ヒートシンクを形成する方法

专利摘要:
本開示は、熱分解グラファイト（ＴＰＧ）要素（１００）を少なくとも第１の金属材料（２００）と接合してヒートシンクを形成する方法に関する。このヒートシンクは、ＸＹ平面内の熱伝導性が改善されている。
公开号:JP2011508449A
申请号:JP2010540731
申请日:2008-12-08
公开日:2011-03-10
发明作者:スレイトン，デビッド・エス；マクドナルド，デビッド・エル
申请人:ジーイー・インテリジェント・プラットフォームズ・エンベデッド・システムズ，インコーポレイテッド；
IPC主号:H05K7-20

专利说明:

[0001] 本開示は、一般に、熱分解グラファイト（ＴＰＧ）を金属材料に接合して様々な用途に使えるヒートシンクとして機能させる方法に関し、さらに詳細には、ＴＰＧ要素を少なくとも１つの金属材料に接合して、ヒートシンクとして使用される金属製熱伝導構造を形成することに関する。]
背景技術

[0002] 現在の組込み型コンピュータシステムは、容積の制限された環境の中に、熱出力の極めて高い電気構成部品を含んでいる。通常は、これらの構成部品のワット損が増大しても容積は変化しないので、構成部品の温度管理に大きな問題がある。従来は、アルミニウムおよび／または銅など熱伝導率の高い材料を含むアクティブヒートシンクまたはパッシブヒートシンクなど、様々な直接冷却技術を使用して、温度上昇を管理していた。しかし、これらの材料は、空気流に対する表面積が比較的大きい場合でなければ十分に機能せず、利用可能な全容積の中で大きな割合を占める物理的により大きなヒートシンク構造にする必要がある。ヒートシンクの物理的な大きさが増加すると、材料が熱を迅速にヒートシンクの先端まで運ぶことによって熱を空気流に触れさせる能力が低下する。]
[0003] 熱分解グラファイト（ＴＰＧ）材料は、１つの（ＸＹ）平面内の熱伝導能力が従来の金属材料より優れていることがわかっている。さらに、ＴＰＧは、全体的な伝導性も、銅と比較すると向上していることがわかっている。最近では、拡散接合プロセスを使用してＴＰＧ材料をアルミニウム構造に埋め込む方法が開発されている。拡散接合プロセスは、ＴＰＧ材料とアルミニウム構造の間では適当な熱接触をもたらすが、ＴＰＧ埋込み構造を作製するためには特殊な機器が必要であり、また時間もかかり、製品が高価になるという制限がある。]
先行技術

[0004] 国際公開第９９／１４８０５号公報]
発明が解決しようとする課題

[0005] したがって、アルミニウム構造などの１つまたは複数の金属材料に接合されて、ＸＹ平面内で効果的な熱伝導を実現する金属製熱伝導構造（すなわちヒートシンク）を形成するＴＰＧを備えた、費用対効果の大きな製品を作製する方法が必要とされている。さらに、容易に再現することができる、様々なタイプの機器を用いた様々な設備で実施される方法が必要とされている。]
課題を解決するための手段

[0006] １つの態様では、熱分解グラファイト（ＴＰＧ）を第１の金属材料および第２の金属材料に接合してヒートシンクを形成する方法が提供される。この方法は、ＴＰＧ要素に少なくとも１つの孔を形成するステップと、ＴＰＧ要素に形成した孔と相補的になるように構成された少なくとも１つのビアを、第１の金属材料に形成するステップと、熱源要素と相補的になるように構成された、第２の金属材料で作製された熱スペーサを提供するステップと、ＴＰＧ要素の外側表面に金属ベースの被覆を塗布するステップと、第１の金属材料のビアおよび第２の金属材料の熱スペーサを、ＴＰＧ要素の被覆表面に接合するステップとを含む。ビア、熱スペーサ、および孔を接合して、熱源要素の熱を熱スペーサからＴＰＧ要素の孔を介してビアに伝導させるように構成されたヒートシンクを形成する。]
[0007] 別の態様では、熱分解グラファイト（ＴＰＧ）を第１の金属材料および第２の金属材料に接合してヒートシンクを形成する方法が提供される。この方法は、ＴＰＧ要素に少なくとも１つの孔を形成するステップと、ＴＰＧ要素に形成した孔と相補的になるように構成された少なくとも１つのビアを、第１の金属材料に形成するステップと、熱源要素と相補的になるように構成された、第２の金属材料で作製された熱スペーサを提供するステップと、第１の金属材料のビアおよび第２の金属材料の熱スペーサを、電気めっきプロセスを使用してＴＰＧ要素に接合するステップとを含む。ビア、熱スペーサ、および孔が接合されてヒートシンクを形成し、熱源要素の熱を熱スペーサからＴＰＧ要素の孔を介してビアに伝導できるように構成される。]
[0008] 別の態様では、熱分解グラファイト（ＴＰＧ）を第１の金属材料に接合してヒートシンクを形成する方法が提供される。この方法は、ＴＰＧ要素に少なくとも１つの孔を形成するステップと、ＴＰＧ要素の外側表面に金属ベースの被覆を塗布するステップと、第１の金属材料の外側表面に、ＴＰＧ要素に形成した孔を埋めるように構成された少なくとも１つのはんだボールを堆積させるステップと、はんだボールが孔を埋めるように第１の金属材料をＴＰＧ要素に押圧するステップと、第１の金属材料を加熱して、第１の金属材料をＴＰＧ要素にはんだ付けするステップとを含む。]
図面の簡単な説明

[0009] 本開示の方法によって接合されるＴＰＧ要素、第１の金属材料、および第２の金属材料を示す図である。
本開示による方法で使用される第２の金属材料で作製された熱スペーサに塗布される熱界面材料を示す図である。
本開示の一実施形態による方法を使用して形成されるヒートシンクを示す図である。
ヒートシンク内の熱伝導性のＸ平面、Ｙ平面、およびＺ平面を示す図である。
本開示による方法で使用する金属フィンアセンブリを示す図である。
本開示の第２の実施形態による方法を使用して形成されるヒートシンクを示す図である。]
実施例

[0010] 本開示は、熱分解グラファイト（ＴＰＧ）を少なくとも１つの金属材料に接合してヒートシンクを形成することに関する。本明細書で使用する「ＴＰＧ」という用語は、熱伝達が最適になるようにグラファイトが一方向に整列した、グラファイトをベースとする任意の材料を指す。これらの材料は、通常は、「整列グラファイト」、「ＴＰＧ」、および／または「高配向熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ）」と呼ばれる。ＴＰＧ要素は、金属製熱伝導構造（すなわちヒートシンク）のＸＹ平面内の熱伝導率を向上させる。さらに詳細には、本開示に示すようにＴＰＧ要素を少なくとも１つの金属材料に接合する方法を用いることにより、コンピュータシステムなどの電気システムの使用によって生じる温度を、従来の熱対策と比較して約１２℃以上低下させることができることがわかっている。この放熱の改善により、同じ容積環境で、電気システムの電力容量をほぼ２倍にすることができる。さらに、この電力の増加により、従来は対応できなかったシステムに対応することができるようになったり、現行のシステムをさらに周囲温度の高い環境で使用することができるようになったりする。]
[0011] 上述のように、ヒートシンクは、ＴＰＧ要素を少なくとも１つの材料に接合することによって形成される。一実施形態では、図１〜図３に示すように、ＴＰＧ要素を、ヒートシンクに使用される第１の金属材料および第２の金属材料に接合する。この実施形態では、ＴＰＧ要素１００に、少なくとも１つの孔１０が形成される。第１の金属材料２００には、少なくとも１つのビア１２が形成される。第１の金属材料２００に形成されたビア１２と、第２の金属材料で形成された熱スペーサ３００とが、ＴＰＧ要素１００の被覆表面に接合される。] 図１ 図２ 図３
[0012] ＴＰＧ要素１００は、当技術分野で既知のＴＰＧ要素を作製する任意の方法および／または機器を使用して得ることができる。ＴＰＧ要素１００は、さらに、米国コネチカット州ウィルトンにあるＭｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社などの業者から購入することもできる。]
[0013] 一実施形態では、図１に示すように、ＴＰＧ要素１００は、平面ＴＰＧ要素として構成される。特定の実施形態では、ＴＰＧ要素１００は、ほぼ矩形の平面シートである。さらに、ＴＰＧ要素１００の寸法は様々にすることができるが、一実施形態では、ＴＰＧ要素１００の厚さは、約０．０６インチである。] 図１
[0014] 少なくとも１つの孔１０が、ＴＰＧ要素１００に形成される。孔１０は、当技術分野で既知の任意の方法を用いて形成することができる。特定の実施形態では、図１に示すように、複数の孔１０を、ＴＰＧ要素１００に形成する。ＴＰＧ要素１００に形成される孔１０の寸法、孔１０の数、および／または孔１０の間隔は、所望の最終製品によって決まる。一実施形態では、ＴＰＧ要素１００は、適当な数の孔１０を含み、各孔１０は、孔１０を通るはんだ材料または接着剤が十分な機械的接合を生み出すのに適した直径であると同時に、孔１０を流れるはんだ材料または熱伝導接着剤（使用する場合）の量を減少させ、ＴＰＧ要素１００の電気的接続および／または物理的接続の阻害を抑える、比較的小さい直径を有する。さらに、直径のより小さな孔１０を用いることにより、毛管作用を生じさせ、それによりはんだ材料または接着剤を孔１０からより良好に吸い上げることができる。] 図１
[0015] 孔１０は、当業者に既知の任意の適当な形状にすることができる。各孔１０は、例えば円形や卵形、正方形、長方形、三角形など、適当な形状にすることができる。ただし、本開示の範囲はこれらに限定されない。一実施形態では、円形の孔が製造しやすいことから、各孔１０を円形にする。特定の実施形態では、円形の孔それぞれの直径は、約０．５インチである。]
[0016] さらに、少なくとも１つのビア１２が、第１の金属材料２００に形成される。一実施形態では、ビア１２は、ＴＰＧ要素１００に形成された相補的なまたは対応する孔１０内に位置するように構成される。したがって、第１の金属材料２００に形成されるビア１２の寸法、ビア１２の数、および／またはビア１２の間隔は、ＴＰＧ要素１００に形成される対応する孔１０の寸法および／または数によって決まる。一実施形態では、図１に示すように、複数のビア１２が第１の金属材料２００に形成される。] 図１
[0017] 特定の実施形態では、図１に示すように、１つまたは複数のビア１２は、ＴＰＧ要素１００に形成した孔１０を満たすようにボタン型に構成される。] 図１
[0018] 別の実施形態では、ビア１２は、効果を考慮して、１つまたは複数の個別のきのこの笠の形のボタン形（図示せず）に構成される。きのこの笠の形を使用することにより、ビア１２は、互いに離間して自由に浮動し、ＴＰＧ要素１００との接合、したがって熱源要素（図示せず）との接合を改善することができる。一実施形態では、ビア１２は、きのこの笠の形であるときに、さらにステム部を含む。ステム部は、孔１０の中に延びる。すなわち、ステム部は、ＴＰＧ要素１００を厚さ方向に貫通する。ビア１２のその他の適当な形状としては、ステム部のみのきのこビアも可能である。すなわち、ステム部のみのきのこ形ビアも可能である。]
[0019] 代替の実施形態では、孔は、各ビア１２の中心を通るように画定される。孔のサイズおよび構成は、別個の機械結合構成部品を挿入できるようなものにして、第１の金属材料２００とＴＰＧ要素１００の接続を強化することができる。例えば、一実施形態では、孔のサイズおよび構成は、ねじまたはリベットを受けて、本明細書に記載する第１の金属材料２００の金属フィンまたは伝導冷却ヒートフレームを第１の金属材料２００のビア１２に結合しやすくするようなものにすることができる。機械結合構成部品は、接合前に取り付けてもよいし、接合後に取り付けてもよいし、接合と同時に取り付けてもよい。]
[0020] 第１の金属材料２００は、適当な熱伝導率を有する金属材料で作製される。例えば、第１の金属材料２００としては、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せなどがある。一実施形態では、第１の金属材料２００は、アルミニウムである。アルミニウムと銅は、ともにヒートシンクに使用したときに高い熱伝導性を有することがわかっている。さらに詳細には、アルミニウムは、ヒートシンクに使用したときに、「Ｚ」平面内で良好な熱伝導性を有する。ただし、上述のように、アルミニウムおよび銅だけでは、ＸＹ平面内では十分な熱伝達を行うことができないので、本開示では、アルミニウム、銅、またはそれらの組合せに、ＴＰＧを組み合わせている。図４は、ヒートシンク７００のＸ平面、Ｙ平面、およびＺ平面を示す図である。] 図４
[0021] 一実施形態では、図５に示すように、第１の金属材料２００は、金属フィンアセンブリ４００を含む。金属フィンアセンブリ４００は、熱伝導金属材料２００の表面積を大きくすることにより、熱源要素からの放熱の効率および効果を高めるものである。１つの特定の実施形態では、金属フィンアセンブリ４００は、約６インチ×５インチの大きさで、厚さは約０．３インチである。一実施形態のフィンアセンブリ４００のフィン２、４、６は、高さが約０．２４インチ、厚さが約０．０２４インチであり、隣接するフィンの間隔は約０．０９６インチである。フィン２、４、６のサイズおよび／または間隔は、本開示の範囲を逸脱することなく上述のものと異なるものにすることもできることを、当業者なら理解されたい。さらに詳細には、本開示では、当技術分野で既知であり、本明細書の教示から導かれる、フィンアセンブリ４００のフィン２、４、６の任意のサイズおよび／または間隔を使用することができる。] 図５
[0022] 第１の金属材料２００が金属フィンアセンブリ４００を含む場合には、第１の金属材料２００に形成されたビア１２を、金属フィンアセンブリ４００のフィン２、４、６とは別個の構成部品として形成することができることを理解されたい。]
[0023] 代替の実施形態では、第１の金属材料２００は、ヒートフレームの縁部に熱を伝達するようになされた伝導冷却ヒートフレームである。伝導冷却ヒートフレームは、当技術分野で既知であり、米国ノースカロライナ州モーリスビルにあるＳｉｍｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社などの業者から市販されている。]
[0024] 図１に示すように、第２の金属材料で作製した熱スペーサ３００が設けられる。熱スペーサ３００は、以下に詳述するように、熱源要素（図示せず）と相補的になるように構成される。熱スペーサ３００は、熱源要素をＴＰＧ要素１００と結合する。熱スペーサ３００は、上述の第１の金属材料２００と同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。熱スペーサ３００に適した第２の金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せなどの金属材料がある。特定の実施形態では、熱スペーサは銅である。] 図１
[0025] 熱スペーサ３００は、当業者には既知の任意の適当な寸法を有することができる。一実施形態では、熱スペーサ３００の寸法は、約１．４インチ×１．４インチ×０．２５インチである。]
[0026] 上述のように、熱スペーサ３００は、熱源要素と相補的になるように構成される。一般に、熱源要素は、電気的熱源要素である。例えば、熱源要素は、半導体集積回路である。上述のように、集積回路などの熱源要素の使用中には、大量の熱が発生し、熱源要素の過熱および／または誤作動を防止するために、その熱を外部環境に放出しなければならない。例えば、一実施形態では、集積回路は、約３０ワット以上の熱出力を放出し、ダイ温度は約１００℃も高くなる。この熱を放出して、集積回路の過熱を防止しなければならない。]
[0027] ＴＰＧ要素１００、第１の金属材料２００、および熱スペーサ３００に加えて、一実施形態では、第３の金属材料（図示せず）を使用して、ビア１２とは異なるビアを設けることもできる。第３の金属材料に形成されるビアは、ＴＰＧ要素１００の孔１０と相補的になるように構成される。これらのビアは、ＴＰＧ要素１００をヒートシンクの放熱構造、通常は金属フィンアセンブリ４００のフィン２、４、６（図５に示す）に結合する。このビアを形成する第３の金属材料は、上述の第１の金属材料２００および熱スペーサ３００と同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。適当な第３の金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せなどの金属材料が挙げられる。特定の実施形態では、このビアは銅である。] 図５
[0028] 第１の金属材料１００に形成されるビア１２と同様に、第３の金属材料のビアも、当業者には既知の任意の適当な寸法にすることができる。一実施形態では、第３の金属材料のビアの寸法は、直径が約０．５インチ、厚さが約０．２５インチである。]
[0029] 一実施形態では、本開示の方法は、金属ベースの被覆材料をＴＰＧ要素１００の外側表面１０２に塗布することを含む。さらに詳細には、金属ベースの被覆材料を使用する場合には、この被覆材料を、第１の金属材料２００に向いた外側表面１０２に塗布する。アルミニウム、銅、鉄、銀、金、ニッケル、亜鉛、スズ、またはそれらの組合せなどの金属材料を、ＴＰＧ要素１００の外側表面１０２に層状に塗布する。一実施形態では、金属ベースの被覆材料は、ニッケルのオーバコートを備えた銅被覆材料である。代替の実施形態では、インジウム製の金属ベースの被覆材料を使用する。]
[0030] 金属ベースの被覆材料は、機械的強度を与え、また過熱および取付け中にはんだ材料または接着剤（使用する場合）の接点を形成するのに適している。金属ベースの被覆材料は、結合される表面にぴったり沿った表面（例えば、ビア１２）を提供することもできる。金属ベースの被覆材料の厚さは、通常は、少なくとも約０．００１インチである。銅／ニッケルベースの被覆材料を、約０．０００５インチから約０．００２インチの厚さになるようにＴＰＧ要素１００に塗布すると、より適当である。]
[0031] 金属ベースの被覆材料は、当技術分野で既知の任意の適当な形状でＴＰＧ要素１００の外側表面１０２に塗布することができる。一実施形態では、金属ベースの被覆材料は、網目状に塗布される。代替の実施形態では、金属ベースの被覆材料は、縞状に塗布される。]
[0032] 一実施形態では、ビア１２の表面、第１の金属材料２００の一部分、および第１の金属材料２００の金属フィンまたは伝導冷却ヒートフレーム部分に、熱界面材料１４を塗布する。複数の金属材料を使用するとき、例えば熱スペーサ３００および第３の金属材料を使用するときには、熱界面材料１４は、第１の金属材料２００の表面と第３の金属材料のビアとの間に塗布する。]
[0033] 熱界面材料は、第１の金属材料２００および熱スペーサ３００の表面仕上げの欠陥部分を埋めて、熱インピーダンスのより低い熱界面を生じさせる。一実施形態では、図２に示すように、熱界面材料１４は、米国ミネソタ州チャンハッセンにあるＢｅｒｇｑｕｉｓｔ社製のＴＩＣ−４０００であり、熱スペーサ３００に縞状に塗布される。] 図２
[0034] 次に図３を参照すると、ヒートシンク５００を形成するためには、第１の金属材料２００のビア１２と、熱スペーサ３００（使用する場合。図３には図示せず）と、第３の金属材料のビア（使用する場合。図３には図示せず）と、ＴＰＧ要素１００（図３には図示せず）とを接合する。図１〜図３をまとめて参照して、ビア１２と熱スペーサ３００と、ＴＰＧ要素１００とを接合して、熱源要素（図示せず）から熱スペーサ３００を介してＴＰＧ要素１００に熱を伝達し、そこからＴＰＧ要素１００の孔１０を介して第１の金属材料２００のビア１２に熱を伝達し、そこからさらに外部環境に熱を伝達するのを促進するように構成されたヒートシンク５００を形成するのが適当である。] 図１ 図２ 図３
[0035] 一実施形態では、これらの構成部品は、適当な電気めっきプロセスを用いて接合する。本開示の方法では、当技術分野で既知の任意の適当な電気めっきプロセスを使用することができる。一般に、当技術分野で既知のように、アノード端と、それと対向するカソード端と、これらのアノード端とカソード端の間の非導電性ハウジングとを備えた電解装置を使用して、電気めっきプロセスを行う。電解装置のハウジングには、電解液が入っている。一実施形態では、このプロセスは、ＴＰＧ要素１００、第１の金属材料２００、熱スペーサ３００（使用する場合）、および第３の金属材料（使用する場合）を同時に電解液と接触させることを含む。通常は、数回の繰り返しによってめっきを堆積させて複数の層を形成して、存在する全ての空孔を埋める。さらに詳細には、ＴＰＧ要素１００、第１の金属材料２００、熱スペーサ３００、および第３の金属材料を電解液と接触させた後で、電解装置のアノード端とカソード端の間に電流を流すことによって電気めっきを行う。]
[0036] 代替の実施形態では、ＴＰＧ要素１００、第１の金属材料２００、熱スペーサ３００（使用する場合）、および第３の金属材料（使用する場合）を、はんだ付けプロセスを使用して接合する（図６参照）。特定の実施形態では、この方法は、第１の金属材料２００の外側表面上に少なくとも１つのはんだボール（図示せず）を堆積させることを含む（上述のビア１２と組み合わせてもよいし、ビア１２を使用しなくてもよい）。ただし、通常は、第１の金属材料２００上に複数のはんだボールを堆積させる。上述のビア１２と同様に、はんだボールは、ＴＰＧ要素１００の孔１０を埋め、熱スペーサ３００（使用する場合。図６には図示せず）の周辺の任意の隙間を埋め、従来のはんだ付けの仕組みを利用して第１の金属材料２００および熱スペーサ３００（使用する場合）をＴＰＧ要素１００に結合する用に構成するのが適当である。別の特定の実施形態では、ビア１２、熱スペーサ３００（使用する場合。図６には図示せず）、およびＴＰＧ要素１００の間の界面にはんだ６００を塗布する。はんだを塗布する方法に係わらず、すなわち、はんだボールを先に堆積させるか、はんだ６００を外部から塗布するかに係わらず、はんだを加熱して溶融させ、第１の金属材料２００（ならびに熱スペーサ３００および第３の金属材料（使用する場合。図６には図示せず））とＴＰＧ要素１００の間の隙間を同時に埋め、第１の金属材料２００とＴＰＧ要素１００をまとめて押圧して、溶融したはんだボールがＴＰＧ要素１００の孔１０および隙間に流入してこれらを埋めるようにする。はんだ６００が溶融する温度は、はんだ６００に用いる材料によって異なるが、通常は、はんだ６００は、約１８５℃以上の温度に加熱する。冷却すると、はんだ６００は固化し、ＴＰＧ要素１００の周囲に付着する。本明細書では同時に行うものとして述べているが、第１の金属材料２００および熱スペーサ３００（図示せず）（ならびに使用する場合には第３の金属材料）とＴＰＧ要素１００とを押圧した後に加熱する、またはその逆の順序にすることができ、本開示の範囲を逸脱しないことを、当業者なら理解されたい。] 図６
[0037] 適当なはんだは、鉛／スズ合金、無鉛スズ合金、スズ／銀合金、スズ／銀／銅合金、およびスズ／銀／銅／アンチモン合金など、様々な材料で作製することができるが、これらに限定されるわけではない。一実施形態では、はんだペーストを、ＴＰＧ要素１００の孔１０および隙間の位置に導入する。はんだペーストは、ゲル中になまり／スズ合金の粒子が懸濁したものであり、これを湿潤状態で第１の金属材料２００（ならびに熱スペーサ３００および第３の金属材料（使用する場合））に塗布する。熱を加えて非導電性ゲルを溶融させると、はんだは溶融し、ＴＰＧ要素１００を第１の金属材料２００と接合する。]
[0038] 別の実施形態では、本開示の方法は、熱伝導性接着剤を使用して、ＴＰＧ要素１００と、第１の金属材料２００と、熱スペーサ３００とを接合することを含む。通常は、この接着剤は、ＴＰＧ要素１００、第１の金属材料２００、熱スペーサ３００、および第３の金属材料のうちの少なくとも１つに塗布する。さらに詳細には、この接着剤は、一般に、当技術分野で既知の任意の方法を使用して、ペースト状やゲル状などの半固体状態で塗布することができる。]
[0039] 一実施形態では、この熱伝導性接着剤は、米国カリフォルニア州ビセーリアにあるＡｒｃｔｉｃ Ｓｉｌｖｅｒ社から市販されているＡｒｃｔｉｃ Ｓｉｌｖｅｒ Ｅｐｏｘｙである。使用する接着剤の量は、通常は、ヒートシンクの具体的な構成によって決まる。一実施形態では、注射器およびへらを使用して、ＴＰＧ要素１００、第１の金属材料２００、および熱スペーサ３００の上に約１．５ｍＬの接着剤を塗布し、押し広げて薄い層にする。]
[0040] 一実施形態では、米国ミネソタ州チャンハッセンにあるＢｅｒｇｑｕｉｓｔ社製の熱グリースＴＩＣ４００を用いて、このヒートシンクを熱源要素に適用する。]
[0041] 上述のように、上述の接合方法（例えば電気めっきプロセス、はんだ付けプロセス、および接着剤）はそれぞれ単独で述べたが、本開示の範囲を逸脱することなく、この３つの接合方法を任意の組合せで使用してヒートシンクを形成することもできることを理解されたい。]
[0042] 様々な具体的な実施形態に関連して本発明について説明したが、本発明は、特許請求の範囲の趣旨および範囲内で様々な修正を加えて実施することができることを、当業者なら理解するであろう。]
[0043] １０ 孔
１２ビア
１４熱界面材料
１００ＴＰＧ要素
１０２ 外側表面
２００ 第１の金属材料
３００熱スペーサ
４００金属フィンアセンブリ
５００ヒートシンク
６００ はんだ]

权利要求:

請求項1
熱分解グラファイト（ＴＰＧ）要素に少なくとも１つの孔を形成するステップと、第１の金属材料に少なくとも１つのビアを形成するステップであって、前記少なくとも１つのビアを、それぞれ、前記少なくとも１つの孔のうちの対応する孔の中に位置させる、ステップと、熱源要素を受けるように構成された、第２の金属材料で作製された熱スペーサを提供するステップと、前記ＴＰＧ要素の外側表面に、金属ベースの被覆を塗布するステップと、前記少なくとも１つのビアおよび前記熱スペーサを前記ＴＰＧ要素の前記被覆された外側表面に接合するステップであって、前記熱スペーサと前記ＴＰＧ要素を接合することにより、前記熱源要素の熱を前記熱スペーサから対応する孔を介して各ビアへ伝導するのを促進するヒートシンクを形成するステップと、を含むことを特徴とするヒートシンク形成方法。
請求項2
前記少なくとも１つの孔を平面状のＴＰＧ要素に形成するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項3
前記少なくとも１つの孔を形成するステップが、前記ＴＰＧ要素に複数の孔を形成するステップを含み、前記複数の孔が、円形、卵形、正方形、長方形、および三角形のうちの１つの形状で形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項4
前記第１の金属材料に複数のビアを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項5
前記複数のビアが、互いに独立したビアであることを特徴とする請求項４記載の方法。
請求項6
前記少なくとも１つのビアが、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択された前記第１の金属材料に形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項7
前記少なくとも１つのビアが、金属フィンアセンブリに形成されることを特徴とする請求項６記載の方法。
請求項8
前記少なくとも１つのビアが、伝導冷却ヒートフレームに形成されることを特徴とする請求項６記載の方法。
請求項9
前記熱スペーサが、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択された前記第２の金属材料で作製されることを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項10
銅／ニッケル被覆材料を、前記ＴＰＧ要素の前記外側表面に塗布することを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項11
前記少なくとも１つのビアおよび前記熱スペーサが、熱伝導性接着剤を使用して、前記ＴＰＧ要素の前記被覆された外側表面に接合されることを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項12
前記少なくとも１つのビアおよび前記熱スペーサが、はんだを使用して、前記ＴＰＧ要素の前記被覆された外側表面に接合されることを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項13
熱分解グラファイト（ＴＰＧ）要素に少なくとも１つの孔を形成するステップと、第１の金属材料に少なくとも１つのビアを形成するステップであって、前記少なくとも１つのビアがそれぞれ、前記少なくとも１つの孔のうちの対応する孔の中に位置するように構成されるステップと、熱源要素を受けるように構成された、第２の金属材料で作製された熱スペーサを提供するステップと、各ビアおよび前記熱スペーサを電気めっきプロセスによって前記ＴＰＧ要素に接合するステップであって、接合された各ビア、前記熱スペーサ、および前記ＴＰＧ要素が、前記熱源の熱を前記熱スペーサから対応する孔を介して各ビアへ伝導するのを促進するように構成されたヒートシンクを形成するステップ、とを含むことを特徴とするヒートシンクを形成する方法。
請求項14
少なくとも１つの孔を形成するステップが、前記ＴＰＧ要素に複数の孔を形成するステップを含み、前記複数の孔が、円形、卵形、正方形、長方形、および三角形のうちの１つの形状で形成されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
請求項15
前記第１の金属材料に複数のビアを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
請求項16
少なくとも１つのビアが、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択された前記第１の金属材料に形成されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
請求項17
前記少なくとも１つのビアが、金属フィンアセンブリに形成されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
請求項18
前記熱スペーサが、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択された前記第１の金属材料に形成されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
請求項19
前記第１の金属材料の前記ビアの外側表面と前記第１の金属材料の前記金属フィンアセンブリとの間に熱界面を塗布するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
請求項20
熱分解グラファイト（ＴＰＧ）要素に少なくとも１つの孔を形成するステップと、前記ＴＰＧ要素の外側表面に金属ベースの被覆を塗布するステップと、第１の金属材料の外側表面上に、前記少なくとも１つの孔のうちの対応する孔を埋めるように構成された少なくとも１つのはんだボールを堆積させるステップと、前記はんだボールが前記対応する孔を実質的に埋めるように、前記第１の金属材料を前記ＴＰＧ要素に押圧するステップと、前記第１の金属材料を加熱して、前記第１の金属材料を前記ＴＰＧ要素にはんだ付けするステップとを含む、ヒートシンクを形成する方法。
請求項21
少なくとも１つの孔を形成するステップが、前記ＴＰＧ要素に複数の孔を形成するステップを含み、前記複数の孔が、円形、卵形、正方形、長方形、および三角形のうちの１つの形状で形成されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
請求項22
少なくとも１つのはんだボールを堆積させるステップが、前記第１の金属材料の前記外側表面に複数のはんだボールを堆積させるステップを含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
請求項23
少なくとも１つのはんだボールが、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択された前記第１の金属材料の前記外側表面上に堆積されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
請求項24
前記少なくとも１つのはんだボールを前記第１の金属材料の前記外側表面に堆積させるステップが、アルミニウム、銅、インジウム、およびそれらの組合せからなる群から選択された前記少なくとも１つのはんだボールを、前記第１の金属材料の前記外側表面に堆積させるステップを含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
請求項25
前記金属ベースの被覆を前記ＴＰＧ要素の外側表面に塗布するステップが、銅／ニッケル被覆材料を前記ＴＰＧ要素の前記外側表面に塗布するステップを含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
請求項26
前記第１の金属材料の前記外側表面と前記ＴＰＧ要素の外側表面との間に熱界面材料を塗布するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。