえば、図６は、本発明の組成物が、１６箇所で別個に算出されたそれぞれについて、２つの対照よりも低い数字に表面温度を低下させたことを示す。そして、図７も同様の結果を示す。ただし、図７は、本発明の組成物による改善された結果をより詳細に示しており、本発明の組成物が分散される基板としてグラファイトと結合されたときに結果はさらに改善される。

【0075】

［実施例１］
以下の成分を容器内に配置し撹拌した：アクリルエマルション（ＨＹＣＡＲ ２６１３８）３０％、界面活性剤（ＰＬＵＲＯＮＩＣ Ｐ８４）３％、消泡剤（ＢＹＫ０１９）１％、ＤＵＡＬＩＴＥ（Ｅ１３５−０４０Ｄ）１０％、および水５６％。

【0076】

混合物を６０分間撹拌して、ＤＵＡＬＩＴＥポリマー粒子を分散させた。次いで、混合物を基板上に噴霧し、８５℃の温度で３０分間乾燥させて、非粘着性フィルムを得た。非粘着性フィルムは、約０．１ｗ／ｍＣの熱伝導性を示した。０．１ｍｍ厚の被膜で非粘着性フィルムをテストダイ上に配置し、５０℃の温度にさらして８℃の温度降下を得た。

【0077】

［実施例２］
以下の成分を容器内に配置し撹拌した：アクリルエマルション（ＣＡＲＢＯＴＡＣ１８１１））３０％、界面活性剤（ＰＬＵＲＯＮＩＣ Ｐ８４）３％、消泡剤（ＢＹＫ０１９）１％、拡張されていないＤＵＡＬＩＴＥ（Ｕ０２０−１２５Ｗ））１０％、および水５６％。

【0078】

混合物を６０分間撹拌して、ＤＵＡＬＩＴＥポリマー粒子を分散させた。次いで、混合物を基板上に噴霧し、１００℃の温度で３０分間乾燥させて、粘着性の感圧接着剤（「ＰＳＡ」）フィルムを得た。

【0079】

０．０３ｍｍ厚の被膜でＰＳＡフィルムをテストダイ上に配置し、５０℃の温度にさらして５．５℃の温度降下を得た。また、ＤＵＡＬＩＴＥポリマー粒子無しであること以外は同様の方法でフィルムを調製し、同様にテストダイ上に配置して、２℃の温度降下を得た。

【0080】

０．１ｍｍ厚の被膜でＰＳＡ−Ａをテストダイ上に配置し、５０℃の温度にさらして６．８℃の温度降下を得た。

【0081】

［実施例３］
以下の成分を容器内に配置し撹拌した：アクリルエマルション（ＨＹＣＡＲ ２６１３８）３０％、界面活性剤（ＰＬＵＲＯＮＩＣ Ｐ８４）３％、消泡剤（ＢＹＫ０１９）１％、ＤＵＡＬＩＴＥ（Ｅ１３５−０４０Ｄ）１０％、および水５６％。

【0082】

混合物を６０分間撹拌して、ＤＵＡＬＩＴＥポリマー粒子を分散させた。次いで、混合物を基板上に噴霧し、８５℃の温度で１０分間乾燥させて、非粘着性フィルムを得た。非粘着性フィルムは、約０．１ｗ／ｍＣの熱伝導性を示した。０．１ｍｍ厚の被膜で非粘着性フィルムをテストダイ上に配置し、５０℃の温度にさらして８℃の温度降下を得た。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】