特表 2024-540820 サーマルインターフェース用ステップ付きガスケットならびにその作製および使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-06

(54)【発明の名称】サーマルインターフェース用ステップ付きガスケットならびにその作製および使用方法

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/12 20060101AFI20241029BHJP

   B32B 5/00 20060101ALI20241029BHJP

   B64G 1/50 20060101ALI20241029BHJP

   F16J 15/08 20060101ALI20241029BHJP

   B82Y 30/00 20110101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

F16J15/12 F

B32B5/00 Z

B64G1/50 Z

F16J15/08 N

F16J15/08 Q

B82Y30/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024519599

(86)(22)【出願日】2022-09-30

(85)【翻訳文提出日】2024-05-24

(86)【国際出願番号】 US2022077361

(87)【国際公開番号】W WO2023056428

(87)【国際公開日】2023-04-06

(31)【優先権主張番号】17/492,349

(32)【優先日】2021-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515008542

【氏名又は名称】カーバイス コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】コーラ， バラトゥンド

(72)【発明者】

【氏名】グリーン， クレイグ

(72)【発明者】

【氏名】プリンジ， レオナルド

(72)【発明者】

【氏名】アンダーソン， エリック

【テーマコード（参考）】

3J040

4F100

【Ｆターム（参考）】

3J040EA15

3J040EA17

3J040EA27

3J040FA01

3J040FA06

3J040FA07

3J040FA13

3J040FA20

4F100AA13A

4F100AA13C

4F100AA17A

4F100AA17C

4F100AA19A

4F100AA19C

4F100AA20A

4F100AA20C

4F100AA27A

4F100AA27C

4F100AB03A

4F100AB03C

4F100AB10A

4F100AB10C

4F100AB12A

4F100AB12C

4F100AB17A

4F100AB17C

4F100AB18A

4F100AB18C

4F100AB40A

4F100AB40C

4F100AD05A

4F100AD05C

4F100AD07A

4F100AD07C

4F100AD08A

4F100AD08C

4F100AD10A

4F100AD10C

4F100AD11A

4F100AD11B

4F100AD11C

4F100AD20A

4F100AD20C

4F100AG00A

4F100AG00C

4F100AK04A

4F100AK04C

4F100AK07A

4F100AK07C

4F100AK15A

4F100AK15C

4F100AK18A

4F100AK18C

4F100AK25B

4F100AK41A

4F100AK41C

4F100AK42A

4F100AK42C

4F100AK45A

4F100AK45C

4F100AK48A

4F100AK48C

4F100AK49A

4F100AK49C

4F100AK50A

4F100AK50C

4F100AK51A

4F100AK51C

4F100AK52B

4F100AK53A

4F100AK53C

4F100AK54A

4F100AK54C

4F100AK56A

4F100AK56C

4F100AK57A

4F100AK57C

4F100AK73A

4F100AK73C

4F100AL09B

4F100AN00B

4F100AR00A

4F100AR00B

4F100AR00C

4F100CA21B

4F100CA30B

4F100DG01A

4F100DG01C

4F100EC12

4F100EC13

4F100GB41

4F100JA20

4F100JJ01

4F100JK07B

4F100JK20

4F100YY00A

4F100YY00B

4F100YY00C

(57)【要約】

ステップ付きガスケットなどのガスケット材料を含み、および／またはその内部にシムをさらに含む、サーマルインターフェースまたはジョイントと、それらの作製方法が、本明細書に記述される。上述のサーマルインターフェースまたはジョイントは、デバイスの部分を形成することができ、低い接触圧力および／または低圧の適用において有用であり得る。ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層は、ステップ付きではない単層ガスケットと比較して、第１および／または第２のプレートの、プレートの変形、反り、または湾曲を示す少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１および第２のプレート、
前記第１および第２のプレートの間にあるステップ付きガスケット、ならびに
前記第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具
を含み、
前記第１および／または前記第２のプレートの少なくとも１つが、プレートの変形、反り、または湾曲を示し、
前記ステップ付きガスケットが複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、前記第１のベース層の上部に前記第１のベース層と接触して、前記第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり、
前記ステップ付きガスケットの前記少なくとも第２の層が、ステップ付きではない単層ガスケットと比較して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する、
サーマルインターフェース。

【請求項2】

前記１つまたは複数の締結具が、前記第１および前記第２のプレートに存在する１つまたは複数の穴を通して前記第１および前記第２のプレートを接合する、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項3】

前記第１および第２のプレートが独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）からなる群から選択される材料で作製されるか；または前記第１および第２のプレートが独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドからなる群から選択されるプラスチックで作製されるか；または前記第１および第２のプレートが独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）からなる群から選択されるセラミックで作製される、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項4】

前記第１および第２のプレートが、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有し、
前記ステップ付きガスケットが、前記第１および第２のプレートと同じ形状を有する、
請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項5】

前記第１および第２のプレートがそれぞれ独立して、約０．５ｍｍ～約３０ｍｍの間の範囲の厚さを有する、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項6】

前記１つまたは複数の締結具が、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せである、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項7】

前記ネジ式締結具がボルトおよびナットであるか、または前記ネジ式締結具がボルトおよびポット式インサートである、請求項６に記載のサーマルインターフェース。

【請求項8】

前記１つまたは複数の締結具が、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛からなる群から選択される材料で作製される、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項9】

前記ステップ付きガスケットが、前記第２の層の上部に前記第２の層と接触して少なくとも第３の層を含み、前記第３の層は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域を提供し；前記第３の層が、前記第２の層の表面積よりも小さい表面積を有する、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項10】

前記ステップ付きガスケットが、前記第３の層の上部に前記第３の層と接触して少なくとも第４の層を含み、前記第４の層は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域を提供し；前記第４の層が、前記第３の層の表面積よりも小さい表面積を有する、請求項９に記載のサーマルインターフェース。

【請求項11】

前記ステップ付きガスケットの少なくとも前記第２の層が、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つとの、少なくとも１つ、２つ、３つ、または４つの独立した接触領域を形成する、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項12】

前記ステップ付きガスケットの少なくとも前記第２の層および／または前記第３の層のそれぞれが独立して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つとの、少なくとも１つ、２つ、３つ、または４つの独立した接触領域を形成する、請求項９に記載のサーマルインターフェース。

【請求項13】

前記ステップ付きガスケットの少なくとも前記第２の層、前記第３の層、および／または前記第４の層のそれぞれが独立して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つとの、少なくとも１つ、２つ、３つ、または４つの独立した接触領域を形成する、請求項１０に記載のサーマルインターフェース。

【請求項14】

前記ステップ付きガスケットの前記第２の層から、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つまでの、前記少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域が、前記第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらして、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、前記サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項15】

前記ステップ付きガスケットの前記第２の層および／または前記第３の層から、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つまでの、前記少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域が、前記第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらして、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、前記サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する、請求項９に記載のサーマルインターフェース。

【請求項16】

前記ステップ付きガスケットの前記第２の層、第３の層、および／または前記第４の層から、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つまでの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域が、前記第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらして、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、前記サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する、請求項１０に記載のサーマルインターフェース。

【請求項17】

前記ステップ付きガスケットの層のそれぞれが独立して、約０．１ＭＰａ～約２００ＭＰａの間の範囲の弾性率を示し、および／または
前記ステップ付きガスケットの層のそれぞれが独立して、約０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約５ｃｍ^２・℃／Ｗの間の範囲のサーマルインターフェース抵抗を有する、
請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項18】

前記ステップ付きガスケットの層のそれぞれが独立して、約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項19】

前記ステップ付きガスケットの層間の高さの増大が、約５００μｍ未満、約２５０μｍ未満、約１５０μｍ未満、または約７５μｍ未満である、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項20】

前記ステップ付きガスケットの複数の層のそれぞれが独立して、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製され、前記材料が必要に応じてさらに、熱伝導性および／または導電性充填剤を含む、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項21】

前記ステップ付きガスケットが、
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
前記少なくとも第１の層または段層と前記少なくとも第２の層または段層が積層され、前記少なくとも第１の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する前記少なくとも第２の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項22】

１つまたは複数のシムをさらに含む、請求項１に記載のサーマルインターフェース。

【請求項23】

前記１つまたは複数のシムが、存在する前記１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに位置付けられ；必要に応じて、前記１つまたは複数の締結具がポット式インサートであり、前記１つまたは複数のシムが、前記１つまたは複数のシムが存在しない同等のサーマルインターフェースと比較して、少なくとも約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、または９０％、前記ポット式インサートに対する応力を低減させる、請求項２２に記載のサーマルインターフェース。

【請求項24】

前記１つまたは複数のシムが、円形、正方形、または長方形であってもよい環帯または半環帯形状を有する、請求項２２に記載のサーマルインターフェース。

【請求項25】

前記１つまたは複数のシムが金属箔で作製されるか、あるいは前記１つまたは複数のシムが、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、請求項２２から２４のいずれか一項に記載のサーマルインターフェース。

【請求項26】

前記１つまたは複数のシムが、
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
前記少なくとも第１の層または段層と前記少なくとも第２の層または段層が積層され、前記少なくとも第１の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する前記少なくとも第２の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
請求項２２に記載のサーマルインターフェース。

【請求項27】

前記１つまたは複数のシムが独立して、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、請求項２２に記載のサーマルインターフェース。

【請求項28】

請求項１に記載のサーマルインターフェースを製作する方法であって、
（１）第１および第２のプレートを用意するステップ、
（２）ステップ付きガスケットを用意するステップ、
（３）前記第１および前記第２のプレート間に前記ステップ付きガスケットを配置するステップ、
（４）前記第１および前記第２のプレートを、１つまたは複数の締結具で接合するステップ
を含み、
前記第１および／または前記第２のプレートの少なくとも１つが、前記１つまたは複数の締結具により接合されたときに、プレートの変形、反り、または湾曲を示し、
前記ステップ付きガスケットが複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、前記第１のベース層の上部に前記第１のベース層と接触して、前記第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり、
前記ステップ付きガスケットの前記少なくとも第２の層が、ステップ付きではない単層ガスケットと比較して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す前記第１および／または前記第２のプレートの前記少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する、
方法。

【請求項29】

前記１つまたは複数の締結具が、前記第１および前記第２のプレートに存在する１つまたは複数の穴を通して前記第１および前記第２のプレートを接合する、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

前記第１および第２のプレートが独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）からなる群から選択される材料で作製されるか、または前記第１および第２のプレートが独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドからなる群から選択されるプラスチックで作製されるか、または前記第１および第２のプレートが独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）からなる群から選択されるセラミックで作製される、請求項２８に記載の方法。

【請求項31】

前記第１および第２のプレートが、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有し、
前記ステップ付きガスケットが、前記第１および第２のプレートと同じ形状を有する、
いずれか１つの請求項２８に記載の方法。

【請求項32】

前記第１および第２のプレートがそれぞれ独立して、約０．５ｍｍ～約３０ｍｍの間の範囲の厚さを有する、いずれか１つの請求項２８に記載の方法。

【請求項33】

前記１つまたは複数の締結具が、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せである、いずれか１つの請求項２８に記載の方法。

【請求項34】

前記ネジ式締結具がボルトおよびナットであるか、または前記ネジ式締結具がボルトおよびポット式インサートである、請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記１つまたは複数の締結具が、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛からなる群から選択される材料で作製される、いずれか請求項２８に記載の方法。

【請求項36】

前記ステップ付きガスケットの前記複数の層のそれぞれが独立して、約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、請求項２８に記載の方法。

【請求項37】

前記ステップ付きガスケットの前記複数の層のそれぞれが独立して、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、請求項２８に記載の方法。

【請求項38】

前記ステップ付きガスケットが、
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層、および
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
前記少なくとも第１の層または段層と前記少なくとも第２の層または段層が積層され、前記少なくとも第１の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する前記少なくとも第２の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
請求項２８に記載の方法。

【請求項39】

前記方法が、ステップ（４）の前に、前記第１および前記第２のプレート間に１つまたは複数のシムを配置するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。

【請求項40】

前記１つまたは複数のシムが、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される、請求項３９に記載の方法。

【請求項41】

前記１つまたは複数のシムが、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、請求項３９に記載の方法。

【請求項42】

前記１つまたは複数のシムが、
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層、および
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
前記少なくとも第１の層または段層と前記少なくとも第２の層または段層が積層され、前記少なくとも第１の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する前記少なくとも第２の層または段層の前記垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
請求項３９に記載の方法。

【請求項43】

前記１つまたは複数のシムが独立して、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、請求項３９に記載の方法。

【請求項44】

請求項１に記載のサーマルインターフェースを含むデバイス。

【請求項45】

前記デバイスが、パーソナルコンピューター、サーバーコンピューター、メモリーモジュール、グラフィックチップ、レーダーおよび高周波（ＲＦ）デバイス、ディスクドライブ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを含むディスプレイ、照明システム、自動車制御ユニット、パワーエレクトロニクス、太陽電池、バッテリー、携帯電話などの通信設備、熱電発電機、ならびに撮像設備からなる群から選択される、請求項４４に記載のデバイス。

【請求項46】

前記デバイスが、衛星、宇宙船、または真空下で動作する宇宙システムから選択される航空宇宙デバイスである、請求項４４に記載のデバイス。

【請求項47】

少なくとも第１のベース層、
前記第１のベース層の上部に前記第１のベース層と接触して、前記第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する、少なくとも第２の層
を含む、ステップ付きガスケットであって、
前記ステップ付きガスケットの前記少なくとも第２の層が、前記ステップ付きガスケットがサーマルインターフェースの第１および第２のプレートの間に配置されたときに、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する、
ステップ付きガスケット。

【請求項48】

前記第１および／または第２のプレートが、プレートの変形、反り、または湾曲を示す、請求項４７に記載のステップ付きガスケット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０２１年１０月１日に出願された米国特許出願第１７／４９２，３４９号の、優先権および利益を主張する。

【0002】

発明の分野
本発明は、サーマルインターフェースおよびガスケット材料の分野、ならびにそれらの作製および使用方法にある。

【背景技術】

【0003】

発明の背景
サーマルインターフェースまたはジョイントは、ボルトなどにより締結された少なくとも２つのプレートとプレート間にあるガスケットなどの圧縮性材料で、形成されることが公知である。プレートの少なくとも１つは、望ましくないプレートの変形または湾曲を受ける。２つのボルト締めされたプレート間にガスケット材料が含まれることにより、さらに大きな変形または湾曲に至る可能性があり、より薄いガスケットは、プレートの変形または湾曲の程度を制限することができるが排除することはできない。プレートの変形または湾曲は隙間（複数可）の形成を引き起こし、プレートとガスケットとの間の接触面積を減少および／または制限し、サーマルインターフェースが熱を効率的に伝導する能力に悪影響を及ぼす。ガスケットの厚さを均一に増大させることで接触面積を増大させることができるが、より厚いガスケットは、より大きいプレートの変形または湾曲をもたらす可能性がある。プレートの変形または湾曲は、（締結（ボルト）場所付近で）最大限の反りと共に増大するので、ガスケットの厚さを増大させると湾曲が増大し、それによって、極めて厚いガスケットに頼ることなく中心接触を一貫したものにすることが難しくなる。

【0004】

したがって重要な難題は、プレート変形により引き起こされた制限に起因する、公知のサーマルインターフェースまたはジョイントの欠点に対処することである。

【0005】

このように、締結されたサーマルインターフェースまたはジョイントにおけるプレート変形によって引き起こされる隙間（複数可）の形成に対処することが求められている。

【0006】

したがって本発明の目的は、プレート変形により引き起こされる負の効果を少なくとも最小限に抑える、増大した接触領域／面積を有するサーマルインターフェースまたはジョイントを提供することである。

【0007】

本発明の目的は、そのようなサーマルインターフェースまたはジョイントを作製および使用する手段を提供することでもある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

発明の概要
サーマルインターフェースまたはジョイント、およびその作製方法について、本明細書に記述する。そのようなサーマルインターフェースまたはジョイントは：
第１および第２のプレート；
第１および第２のプレートの間にあるステップ付きガスケット；ならびに
第１および第２のプレートを接合する、１つまたは複数の締結具
を含むことができ；
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つは、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
ステップ付きガスケットは複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、第１のベース層の上部に第１のベース層と接触して、第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり；

【0009】

ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層は、ステップ付きではない単層ガスケットと比較して、第１および／または第２のプレートの、プレートの変形、反り、または湾曲を示す少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する。

【0010】

サーマルインターフェースまたはジョイントは、２つのプレート、ベースプレート（底部プレート）および上部プレートを含み、これらは典型的には、２つのプレートが締結（例えば、ボルト締め）されたときまたはプレートの製造中に、変形、反り、または湾曲を示す。上部および底部プレートは、サーマルインターフェースとして使用される任意の適切な形状および寸法、ならびに厚さを有する、任意の適切な材料で作製することができる。２つのプレートは通常、同じ材料で作製され、同じ形状および寸法、ならびに必要に応じて同じ厚さを有する。

【0011】

サーマルインターフェースまたはジョイントの上部および底部プレートは、１つまたは複数の締結具によって締結され、１つまたは複数の締結具は、上部および底部プレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する。締結具で２つのプレートを接合させるのに必要とされ得るので、各プレートの同じ位置で両方のプレートに任意の数の１つまたは複数の締結具穴が存在してもよい。１つまたは複数の締結具は、存在し得る締結具穴のそれぞれを通して第１の（ベースまたは底部）プレートおよび第２の（上部）プレートを締結するのに使用することができる。１つまたは複数の締結具は、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せから選択することができる。

【0012】

一部の例では、記述されるサーマルインターフェースおよびジョイントに関し、ステップ付きガスケットの使用によって提供される少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらし、それによって、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、３０％高い、４０％高い、または５０％高い、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する。熱伝導度は、サーマルインターフェース表面間の単位温度差により誘発される、サーマルインターフェースまたはジョイントの単位面積を通る定常状態熱流の時間速度と定義される。

【0013】

ある特定の例では、記述されるサーマルインターフェースおよびジョイントに関し、ステップ付きガスケットの使用によって提供される少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域は、ステップ付きガスケットと、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの間の接触面積の増大をもたらし、それによって、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、３０％高い、４０％高い、または５０％高い、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する。熱伝導度は、サーマルインターフェース表面間の単位温度差により誘発される、サーマルインターフェースまたはジョイントの単位面積を通る定常状態熱流の時間速度と定義される。

【0014】

ステップ付きガスケットの使用は、単層ガスケットの使用と比較して、ステップ付きガスケットと、変形または湾曲を示すプレートとの間に、１つまたは複数の接触領域または面積を導入する。ステップ付きガスケットは、プレートの熱プロファイルを一致または修正（改善）するように設計することができる。ステップ付きガスケットは、より良好な全体的な均一性のため、より均等に接触負荷を分配することができる。ステップ付きガスケットの層の数およびステップ付きガスケットに存在する層の相対的な場所は、サーマルインターフェースまたはジョイントの熱的性能を改善する所望の数の接触点または領域を適正に位置決めまたは生成するため、界面曲率モデリングに基づいて位置決めすることができる。

【0015】

ステップ付きガスケットの使用は、ステップが付けられていない単層ガスケットの使用と比較して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する。所与のステップ付きガスケットに関し、含まれる各層は、その層を有さないガスケットと比較して、少なくとも１、２、３、または４つの独立した接触領域を、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つに提供し得る。一部の例では、ステップ付きガスケットの使用から得られる１つまたは複数の接触領域は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面の少なくとも約５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％と接触すると言うことができる。一部の例では、ステップ付きガスケットの使用から得られる１つまたは複数の接触領域は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面の少なくとも約５％～２５％、約５％～５０％、約５％～７５％、または約５％～９０％、およびその範囲内の部分範囲に接触すると言うことができる。ガスケットとプレートとの間での、１つまたは複数の接触領域の形成および得られる接触面積の増大は、サーマルインターフェースまたはジョイントの全体的な熱伝導度の増大をもたらす。

【0016】

一部の例では、ステップ付きガスケットの複数の層のそれぞれは、独立して、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。

【0017】

一部の例では、ステップ付きガスケットは、カーボンナノチューブアレイまたはシートを備える多層または多段層状構造体で作製することができる。例えば、ステップ付きガスケットは、多層または多段層状構造体とすることができる。そのようなステップ付きガスケットについて、以下に詳細に記述する。

【0018】

上述のサーマルインターフェースおよびジョイントはまた、その上に１つまたは複数のシムを含んでいてもよい。１つまたは複数のシムは、１つまたは複数の締結具またはプレート（複数可）に存在する締結具穴の周りに、近くに、および／または後ろに、配置または位置付けることができる。一部の例では、１つまたは複数の締結具がポット式インサートである場合、１つまたは複数のシムは、ポット式インサートに対する応力を、１つまたは複数のシムが存在しない同等のサーマルインターフェースと比較して、少なくとも約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、または９０％低減させることができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、ステップ付きガスケットの第１の層の高さに等しくなるように選択された高さを有する。一部の例では、１つまたは複数のシムは、プレートの最縁部など、可能な限り締結具穴および締結具のはるか後ろに位置決めされる。一部の例では、シムは、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される。一部の他の例では、シムは、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。さらに他の例では、シムは多層または多段層状構造体で作製される。

【0019】

内部にステップ付きガスケットを有するサーマルインターフェースまたはジョイントは：
（１）第１および第２のプレートを用意するステップ；
（２）ステップ付きガスケットを用意するステップ；
（３）ステップ付きガスケットを、第１および第２のプレートの間に配置するステップ；
（４）第１および第２のプレートを、１つまたは複数の締結具で接合するステップ
を含む方法であって、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、１つまたは複数の締結具により接合されたときに、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
ステップ付きガスケットが複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、第１のベース層の上部に第１のベース層と接触して、第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり；
ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層が、ステップ付きではない単層ガスケットと比較してプレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する、
方法に従い調製することができる。

【0020】

一部の他の例では、内部に単層ガスケットを有するサーマルインターフェースまたはジョイントに１つまたは複数のシムを含むことによって、プレートの変形、反り、または湾曲の効果を弱めることが可能である。例えば、サーマルインターフェースまたはジョイントは：
第１および第２のプレート；
第１および第２のプレートの間にある単層ガスケット；ならびに
第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具
を含むことができ、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つは、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
１つまたは複数のシムは、１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに存在して、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減する。

【0021】

単層ガスケットが内部にあるシムを有する、そのようなサーマルインターフェースまたはジョイントは：
（１）第１および第２のプレートを用意するステップ；
（２）単層ガスケットを用意するステップ；
（３）第１および第２のプレートの間に単層ガスケットを配置するステップ；
（４）第１および第２のプレートの間に、１つまたは複数のシムを配置するステップ；
（５）第１および第２のプレートを、１つまたは複数の締結具で接合するステップを含む方法であって、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、１つまたは複数の締結具により接合されたときに、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
１つまたは複数のシムが、１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに存在して、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減する、
方法に従い調製することができる。

【0022】

上述のサーマルインターフェースまたはジョイントは、デバイスの部分を形成することができる。そのようなデバイスには、限定するものではないが、パーソナルコンピューター、サーバーコンピューター、メモリーモジュール、グラフィックチップ、レーダーおよび高周波（ＲＦ）デバイス、ディスクドライブ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを含むディスプレイ、照明システム、自動車制御ユニット、パワーエレクトロニクス、太陽電池、バッテリー、携帯電話などの通信設備、熱電発電機、ならびにＭＲＩを含む撮像設備が含まれる。

【0023】

ある特定の例では、本明細書全体を通して記述されるサーマルインターフェースまたはジョイントは、低い接触圧力および／または低圧の適用において有用である。低圧は、周囲圧力または１ａｔｍよりも下の圧力、例えば約０．０１～約１ａｔｍ未満の範囲を指してもよい。一部の例では、低圧は、そのようなサーマルインターフェースまたはジョイントを衛星または宇宙船／システムで使用することができる、航空宇宙の適用におけるなどの真空を指してもよい。真空条件下、サーマルインターフェースまたはジョイントは、プレート間の分離隙間における空気が熱伝達に寄与し得る大気圧での適用とは異なって、ステップ付きガスケットにより有効になった追加の接触点が、ジョイントにわたる熱伝達に関与する面積を実質的に高めることができるので、特に有用である。さらに、宇宙での適用において接触を構成するための厚いガスケットの使用は、厚いガスケットに追随するプレートの変形がポット式インサートに応力をもたらす可能性があり、それが宇宙船の寿命中のインサートの抜けをもたらす可能性があるので、問題がある可能性がある。ある特定の例では、記述されるサーマルインターフェースまたはジョイントは、周囲温度よりも下、凍結よりも下の温度、または極低温（宇宙で経験されるなど）で有用である。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1A】図１Ａは、２つのプレート１１０（上部プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す）、２つの締結具１２０（即ち、ボルト）、およびプレート間にある薄い単層ガスケット１３０を有するサーマルインターフェース１００の、非限定的な断面表示図である。

【0025】

【図1B】図１Ｂは、２つのプレート２１０（上部プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す）、２つの締結具２２０（即ち、ボルト）、およびプレート間にある厚い単層ガスケット２３０を有するサーマルインターフェース２００の、非限定的な断面表示図である。

【0026】

【図2】図２は、２つのプレート３１０（上部プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す）、２つの締結具３２０（即ち、ボルト）、プレート間にあるステップ付きガスケット３３０（３つのステップを有する）を有し、プレートの変形、反り、または湾曲を示す上部プレートとステップ付きガスケットの間に複数の接触領域３４０を提供する、サーマルインターフェース３００の、非限定的な断面表示図である。

【0027】

【図3A】図３Ａは、第１のベース層４１０と第１のベース層上の第２の層４２０を有するステップ付きガスケットの、非限定的な断面表示図である。

【0028】

【図3B】図３Ｂは、第１のベース層５１０と第１のベース層上の第２の層５２０と第２の層上の第３の層５３０を有するステップ付きガスケットの、非限定的な断面表示図である。

【0029】

【図4】図４は、複数の締結具穴６２０を有する底部プレート６１０、および第１のベース層６３０と、第１のベース層上の第２の層６４０と、第２の層上の第３の層６５０を有するステップ付きガスケットを有する、プレートとガスケット６００の非限定的な上面表示図である。

【0030】

【図5A】図５Ａは、２つのプレート７１０（上部プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す）、２つの締結具７２０（即ち、ボルト）、その上に２つのシム７４０を有する単層ガスケット７３０を有する、サーマルインターフェース７００の非限定的な断面表示図である。

【0031】

【図5B】図５Ｂは、２つのプレート８１０（上部プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す）、２つの締結具８２０（即ち、ボルト）、単層ガスケット８３０、および底部プレートの縁部に配置された２つのシム８４０を有する、サーマルインターフェース８００の、非限定的な断面表示図である。

【0032】

【図6A】図６Ａは、複数の締結具穴９４０を有する底部プレート９１０と、締結具穴の周りに、近くに、および／または後ろに１／４半環帯シム９２０および１／２半環帯シム９３０を有する、プレートとシム９００の非限定的な上面表示図である。

【0033】

【図6B】図６Ｂは、複数の締結具穴１０３０を有する底部プレート１０１０と、締結具穴の後ろに２つの長方形シム１０２０を有する、プレートとシム１０００の非限定的な上面表示図である。

【0034】

【図7】図７は、様々な数（１、２、３、および４）の層のガスケットに関する、加えられた接触圧力の関数としての実験の熱伝導データのグラフである。ベストフィットべき乗則関数を、各データ集合に重ねた。

【0035】

【図8】図８は、２２ボルト穴構成を実証する、５０ｃｍ×３６ｃｍ、１８ｍｍの厚さのプレートの、非限定的表示である。

【0036】

【図9A】図９Ａは、ベース層（グレー）およびその上に第２の層（黒）を有するステップ付きガスケットの、非限定的な上面図を示す。

【0037】

【図9B】図９Ｂは、ベース層（グレー）およびその上に第２の層（黒）を有するステップ付きガスケットの、非限定的な上面図を示す。

【0038】

【図9C】図９Ｃは、ベース層（グレー）およびその上にストリップ形状を形成する第２の層（黒）を有するステップ付きガスゲットの、非限定的な上面図を示す。

【0039】

【図10】図１０は、実施例２で試験された試料１～４に関するプレートの中心の温度差の、棒グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0040】

発明の詳細な説明
Ｉ．定義
本明細書で使用される「順応する（Compliant）」または「順応性（Compliance）」は、隣接する表面の凹凸に対する効率的な適合性が、表面と材料との間の界面で十分なまたは高い接触面積をもたらすように、１つまたは複数の表面に接触したときに材料が適合する能力を指す。

【0041】

本明細書で使用される「相互嵌合（Interdigitation）」または「相互嵌合する（Interdigitating）」は、２つの異なるアレイまたはシートが接触または積層されたときに、アレイまたはシートの１つまたは複数の個々のナノ構造要素が別のアレイまたはシートの隣接するナノ構造要素に侵入または貫入する能力およびまたは程度を指す。

【0042】

本明細書で使用される「カーボンナノチューブアレイ」または「ＣＮＴアレイ」または「ＣＮＴフォレスト」は、材料の表面に垂直に整列した複数のカーボンナノチューブを指す。カーボンナノチューブは、それらが支持されるかまたは取付けられる表面に実質的に垂直であるときに、「垂直に整列している」と言われる。ナノチューブは、面法線から平均して３０、２５、２０、１５、１０、または５度以内に配向したときに、実質的に垂直であると言われる。

【0043】

本明細書で使用される「カーボンナノチューブシート」または「ＣＮＴシート」は、自立型シートを創出するように平面に整列した複数のカーボンナノチューブを指す。カーボンナノチューブは、それらが形成するシートの表面に実質的に平行であるときに、「平面に整列している」と言われる。ナノチューブは、シートの面法線から平均して４０、５０、６０、７０、８０、または８５度よりも大きく配向したときに、実質的に平行であると言われる。

【0044】

本明細書で使用される「コーティング材料」は、一般に、ファンデルワールス結合、π－πスタッキング、機械的ラッピング、および／または共有結合によりＣＮＴに結合する、ならびにファンデルワールス結合、π－πスタッキング、および／または共有結合により金属、金属酸化物、または半導体材料表面に結合することができるポリマーおよび／または分子を指す。

【0045】

本明細書で使用される「弾性回復」は、材料が、圧縮、膨張、延伸、または他の変形の後にその当初の形状に戻る能力を指す。

【0046】

本明細書で使用される「圧縮永久ひずみ」は、圧縮などの力が材料に加えられ、その力がその後除去されたときに残される、材料の永続的変形を指す。

【0047】

本明細書で使用される「プレートの変形、反り、または湾曲」は、２つのプレートが締結（即ちボルト締め）されて締結具の力の周りで上向きの曲げを引き起こすとき、サーマルインターフェースまたはジョイントのベースプレートおよびガスケットなどの圧縮性材料が上部プレートにレバー効果をもたらすときに、反動的「法線」力から得られる、その平面状態と比較したときのプレートの任意の変形、反り、または湾曲を指す。一部の場合には、プレートの変形、反り、または湾曲はまた、ミリング、キャスティング、圧延、または結合などのプロセスからのプレート（複数可）の製作中に生じてもよい。

【0048】

本明細書で使用される「締結具間隔」または「ボルト間隔」は、互いに直ぐ隣にあるまたは互いに直接向かい合う（プレートの対向する縁部）締結具を含むことができる、ボルトなどの締結具間の距離を指す。

【0049】

本明細書で使用される「シム」は、シムと、界面の周囲エリアとの間で高さまたは厚さの不整合を創出するように、例えばプレート上の複数の締結具穴の周りに、近くに（即ち、縁部に）、および／または後ろに配置することができる、材料の小片を指す。シムは、締結され（即ち、ボルト締めされ）たとき、締結具（即ち、ボルト）の後ろに、初期変形を引き起こすガスケットおよびプレートの反動力を相殺する反動力を、生成することができる。シムは、接触面積を増大させ、それをプレート内にかつ締結具の位置から離れてさらに押すことができる。

【0050】

本出願で開示される数値範囲には、限定するものではないが、温度の範囲、圧力の範囲、整数の範囲、伝導度および抵抗値の範囲、時間の範囲、ならびに厚さの範囲が含まれる。任意のタイプの開示される範囲は、そのような範囲が合理的に包含することのできる可能性のある数値のそれぞれを個々に、ならびにそこに包含される任意の下位範囲および下位範囲の組合せを開示する。例えば圧力範囲の開示は、本明細書の開示と矛盾することのない、そのような範囲が包含することのできる全ての可能性ある温度値を個々に開示することが意図される。
ＩＩ．ステップ付きガスケットを有するサーマルインターフェースまたはジョイント

【0051】

例えばナットおよびボルトによって締結された少なくとも２つのプレート、ならびにプレート間のガスケットなどの圧縮性材料で形成された、サーマルインターフェースまたはジョイント。プレートの少なくとも１つは、望ましくないプレートの変形、反り、または湾曲を受けることが公知である。

【0052】

２つのボルト締めされたプレート間のガスケット材料の包含は、一部の例では、さらに大きなプレートの変形、反り、または湾曲をもたらす可能性がある。より薄いガスケットは、プレートの変形、反り、または湾曲の程度を制限することができるが排除することができない。例として、図１Ａは、２つのプレート１１０、２つの締結具１２０（即ち、ボルト）、およびプレート間の薄い単層ガスケット１３０を有し、最上プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す、サーマルインターフェース１００の断面表示図を示す。しかしながら、プレートの変形、反り、または湾曲は、プレートをガスケットから分離させるので、サーマルインターフェースの接触依存熱伝導能力を低下させおよび／または悪影響を及ぼす。したがって、プレートの変形、反り、または湾曲の負のサーマルペナルティを相殺するために、ガスケットの厚さを均一に増大させて、プレートの変形、反り、または湾曲により良好に適合させ、それによって接触面積の増大をもたらすことができる。しかしながら、より厚いガスケットは、より大きいプレートの変形、反り、または湾曲をもたらす可能性がある。例えば図１Ｂは、２つのプレート２１０、２つの締結具２２０（即ち、ボルト）、およびプレート間の厚い単層ガスケット２３０を有し、最上プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す、サーマルインターフェース２００の断面表示図を示す。

【0053】

プレートの変形、反り、または湾曲は、締結具（即ち、ボルト）の場所でまたはその近くで、最大限の反りを増大させ、示す。プレートの変形、反り、または湾曲は、対向するボルト間の中間点でまたはその付近で最大であると言うこともできる。したがって単にガスケットの厚さを増大させることは、曲率を増大させ、極めて厚いガスケットを頼りにせずに一貫して中心接触を作製するのを難しくすることになり、解決策として望ましくも実用的でもない。

【0054】

サーマルインターフェースまたはジョイントでは、ガスケットとのプレート接触面積が、プレートの厚さ、プレートの弾性率、および締結具（即ち、ボルト）のトルクに比例する。プレート接触面積は、締結具（即ち、ボルト）間の距離に反比例する。サーマルインターフェースまたはジョイントでは、プレートの変形、反り、または湾曲は、プレートの厚さおよびプレートの弾性率に反比例する。プレートの変形、反り、または湾曲は、締結具（即ち、ボルト）のトルクに比例し、締結具（即ち、ボルト）間の距離と共に単調に増大する。一部の例では、理論上のサーマルインターフェースの反り、接触面積、圧力、および熱伝導度などのパラメーターをモデル化することが可能である。これはステップ付きガスケットとプレートとの間の接触領域／面積および熱伝導度を全体として増大させることなどにより、サーマルインターフェースまたはジョイントの特性を最大限にするように、以下に論じるステップ付きガスケットの特性の選択を可能にする。

【0055】

上で論じたプレートの変形、反り、または湾曲からもたらされる課題に対処するため、サーマルインターフェースまたはジョイントは：
第１および第２のプレート；
第１および第２のプレートの間にあるステップ付きガスケット；ならびに
第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具
を含み；
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つは、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
ステップ付きガスケットは複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、第１のベース層の上部に第１のベース層と接触して、第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり；
ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層は、ステップ付きではない単層ガスケットと比較して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する。

【0056】

図２に示されるように、２つのプレート３１０（上部プレートがプレートの変形、反り、または湾曲を示す）、２つの締結具３２０（即ち、ボルト）、プレート間にあるステップ付きガスケット３３０（３つのステップを有する）を有するサーマルインターフェース３００の断面表示図は、複数の接触領域３４０を、ステップ付きガスケットと、プレートの変形、反り、または湾曲を示す最上プレートとの間に提供する。ステップ付きガスケットの使用による（単層ガスケットに対して）、接触領域の導入は、プレートの変形、反り、または湾曲によって形成された隙間の有害な効果を相殺する。

【0057】

ステップ付きガスケットは、第１のベース層４１０と、第１のベース層上の第２の層４２０とを有するステップ付きガスケットの断面表示図を示す図３Ａに示されるように、少なくとも２つの層を有する。一部の他の例では、ステップ付きガスケットは、第１のベース層５１０、第１のベース層上の第２の層５２０、および第２の層上の第３の層５３０を有するステップ付きガスケットの断面表示図を示す図３Ｂに示されるように、少なくとも３つの層を有する。図４は、例示的な、ベースプレート上の３層ガスケットを示す。合計で最大４または５層の追加の層を有するステップ付きガスケットも、考えられる。

【0058】

追加の層のそれぞれは、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、追加の接触領域を提供することが考えられる。さらに各層は、下にある層よりも小さく、下にある層の表面積よりも小さい表面積を有する。

【0059】

サーマルインターフェースまたはジョイントは、２つのプレートと、ベースプレート（底部プレート）とを含み、この上部プレートは、２つのプレートが締結（例えば、ボルト締め）されたときまたはプレートの製造中に変形、反り、または湾曲を典型的には示す。上部またはベース（底部）プレートのいずれかは、平面または実質的に平面である（ここで「実質的に平面」は、プレート長のｍｍ当たりの平坦度からのずれが０．２５μｍ未満であることを意味する）。図２に示されるものなどの上部および底部プレートは、サーマルインターフェースとして使用される任意の適切な形状および寸法、ならびに厚さを有する任意の適切な材料で作製することができる。２つのプレートは通常、同じ材料で作製され、同じ形状および寸法ならびに必要に応じて同じ厚さを有する。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有する。典型的には、ステップ付きガスケットは、少なくとも第１のベース層に関して、第１および第２のプレートと同じ全体形状を有する。一部の例では、約＞４ｍｍの厚さを有するプレートは、高度に堅牢なプレートとみなすことができ、それに対して約＜４ｍｍの厚さを有するプレートは、中程度にまたは低度に堅牢なプレートとみなすことができる。一部の例では、プレートは独立して、約０．５～約３０ｍｍ、約０．５～約２０ｍｍ、または約０．５～約１０ｍｍの範囲、およびその範囲内の下位範囲の厚さを有する。ある特定の例では、両方のプレートは１／４インチの厚さのプレートである。

【0060】

一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）から選択される材料で作製することができる。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドから選択されるプラスチックで作製することができる。さらに他の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）から選択されるセラミックで作製することができる。

【0061】

サーマルインターフェースまたはジョイントの上部および底部プレートは、１つまたは複数の締結具によって締結され、１つまたは複数の締結具は、上部および底部プレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する。締結具で２つのプレートを接合させるのに必要とされ得るので、各プレート上の同じ位置で両方のプレート上に任意の数の１つまたは複数の締結具穴が存在してもよい。一部の例では、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、または３２個の締結具穴が、各プレートにある。存在する締結具穴は、必要に応じて任意の形状またはサイズを有することができる。一部の例では、締結具穴は円形であり、ボルトなどの締結具に適した直径を有することができる。一部の例では、締結具穴には、ネジ式締結具を受容するようにネジが付けられていてもよい。締結具穴は、適切な任意の相対的配置構成で間隔を空けていてもよい。しかしながら、ある特定の例では、締結具穴はプレートの１つまたは複数の縁部に存在することが好ましい。典型的には、締結具穴は、プレート上で均等に間隔を空けられている。プレート上の締結具穴およびそれらの互いに対する相対的位置の非限定的な例を、図４に示す。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、互いの直ぐ隣にある２つの穴の間とすることができ、距離は、約５～６００ｍｍの範囲であり得る。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、プレートの対向する縁部上の２つの穴の間とすることができ、距離は約５～６００ｍｍの範囲であり得る。さらに他の例では、締結具穴の間の間隔は、プレート上で互いに対して斜めに位置付けられた２つの穴の間とすることができ、距離は約５～６００ｍｍの範囲であり得る。

【0062】

１つまたは複数の締結具は、存在し得る締結具穴のそれぞれを通して第１（ベースまたは底部）のプレートと第２（上部）のプレートとを締結するのに使用することができる。１つまたは複数の締結具は、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せから選択することができる。そのような締結具は、当技術分野で公知である。ネジ式締結具は、当技術分野で公知のものなどのボルトおよびナットとすることができる。一部の他のインサートでは、ネジ式締結具は当技術分野で公知のものなどのボルトおよびポット式インサートである。使用される任意の種類の１つまたは複数の締結具は、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛から選択される材料など、任意の適切な材料で作製することができる。締結具がボルトを含む場合、ボルトは、適切な量のボルトトルクを使用して適用されてもよく、ボルトは、２つのプレート間の均一な締付けを確実にするように任意の適切な締付けパターンで締め付けてもよい。適切なボルト（およびナット）、ボルト締めトルク、およびボルト締めパターンの選択は、当技術分野で公知である。

【0063】

一部の例では、記述されるサーマルインターフェースおよびジョイントに関し、ステップ付きガスケットの使用によって提供される少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらし、それによって、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、３０％高い、４０％高い、または５０％高い、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する。熱伝導度は、サーマルインターフェースの表面間の単位温度差により誘発される、サーマルインターフェースまたはジョイントの単位面積を通る定常状態での熱流の時間速度と定義される。

【0064】

ある特定の例では、記述されるサーマルインターフェースおよびジョイントに関し、ステップ付きガスケットの使用によって提供される少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域は、ステップ付きガスケットと、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの間の接触面積の増大をもたらし、それによって、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、３０％高い、４０％高い、または５０％高い、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する。熱伝導度は、サーマルインターフェースの表面間の単位温度差により誘発される、サーマルインターフェースまたはジョイントの単位面積を通る定常状態での熱流の時間速度と定義される。

【0065】

記述されるサーマルインターフェースおよびジョイントに関し、ステップ付きガスケットの各層は、存在し得る場合、少なくとも１つまたは複数の接触領域で、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面に適合する。
Ａ．ステップ付きガスケット

【0066】

ステップ付きガスケットの使用は、単層ガスケットの使用と比較して、ステップ付きガスケットと変形または湾曲を示すプレートとの間に（図２参照）１つまたは複数の接触領域または面積を導入する。ステップ付きガスケットは、プレートの熱プロファイルを一致または修正（改善）するように設計することができる。ステップ付きガスケットは、より良好な全体的な均一性のため、より均等に接触負荷を分配することができる。ステップ付きガスケットの層の数（図３および４参照）およびステップ付きガスケットに存在する層の相対的な場所は、サーマルインターフェースまたはジョイントの熱的性能を改善する所望の数の接触点または領域を適正に位置決めまたは生成するように、界面曲率モデリングに基づいて位置決めすることができる。

【0067】

ステップ付きガスケットは、第１のベース層とその上にある少なくとも第２の層とを含む。第３、第４、または第５の層などの追加の層が含まれてもよい。第１のベース層および他の層は、必要に応じて任意の適切な形状または厚さを有することができる。より典型的には、第１のベース層および他の層は、同じ形状を有する（即ち、正方形、長方形、円形、規則的なまたは不規則な形状など）。一部の例では、ステップ付きガスケットは、その間に配置されているプレートの全面積を覆う寸法を有する第１のベース層を有する。一部の他の例では、ステップ付きガスケットは、プレートの面積の少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％を覆うなど、その間に配置されているプレートの全面積よりも小さい寸法を有する第１のベース層を有する。ステップ付きガスケットの第１のベース層は、プレートに存在する締付け穴に適応するように切り抜かれた穴を含んでいてもよい。後続の各層は、その下にある層よりもサイズ（面積）が小さい。一部の例では、上にある層は、その下の層の面積のサイズの約１％～５０％の間の面積を有する。例えば、第２の層は、第１のベース層の面積の約１％～７５％または約１％～５０％の面積を有していてもよく、第３の層は、存在する場合、第２の層よりも面積サイズが約１％～７５％または約１％～５０％小さくてもよい。同じことが、それらが存在している層に対する追加の層にも当てはまる。

【0068】

ステップ付きガスケットの使用は、ステップが付けられていない単層ガスケットの使用と比較して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する。所与のステップ付きガスケットでは、含まれる各層が、その層を有さないガスケットと比較して、少なくとも１つ、２つ、３つ、または４つの独立した接触領域を、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つに提供してもよい。一部の例では、ステップ付きガスケットの使用から得られる１つまたは複数の接触領域は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面の少なくとも約５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％と接触すると言うことができる。一部の例では、ステップ付きガスケットの使用から得られる１つまたは複数の接触領域は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面の、少なくとも約５％～２５％、約５％～５０％、約５％～７５％、または約５％～９０％、およびその範囲内の部分範囲に接触すると言うことができる。ガスケットとプレートとの間での、１つまたは複数の接触領域の形成および得られる接触面積の増大は、サーマルインターフェースまたはジョイントの全体的な熱伝導度の増大をもたらす。

【0069】

一部の例では、締結されたプレートの最大の反り／変形の高さは、好ましくは締結されたプレートの最大の反り／変形の高さに一致したまたはそれを超える、組み合わされた高さ（即ち、存在し得る全ての層の合計）を有するステップ付きガスケットの形成を可能にするものを、決定またはシミュレートすることができる。一部の場合には、ステップ付きガスケットの層のそれぞれは、存在し得る場合、それぞれ独立して、約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有することができる。さらに、一部の場合には、ステップ付きガスケットの層間の高さの増大は、約５００μｍ未満、約２５０μｍ未満、約１５０μｍ未満、または約７５μｍ未満であるように選択される。一部の例では、ステップ付きガスケットの層間の高さの増大は、ガスケット層を圧縮性および弾性の基礎とみなしつつ、Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁理論、Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理論、またはＫｉｒｃｈｈｏｆｆ－Ｌｏｖｅプレート理論を使用することによって予測されるように、締結具負荷の下で接触表面からの理論上の反りに基づいて決定することができる。

【0070】

ある特定の場合には、ステップ付きガスケットの第２の層の周縁の場所は、ガスケットを圧縮性および弾性の基礎とみなし、締結具付近のステップ付きガスケットの第１の層の変形を考慮しつつ、Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁理論、Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理論、またはＫｉｒｃｈｈｏｆｆ－Ｌｏｖｅプレート理論によって予測されるように、締結具負荷の下で接触表面の理論上の反りと交差するために、選択されサイズ決めされる。一部の例では、ステップ付きガスケットの第３の層の周縁の場所は、存在する場合、締結具付近のステップ付きガスケットの第１の層の変形ならびに第２の層が第２の表面に接触する面積内の第１および第２の層の変形を考慮して、Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁理論、Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理論、またはＫｉｒｃｈｈｏｆｆ－Ｌｏｖｅプレート理論によって予測されるように、締結具の負荷の下で接触表面の理論上の反りと交差するようにサイズ決めされる。さらに他の例では、ステップ付きガスケットの第４の層の周縁の場所は、存在する場合、締結具付近のステップ付きガスケットの第１の層の変形、第２の層が第２の表面に接触する面積内の第１および第２の層の変形、ならびに第３の層が第２の表面に接触する面積内の第１、第２、および第３の層の変形を考慮して、Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁理論、Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理論、またはＫｉｒｃｈｈｏｆｆ－Ｌｏｖｅプレート理論によって予測されるように、締結具の負荷の下で接触表面の理論上の反りと交差するようにサイズ決めされる。

【0071】

一部の例では、追加の層は、先の層のそれぞれの上部にあってもよい（即ち、第２の層が第１のベース層の上、第３の層が第２の層の上など）。さらに、また代替として、追加の層が、先の層上に互いに隣り合っていてもよく、例えば第１のベース層は、ベース層上に互いに隣り合って第２および第３の層を有するが、第３の層は第２の層に接触しても第２の層上にもない。

【0072】

一部の例では、ステップ付きガスケットの層のそれぞれは、存在し得る場合、それぞれ独立して、約０．１ＭＰａ～約５０ＭＰａ、約０．１ＭＰａ～約１００ＭＰａ、約０．１ＭＰａ～約１５０ＭＰａ、または約０．１ＭＰａ～約２００ＭＰａの間の範囲の弾性率を示すことができる。一部の例では、ステップ付きガスケットの層のそれぞれは、存在し得る場合、それぞれ独立して、約０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約１ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約５ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約２ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約３ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約４ｃｍ^２・℃／Ｗ、または０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約５ｃｍ^２・℃／Ｗの間の範囲のサーマルインターフェース抵抗を有することができる。

【0073】

一部の例では、ステップ付きガスケットの複数の層のそれぞれは独立して、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。典型的には、少なくとも２つの層を有する各ステップ付きガスケットは、適切な場合には層の数およびそれぞれの厚さが様々であってもよい同一の材料で作製される層で、作製される。一部の例では、種々の材料タイプの層を使用することができる。さらに一部の例では、ステップ付きガスケットの各層を構成する材料はさらに、当技術分野で公知の熱伝導性および／または導電性充填剤を含むことができる。

【0074】

一部の場合には、ステップ付きガスケットの第１のベース層は、好ましくは１つまたは複数の締結具付近に、ステップ付きガスケットを通した接地経路を提供する。さらに他の場合には、第１のベース層は、接着剤（即ち、感圧接着剤または感熱接着剤）を、好ましくはその上にいかなる追加の層も有さない側に含むことができる。例えば接着剤は、底部（ベース）プレートに接着させるよう、図２、３Ａ、または３Ｂに示される第１のベース層の底部に存在していてもよい。

【0075】

一部の例では、ステップ付きガスケットは、カーボンナノチューブアレイまたはシートを備える多層または多段層状構造体で作製することができる。例えば、ステップ付きガスケットは：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を備える多層または多段層状構造体とすることができ、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層は積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブは、少なくとも部分的に、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと相互嵌合する。そのようなステップ付きガスケットについて、以下に詳細に記述する。
ｉ．多層または多段層状構造を有するステップ付きガスケット

【0076】

カーボンナノチューブアレイまたはシートを備える多層または多段層状構造体を使用して、以下に記述されるようにステップ付きガスケットを形成することができる。
ａ．カーボンナノチューブアレイおよびカーボンナノチューブシート

【0077】

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）アレイについて、本明細書に記述する。アレイは、金属（例えば、ＡｌまたはＡｕ）箔でまたは金属合金（即ち、鋼）で作製されたものなどの不活性基材／支持体の表面上に支持されるまたは表面に取付けられる複数のカーボンナノチューブを備える。一部の実施形態では、基材／支持体は、黒鉛または他の炭素系材料などの柔軟な電気および熱伝導性の基材とすることができる。さらに他の実施形態では、基材／支持体は、柔軟なセラミックなどの電気絶縁性基材とすることができる。ＣＮＴアレイは、以下に記述される方法を使用して形成することができる。ＣＮＴは、基材／支持体上に垂直に整列している。ＣＮＴは、それらが支持されるかまたは取付けられている表面と実質的に垂直であるときに、「垂直に整列している」と言われる。ナノチューブは、面法線から平均して３０、２５、２０、１５、１０、または５度以内で配向したときに、実質的に垂直であると言われる。

【0078】

一般に、カーボンナノチューブは、ナノチューブが自立しかつ多層基材の表面に対して実質的に垂直な配向を採用するように、十分な密度で存在する。好ましくはナノチューブは、互いに最適な距離で間隔を空けて配置され、熱伝達損失を最小限に抑えるように均一な高さのものであり、それによって集合的な熱拡散性が最大限になる。一部の実施形態では、基材表面上のカーボンナノチューブ密度は、ｍｍ^２当たり約１×１０^７～１×１０^１１ナノチューブ、ｍｍ^２当たり約１×１０^８～１×１０^１０ナノチューブ、またはｍｍ^２当たり約１×１０^９～１×１０^１０ナノチューブの範囲である。

【0079】

ＣＮＴアレイは、アレイの上部（即ち、多層基材上に垂直に整列したときにカーボンナノチューブの遠位端により形成された表面）からアレイの底部（即ち、多層基材の表面）まで連続するナノチューブを備える。ＣＮＴアレイは、約４～約１０の間の壁を有するナノチューブを一般に指す、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）から形成されてもよい。アレイはまた、約１～３の壁を備えるナノチューブを一般に指す寡層ナノチューブ（ＦＷＮＴ）から形成されてもよい。ＦＷＮＴは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、および三層カーボンナノチューブ（ＴＷＮＴ）を含む。ある特定の実施形態では、ナノチューブはＭＷＮＴである。一部の実施形態では、アレイ内のＭＷＮＴの直径は、１０～４０ｎｍ、より好ましくは１５～３０ｎｍの範囲であり、最も好ましくは約２０ｎｍである。アレイ内のＣＮＴの長さは、１～５，０００マイクロメートル、好ましくは５～５０００マイクロメートル、好ましくは５～２５００マイクロメートル、より好ましくは５～２０００マイクロメートル、より好ましくは５～１０００マイクロメートルの範囲であり得る。一部の実施形態では、アレイ内のＣＮＴの長さは、１～５００マイクロメートル、さらにより好ましくは１～１００マイクロメートルの範囲であり得る。

【0080】

ＣＮＴは、多層基材に対して強力な接着を示す。ある特定の実施形態では、ＣＮＴアレイまたはシートは、エタノールなどの溶媒に浸漬され、少なくとも５分間にわたり超音波処理された後、実質的に無傷のままである。特定の実施形態では、ＣＮＴの少なくとも約９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、または９９．９％が、エタノール中での超音波処理後に表面に残る。

【0081】

カーボンナノチューブシートについても本明細書に記述する。シートは、自立型材料を形成するように、強力なファンデルワールス力相互作用および機械的もつれを通して互いに支持する複数のカーボンナノチューブを備える。ＣＮＴシートは、以下に記述される方法を使用して形成することができる。ＣＮＴは、自立型シートを形成し、このシートの表面と同一面内に整列している。ＣＮＴは、それらが形成するシートの表面に実質的に平行であるときに、「平面に整列している」と言われる。ナノチューブは、平均してシートの面法線から４０、５０、６０、７０、８０、または８５度よりも大きく配向したときに、実質的に平行であると言われる。

【0082】

一般にナノチューブは、ナノチューブが自立しかつシートの表面に対して実質的に平行な配向を採用するように、十分な密度で存在する。好ましくはナノチューブは、互いに最適な距離で間隔を空けて配置され、熱伝達損失を最小限に抑えるように均一な長さのものであり、それによって集合的な熱拡散性が最大限になる。

【0083】

ＣＮＴシートは、約４～約１０の間の壁を有するナノチューブを一般に指す、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）から形成されてもよい。シートはまた、約１～３の壁を備えるナノチューブを一般に指す寡層ナノチューブ（ＦＷＮＴ）から形成されてもよい。ＦＷＮＴは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）、および三層カーボンナノチューブ（ＴＷＮＴ）を含む。ある特定の実施形態では、ナノチューブはＭＷＮＴである。一部の実施形態では、アレイ内のＭＷＮＴの直径は、１０～４０ｎｍ、より好ましくは１５～３０ｎｍの範囲であり、最も好ましくは約２０ｎｍである。シート内のＣＮＴの長さは、１～５，０００マイクロメートル、好ましくは１００～５０００マイクロメートル、好ましくは５００～５０００マイクロメートル、より好ましくは１０００～５０００マイクロメートルの範囲であり得る。一部の実施形態では、シート内のＣＮＴの長さは１～５００マイクロメートル、さらにより好ましくは１～１００マイクロメートルの範囲であり得る。

【0084】

上述のＣＮＴアレイまたはシートは、内部のＣＮＴに接着または結合するコーティングまたはコーティング材料（用語は同義で使用することができる）を含むことができる。コーティング／コーティング材料は、以下に記述されるように付着させることができる。一部の実施形態では、コーティングは、１つまたは複数のオリゴマー材料、ポリマー材料、ワックス、またはこれらの組合せを含有する。他の実施形態では、コーティングは、１つまたは複数の非ポリマー材料を含有する。一部の実施形態では、コーティングは、オリゴマー、ワックス、および／またはポリマー材料、ならびに非ポリマー材料の混合物を含有することができる。

【0085】

ある特定の実施形態では、コーティング材料（複数可）は、積層アレイまたはシートのカーボンナノチューブを、例えば化学的に、結合することができる結合剤（複数可）として作用する。限定するものではないが、結合剤（複数可）として作用することができるコーティング材料は、接着剤（即ち、アクリレート接着剤）および相変化材料（即ち、ワックス（複数可））から選択することができる。

【0086】

一部の実施形態では、アレイのＣＮＴに接着または結合するコーティングは、２つまたはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートが積層される前に付着され、一方、他の実施形態では、アレイのＣＮＴに接着または結合するコーティングは、２つまたはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートの積層後に付着される。さらに他の実施形態では、コーティングは、ＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成された多層または多段層状構造体内に浸潤または埋め戻され、構造体を形成するアレイのＣＮＴに接着または結合される。本明細書で使用される「浸潤」または「浸潤した」は、多層または多段層状構造体を形成するように積層されたアレイまたはシートのカーボンナノチューブの少なくとも一部を通して浸透したコーティング材料（複数可）を指す。一部の実施形態では、浸潤の程度は、アレイまたはシートのカーボンナノチューブ間の体積空間の０．１～９９．９％の範囲にある。一部の実施形態では、浸潤したコーティング材料は、カーボンナノチューブ間の格子間空間を少なくとも部分的に満たす一方、一部の他の実施形態では、浸潤したコーティングは、カーボンナノチューブの表面（複数可）の少なくとも一部をコーティングするか、またはその両方である。一部の実施形態では、浸潤したコーティング材料は、ＣＮＴアレイまたはシートの積層によって形成された構造体の段層または層内に存在するカーボンナノチューブ間の格子間空間の全てまたは実質的に全て（即ち、少なくとも約９５％、９６％、９７％、９８％、または９９％）を満たす。

【0087】

様々な材料は、積層前、積層中、または積層後に、ＣＮＴアレイまたはシート上にコーティングすることができる。特定の実施形態では、コーティングは、本明細書に定義される複数の層または段層を有する構造体のアレイまたはシートのＣＮＴの熱抵抗の減少を引き起こし得る。コーティングは、ＣＮＴの先端および／または側壁をコーティングするように共形的に付着させることができる。コーティングは、界面が例えば溶媒、熱、または付着させるのが容易な何らかの他の源を使用して組み立てられるので、リフロー可能であることも望ましい。コーティングとして使用されるポリマーは、少なくとも１３０℃まで熱的に安定でなければならない。一部の実施形態では、コーティングは、界面の「再加工」を可能にするために、熱または溶媒への溶解などによって容易に除去可能である。本明細書で使用される「再加工」は、溶媒または熱を加えることによる界面の破壊（即ち、コーティングの除去）を指す。

【0088】

一部の実施形態では、コーティングは、１種または複数種のポリマー材料であるかまたはそれを含有する。ポリマーまたはポリマーコーティングは、芳香族、複素芳香族、もしくは非芳香族ポリマーなどの共役ポリマー、または非共役ポリマーを含有することができる。

【0089】

共役ポリマーの適切なクラスには、ポリチオフェン（アルキル置換ポリチオフェンを含む）、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（ｐ－フェニルスルフィド）、およびポリ（ｐ－フェニレンビニレン）を含むがこれらに限定されないポリ芳香族およびポリ複素芳香族が含まれる。適切な非芳香族共役ポリマーには、限定するものではないがポリアセチレンおよびポリジアセチレンが含まれる。上に列挙されたポリマーのクラスには置換ポリマーが含まれ、この場合、ポリマー主鎖は、アルキル基などの１個または複数の官能基で置換されている。一部の実施形態では、ポリマーはポリスチレン（ＰＳ）である。他の実施形態では、ポリマーはポリ（３－ヘキシチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）である。他の実施形態では、ポリマーは、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン（3,4-3thylenedioxythiophene））（ＰＥＤＯＴ）またはポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）である。

【0090】

他の実施形態では、ポリマーは非共役ポリマーである。適切な非共役には、限定するものではないが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン、シリコーン、アクリル、およびこれらの組合せ（ブレンド）が含まれる。

【0091】

他の実施形態では、ポリマーはパラフィンワックスである。他の実施形態では、ポリマーは、Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈワックスまたはポリエチレンワックスなどの合成ワックスである。他の実施形態では、ポリマーは、８０、９０、１００、１１０、または１２０℃よりも上の、好ましくは１３０℃よりも上の融解温度を有するワックスである。

【0092】

他の実施形態では、ポリマーは、改善された接着特性を１つまたは複数の表面に提供するように、ワックス、粘着剤、およびポリマー基剤を組み合わせたホットグルーまたはホットメルト接着剤などであるがこれらに限定されない接着剤である。一部の実施形態では、接着剤は、感圧接着剤である。ある特定の他の実施形態では、接着剤は、シアノアクリレートなど、空気または水との接触により重合するモノマーである。さらに他の実施形態では、接着剤は、感圧接着剤と熱活性化（または活性化可能な）接着剤ポリマーとの組合せであり、これは、感圧接着剤、ならびに感熱接着剤による追加のおよびより永続的なまたは半永続的な接着によって、コーティングのそのような組合せを含む本明細書に記述される多層または多段層状構造体の表面（複数可）への接着の容易さを高める。

【0093】

ＣＮＴアレイまたはシートは、１種または複数種の金属ナノ粒子でさらにコーティングすることができる。１種または複数種の金属ナノ粒子は、ＣＮＴの遠位端および／または側壁を表面に結合する、ＣＮＴアレイまたはシートと表面との間の熱抵抗を低減する、あるいはこれらの組合せになるように、ＣＮＴの遠位端および／または側壁に吸着されてもよい。金属ナノ粒子は、当技術分野で公知の様々な方法を使用して、ＣＮＴアレイまたはシートに付着させることができる。適切な金属ナノ粒子の例には、パラジウム、金、銀、チタン、鉄、ニッケル、銅、およびこれらの組合せが含まれる。
ａ１．流動性または相変化材料

【0094】

ある特定の実施形態では、流動性または相変化材料は、積層前、積層中、または積層後に、上述のＣＮＴアレイまたはシートに付着される。流動性または相変化材料は、ＣＮＴ間の空気にとって代わってＣＮＴの遠位端および／または側壁と表面との間の接触を改善するように、ＣＮＴアレイまたはシートに添加されてもよく、その結果、アレイもしくはシートの熱抵抗、およびアレイもしくはシートと表面との間の接触、またはこれらの組合せが低減する。流動性または相変化材料は、当技術分野で公知の様々な方法を使用してＣＮＴアレイに付着させることができる。

【0095】

適切な流動性または相変化材料の例には、一般にパラフィンワックス、ポリエチレンワックス、炭化水素系ワックス、およびこれらのブレンドが含まれる。ワックスでもポリマーでもない適切な流動性または相変化材料の他の例には、液体金属、油、有機－無機および無機－無機共晶、ならびにこれらのブレンドが含まれる。一部の実施形態では、非ポリマーコーティング材料および流動性または相変化材料などのコーティング材料は、同じ材料（単数または複数）である。
ｂ．積層されたＣＮＴアレイまたはシート

【0096】

上述のＣＮＴアレイまたはシートは、多層または多段層状構造体であるステップ付きガスケットを提供するため、以下に記述される方法に従い積層される。一部の例では、ステップ付きガスケットは、少なくとも部分的に相互嵌合するおよび本明細書に記述される適切なコーティング材料で必要に応じてコーティングされてもよい２つのＣＮＴアレイまたはシートのカーボンナノチューブを接触／積層することによって形成される。一部の他の例では、ステップ付きガスケットの各層は、積層される多数のＣＮＴアレイまたはシートから形成されてもよい。例えばベース層は、積層される少なくとも２つのＣＮＴアレイまたはシートから形成された多層または多段層状構造体を含んでいてもよく、第１のベース層の上にある第２のより小さい層も、少なくとも２つまたはＣＮＴアレイまたはシートで形成された多層または多段層状構造体であってもよく、第２の層の上にある必要に応じた第３のさらにより小さい層も、少なくとも２つまたはＣＮＴアレイまたはシートで形成された多層または多段層状構造体であってもよい。より多くのＣＮＴアレイまたはシートを含むことにより、多層または多段層状構造体で形成された層のそれぞれの厚さは、必要に応じて修正することができる。さらに他の例では、ステップ付きガスケットの層は、積層された多数のＣＮＴアレイまたはシートから形成されてもよく、最上部の層は、単独で層を形成する単一のＣＮＴアレイまたはシートで形成されてもよい。そのような組合せの層タイプが考えられる。

【0097】

一部の実施形態では、多層または多段層状構造体は、コーティング、金属のナノ粒子のコーティング、および／または流動性もしくは相変化材料のコーティングを、アレイのＣＮＴなどのナノ構造要素上にさらに含むことができる。そのようなコーティング、金属のナノ粒子のコーティング、および／または流動性もしくは相変化材料のコーティングは、上述の通りである。

【0098】

一部の例では、ステップ付きガスケットは、積層されかつ多層または多段層状構造体を形成する少なくとも２つのＣＮＴアレイまたはシートを備える。より多くのＣＮＴアレイまたはシートを含むことにより、多層または多段層状ステップ付きガスケットの厚さは、必要に応じて増大させることができる。一部の実施形態では、最大３、４、５、１０、１５、２０、２５、３０、またはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートを、以下に記述される方法に従い積層することができる。例えば、少なくとも２つの層を有するステップ付きガスケットは、２つのＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成することができる。少なくとも３つの層を有するステップ付きガスケットは、３つのＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成することができる。１つのＣＮＴアレイまたはシートは、第１のベース層として作用することがさらに理解される。第２のＣＮＴアレイまたはシートは、図３Ａにあるように、第１のベース層上に積層され、ベース層よりもサイズが小さくかつ小さい表面積を有する。一部の例では、第３のＣＮＴアレイまたはシートは、図３Ｂにあるように、第２の層上に積層することができ、第２の層よりもサイズが小さくかつ小さい表面積を有する。一部の例では、上にある層は、その下の層の面積のサイズの約１％～５０％の間の面積を有する。例えば第２の層は、第１のベース層の面積の約１％～７５％または約１％～５０％の面積を有していてもよく、第３の層は、存在する場合、第２の層の場合よりも約１％～７５％または約１％～５０％、面積サイズが小さくてもよい。同じことが、それらが存在している層に対する追加の層にも当てはまる。

【0099】

ＣＮＴアレイまたはシートで作製された第１のベース層および他の層は、同じ形状を有することができる（即ち、正方形、長方形、円形、規則的なまたは不規則な形状など）。ステップ付きガスケットの第１のベース層は、プレートに存在する締付け穴に適応するように切り抜かれた穴を含んでいてもよい。

【0100】

非限定的な実施形態では、支持体／基材上に形成された少なくとも２つの垂直に整列したアレイまたはシートは、アレイのＣＮＴなどのナノ構造要素が接触により少なくとも部分的に相互嵌合するように積層され／接触する。一実施形態では、アレイのナノ構造要素の完全な相互嵌合は、積層されたときに互いに生じる。他の実施形態では、アレイは、ＣＮＴなどのナノ構造要素の先端でのみ相互嵌合し得る。さらに他の実施形態では、個々のナノ構造は、相互嵌合プロセス中に隣接するアレイのナノ構造を通して進行することができ、ＣＮＴまたはその一部などの個々のアレイのナノ構造要素は、完全にまたは実質的に互いに相互嵌合し；本明細書で使用される「実質的に」は、個々のアレイのナノ構造要素間の少なくとも９５％、９６％、９７％、９８％、または９９％の相互嵌合を指す。一部の実施形態では、相互嵌合の程度は、約０．１％～９９％の範囲にあるか、または少なくとも約１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、もしくは９５％である。

【0101】

一部の実施形態では、少なくとも部分的に相互嵌合する、積層されたＣＮＴアレイまたはシートのナノ構造はまた、管束、クランプ、または列などであるがこれらに限定されない、より大きい超構造に形成されてもよい。これらの超構造は、毛管クランピングなどのメカニズムを通して、または積層プロセスの前、間、もしくは後のポリマーコーティングの付着によって、形成されてもよい。

【0102】

一部の実施形態では、上述のポリマーコーティングおよび／もしくは接着剤、または他のコーティングが、後で積層されるＣＮＴアレイ（複数可）に付着される。そのような実施形態では、上述のコーティングおよび／もしくは接着剤、または他のコーティングの厚さは、約１～１０００ｎｍ、より好ましくは１～５００ｎｍ、最も好ましくは１～１００ｎｍである。

【0103】

上記に加え、多層または多段層状構造体に存在するＣＮＴの好ましい変形力学は、隣接する表面の凹凸に効率的に適応させ、その結果、高い接触面積を界面にもたらす。
ｂ１．熱抵抗の低減

【0104】

本明細書に記述されるＣＮＴアレイまたはシートの積層によって形成されたステップ付きガスケットは、低減した界面熱抵抗を示す。熱抵抗は、保護熱板法などの当技術分野で公知の様々な技法を使用して測定することができる。

【0105】

一実施形態では、そのようなＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成された多層または多段層状構造体の熱抵抗は、例えば、ジョイントの高温側および低温側に熱電対を装備したボルト式ジョイントを使用して測定したときに、単一段層構造体と比較して少なくとも約２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、またはそれよりも大きく低減する。ある特定の実施形態では、ＣＮＴアレイまたはシート、およびそのようなＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成された多層または多段層状構造体は、約１．０、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、または０．１ｃｍ^２Ｋ／Ｗ未満の熱抵抗を示す。そのような実施形態では、熱抵抗は約０．４、好ましくは約０．３ｃｍ^２Ｋ／Ｗである。これらの熱抵抗は、ＡＳＴＭ Ｄ－５４７０に記述されるものなどの方法を使用して、局所的に測定される。実際のサーマルインターフェースまたはその部分の複合熱抵抗は、実際の部分幾何形状および材料に依存し、この範囲に入らない可能性がある。ある特定の実施形態では、ＣＮＴアレイまたはシート、およびそのようなＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成された多層または多段層状構造体は、約２．０～０．１ｃｍ^２Ｋ／Ｗの間の熱抵抗を示す。そのような実施形態では、熱抵抗は約２、１．５、１、０．９、０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、または０．１ｃｍ^２Ｋ／Ｗである。一部の実施形態では、ＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成された多層または多段層状構造体の熱抵抗値は、積層体を形成するのに使用される単層アレイの値（複数可）と比較して、同じまたは実質的に変化せず；本明細書で使用される「実質的に」は、１０％、５％、４％、３％、２％、または１％未満の変化を指す。

【0106】

一例では、ＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成され、ステップ付きガスケットを形成する、多層または多段層状構造体の見掛けの熱伝導度は、単一段層構造体と比較して少なくとも約２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、またはそれよりも大きく増大する。一部の実施形態では、多層または多段層状ガスケット構造体は、約１～２５００Ｗ／ｍ・Ｋ、１～２０００Ｗ／ｍ・Ｋ、１～１５００Ｗ／ｍ・Ｋ、１～１０００Ｗ／ｍ・Ｋ、１～５００Ｗ／ｍ・Ｋ、５～５００Ｗ／ｍ・Ｋ、５～４００Ｗ／ｍ・Ｋ、５～３００Ｗ／ｍ・Ｋ、５～２００Ｗ／ｍ・Ｋ、５～１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、５～１００Ｗ／ｍ・Ｋ、または３～３０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲にある伝導度の値を示す。

【0107】

一部の場合には、コーティングは、ＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成された多層または多段層状構造体を形成するため、積層の前、間、または後にそのようなＣＮＴアレイまたはシートに必要に応じて付着され得る。コーティング（複数可）は、ＣＮＴフォレストサーマルインターフェースの接触面積を増大させるのにおよび熱抵抗を低減させるのに、有効な手段であることが示された。個々のＣＮＴ接点の周りにナノスケールコーティングを含むことによって追加された結合プロセスは、例えば、接触面積を増大させるように、界面付近に追加のＣＮＴを毛管作用を通して引き込むことを含む。

【0108】

一部の例では、多層または多段層状構造体は、最大約３０、５０、１００、２００、３００、４００、５００ｐｓｉ、またはそれよりも大きい様々な圧力での１回または複数の反復変形、典型的には圧縮後、優れた弾性回復特性を示すことができる。１回または複数の圧縮後のパーセンテージ値として表される多層または多段層状構造体の弾性回復は、約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、または９９％よりも大きくあり得る。一部の例では、記述される多層または多段層状構造体は、最大約３０、５０、１００、２００、３００、４００、５００ｐｓｉ、またはそれよりも大きい様々な圧力での１回または複数の反復変形、典型的には圧縮後の圧縮永久ひずみ特性も示す。１回または複数の圧縮後のパーセンテージ値として表される、多層または多段層状構造体の圧縮永久ひずみは、約２０％、１５％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％、または０．１％未満であり得る。
ｉｉ．シム

【0109】

上述のサーマルインターフェースおよびジョイントはまた、図５Ａ、５Ｂ、６Ａ、および６Ｂに示されるように、その上に１つまたは複数のシムを含んでいてもよい。図５Ａに示されるように、シムは、ステップ付きガスケットの上部に配置されてもよい。あるいはシムは、図５Ｂに示されるように、ステップ付きガスケットに接触しないように配置されてもよい。

【0110】

１つまたは複数のシムは、図６Ａおよび６Ｂに示されるように、１つまたは複数の締結具、またはプレートに存在する締結具穴の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けることができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、ステップ付きガスケットの第１の層の高さに等しくなるように選択される高さを有する。一部の例では、１つまたは複数のシムは、プレートの最縁部など、可能な限り締結具穴および締結具のはるか後ろに位置決めされる。

【0111】

シムは、任意の適切な形状を有することができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、好ましくは環帯または半環帯形状を有し、これは円形、正方形、または長方形であってもよい。そのような半環帯形状シムは、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムとすることができる。さらに、または代替として、正方形または長方形の形状を有するシムは、図６Ｂに示されるように、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けられたものを使用することができる。

【0112】

一部の例では、シムは、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される。一部の他の例では、シムは、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。

【0113】

さらに他の例では、シムは：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層は積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブは、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する。そのような多層または多段層状構造体、およびそれらの作製方法は、上および以下のセクションＶＩに記述される通りである。

【0114】

１つまたは複数のシムは独立して、任意の適切な範囲を有することができる。一部の例では、シムは、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する。一部の例では、シムはそれぞれ独立して、約５ＭＰａ～約１３０ＧＰａの間の範囲の弾性率を示す。
ＩＩＩ．シムを含むサーマルインターフェースまたはジョイント

【0115】

説明されたように、ナットおよびボルトなどによって締結された少なくとも２つのプレートで形成されかつプレート間にガスケットなどの圧縮性材料を有する、サーマルインターフェースまたはジョイントは、望ましくないプレートの変形、反り、または湾曲を受ける少なくとも１つのプレートを有する。そのようなプレートの変形、反り、または湾曲は、プレートとガスケットとの間の接触面積を減少させるおよび／または制限する隙間（複数可）の形成を引き起こす可能性があるので、サーマルインターフェースが熱を効率的に伝導させる能力に悪影響をもたらす。

【0116】

一部の例では、内部に単層ガスケットを有するサーマルインターフェースまたはジョイントに１つまたは複数のシムを含むことによって、プレートの変形、反り、または湾曲の効果を相殺することが可能である。

【0117】

プレートの変形、反り、または湾曲から生じる課題に対処するために、サーマルインターフェースまたはジョイントは：
第１および第２のプレート；
第１および第２のプレートの間にある単層ガスケット；ならびに
第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具
を含むことができ、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つは、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
１つまたは複数のシムは、１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに存在して、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減する。

【0118】

サーマルインターフェースまたはジョイントは、２つのプレート、ベースプレート（底部プレート）と上部プレートとを含み、その一方または両方は、２つのプレートが締結された（即ち、ボルト締めされた）ときに、典型的には変形、反り、または湾曲を示す。プレートの少なくとも１つは、平面または実質的に平面である（「実質的に平面」は、プレート長のｍｍ当たりの平坦度からのずれが０．２５μｍ未満であることを意味する）。図２に示されるような上部プレートおよび底部プレートは、サーマルインターフェースとして使用される任意の適切な形状および寸法ならびに厚さを有する任意の適切な材料で作製することができる。２つのプレートは、通常、同じ材料で作製され、同じ形状および寸法、ならびに必要に応じて同じ厚さを有する。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有する。典型的には、単層ガスケットは、少なくとも第１のベース層に関して、第１および第２のプレートと同じ全体形状を有する。一部の例では、約＞４ｍｍの厚さを有するプレートは、高度に堅牢なプレートとみなすことができ、それに対して約＜４ｍｍの厚さを有するプレートは、中程度または低度に堅牢なプレートとみなすことができる。一部の例では、プレートは独立して、約０．５～約３０ｍｍ、約０．５～約２０ｍｍ、または約０．５～約１０ｍｍの範囲、およびその範囲内の下位範囲の厚さを有する。ある特定の例では、両方のプレートは１／４インチの厚さのプレートである。

【0119】

一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）から選択される材料で作製することができる。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドから選択されるプラスチックで作製することができる。さらに他の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）から選択されるセラミックで作製することができる。

【0120】

サーマルインターフェースまたはジョイントの上部および底部プレートは、１つまたは複数の締結具によって締結され、１つまたは複数の締結具は、上部および底部プレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する。締結具で２つのプレートを接合させるのに必要とされ得るので、各プレート上の同じ位置で両方のプレートに任意の数の１つまたは複数の締結具穴が存在してもよい。一部の例では、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、または３２個の締結具穴が、各プレートにある。存在する締結具穴は、必要に応じて任意の形状またはサイズを有することができる。一部の例では、締結具穴は円形であり、ボルトなどの締結具に適した直径を有することができる。一部の例では、締結具穴には、ネジ式締結具を受容するようにネジが付けられていてもよい。締結具穴は、適切な任意の相対的配置構成で間隔を空けていてもよい。しかしながら、ある特定の例では、締結具穴は、プレートの１つまたは複数の縁部に存在することが好ましい。典型的には、締結具穴は、プレート上で均等に間隔を空けている。プレート上の締結具穴およびそれらの互いに対する相対的位置の非限定的な例を、図４に示す。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、互いに直ぐ隣にある２つの穴の間とすることができ、距離は、約５～６００ｍｍの範囲であり得る。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、プレートの対向する縁上の２つの穴の間とすることができ、距離は、約５～６００ｍｍの範囲であり得る。さらに他の例では、締結具穴の間の間隔は、プレート上で互いに斜めに位置付けられた２つの穴の間とすることができ、距離は、約５～６００ｍｍの範囲であり得る。

【0121】

１つまたは複数の締結具は、存在し得る締結具穴のそれぞれを通して、第１（ベースまたは底部）のプレートおよび第２（上部）のプレートを締結するのに使用することができる。１つまたは複数の締結具は、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せから選択することができる。そのような締結具は、当技術分野で公知である。ネジ式締結具は、当技術分野で公知のものなどのボルトおよびナットとすることができる。一部の他の例では、ネジ式締結具は、当技術分野で公知のものなどの、ボルトおよびポット式インサートである。一部の例では、１つまたは複数のシムは、締結前にサーマルインターフェースのプレートの１つが湾曲または歪んでいるときなど、組み立て中にポット式インサートへの応力（複数可）を低減させることができ：１つまたは複数のシムが存在することを除いて同等であるサーマルインターフェースと比較して、ポット式インサートへの応力（複数可）の低減は、少なくとも約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、または９０％である。使用される任意の種類の１つまたは複数の締結具は、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛から選択される材料など、任意の適切な材料で作製することができる。締結具がボルトを含む場合、ボルトは、適切な量のボルトトルクを使用して適用されてもよく、ボルトは、２つのプレート間の均一な締結が確実になるように、任意の適切な締付けパターンで締めてもよい。適切なボルト（およびナット）、ボルト締めトルク、およびボルト締めパターンの選択は、当技術分野で公知である。

【0122】

一部の例では、単層ガスケットは、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。さらに一部の例では、単層ガスケットを構成する材料はさらに、当技術分野で公知の熱伝導性および／または導電性充填剤を含むことができる。単層ガスケットは、任意の適切な厚さを有することができる。一部の例では、厚さは約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲である。

【0123】

単層ガスケットは、約０．１ＭＰａ～約５０ＭＰａ、約０．１ＭＰａ～約１００ＭＰａ、約０．１ＭＰａ～約１５０ＭＰａ、または約０．１ＭＰａ～約２００ＭＰａの間の範囲の弾性率を有することができる。一部の例では、ステップ付きガスケットの層のそれぞれは、存在し得る場合、それぞれ独立して、約０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約１ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約５ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約２ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約３ｃｍ^２・℃／Ｗ、０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約４ｃｍ^２・℃／Ｗ、または０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約５ｃｍ^２・℃／Ｗの間の範囲のサーマルインターフェース抵抗を有することができる。

【0124】

一部の場合には、単層ガスケットは、底部（ベース）プレートに接着するために、接着剤（即ち、感圧接着剤または感熱接着剤）を、好ましくは底部（ベース）プレートに接触する側に含むことができる。

【0125】

１つまたは複数の締結具の周り、近く、および／または後ろでの１つまたは複数のシムの使用は、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減することができる。シムは、単層ガスケットと、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの間の接触面積の増大をもたらす。例えば図５Ａおよび５Ｂは、シムの存在が、単層ガスケットと、屈曲を示す上部プレートとの間の接触面積の増大を誘発させることを示す。一部の例では、接触面積の増大は、シムが存在しない同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、３０％高い、４０％高い、または５０％高い、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する。熱伝導度は、サーマルインターフェースの表面間の単位温度差により誘発される、サーマルインターフェースまたはジョイントの単位面積を通る定常状態での熱流の時間速度と定義される。一部の他の例では、シムは、サーマルインターフェースまたはジョイントの第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらすこともできる。

【0126】

シムは、単層ガスケットの上部に配置されてもよい。あるいはシムは、単層ガスケットに接触しないような手法で配置されてもよい。１つまたは複数のシムは、１つもしくは複数の締結具またはプレート（複数可）に存在する締結具穴の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けることができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、単層ガスケットの高さに等しくなるように選択される高さを有する。一部の例では、１つまたは複数のシムは、プレートの最縁部など、可能な限り締結具穴および締結具からはるか後ろに位置決めされる。

【0127】

シムは、任意の適切な形状を有することができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、好ましくは環帯または半環帯形状を有し、円形、正方形、または長方形であってもよい。そのような半環帯形状シムは、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムとすることができる。さらに、または代替として、図６Ｂに示されるように、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けられた正方形または長方形の形状を有するシムを使用することができる。

【0128】

一部の例では、シムは、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される。一部の他の例では、シムは、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。

【0129】

さらに他の例では、シムは：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層は積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブは、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する。そのような多層または多段層状構造体、およびそれらの作製方法は、上および以下のセクションＶＩに記述される通りである。

【0130】

１つまたは複数のシムは独立して、任意の適切な範囲を有することができる。一部の例では、シムは、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する。一部の例では、シムはそれぞれ独立して、約５ＭＰａ～約１３０ＧＰａの間の範囲の弾性率を示す。
ＩＶ．ステップ付きガスケットを有するサーマルインターフェースまたはジョイントを調製するための方法

【0131】

内部にステップ付きガスケットを有するサーマルインターフェースまたはジョイントは：
（１）第１および第２のプレートを用意するステップ；
（２）ステップ付きガスケットを用意するステップ；
（３）ステップ付きガスケットを、第１および第２のプレートの間に配置するステップ；
（４）第１および第２のプレートを１つまたは複数の締結具で接合するステップ
を含む方法であって；
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、１つまたは複数の締結具により接合されたときに、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
ステップ付きガスケットが複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、第１のベース層の上部に第１のベース層と接触して、第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり；
ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層が、ステップ付きではない単層ガスケットと比較したとき、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する、
方法に従い、調製することができる。

【0132】

典型的には、１つまたは複数の締結具は、第１および第２のプレートに存在する１つまたは複数の締結具穴を通して第１および第２のプレートを接合する。

【0133】

方法の、一部の例では、２つのプレートは通常同じ材料で作製され、同じ形状および寸法、ならびに必要に応じて同じ厚さを有する。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有する。典型的には、ステップ付きガスケットは、少なくとも第１のベース層に関して、第１および第２のプレートと同じ全体形状を有する。一部の例では、約＞４ｍｍの厚さを有するプレートは、高度に堅牢なプレートとみなすことができ、それに対して約＜４ｍｍの厚さを有するプレートは、中程度にまたは低度に堅牢なプレートとみなすことができる。一部の例では、プレートは独立して、約０．５～約３０ｍｍ、約０．５～約２０ｍｍ、または約０．５～約１０ｍｍの範囲、およびその範囲内の下位範囲の厚さを有する。ある特定の例では、両方のプレートは１／４インチの厚さのプレートである。

【0134】

一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）から選択される材料で作製することができる。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドから選択されるプラスチックで作製することができる。さらに他の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）から選択されるセラミックで作製することができる。

【0135】

サーマルインターフェースまたはジョイントの上部および底部プレートは、１つまたは複数の締結具によって締結され、１つまたは複数の締結具は、上部および底部プレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する。締結具で２つのプレートを接合させるのに必要とされ得るので、各プレート上の同じ位置で両方のプレート上に任意の数の１つまたは複数の締結具穴が存在してもよい。一部の例では、各プレート上に少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、または３２個の締結具穴がある。存在する締結具穴は、必要に応じて任意の形状またはサイズを有することができる。一部の例では、締結具穴は、円形であり、ボルトなどの締結具に適した直径を有することができる。一部の例では、締結具穴は、ネジ式締結具を受容するようにネジが付けられていてもよい。締結具穴は、適切な任意の相対的配置構成で間隔を空けていてもよい。しかしながら、ある特定の例では、締結具穴は、プレートの１つまたは複数の縁部に存在することが好ましい。典型的には、締結具穴は、プレート上で均等に間隔を空けている。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、互いに直ぐ隣にある２つの穴の間とすることができ、距離は、約５～６００ｍｍの範囲であり得る。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、プレートの対向する縁にある２つの穴の間とすることができ、距離は、約５～６００ｍｍの範囲であり得る。さらに他の例では、締結具穴の間の間隔は、プレート上で互いに斜めに位置付けられる２つの穴の間とすることができ、距離は、約５～６００ｍｍの範囲であり得る。

【0136】

１つまたは複数の締結具は、第１（ベースまたは底部）のプレートおよび第２（上部）のプレートを、存在し得る締結具穴のそれぞれを通して締結するのに使用することができる。１つまたは複数の締結具は、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せから選択することができる。そのような締結具は、当技術分野で公知である。ネジ式締結具は、当技術分野で公知のものなどの、ボルトおよびナットとすることができる。一部の他の例では、ネジ式締結具は、当技術分野で公知のものなどの、ボルトおよびポット式インサートである。使用される任意の種類の１つまたは複数の締結具は、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛から選択される材料など、任意の適切な材料で作製することができる。締結具がボルトを含む場合、ボルトは、適切な量のボルトトルクを使用して適用されてもよく、ボルトは、２つのプレート間の均一な締結を確実にするため、任意の適切な締付けパターンで締め付けられてもよい。適切なボルト（およびナット）、ボルト締めトルク、およびボルト締めパターンの選択は、当技術分野で公知である。

【0137】

上述の方法で使用されるステップ付きガスケットは、第１のベース層と、その上に少なくとも第２の層とを含む。第３、第４、または第５の層などの追加の層が含まれてもよい。第１のベース層および他の層は、必要に応じて任意の適切な形状または厚さを有することができる。より典型的には、第１のベース層および他の層は、同じ形状を有する（即ち、正方形、長方形、円形、規則的なまたは不規則な形状など）。一部の例では、ステップ付きガスケットは、その間に配置されているプレートの全面積を覆う寸法を有する第１のベース層を有する。一部の他の例では、ステップ付きガスケットは、プレートの面積の少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％を覆うなど、その間に配置されているプレートの全面積よりも小さい寸法を有する第１のベース層を有する。ステップ付きガスケットの第１のベース層は、プレートに存在する締付け穴に適応するように切り抜かれた穴を含んでいてもよい。後続の各層は、その下の層よりもサイズ（面積）が小さい。一部の例では、上にある層は、その下の層の面積のサイズよりも約１％～５０％の間の面積を有する。例えば、第２の層は、第１のベース層の面積の約１％～７５％または約１％～５０％の面積を有していてもよく、第３の層は、存在する場合、第２の層の場合よりも面積サイズが約１％～７５％または約１％～５０％小さくてもよい。同じことが、それらが存在している層に対する追加の層にも当てはまる。一部の場合には、ステップ付きガスケットの層のそれぞれは、存在し得る場合、それぞれ独立して、約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有することができる。さらに、一部の場合には、ステップ付きガスケットの層の間の高さの増大は、約５００μｍ未満、約２５０μｍ未満、約１５０μｍ未満、または約７５μｍ未満であるように選択される。一部の例では、ステップ付きガスケットの層の間の高さの増大は、ガスケット層を圧縮性および弾性の基礎とみなしつつ、Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁理論、Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理論、またはＫｉｒｃｈｈｏｆｆ－Ｌｏｖｅプレート理論を使用することによって予測されるように、締結具の負荷の下、接触表面からの理論上の反りに基づいて決定することができる。

【0138】

方法の、一部の例では、ステップ付きガスケットの複数の層のそれぞれは独立して、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製することができる。典型的には、少なくとも２つの層を有する各ステップ付きガスケットは、適切な場合には層の数およびそれぞれの厚さが様々であってもよい、同一の材料で作製された層で作製される。一部の例では、種々の材料タイプの層を使用することができる。さらに一部の例では、ステップ付きガスケットの各層を構成する材料はさらに、当技術分野で公知の熱伝導性および／または導電性充填剤を含むことができる。

【0139】

さらに他の場合には、第１のベース層は、好ましくはその上にいかなる追加の層も有さない側に、接着剤（即ち、感圧接着剤または感熱接着剤）を含むことができる。

【0140】

一部の場合には、ステップ付きガスケットは、カーボンナノチューブアレイまたはシートを備える多層または多段層状構造体で作製することができる。例えばステップ付きガスケットは：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を備える、多層または多段層状構造体とすることができ、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層は積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブは、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する。多層または多段層状構造体で作製されるそのようなステップ付きガスケット、およびそれらの作製方法は、上ならびにセクションＩＩおよびＶＩに記述される通りである。

【0141】

一部の例では、方法はさらに、ステップ（４）の前に、第１および第２のプレートの間に１つまたは複数のシムを配置するステップを含む。一部の場合には、シムは、ステップ（３）の間またはステップ（３）の前もしくは後に配置される。１つまたは複数のシムは、１つまたは複数の締結具またはプレートに存在する締結具穴の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けることができる。

【0142】

シムは、任意の適切な形状を有することができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、好ましくは、円形、正方形、または長方形であってもよい、環帯または半環帯形状を有する。そのような半環帯形状シムは、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムとすることができる。さらに、または代替として、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けられた正方形または長方形の形状を有するシムを使用することができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、ステップ付きガスケットの第１の層の高さに等しくなるように選択された高さを有する。一部の例では、１つまたは複数のシムは、プレートの最縁部など、可能な限り締結具穴および締結具のはるか後ろに位置決めされる。

【0143】

方法の、一部の例では、シムは、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される。一部の他の例では、シムは、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。

【0144】

さらに他の例では、シムは：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層は積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブは、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する。そのような多層または多段層状構造体、およびそれらの作製方法は、上および以下のセクションＶＩに記述される通りである。

【0145】

１つまたは複数のシムは独立して、任意の適切な範囲を有することができる。一部の例では、シムは、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する。一部の例では、シムはそれぞれ独立して、約５ＭＰａ～約１３０ＧＰａの間の範囲の弾性率を示す。
Ｖ．シムを有するサーマルインターフェースまたはジョイントを調製するための方法

【0146】

内部にシムを有するサーマルインターフェースまたはジョイントは：
（１）第１および第２のプレートを用意するステップ；
（２）単層ガスケットを用意するステップ；
（３）第１および第２のプレートの間に単層ガスケットを配置するステップ；
（４）第１および第２のプレートの間に１つまたは複数のシムを配置するステップ；
（５）第１および第２のプレートを１つまたは複数の締結具で接合するステップ
を含む方法であって；
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、１つまたは複数の締結具により接合されたときに、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
１つまたは複数のシムが、１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに存在して、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減する、
方法に従い調製することができる。

【0147】

一部の例では、ステップ（３）および（４）は、単一ステップに組み合わされてもよい。

【0148】

記述される方法に関し、２つのプレートは通常、同じ材料で作製され、同じ形状および寸法、ならびに必要に応じて同じ厚さを有する。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有する。典型的には、単層ガスケットは、少なくとも第１のベース層に関して、第１および第２のプレートと同じ全体形状を有する。一部の例では、約＞４ｍｍの厚さを有するプレートは高度に堅牢なプレートとみなすことができ、それに対して約＜４ｍｍの厚さを有するプレートは、中程度にまたは低度に堅牢なプレートとみなすことができる。一部の例では、プレートは独立して、約０．５～約３０ｍｍ、約０．５～約２０ｍｍ、または約０．５～約１０ｍｍの範囲、およびその範囲内の下位範囲の厚さを有する。ある特定の例では、両方のプレートは１／４インチの厚さのプレートである。

【0149】

一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）から選択される材料で作製することができる。一部の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドから選択されるプラスチックで作製することができる。さらに他の例では、第１（底部またはベース）および第２（上部）のプレートは独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）から選択されるセラミックで作製することができる。

【0150】

サーマルインターフェースまたはジョイントの上部および底部プレートは、上部および底部プレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する、１つまたは複数の締結具によって締結される。締結具で２つのプレートを接合させるのに必要となり得るので、各プレート上の同じ位置で両方のプレート上に任意の数の１つまたは複数の締結具穴が存在してもよい。一部の例では、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、または３２個の締結具穴が各プレートにある。存在する締結具穴は、必要に応じて任意の形状またはサイズを有することができる。一部の例では、締結具穴は円形であり、ボルトなどの締結具に適した直径を有することができる。一部の例では、締結具穴は、ネジ式締結具を受容するようにネジが付けられていてもよい。締結具穴は、適切な任意の相対的配置構成で間隔を空けていてもよい。しかしながら、ある特定の例では、締結具穴は、プレートの１つまたは複数の縁部に存在することが好ましい。典型的には、締結具穴は、プレート上で均等に間隔を空けている。プレート上の締結具穴およびそれらの互いに対する相対的位置の非限定的な例を、図４に示す。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、互いに直ぐ隣にある２つの穴の間とすることができ、距離は約５～６００ｍｍの範囲であり得る。一部の例では、締結具穴の間の間隔は、プレートの対向する縁部上の２つの穴の間とすることができ、距離は約５～６００ｍｍの範囲であり得る。さらに他の例では、締結具穴の間の間隔は、プレート上で互いに斜めに位置付けられた２つの穴の間とすることができ、距離は約５～６００ｍｍの範囲であり得る。

【0151】

１つまたは複数の締結具は、存在し得る締結具穴のそれぞれを通して、第１（ベースまたは底部）のプレートおよび第２（上部）のプレートを締結するのに使用することができる。１つまたは複数の締結具は、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せから選択することができる。そのような締結具は、当技術分野で公知である。ネジ式締結具は、当技術分野で公知のものなどのボルトおよびナットとすることができる。一部の他の例では、ネジ式締結具は、当技術分野で公知のものなどのボルトおよびポット式インサートである。使用される任意の種類の１つまたは複数の締結具は、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛から選択される材料など、任意の適切な材料で作製することができる。締結具がボルトを含む場合には、ボルトは、適切な量のボルトトルクを使用して適用されてもよく、ボルトは、２つのプレート間を均一に締結するのを確実にするために任意の適切な締付けパターンで締め付けられてもよい。適切なボルト（およびナット）、ボルト締めトルク、およびボルト締めパターンの選択は、当技術分野で公知である。

【0152】

方法の、一部の例では、単層ガスケットは、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。さらに一部の例では、単層ガスケットを構成する材料はさらに、当技術分野で公知の熱伝導性および／または導電性充填剤を含むことができる。単層ガスケットは、任意の適切な厚さを有することができる。一部の例では、厚さは約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲である。

【0153】

一部の場合には、単層ガスケットは、底部（ベース）プレートに接着するために、好ましくは底部（ベース）プレートに接触する側に、接着剤（即ち、感圧接着剤または感熱接着剤）を含むことができる。

【0154】

１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろにある１つまたは複数のシムの使用は、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減することができる。シムは、単層ガスケットと、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの間の接触面積の増大をもたらす。例えば図５Ａおよび５Ｂは、シムの存在が、単層ガスケットと、屈曲を示す上部プレートとの間の接触面積の増大を誘発させることを示す。

【0155】

シムは、単層ガスケットの上部に配置されてもよい。あるいはシムは、単層ガスケットに接触しないような手法で配置されてもよい。１つまたは複数のシムは、１つまたは複数の締結具、またはプレートに存在する締結具穴の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けることもできる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、単層ガスケットの高さに等しくなるように選択される高さを有する。一部の例では、１つまたは複数のシムは、プレートの最縁部など、可能な限り締結具穴および締結具のはるか後ろに位置決めされる。

【0156】

シムは、任意の適切な形状を有することができる。一部の例では、１つまたは複数のシムは、好ましくは、円形、正方形、または長方形であってもよい環帯または半環帯形状を有する。そのような半環帯形状シムは、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムとすることができる。さらに、または代替として、図６Ｂに示されるように、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置または位置付けられた正方形または長方形の形状を有するシムを使用することができる。

【0157】

一部の例では、シムは、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される。一部の他の例では、シムは、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される。

【0158】

さらに他の例では、シムは：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層は積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブは、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する。そのような多層または多段層状構造体、およびそれらの作製方法は、セクションＩＩおよび以下のＶＩに記述される通りである。
ＶＩ．多層または多段層状構造体を調製するための方法

【0159】

上で論じられた、積層されたカーボンナノチューブアレイまたはシートで作製される多層または多段層状構造体は、下記の通り調製することができる。これらの多層または多段層状構造体は、ステップ付きガスケットとして使用することができるか、または他の箇所に記述されるようにステップ付きガスケットの１つまたは複数の層ならびにシムを形成し得る。
Ａ．カーボンナノチューブアレイ

【0160】

カーボンナノチューブアレイは、当技術分野で周知の技法を使用して調製することができる。一実施形態では、アレイは、参照により本明細書に組み込まれる米国公開第２０１４－００１５１５８－Ａ１号に記載されるように調製される。この方法は、稠密な垂直に整列したＣＮＴアレイの成長を促進させ、ＣＮＴと金属表面との間に優れた接着をもたらすために、多層基材の使用を含む。

【0161】

多層基材は、金属表面などの不活性支持体上に堆積された３つまたはそれよりも多くの層を備える。一般に、多層基材は、不活性支持体の表面に堆積された、接着層、界面層、および触媒層を備える。一般に支持体は、少なくとも部分的には、アルミニウム、白金、金、ニッケル、鉄、スズ、鉛、銀、チタン、インジウム、銅、またはこれらの組合せなどの金属から形成される。ある特定の例では、支持体は、アルミニウム箔または銅箔などの金属箔である。支持体はまた、熱交換の適用例で使用される従来のヒートシンクまたはヒートスプレッダーなど、デバイスの表面であってもよい。

【0162】

接着層は、支持体に対する界面層の接着を改善する材料で形成される。ある特定の実施形態では、接着層は、鉄の薄膜である。一般に接着層は、ＣＮＴを形成するのに使用される高温で連続フィルムのままになるように、十分厚くなければならない。接着層は一般に、高温でのＣＮＴ合成中の酸化物および炭化物の形成に対する耐性も提供する。

【0163】

界面層は好ましくは、適切な金属酸化物を形成するために、ナノチューブ合成の条件下でまたはナノチューブ合成後の空気への曝露中に酸化される金属から形成される。適切な材料の例には、アルミニウムが含まれる。あるいは、界面層は、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素などの金属酸化物から形成されてもよい。一般に界面層は、界面層を通して触媒層および接着層を拡散させるように十分薄い。触媒層および接着層が同じ組成を有する一部の実施形態では、これにより、界面層内への触媒の移行が低減し、ナノチューブ成長中の触媒の寿命が改善する。

【0164】

触媒層は典型的には、化学蒸着を介してカーボンナノチューブの形成を触媒することができる遷移金属から形成される薄膜である。触媒層を形成するのに使用することができる、適切な材料の例には、鉄、ニッケル、コバルト、ロジウム、パラジウム、およびこれらの組合せが含まれる。一部の実施形態では、触媒層は鉄で形成される。触媒層は、ナノチューブ形成中に使用されるアニール条件下で触媒ナノ粒子または凝集体を形成するのに適切な厚さのものである。

【0165】

他の実施形態では、多層基材は、ＣＮＴアレイの成長のための触媒表面として働く。これらの例では、化学蒸着を使用するＣＮＴ成長のプロセスは、多層基材のモルフォロジーを変化させる。具体的には、加熱すると、界面層は金属酸化物に変換され、接着層上に堆積される金属酸化物ナノ粒子または凝集体の層または部分層を形成する。触媒層は、金属酸化物ナノ粒子または凝集体上に堆積される一連の触媒ナノ粒子または凝集体を同様に形成する。ＣＮＴ成長中、ＣＮＴは、触媒ナノ粒子または凝集体から生じる。得られるＣＮＴアレイは、接着層、金属酸化物ナノ粒子もしくは凝集体、および／または触媒ナノ粒子もしくは凝集体を介して不活性支持体に固着されたＣＮＴを備える。

【0166】

特定の実施形態では、多層基材は、金属表面上に堆積された、厚さが約３０ｎｍの鉄接着層、厚さが約１０ｎｍのアルミニウムまたはアルミナ界面層、および厚さが約３ｎｍの鉄触媒層から形成される。この実施形態では、鉄接着層は、金属表面およびＡｌ（成長後のアルミナナノ粒子または凝集体）またはＡｌ_２Ｏ_３界面層の両方に接着する。鉄触媒層は、そこからＣＮＴが成長する鉄ナノ粒子または凝集体を形成する。これらの鉄ナノ粒子または凝集体は、下のアルミナにも結合される。

【0167】

その結果、十分に結合された界面は、酸化物界面材料の両側に存在する。金属／金属酸化物界面の、鉄－アルミナ界面は、結合および化学相互作用に関して最強のものの１つであることが公知である。さらに金属（例えば、鉄接着層および金属表面）は、強力な電子カップリングにより、互いに十分に結合する傾向がある。その結果、ＣＮＴは、金属表面に強力に固着される。

【0168】

さらに、ナノチューブ成長中の触媒層からの鉄の表面下拡散は、同じ金属が酸化物支持体の両側にあり、それが通常は拡散を推進し得る濃度勾配のバランスをとるので、低減される。したがって触媒は、成長中に枯渇せず、アレイ中のナノチューブの成長速度、密度、および収率を改善する。

【0169】

一部の実施形態では、ＣＮＴアレイは、上述の多層基材上に複数のＣＮＴを垂直に整列させることによって形成される。これは例えば、ＣＮＴのアレイを、多層基材上に成長させたＣＮＴの遠位端に移すことによって、実現することができる。一部の実施形態では、高いＣＮＴアレイが、多層基材上の非常に短いＣＮＴの遠位端に移される。この技法は、結合のための表面積を増大させることによって、結合強度を改善する。

【0170】

ＣＮＴアレイまたはシート用の不活性支持体は、アルミニウム箔などの一片の金属箔とすることができる。これらの場合には、ＣＮＴは、接着層、金属酸化物ナノ粒子または凝集体、および触媒ナノ粒子または凝集体を介して金属箔の表面に固着される。一部の例では、金属箔の１つの表面（即ち、側）のみが、表面に固着された整列したＣＮＴのアレイまたはシートを備える。他の場合では、金属箔の両方の表面（即ち、側）が、表面に固着された整列したＣＮＴのアレイまたはシートを備える。他の実施形態では、ＣＮＴアレイまたはシート用の不活性支持体は、従来の金属ヒートシンクまたはヒートスプレッダーの表面である。これらの場合には、ＣＮＴは、接着層、金属酸化物ナノ粒子または凝集体、および触媒ナノ粒子または凝集体を介して、ヒートシンクまたはヒートスプレッダーの表面に固着される。次いでこの機能化ヒートシンクまたはヒートスプレッダーは、集積回路パッケージなど、熱源に隣接または接着してもよい。
Ｂ．カーボンナノチューブシート

【0171】

カーボンナノチューブシートは、当技術分野で周知の技法を使用して調製することができる。一実施形態では、シートは、米国特許第７，９９３，６２０号に記載されるように調製される。この実施形態では、ＣＮＴ塊が、成長チャンバー内でｉｎ－ｓｉｔｕで金属箔基材上に収集されてシートにされる。次いでシートは、溶媒を除去することによって稠密化することができる。別の実施形態では、ＣＮＴシートは、溶媒中に分散されたＣＮＴ塊の真空濾過によって作製される。
Ｃ．コーティングされたナノチューブアレイおよびシート
１．ポリマーコーティング

【0172】

コーティングされることになるポリマーは、１種または複数種の溶媒に溶解し、上述のように基材上に成長させた垂直ＣＮＴフォレストもしくはアレイ上に、またはシート上に、噴霧もしくは浸漬コーティングするまたは化学的にもしくは電気化学的に堆積することができる。コーティング材料は、上述のように、基材上に成長させた垂直ＣＮＴフォレストもしくはアレイの上部に、またはＣＮＴシート上に、粉末形態で噴霧コーティングすることもできる。コーティングは、ファンデルワールス結合、π－πスタッキング、機械的ラッピング、および／または共有結合によりＣＮＴに結合する、ならびにファンデルワールス結合、π－πスタッキング、および／または共有結合により金属、金属酸化物、または半導体材料表面に結合するポリマーまたは分子を含む。

【0173】

噴霧または浸漬コーティングに関し、コーティング溶液は、適切な溶媒中で適切な長さの時間、コーティング材料を超音波処理または撹拌することによって調製することができる。溶媒は、典型的には有機溶媒または溶媒であり、例えば室温または高温での蒸発によって容易に除去される溶媒であるべきである。適切な溶媒には、限定するものではないがクロロホルム、キシレン、ヘキサン、ピリジン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、およびこれらの組合せが含まれる。ポリマーは、ミクロン規模の粒度を有する粉末、即ち約１００、５０、４０、２０、１０マイクロメートル未満の直径を有する粒子を使用して、乾燥形態で噴霧コーティングすることもできる。この実施形態では、ポリマー粉末は、噴霧堆積された後に粉末粒子をさらに連続したコーティングへと拡げるために、溶媒に浸すかまたは液体溶融物へと加熱する必要があると考えられる。

【0174】

コーティングの厚さは、一般に１～１０００ｎｍの間、好ましくは１～５００ｎｍの間、より好ましくは１～１００ｎｍの間、最も好ましくは１～５０ｎｍの間である。一部の実施形態では、コーティングの厚さは、５００、４５０、４００、３５０、３００、２５０、２００、１５０、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０、または１０ｎｍ未満である。

【0175】

噴霧コーティングプロセスは、ＣＮＴ先端へのコーティングの堆積を制限し、溶媒の乾燥に関連した毛管力に起因するクランピングを限定する。ＣＮＴアレイ上に見られるコーティングの量は、噴霧回数と共に増大する。商用規模でコーティングするのにより適切な技法も含めた代替技法を、ＣＮＴアレイ上にコーティング材料を噴霧コーティングするのに使用することができる。

【0176】

コーティングプロセスを実証する別の実施形態では、ＣＮＴシートがコーティング溶液中または溶融コーティング中に浸漬されて、シートの厚さ全体を通してＣＮＴをコーティングし、シートの熱伝導度を、平面横断方向に２０、３０、５０、または７０％よりも大きく増大させる。次いでこれらのコーティングされたシートを、溶媒または熱の適用により、チップとヒートシンクまたはヒートスプレッダーとの間に配置して、ポリマーをリフローし、ＣＮＴシートをチップとヒートシンクまたはスプレッダーとの間で結合して、チップとヒートシンクまたはヒートスプレッダーとの間の熱抵抗を低減させる。

【0177】

他の実施形態では、コーティング材料は、化学的堆積（例えば、化学蒸着（ＣＶＤ））、エアロゾル噴霧堆積、および電気化学的堆積など、当技術分野で公知の堆積技法を使用してＣＮＴアレイまたはシート上に堆積することができる。

【0178】

一実施形態では、ポリマーコーティングは、電気化学的堆積によって付着させることができる。電気化学的堆積では、ポリマーのモノマーを電解質に溶解し、ＣＮＴアレイまたはシートを、対電極と反対の作用電極として使用する。電位は、第３の参照電極に対し、作用電極と対電極との間に印加される。モノマーは、印加電位の結果として電解質に面するＣＮＴアレイの先端またはシート側壁で電気酸化される。電位が印加される合計時間を制御することにより、堆積されるポリマー層の厚さを制御する。

【0179】

一部の実施形態では、コーティング材料は、１種または複数種のオリゴマーおよび／もしくはポリマー材料であるか、またはこれらを含有する。特定の実施形態では、ポリマーは、芳香族および非芳香族共役ポリマーを含む共役ポリマーとすることができる。適切なクラスの共役ポリマーには、ポリチオフェン（アルキル置換ポリチオフェンを含む）、ポリスチレン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフタレン、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアセピン、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、ポリ（ｐ－フェニルスルフィド）、およびポリ（ｐ－フェニレンビニレン）を含むがこれらに限定されないポリ芳香族およびポリ複素芳香族が含まれる。適切な非芳香族ポリマーには、限定するものではないが、ポリアセチレンおよびポリジアセチレンが含まれる。上に列挙されたポリマーのクラスは、ポリマー主鎖が、アルキル基などの１個または複数の官能基で置換された、置換ポリマーを含む。一部の実施形態では、ポリマーはポリスチレン（ＰＳ）である。他の実施形態では、ポリマーはポリ（３－ヘキシチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）である。

【0180】

他の実施形態では、ポリマーは非共役ポリマーである。適切な非共役には、限定するものではないが、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリシロキサン、ポリウレタン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、およびこれらの組合せ（ブレンド）が含まれる。

【0181】

他の実施形態では、ポリマーはパラフィンワックスである。他の実施形態では、ポリマーは、Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈワックスまたはポリエチレンワックスなどの合成ワックスである。他の実施形態では、ポリマーは、８０、９０、１００、１１０、および１２０℃よりも上の、好ましくは１３０℃よりも上の融解温度を有するワックスである。

【0182】

一部の他の実施形態では、ポリマーは、限定するものではないが、改善された表面接着を提供するようにワックス、粘着剤、およびポリマー基剤を組み合わせたホットグルーまたはホットメルト接着剤などの接着剤である。一部の実施形態では、接着剤は、感圧接着剤である。ある特定の他の実施形態では、接着剤は、シアノアクリレートなど、空気または水との接触により重合するモノマーである。さらに他の実施形態では、接着剤は、感圧接着剤ポリマーと熱活性化（または活性化可能な）接着剤ポリマーとの組合せであり、これは、感圧接着剤、ならびに感熱接着剤による追加のおよびより永続的なまたは半永続的な接着によって、コーティングのそのような組合せを含む本明細書に記述される多層または多段層状構造体の表面（複数可）への接着の容易さを高める。
２．金属のナノ粒子

【0183】

ＣＮＴアレイまたはシートは、１種または複数種の金属ナノ粒子でコーティングすることができる。１種または複数種の金属ナノ粒子は、ＣＮＴの遠位端を表面に結合する、ＣＮＴアレイまたはシートと表面との間の熱抵抗を低減する、あるいはこれらの組合せになるように、ＣＮＴの遠位端および／または側壁に吸着されてもよい。金属ナノ粒子は、当技術分野で公知の様々な方法を使用して、ＣＮＴアレイまたはシートに付着することができる。例えば、パラジウムヘキサデカンチオレートなどの金属チオレートの溶液は、ＣＮＴの遠位端および／または側壁に噴霧またはスピンコーティングすることができ、有機物をベークオフしてパラジウムナノ粒子を残すことができる。別の例では、電子線またはスパッタ堆積を使用して、金属ナノ粒子またはナノ粒子の接続された「フィルム様」アセンブリを、ＣＮＴの遠位端および／または側壁にコーティングすることができる。金属粒子は、コーティングと同時にまたはコーティングの前もしくは後にコーティングすることができる。

【0184】

適切な金属ナノ粒子の例には、パラジウム、金、銀、チタン、鉄、ニッケル、銅、およびこれらの組合せが含まれる。
３．流動性または相変化材料

【0185】

ある特定の実施形態では、流動性または相変化材料を、ＣＮＴアレイまたはシートに付着させることができる。流動性または相変化材料は、ＣＮＴ間の空気にとって代わってＣＮＴの遠位端と表面との間の接触を改善するように、ＣＮＴアレイまたはシートに添加されてもよく、その結果、アレイもしくはシートの熱抵抗、およびアレイもしくはシートと表面との間の接触が低減するか、またはこれらの組合せとなる。流動性または相変化材料は、当技術分野で公知の様々な方法を使用して、ＣＮＴアレイまたはシートに付着させることができる。例えば、それらの液体状態にある流動性または相変化材料は、この液体と部分的にまたは完全に接触させてＣＮＴアレイまたはシートを配置することによってＣＮＴアレイまたはシートに吸い込まれ得る。

【0186】

適切な流動性または相変化材料の例には、一般にパラフィンワックス、ポリエチレンワックス、炭化水素系ワックス、およびこれらのブレンドが含まれる。ワックスでもポリマーでもない適切な流動性または相変化材料の他の例には、液体金属、油、有機－無機および無機－無機共晶、ならびにこれらのブレンドが含まれる。一部の実施形態では、コーティング材料（複数可）および流動性または相変化材料は同じである。

【0187】

上述のコーティング、金属粒子、および／または流動もしくは相変化材料は、ＣＮＴアレイまたはシートに直接付着させることができ、コーティングされたＣＮＴアレイまたはシートは、引き続き積層されて多層または多段層状構造体を形成することができる。ある特定の他の実施形態では、上述のコーティング、金属粒子、および／または流動もしくは相変化材料は、２つまたはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートの積層中に付着される。さらに他の実施形態では、上述のコーティング、金属粒子、および／または流動もしくは相変化材料は、２つまたはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートの積層に続いて付着される。非限定的な実施形態では、多層または多段層状構造体（複数可）は、２つまたはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートを最初に積層し、次いで形成された構造体の少なくとも部分的に相互嵌合する段層に１つまたは複数のコーティング、金属粒子、および／または流動もしくは相変化材料、またはこれらの組合せを浸潤させることによって、形成される。積層の前、間、または後の、多層または多段層状構造体（複数可）の少なくとも部分的に相互嵌合する段層へのそのようなコーティング／材料の導入は、ＣＮＴアレイまたはシートの積層から得られる多層または多段層状構造体の熱移動または熱抵抗特性を、修正および／または高めるのに使用することができる。
Ｄ．多層または多段層状構造体

【0188】

本明細書に記述される実施形態では、ステップ付きガスケットおよびシムとして使用することができる多層または多段層状構造体は、ＣＮＴアレイまたはシートを積層することによって形成され：
（１）少なくとも２つまたはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートを用意するステップと；
（２）少なくともＣＮＴアレイまたはシートを積層するステップと
を含む方法であって、
積層するステップが、アレイまたはシートのナノ構造、ＣＮＴの少なくとも部分的な相互嵌合をもたらす、
方法によって形成される。一部の実施形態では、多層または多段層状構造体を作製する方法はさらに、上述のコーティング、金属のナノ粒子のコーティング、および／または流動性もしくは相変化材料のコーティングを付着させるかまたは浸潤させるステップを含む。一部の実施形態では、コーティング、金属のナノ粒子のコーティング、および／または流動性もしくは相変化材料のコーティングを付着させるかまたは浸潤させるステップは、積層の前に、あるいは積層中に、あるいは積層後に行う。さらに他の実施形態では、方法は、積層ステップ中に圧力を加えることを含む。加えられる圧力は、約１～１００ｐｓｉ、１～５０ｐｓｉ、１～３０ｐｓｉ、より好ましくは約１～２０ｐｓｉ、最も好ましくは約１～１５ｐｓｉの範囲にあってよい。一部の実施形態では、圧力は約１５ｐｓｉである。圧力は、接着剤または相変化材料などの結合剤として作用することができるコーティング材料（複数可）が使用される場合、隣接する段層が結合されるまで連続的に加えられてもよい。圧力は、任意の適切な長さの時間にわたり加えられてよい。一部の実施形態では、結合剤が使用されない場合、１分未満などのほんの短い時間が使用される。

【0189】

少なくとも２つのＣＮＴアレイまたはシートは、多層または多段層状構造体が形成されるように積層することができる。例えば図２は、３つのＣＮＴアレイ（右側）の積層を示す。より多くのＣＮＴアレイを使用することにより、多層または多段層状構造体の厚さを必要に応じて増大させることができる。一部の実施形態では、最大５、１０、１５、２０、２５、３０、またはそれよりも多くのＣＮＴアレイまたはシートを、上述の方法に従い積層することができる。積層することによって得られる形成された多層または多段層状構造体の厚さは、１～１０，０００ミクロンの範囲またはそれよりも大きくすることができる。

【0190】

ある特定の実施形態では、多層または多段層状構造体は、複雑な表面に適合することを可能にするために、ステップ式に、オフセット式に、および／または他の不均一様式でＣＮＴアレイの複数の段層を積層することによって形成することができる。

【0191】

非限定的な実施形態では、支持体／基材上に形成された少なくとも２つの垂直に整列したアレイまたはシートは、アレイのＣＮＴなどのナノ構造要素が接触により少なくとも部分的に相互嵌合するように、積層／接触する。一実施形態では、アレイのナノ構造要素の完全相互嵌合は、積層されたときに互いに生じる。他の実施形態では、アレイは、ＣＮＴなどのナノ構造要素の先端でのみ相互嵌合してもよい。さらに他の実施形態では、個々のナノ構造は、相互嵌合プロセス中に隣接するアレイのナノ構造を通して進行することができる。

【0192】

一部の実施形態では、少なくとも部分的に相互嵌合する積層アレイのナノ構造はまた、管束、クランプ、または列などであるがこれらに限定されない、より大きい超構造に形成されてもよい。これらの超構造は、毛管クランピングなどのメカニズムを通してまたは積層プロセスの前、間、もしくは後のポリマーコーティングの付着によって、形成されてもよい。

【0193】

一部の実施形態では、上述のポリマーコーティングおよび／もしくは接着剤、または他のコーティングは、ＣＮＴアレイ（複数可）に付着され、次いで積層される。そのような実施形態では、上述のコーティングおよび／もしくは接着剤、または他のコーティングの厚さは、約１～１０００ｎｍ、より好ましくは１～５００ｎｍ、最も好ましくは１～１００ｎｍである。

【0194】

上記方法の、ある特定の実施形態では、積層ステップに続き、方法はさらに、多層または多段層状構造体を形成する積層／段層状ＣＮＴアレイの１つまたは表面に改善された接着性能を提供するため、ワックス、粘着剤、およびポリマー基剤を組み合わせたホットグルーまたはホットメルト接着剤などであるがこれらに限定されない接着剤を、得られた積層体に付着させるステップを含む。一部の実施形態では、接着剤は感圧接着剤である。さらに他の実施形態では、接着剤は、感圧接着剤ポリマーと熱活性化（または活性化可能な）接着剤ポリマーとの組合せであり、これは、感圧接着剤、ならびに感熱接着剤による追加のおよびより永続的なまたは半永続的な接着によって、コーティングのそのような組合せを含む本明細書に記述される多層または多段層状構造体の表面（複数可）への接着の容易さを高める。

【0195】

さらに他の実施形態では、複合積層体を得るために、上述の積層アレイの１つまたは複数の段層が他の材料で置換されていてもよい。そのような材料には、限定するものではないがハンダ、グリース、接着剤、相変化材料、ゲル、ヒートスプレッダー、コンプライアントパッド、および／または（エラストマー性）ギャップパッドが含まれる。これらの材料による、記述される多層または多段層状積層体の１つまたは複数のＣＮＴアレイ段層の置換は、得られる複合積層体の特性をさらに調整するのに使用することができる。そのような複合積層体は、サーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）などの以下に記述される様々な適用例に使用され得る。

【0196】

さらに別の選択肢は、導電体から得られた複合積層体を絶縁体に変換するために、誘電体材料を導入することまたは誘電体材料の形成を積層アレイの層／段層内に誘導することである。誘電体材料は、セラミック絶縁材料などが当技術分野で公知である。一例として、アルミニウムから形成される多段層状積層体に存在するＣＮＴアレイの基材の１つまたは複数は、電気絶縁積層体を生成するように酸化することができる（陽極酸化などによって）。

【0197】

上記方法に従い調製されると、多層または多段層状構造体は、ステップ付きガスケットおよびシムとして使用することができる。多層または多段層状構造体は、ステップ付きガスケットおよび／またはシムとして使用するために、任意の適切な形状および寸法ならびに厚さを有することができる。当業者は、サーマルインターフェースまたはジョイントの上部プレートに存在する湾曲に対処するのに必要とされるように、ステップ付きガスケットとして機能させるため、所望の数の層（２、３、４、またはそれよりも多くの層または段層）を有する多層または多段層状構造体を形成することができる。当業者は、シムとして作用するのに必要とされる特に望ましい形状または寸法を有するように、必要に応じて多層または多段層状構造体を修正することもできる。例えば多層または多段層状構造体は、円形、正方形、または長方形であってもよい環帯または半環帯形状を有するように作製することができる。さらに、または代替として、多層または多段層状構造体で作製されかつ正方形または長方形の形状を有するシムを、調製することができる。
ＶＩＩ．適用例

【0198】

上述のサーマルインターフェースまたはジョイントは、デバイスの部分を形成することができる。そのようなデバイスには、限定するものではないが、パーソナルコンピューター、サーバーコンピューター、メモリーモジュール、グラフィックチップ、レーダーおよび高周波（ＲＦ）デバイス、ディスクドライブ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを含むディスプレイ、照明システム、自動車制御ユニット、パワーエレクトロニクス、太陽電池、バッテリー、携帯電話などの通信設備、熱電発電機、ならびにＭＲＩを含む撮像設備が含まれる。

【0199】

ある特定の例では、本明細書の全体を通して記述されるサーマルインターフェースまたはジョイントは、低い接触圧力および／または低圧の適用において有用である。低圧は、周囲圧力または１ａｔｍよりも下の圧力、例えば約０．０１～約１ａｔｍ未満の範囲を指してもよい。一部の例では、低圧は、そのようなサーマルインターフェースまたはジョイントを衛星または宇宙船／システムで使用することができる、航空宇宙の適用におけるなどの真空を指してもよい。真空条件下、サーマルインターフェースまたはジョイントは、プレート間の分離隙間における空気が熱伝達に寄与し得る大気圧での適用とは異なって、ステップ付きガスケットにより有効になった追加の接触点が、ジョイントにわたる熱伝達に関与する面積を実質的に高めることができるので、特に有用である。さらに、宇宙での適用において接触を構成するための厚いガスケットの使用は、厚いガスケットに追随するプレート変形がポット式インサートに応力をもたらす可能性があり、それが宇宙船の寿命中のインサートの抜けをもたらす可能性があるので、問題になる可能性がある。ある特定の例では、記述されるサーマルインターフェースまたはジョイントは、周囲温度よりも下、凍結よりも下の温度、または極低温（宇宙で経験されるなど）で有用である。

【0200】

開示されるサーマルインターフェースおよびジョイントならびにそれらの作製方法は、下記の番号が付されたパラグラフを通してさらに理解することができる。

【0201】

パラグラフ１． 第１および第２のプレート；
第１および第２のプレートの間にあるステップ付きガスケット；ならびに
第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具
を含み、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
ステップ付きガスケットが複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、第１のベース層の上部に第１のベース層と接触して、第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり；
ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層が、ステップ付きではない単層ガスケットと比較して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する、
サーマルインターフェース。

【0202】

パラグラフ２． １つまたは複数の締結具が、第１および第２のプレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する、パラグラフ１のサーマルインターフェース。

【0203】

パラグラフ３． 第１および第２のプレートが独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ１のサーマルインターフェース。

【0204】

パラグラフ４． 第１および第２のプレートが独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドからなる群から選択されるプラスチックで作製される、パラグラフ１のサーマルインターフェース。

【0205】

パラグラフ５． 第１および第２のプレートが独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）からなる群から選択されるセラミックで作製される、パラグラフ１のサーマルインターフェース。

【0206】

パラグラフ６． 第１および第２のプレートが、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有し；
ステップ付きガスケットが、第１および第２のプレートと同じ形状を有する、
パラグラフ１～５のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0207】

パラグラフ７． 第１および第２のプレートがそれぞれ独立して、約０．５ｍｍ～約３０ｍｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ１～６のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0208】

パラグラフ８． 第１のプレートが、平面または実質的に平面であり、第２のプレートが、プレートの変形、反り、または湾曲を示す、パラグラフ１～７のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0209】

パラグラフ９． １つまたは複数の締結具が、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せである、パラグラフ１～８のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0210】

パラグラフ１０． ネジ式締結具がボルトおよびナットである、パラグラフ９のサーマルインターフェース。

【0211】

パラグラフ１１． ネジ式締結具がボルトおよびポット式インサートである、パラグラフ９のサーマルインターフェース。

【0212】

パラグラフ１２． １つまたは複数の締結具が、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ１～１１のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0213】

パラグラフ１３． プレートの変形、反り、または湾曲が、第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具でまたはその付近で最大である、パラグラフ１～１２のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0214】

パラグラフ１４． プレートの変形、反り、または湾曲が、第１または第２のプレートの中心でまたはその付近で最大である、パラグラフ１～１２のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0215】

パラグラフ１５． ステップ付きガスケットが、第２の層の上部に第２の層と接触して少なくとも第３の層を含み、この第３の層は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域を提供し；第３の層が、第２の層の表面積よりも小さい表面積を有する、パラグラフ１～１４のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0216】

パラグラフ１６． ステップ付きガスケットが、第３の層の上部に第３の層と接触して少なくとも第４の層を含み、この第４の層は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域を提供し；第４の層が、第３の層の表面積よりも小さい表面積を有する、パラグラフ１５のサーマルインターフェース。

【0217】

パラグラフ１７． ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層が、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つ、２つ、３つ、または４つの独立した接触領域を形成する、パラグラフ１～１６のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0218】

パラグラフ１８． ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層および／または第３の層のそれぞれが独立して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つ、２つ、３つ、または４つの独立した接触領域を形成する、パラグラフ１５のサーマルインターフェース。

【0219】

パラグラフ１９． ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層、第３の層、および／または第４の層のそれぞれが独立して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つ、２つ、３つ、または４つの独立した接触領域を形成する、パラグラフ１６のサーマルインターフェース。

【0220】

パラグラフ２０． ステップ付きガスケットの第２の層および／または第３の層から、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つまでの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域が、第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらして、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する、パラグラフ１５のサーマルインターフェース。

【0221】

パラグラフ２１． ステップ付きガスケットの第２の層、第３の層、および／または第４の層から、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つまでの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域が、第１および／または第２のプレートの温度の均一性の増大をもたらして、内部がステップ付きではない単層ガスケットを有する同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも２５％高い、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を提供する、パラグラフ１６のサーマルインターフェース。

【0222】

パラグラフ２２． ステップ付きガスケットの層のそれぞれが独立して、約０．１ＭＰａ～約２００ＭＰａの間の範囲の弾性率を示す、パラグラフ１～２１のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0223】

パラグラフ２３． ステップ付きガスケットの層のそれぞれが独立して、約０．０５ｃｍ^２・℃／Ｗ～約５ｃｍ^２・℃／Ｗの間の範囲のサーマルインターフェース抵抗を有する、パラグラフ１～２２のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0224】

パラグラフ２４． ステップ付きガスケットの層のそれぞれが独立して、約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ１～２３のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0225】

パラグラフ２５． ステップ付きガスケットの層間の高さの増大が、約５００μｍ未満、約２５０μｍ未満、約１５０μｍ未満、または約７５μｍ未満である、パラグラフ１～２３のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0226】

パラグラフ２６． ステップ付きガスケットの複数の層のそれぞれが独立して、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、パラグラフ１～２５のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0227】

パラグラフ２７． 材料がさらに、熱伝導性および／または導電性充填剤を含む、パラグラフ２６のサーマルインターフェース。

【0228】

パラグラフ２８． ステップ付きガスケットが、
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
パラグラフ１～２５のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0229】

パラグラフ２９． 積層された少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が、接着剤、相変化材料、またはこれらの組合せであるコーティング材料によって結合される、パラグラフ２８のサーマルインターフェース。

【0230】

パラグラフ３０． 接着剤が、感圧接着剤である、パラグラフ２９のサーマルインターフェース。

【0231】

パラグラフ３１． 少なくとも第１のベース層が、ステップ付きガスケットを通して接地経路を、好ましくは１つまたは複数の締結具付近で提供する、パラグラフ１～３０のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0232】

パラグラフ３２． 少なくとも第１のベース層が、接着剤を、好ましくは積層されていない側にさらに含む、パラグラフ１～２６のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0233】

パラグラフ３３． ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層が、少なくとも１つまたは複数の接触領域で、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面に適合する、パラグラフ１～３２のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0234】

パラグラフ３４． ステップ付きガスケットの少なくとも第３の層が、少なくとも１つまたは複数の接触領域で、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面に適合する、パラグラフ１５のサーマルインターフェース。

【0235】

パラグラフ３５． ステップ付きガスケットの少なくとも第４の層が、少なくとも１つまたは複数の接触領域で、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの表面に適合する、パラグラフ１６のサーマルインターフェース。

【0236】

パラグラフ３６． １つまたは複数のシムをさらに含む、パラグラフ１～３５のいずれかのサーマルインターフェース。

【0237】

パラグラフ３７． １つまたは複数のシムが、存在する１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに位置付けられ；必要に応じて、１つまたは複数の締結具がポット式インサートであり、１つまたは複数のシムが、１つまたは複数のシムが存在しない同等のサーマルインターフェースと比較して、少なくとも約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、または９０％、ポット式インサートに対する応力を低減させる、パラグラフ３６のサーマルインターフェース。

【0238】

パラグラフ３８． １つまたは複数のシムが、円形、正方形、または長方形であってもよい環帯または半環帯形状を有する、パラグラフ３６～３７のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0239】

パラグラフ３９． 半環帯形状シムが、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムである、パラグラフ３８のサーマルインターフェース。

【0240】

パラグラフ４０． １つまたは複数のシムが、正方形または長方形の形状を有し、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置される、パラグラフ３６のサーマルインターフェース。

【0241】

パラグラフ４１． １つまたは複数のシムが、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される、パラグラフ２８～４０のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0242】

パラグラフ４２． １つまたは複数のシムが、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、パラグラフ２８～４０のいずれか１つのサーマルインターフェース。
パラグラフ４３． １つまたは複数のシムが：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
パラグラフ２８～４０のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0243】

パラグラフ４４． １つまたは複数のシムが独立して、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ２８～４３のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0244】

パラグラフ４５． １つまたは複数のシムが独立して、約５ＭＰａ～約１３０ＧＰａの間の範囲の弾性率を示す、パラグラフ２８～４４のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0245】

パラグラフ４６． パラグラフ１～４５のいずれか１つのサーマルインターフェースを製作する方法であって：
（１）第１および第２のプレートを用意するステップ；
（２）ステップ付きガスケットを用意するステップ；
（３）第１および第２のプレートの間にステップ付きガスケットを配置するステップ；
（４）第１および第２のプレートを、１つまたは複数の締結具で接合するステップ
を含み、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、１つまたは複数の締結具により接合したときに、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
ステップ付きガスケットが複数の層を含み、少なくとも第１のベース層と、第１のベース層の上部に第１のベース層と接触して、第１のベース層の表面積よりも小さい表面積を有する少なくとも第２の層とがあり；
ステップ付きガスケットの少なくとも第２の層が、ステップ付きではない単層ガスケットと比較して、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の接触領域を提供する、
方法。

【0246】

パラグラフ４７． １つまたは複数の締結具が、第１および第２のプレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する、パラグラフ４６の方法。

【0247】

パラグラフ４８． 第１および第２のプレートが独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ４６の方法。

【0248】

パラグラフ４９． 第１および第２のプレートが独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドからなる群から選択されるプラスチックで作製される、パラグラフ４６の方法。

【0249】

パラグラフ５０． 第１および第２のプレートが独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）からなる群から選択されるセラミックで作製される、パラグラフ４６の方法。
パラグラフ５１． 第１および第２のプレートが、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有し；
ステップ付きガスケットが、第１および第２のプレートと同じ形状を有する、
パラグラフ４６～５０のいずれか１つの方法。

【0250】

パラグラフ５２． 第１および第２のプレートがそれぞれ独立して、約０．５ｍｍ～約３０ｍｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ４６～５１のいずれか１つの方法。

【0251】

パラグラフ５３． １つまたは複数の締結具が、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せである、パラグラフ４６～５２のいずれか１つの方法。

【0252】

パラグラフ５４． ネジ式締結具がボルトおよびナットである、パラグラフ５３の方法。

【0253】

パラグラフ５５． ネジ式締結具がボルトおよびポット式インサートである、パラグラフ５３の方法。

【0254】

パラグラフ５６． １つまたは複数の締結具が、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ４６～５５のいずれか１つの方法。

【0255】

パラグラフ５７． ステップ付きガスケットが、第２の層の上部に第２の層と接触して少なくとも第３の層を含み、この第３の層は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域を提供し；第３の層が、第２の層の表面積よりも小さい表面積を有する、パラグラフ４６～５６のいずれか１つの方法。

【0256】

パラグラフ５８． ステップ付きガスケットが、第３の層の上部に第３の層と接触して少なくとも第４の層を含み、この第４の層は、プレートの変形、反り、または湾曲を示す第１および／または第２のプレートの少なくとも１つとの、少なくとも１つまたは複数の追加の接触領域を提供し；第４の層が、第３の層の表面積よりも小さい表面積を有する、パラグラフ５７の方法。

【0257】

パラグラフ５９． ステップ付きガスケットの複数の層のそれぞれが独立して、約５０μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ４６～５８のいずれか１つの方法。

【0258】

パラグラフ６０． ステップ付きガスケットの複数の層のそれぞれが独立して、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、パラグラフ４６～５９のいずれか１つの方法。

【0259】

パラグラフ６１． ステップ付きガスケットが、
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層、および
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
パラグラフ４６～５９のいずれか１つの方法。

【0260】

パラグラフ６２． 積層された少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が、接着剤、相変化材料、またはこれらの組合せであるコーティング材料によって結合される、パラグラフ６１の方法。

【0261】

パラグラフ６３． 接着剤が、感圧接着剤である、パラグラフ６２の方法。

【0262】

パラグラフ６４． 方法が、ステップ（４）の前に、第１および第２のプレートの間に１つまたは複数のシムを配置するステップをさらに含む、パラグラフ４６～６３のいずれかの方法。

【0263】

パラグラフ６５． １つまたは複数のシムが、存在する１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに配置される、パラグラフ６４の方法。

【0264】

パラグラフ６６． １つまたは複数のシムが、円形、正方形、または長方形であってもよい環帯または半環帯形状を有する、パラグラフ６４～６５のいずれか１つの方法。

【0265】

パラグラフ６７． 半環帯形状シムが、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムである、パラグラフ６６の方法。

【0266】

パラグラフ６８． １つまたは複数のシムが、正方形または長方形の形状を有し、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置される、パラグラフ６４の方法。

【0267】

パラグラフ６９． １つまたは複数のシムが、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される、パラグラフ６４～６８のいずれか１つの方法。

【0268】

パラグラフ７０． １つまたは複数のシムが、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、パラグラフ６４～６８のいずれか１つの方法。

【0269】

パラグラフ７１． １つまたは複数のシムが：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層、および
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
パラグラフ６４～６８のいずれか１つの方法。

【0270】

パラグラフ７２． １つまたは複数のシムが独立して、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ６４～７１のいずれか１つの方法。

【0271】

パラグラフ７３． １つまたは複数のシムが独立して、約５ＭＰａ～約１３０ＧＰａの間の範囲の弾性率を示す、パラグラフ６４～７２のいずれか１つの方法。

【0272】

パラグラフ７４． 第１および第２のプレート；
第１および第２のプレートの間にある単層ガスケット；ならびに
第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具
を含み、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
１つまたは複数のシムが、１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに存在して、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減する、
サーマルインターフェース。

【0273】

パラグラフ７５． １つまたは複数の締結具が、第１および第２のプレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する、パラグラフ７４のサーマルインターフェース。

【0274】

パラグラフ７６． 第１および第２のプレートが独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ７４のサーマルインターフェース。

【0275】

パラグラフ７７． 第１および第２のプレートが独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドからなる群から選択されるプラスチックで作製される、パラグラフ７４のサーマルインターフェース。

【0276】

パラグラフ７８． 第１および第２のプレートが独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）からなる群から選択されるセラミックで作製される、パラグラフ７４のサーマルインターフェース。

【0277】

パラグラフ７９． 第１および第２のプレートが、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有する、パラグラフ７４～７８のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0278】

パラグラフ８０． 第１および第２のプレートがそれぞれ独立して、約０．５ｍｍ～約３０ｍｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ７４～７９のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0279】

パラグラフ８１． 第１のプレートが平面または実質的に平面であり、第２のプレートが、プレートの変形、反り、または湾曲を示す、パラグラフ７４～８０のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0280】

パラグラフ８２． １つまたは複数の締結具が、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せである、パラグラフ７４～８１のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0281】

パラグラフ８３． ネジ式締結具がボルトおよびナットである、パラグラフ８２のサーマルインターフェース。

【0282】

パラグラフ８４． ネジ式締結具が、ボルトおよびポット式インサートである、パラグラフ８２のサーマルインターフェース。

【0283】

パラグラフ８５． １つまたは複数の締結具が、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ７４～８４のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0284】

パラグラフ８６． プレートの変形、反り、または湾曲が、第１および第２のプレートを接合する１つまたは複数の締結具でまたはその付近で最大である、パラグラフ７４～８５のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0285】

パラグラフ８７． プレートの変形、反り、または湾曲が、第１または第２のプレートの中心でまたはその付近で最大である、パラグラフ７４～８６のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0286】

パラグラフ８８． １つまたは複数のシムが、サーマルインターフェースにわたる平均熱伝導度を、シムが存在しない同じサーマルインターフェースの場合よりも少なくとも約２５％増大させる、パラグラフ７４～８７のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0287】

パラグラフ８９． １つまたは複数のシムが、存在する１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに位置付けられる、パラグラフ７４～８８のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0288】

パラグラフ９０． １つまたは複数のシムが、円形、正方形、または長方形であってもよい環帯または半環帯形状を有する、パラグラフ７４～８９のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0289】

パラグラフ９１． 半環帯形状シムが、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムである、パラグラフ９０のサーマルインターフェース。

【0290】

パラグラフ９２． １つまたは複数のシムが、正方形または長方形の形状を有し、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置される、パラグラフ７４～８９のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0291】

パラグラフ９３． １つまたは複数のシムが、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される、パラグラフ７４～９２のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0292】

パラグラフ９４． １つまたは複数のシムが、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、パラグラフ７４～９３のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0293】

パラグラフ９５． １つまたは複数のシムが、
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層、および
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
パラグラフ７４～９３のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0294】

パラグラフ９６． １つまたは複数のシムが独立して、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ７４～９５のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0295】

パラグラフ９７． １つまたは複数のシムが独立して、約５ＭＰａ～約１３０ＧＰａの間の範囲の弾性率を示す、パラグラフ７４～９６のいずれか１つのサーマルインターフェース。

【0296】

パラグラフ９８． パラグラフ７４～９７のいずれか１つのサーマルインターフェースを製作する方法であって、
（１）第１および第２のプレートを用意するステップ；
（２）単層ガスケットを用意するステップ；
（３）単層ガスケットを、第１および第２のプレートの間に配置するステップ；
（４）第１および第２のプレートの間に１つまたは複数のシムを配置するステップ；ならびに
（５）第１および第２のプレートを１つまたは複数の締結具で接合するステップ
を含み、
第１および／または第２のプレートの少なくとも１つが、１つまたは複数の締結具により接合したときに、プレートの変形、反り、または湾曲を示し；
１つまたは複数のシムが、１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに存在して、第１および／または第２のプレートの変形、反り、または湾曲を低減および／または軽減する、
方法。

【0297】

パラグラフ９９． １つまたは複数の締結具が、第１および第２のプレートに存在する１つまたは複数の穴を通して第１および第２のプレートを接合する、パラグラフ９８の方法。

【0298】

パラグラフ１００． 第１および第２のプレートが独立して、アルミニウム、銅、鋼、チタン、亜鉛、金属マトリックス複合体（ＡｌＳｉＣまたはアルミニウム－黒鉛など）、および金属ラミネート構造体（ハニカムパネルまたは繊維金属ラミネートなど）からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ９８の方法。

【0299】

パラグラフ１０１． 第１および第２のプレートが独立して、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ、ガラス強化エポキシラミネート材料（ＦＲ４など）、高圧繊維ガラスラミネート（Ｇ１０など）、繊維ガラス複合体、ＰＥＥＫ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートグリコール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ乳酸、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート）、ＰＡＲＡ、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド－イミド、およびポリエーテルイミドからなる群から選択されるプラスチックで作製される、パラグラフ９８の方法。

【0300】

パラグラフ１０２． 第１および第２のプレートが独立して、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ジルコニアアルミナ、酸化ベリリウム、炭素繊維、黒鉛、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、Ｍｏ_２Ｂ_５、ＭｏＳｉ_２ ＴｉＮ、ＹｒＮ、同時焼成セラミック（リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、バナジン酸塩、テルル酸塩、およびタングステン酸塩からなるものを含む高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、超低温同時焼成セラミック（ＵＬＴＣＣ）を含む）からなる群から選択されるセラミックで作製される、パラグラフ９８の方法。

【0301】

パラグラフ１０３． 第１および第２のプレートが、正方形、長方形、円形、楕円形、または環形状を有する、パラグラフ９８～１０２のいずれか１つの方法。

【0302】

パラグラフ１０４． 第１および第２のプレートがそれぞれ独立して、約０．５ｍｍ～約３０ｍｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ９８～１０３のいずれか１つの方法。

【0303】

パラグラフ１０５． １つまたは複数の締結具が、ネジ式締結具、クランプ、クリップ、プッシュピン、リベット、空気プレス、液圧プレス、またはこれらの組合せである、パラグラフ９８～１０４のいずれか１つの方法。

【0304】

パラグラフ１０６． ネジ式締結具が、ボルトおよびナットである、パラグラフ１０５の方法。

【0305】

パラグラフ１０７． ネジ式締結具が、ボルトおよびポット式インサートである、パラグラフ１０５の方法。

【0306】

パラグラフ１０８． １つまたは複数の締結具が、鋼、チタン、アルミニウム、ナイロン、黄銅、青銅、および亜鉛からなる群から選択される材料で作製される、パラグラフ９８～１０７のいずれか１つの方法。

【0307】

パラグラフ１０９． １つまたは複数のシムが、存在する１つまたは複数の締結具の周りに、近くに、および／または後ろに配置される、パラグラフ９８～１０８のいずれか１つの方法。

【0308】

パラグラフ１１０． １つまたは複数のシムが、円形、正方形、または長方形であってもよい環帯または半環帯形状を有する、パラグラフ９８～１０９のいずれか１つの方法。

【0309】

パラグラフ１１１． 半環帯形状シムが、１／４、１／２、１／３、または３／４半環帯形状シムである、パラグラフ１１０の方法。

【0310】

パラグラフ１１２． １つまたは複数のシムが、正方形または長方形の形状を有し、第１および／または第２のプレートの少なくとも１つの隅、縁、および／または中心の周りに、近くに、および／または後ろに配置される、パラグラフ９８～１０９のいずれか１つの方法。

【0311】

パラグラフ１１３． １つまたは複数のシムが、金属箔、好ましくはアルミニウム箔または銅箔で作製される、パラグラフ９８～１１２のいずれか１つの方法。

【0312】

パラグラフ１１４． １つまたは複数のシムが、黒鉛、炭素繊維、シリコーン、熱可塑性エラストマー、ゴム、およびアクリルから選択される材料で作製される、パラグラフ９８～１１２のいずれか１つの方法。

【0313】

パラグラフ１１５． １つまたは複数のシムが：
第１の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第１の層または段層と、
第２の平面基材の両面から成長させた、垂直に整列したカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブアレイを含む、少なくとも第２の層または段層と
を含む、多層または多段層状構造体で作製され、
少なくとも第１の層または段層と少なくとも第２の層または段層が積層され、少なくとも第１の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブが、互いに界面形成する少なくとも第２の層または段層の垂直に整列したカーボンナノチューブと少なくとも部分的に相互嵌合する、
パラグラフ９８～１１２のいずれか１つの方法。

【0314】

パラグラフ１１６． １つまたは複数のシムが独立して、約２５μｍ～約５００μｍの間の範囲の厚さを有する、パラグラフ９８～１１５のいずれか１つの方法。

【0315】

パラグラフ１１７． １つまたは複数のシムが独立して、約５ＭＰａ～約１３０ＧＰａの間の範囲の弾性率を示す、パラグラフ９８～１１６のいずれか１つの方法。

【0316】

パラグラフ１１８． パラグラフ１～４５または７４～９７のいずれか１つのサーマルインターフェースを含むデバイス。

【0317】

パラグラフ１１９． デバイスが、パーソナルコンピューター、サーバーコンピューター、メモリーモジュール、グラフィックチップ、レーダーおよび高周波（ＲＦ）デバイス、ディスクドライブ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを含むディスプレイ、照明システム、自動車制御ユニット、パワーエレクトロニクス、太陽電池、バッテリー、携帯電話などの通信設備、熱電発電機、ならびに撮像設備からなる群から選択される、パラグラフ１１８のデバイス。

【0318】

パラグラフ１２０． デバイスが、衛星、宇宙船、または真空下で動作する宇宙システムから選択される航空宇宙デバイスである、パラグラフ１１９のデバイス。

【実施例】

【0319】

（実施例１）
ステップ付きガスケットを収容するサーマルインターフェース
材料および方法：
試験試料
使用されるガスケットは、Ｃａｒｂｉｃｅ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから取得した。ガスケットは、５０μｍのアルミニウム箔上で成長させ、シリコーンに包封された垂直に整列したカーボンナノチューブアレイからなる。使用されるガスケット製品の厚さは６５μｍおよび１２５μｍであり、圧縮弾性率はそれぞれ約１８および３５ＭＰａと推定された。弾性率は、０．２～１．４ＭＰａの様々な負荷の下、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｇａｕｇｅ（Ｈａｎａｔｅｋ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して収集された応力－歪みデータから計算した。

【0320】

さらに、ステップ付きガスケットを、ガスケットを積層することによって、単層６５μｍおよび１２５μｍガスケットから調製した。したがって、１つ、２つ、３つ、および４つの層のガスケットについて、下記の通り研究した：
－ １つの層（単層ガスケット）：５００μｍ
－ １つの層（単層ガスケット）：１２５μｍ
－ ２つの層（ステップ付きガスケット）：１２５μｍ（ベース層）および６５μｍ（以下の表１の層＃３）
－ ３つの層（ステップ付きガスケット）：１２５μｍおよび２×（６５μｍ－以下の表１の層＃２および＃３）
－ ４つの層（ステップ付きガスケット）：１２５μｍおよび３×（６５μｍ－以下の表１の層＃２、＃３、および＃４）

【0321】

上述の、これらの層の寸法を、以下の表１に示す。

【表1】

試料の熱伝導特性

【0322】

単一およびステップ付きガスケットの熱的特性を、試料の厚さごとに、および研究される多層試料の組合せごとに記録した。１ｃｍ×１ｃｍ試料を、修正版ＡＳＴＭ－Ｄ５４７０ステップ付きバー装置で測定して、１Ｄ定常状態熱接触抵抗（伝導度の逆数）を記録した。加えられた接触圧力と伝導度との間の関係は、この研究で使用される各ガスケット試料および多層組合せに独自に当てはめた、べき乗則相関にほぼ従う（図７参照）。これらの圧力－伝導度関係は、ボルト式接合予測における反り系ガスケット圧力分布を、熱接触伝導度の空間分布に相関させるのに使用する。
ステップ付きガスケットの選択および解の決定

【0323】

プレート表面との共形接触を実現するため、ピラミッド形／ステップ付き編成を有するステップ付きガスケットについて、上で論じたように研究した。目的のパラメーターは、段層状／積層編成におけるガスケット層の数、各段層の厚さ、および各層の正確な位置決めであった。所与のボルト式接合構成について、最良の熱的性能を与えるこれらのパラメーターの様々な組合せを、以下に概説される数値的手法で研究した。

【0324】

これらの研究は、市販の単層ガスケット材料の選択を取り入れるので、高さの選択は、６５μｍ材料層の組合せに制約された。しかし１２５μｍのより厚いベース層を使用することは、熱的性能に著しい影響を及ぼすことなく、より容易な取扱いおよび組み立てを提供することが見出された。

【0325】

各層の正確な位置決めは、ステップ付きガスケット全体を通して得られる接触に影響を及ぼす因子であった。このように、ステップ付きガスケットの複雑さおよび感受性に起因して、２段層状ガスケットを超えた収穫逓減の証拠があった。それにも関わらず、３つまたは４つでさえの層の使用は、状況に応じて有用であり得る。

【0326】

多重段層／層構造が、所与のボルト式接合構成に関して決定されたら、各ガスケット層を、材料の大きいシートからあるサイズにレーザカットし、層ごとに組み立てた。
ボルト式接合の反りの数値モデリング

【0327】

ステップ付きガスケットを組み込むボルト式接合（または界面）の反り特徴を、数値的にモデル化して、ガスケット層および位置の、界面接触および熱的性能に対する効果を評価した。まず、周縁をボルト締めしたプレートを検査し、Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁として、圧縮弾性基礎として処理された対合表面間の薄いガスケット層（複数可）を近似した。次いで古典的梁理論は、下記の方程式を与える：

【数1】

式中、ｗは梁の反りであり、Ｄ＝Ｅｔ^３／１２は厚さｔおよび梁の弾性率Ｅによる梁の曲げ剛性である。ｐ（ｘ）は、ボルトの付近で加えられた荷重および圧縮ｐ_ｇ（ｘ）下でのガスケットの反作用力の両方を組み込む分散荷重である。フックの法則に従い、圧縮されたガスケットの単層によりかけられるこの反作用圧力は、ｗ（ｘ）＜０に関してｐ_ｇ（ｘ）＝κ_ｇｗ（ｘ）であり、その他の場合にはｑ_ｇ＝０である（分離して）。ここでガスケットの剛性は、κ_ｇ＝Ｅ_ｇ／ｔ_ｇによって測定された試料の特性からわかる。複数のステップ付き層を含むステップ付きガスケットの場合、多層領域での計算に使用される同等の剛性は、個々の層に関する剛性定数の、換算した合計によって計算される。

【0328】

ボルト式接合の予測される反りは、分離に対するガスケット圧縮領域を繰り返し決定しつつ、方程式（１）を数値的に解くことによって計算した。反り特徴は、圧縮されたガスケットの圧力分布の図式を提供し、これは図７で強調される相関によれば、ボルト式界面を通してガスケットにより与えられた熱接触伝導度分布の推定を可能にする。ガスケットの圧縮は、この梁位置データから抽出することができ、次いでこれを測定されたモジュラスの値と熱伝導度と一緒に使用して、圧力を出力し、その後、ガスケットの局所熱接触伝導度を出力することができる。
ボルト式接合における接触および伝導度の実験方法

【0329】

ボルト式接合における熱伝導度を測定するための一般的装置は、低温ベースプレートと加熱された上部プレートとの間に挟まれたステップ付きまたは単層ガスケットからなった。代表的なケースを使用して、ステップ付きガスケットが接触および熱的性能を高めるのを保証するのにプレート変形が十分厳格である状態を研究した；図８参照：５０ｃｍ×３６ｃｍのプレートサイズ、１８ｍｍのプレート厚さ、２６ボルト構成。上部プレートの厚さは、宇宙船建築で一般に使用されるもののようなハニカムパネルと同等である曲げ剛性を表すように選択する。

【0330】

厚いアルミニウムベースプレートを、－３０～２５℃で冷却器を通して循環する定常流の冷水によって冷却した。上述の種々のガスケットを、軟質ゴムローラーで適用して界面に滑らかに接着させた。上部プレートに、１つまたは複数のセラミックヒーターを備えて、約１Ｗ／ｃｍ^２程度の表面熱流束を供給した。複数対の熱電対を、高温および低温プレートに沿った対応する場所で、溝に載置して、界面温度差を測定した。いくつかの対の熱電対は、界面表面にわたる温度勾配をマップするために、戦略的場所でプレート面積に沿って分布させた。近似的な温度の輪郭を、その後、これら熱電対データ点の２Ｄ内挿を介して作成した。近似的な温度の輪郭を、その後、これら熱電対データ点の２Ｄ内挿を介して作成した。これらの実験は、１×１０^－６ｔｏｒｒの標的圧力の真空中で実行した。
熱接触伝導度の計算

【0331】

定常状態測定から、熱接触伝導度ｈ_ｃおよび熱接触抵抗Ｒは、

【数2】

により、各熱電対の場所で得ることができ、式中、ｑ”は、上部プレート表面に載置されたセラミックヒーターによる全熱生成に基づく、プレート表面上の平均熱流束である。次いで、他に注記しない限り、界面に関する平均熱接触伝導度は、各熱電対の場所で計算された局所ｈ_ｃを平均することによって推定される。
感圧性フィルムを使用した接触測定

【0332】

ボルト式接合表面とガスケットとの間の接触領域を評価するため、感圧性フィルムを使用した（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｌｏｗ、Ｆｕｊｉｆｉｌｍ Ｐｒｅｓｃａｌｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ Ｆｉｌｍ）。
結果および考察：
単層および二重層ガスケットに関する反りモデル接触予測の検証

【0333】

分離に対する梁接触のモデル予測を、感圧性フィルム（図示せず）を使用して最初に検証した。圧力マップの着色を観察するとき、接触は、予測に一致した。予測されたように、接触は、第２の層のガスケットで実現した。

【0334】

ガスケットの第１の層は、高さが１２５μｍであった。上部プレート／梁がガスケットと接触する場所を明らかにするのに感圧性フィルムを使用して、この単層対照試験に関する各ボルト近くの接触領域は、約３３ｍｍ±２ｍｍであることが見出された。次いで第２の層を最上部に配置して、ステップ付きガスケットを形成した。第２の層は、高さが６５μｍであり、梁の予測される湾曲に適合するように位置決めされた。ステップ付きガスケットに関して測定された接触は、各ボルト近く（ステップ付きガスケットの第１の層）で２８ｍｍであり、ガスケットの第２の層の各縁部に追加の１０ｍｍがあった。したがって接触の総面積は、それにより単層ガスケットとは対照的に、ステップ付きガスケットの使用を通して１５％増加することが見出された。さらに、接触が、梁の長さに沿ってより多く分布したという事実（ボルト近くに局在化しているのとは対照的に）は、拡がり耐性に対して、より顕著な影響を及ぼし、これは完全界面熱伝導度に対して著しい効果を有する。

【0335】

２層のケースでは、単層のケースと比較して、平均熱伝導度に３３％の増加があった（１，０６４対８０２Ｗ／ｍ^２－℃）。このようにステップ付きガスケットの使用は、接触面積を増大させると共に接触面積をより良く分布させるよう働く。界面接触のより均一な分布は、平面間の熱の拡がり耐性の効果に起因して有利であり、より良好な分布は、ステップ付きガスケットが使用されるサーマルインターフェースでのホットスポットの低減ももたらす。

【0336】

上で論じた単層ガスケット対照および２層ステップ付きガスケットを超えて、３層および４層ステップ付きガスケットの試験のケースも研究した。これらの場合に、単層ガスケット（８０２Ｗ／ｍ^２－℃）と比較して、１９％（９５７Ｗ／ｍ^２－℃）および５２％（１２２０Ｗ／ｍ^２－℃の）接触伝導度の全体的な改善に変換された、強化された接触が実現される。３層ガスケットは、おそらくはその場合の段層の接触または適正な整列の欠如に起因して、他の場合と同じように高い伝導度の増大を示さなかった。

【0337】

温度輪郭マップは、行われたＡＮＳＹＳシミュレーション（図示せず）と、真空チャンバー試験で試験され測定されたステップ付きガスケットとの間に、定性的一致を示した。真空試験は、排気したチャンバー内で、１μＴｏｒｒよりも低い圧力で実行した。ＡＮＳＹＳは、伝導度が、測定された熱的性能に相関することを予測した。
結論：

【0338】

上述の研究は、ステップ付きガスケットを与える多層構造化をサーマルインターフェースで使用して、プレートが反りおよび変形を示すボルト式接合などにおいて界面熱伝導度を高めることができることを示す。プレートの反り／変形の課題に対処するため、ステップ付きガスケットは、自然に反ったプレートの湾曲に、より良好に適合することができることが示された。したがってステップ付きガスケットは、ボルト式接合などにおいて、ガスケットの接触を高め、界面での熱接触伝導度を改善することが可能である。ボルト式接合の反りの挙動は、Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁理論を使用してモデル化され、次いでこのモデルを使用して、構造化／段層状ガスケット下での反りを予測し、幾何学的ステップ付きガスケットを最適化した。実験は、モデル予測に一致することが見出された。伝導度の研究に基づき、熱伝導度は、単層ガスケットと比較して、３つもの数の追加の層の導入に起因して（ステップ付きガスケットの形をとる）、５２％まで改善することができることが示された。
（実施例２）
ステップ付きガスケットの熱的試験
材料および方法：

【0339】

界面（図示せず）の熱的性能を、１６個の＃８－３２ボルトを使用して、サイズが２３８ｍｍ×２７９ｍｍのアルミニウムボックスを厚いベースプレートに締結することによって試験した。ボックスは、インセット式側壁およびガセットを特色とし、ボルトは、周縁に沿って締結されている。熱的試験は、ボックス上のかつベースプレートの下の、種々の対応する場所に固着された多数の対の熱電対で、行った。４つのヒーターブロックをボックス内に配置して、＞６００Ｗの加熱を提供した。
３つのサーマルインターフェース材料（ＴＩＭ）ガスケット試料を、試験した：
－ 試料１：単層ガスケット－１２５μｍの厚さ、および２３８ｍｍ×２７９ｍｍの界面全体を覆う；
－ 試料２：ステップ付きガスケット（図９Ａ参照）－サイズが１０４ｍｍ×１２４ｍｍで厚さ６５μｍの第２の層がその上にある、２３８ｍｍ×２７９ｍｍの界面全体的を覆う１２５μｍの厚さのベース層；
－ 試料３：ステップ付きガスケット（図９Ｂ参照）－サイズが６６ｍｍ×８０ｍｍで厚さ６５μｍの第２の層がその上にある、２３８ｍｍ×２７９ｍｍの界面全体を覆う１２５μｍの厚さのベース層；
－ 試料４：ステップ付きガスケット（図９Ｂ参照）－サイズが３８ｍｍ×１８４ｍｍで厚さ６５μｍの第２の層がその上にある、２３８ｍｍ×２７９ｍｍの界面全体を覆う１２５μｍの厚さのベース層；
結果および考察：

【0340】

試験ごとに、上記試料をそれぞれ、ベースプレートとボックスとの間に組み立て、ボックスは、２０ｉｎ－ｌｂトルクまで締結した。次いで６００Ｗで加熱した。各熱電対の場所で測定された温度差を使用して、界面の熱輪郭マップ（図示せず）を作成し、次いでそれに基づき平均熱接触伝導度ｈ_ａｖｇを試験ごとに計算した。熱試験の結果を以下の表２に示す。

【表2】

【0341】

熱測定は、ステップ付きガスケットの戦略的設計を使用して全体的な性能を最大限にすることができることを示した。例えば正味の伝導度は、試料３において１５％高められ、これは中央熱放散を標的とした。

【0342】

ステップ付きガスケットは、ホットスポットの場所（プレートの中心および／またはヒーターの場所の近く）を冷却する際の改善も提供することができる。試料３では、これは局所伝導度を３６％増大させることによって、より低い中心温度をもたらした。図１０の棒グラフを参照されたい。

【0343】

他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本開示の発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で引用される刊行物およびそれらが引用される資料は、参照により具体的に組み込まれる。

【0344】

当業者なら、慣用的な実験を使用するだけで、本明細書に記述される本発明の具体的な実施形態の多くの均等物を理解するかまたは確認することができよう。そのような均等物は、以下の特許請求の範囲により包含されるものとする。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【国際調査報告】