ヒドロフルオロカーボネートを含む熱伝達装置及び方法

专利摘要:
デバイス及びデバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するためのデバイスを含む熱伝達装置が提供され、それが熱伝達流体を使用することを含み、その熱伝達流体がヒドロフルオロカーボネートを含む。デバイスを提供すること及びデバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するヒドロフルオロカーボネートを含む熱伝達流体を使用することを含む、熱伝達法も提供される。
公开号:JP2011510157A
申请号:JP2010544370
申请日:2009-01-15
公开日:2011-03-31
发明作者:ジー． コステロ，マイケル；エム． フリン，リチャード；ジェイ． ブリンスキ，マイケル；エム． ラマンナ，ウィリアム
申请人:スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー；
IPC主号:C09K5-08

专利说明:

[0001] （関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許出願第１２／０１８，２８５号（２００８年１月２３日出願）に対する優先権を主張する。]
[0002] （発明の分野）
提供された装置及び方法は、ヒドロフルオロカーボネート流体及び伝熱流体としてのそれらの使用に関する。]
背景技術

[0003] 現在、各種流体が熱伝達のために使用されている。熱伝達流体の適合性は、用途に依存する。例えば、幾つかの電気的用途は、不活性であり、高い絶縁耐力を有し、低毒性を有し、良好な環境特性を有し、かつ幅広い温度範囲にわたって良好な熱伝達特性を有する熱伝達流体を必要とする。他の用途では、精密な温度制御を必要とし、したがって、熱伝達流体はプロセス温度範囲全体にわたって単一相である必要があり、かつ熱伝達流体特性が予測可能である必要があり、即ち、組成物が比較的一定したままであって、粘度、沸点などが予測可能であり、精密な温度が維持され、かつ装置が適切に設計可能である。]
発明が解決しようとする課題

[0004] 半導体産業においては、限定された性質（select properties）を有する熱伝達流体を必要とする多数のデバイス又はプロセスが存在する。これらとしては、半導体ウエハチップの性能試験、反応性プラズマエッチング中の温度制御、ステッパー稼動（producing）、アッシャー運転、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）チャンバ運転、熱衝撃試験の実施、及び恒温槽が挙げられる。熱伝達流体を使用して、熱を除去し、熱を加え、又は温度を維持してよい。]
課題を解決するための手段

[0005] 不活性で、高い絶縁耐力、低い電気伝導率、化学的不活性、熱安定性、効果的熱伝導を有し、幅広い温度範囲にわたって液体であり、広い範囲の温度で良好な熱伝達特性を有し、更には大気中での寿命がより短く、かつそれにより地球温暖化への寄与力が現在の伝熱流体より小さい伝熱流体が引き続き求められている。]
[0006] 一態様では、デバイス及びデバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するための機構を含む熱伝達のための装置が提供されるが、当該機構は熱伝達流体を含み、ここで当該熱伝達流体は部分的フッ素化カーボネートを含む。]
[0007] 別の態様では、デバイスを提供すること及びデバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するための機構（熱伝達流体を含み、ここで熱伝達流体は部分的フッ素化カーボネートを含む）を提供することを含む熱を伝達するための方法が提供される。]
[0008] 本文献全体で使用される場合、次の通りである。]
[0009] 「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、「少なくとも１つの」と同じ意味で用いられ、記載された要素の１以上を意味する。]
[0010] 「鎖中で連結されたヘテロ原子」とは、炭素−ヘテロ原子−炭素の連鎖を形成するようにカーボン連鎖において炭素原子に結合している炭素以外の原子（例えば、酸素、窒素、又は硫黄）を意味する。]
[0011] 「引火点」とは、それを超えると化学種が自然に発火する温度を意味し、本開示においては、ＡＳＴＭＤ−３２７８−９６ ｅ−１「Ｆｌａｓｈ Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄｓｂｙ Ｓｍａｌｌ Ｓｃａｌｅ Ｃｌｏｓｅｄ−Ｃｕｐ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」によって画定される。]
[0012] 「不活性」とは、通常の使用状況下では一般に化学的に反応しない化学的組成物を意味する。]
[0013] 「部分的フッ素化」とは、炭素結合した水素原子を少なくとも１つ有するフルオロアルキル、フルオロアルキレン、又はフルオロカーボン基を意味する。]
[0014] 「ペルフルオロ」（例えば、「ペルフルオロアルキレン」又は「ペルフルオロアルキル」又は「ペルフルオロカーボン」の場合のような、基又は部分に関して）若しくは「ペルフルオロ化」とは、完全にフッ素化されたことを意味し、その結果、特に指示がない限り、フッ素と置換できる炭素に結合した水素原子がないことを意味する。]
[0015] 提供された装置及び方法は、伝熱流体として使用可能な部分的フッ素化カーボネートを含む。部分的フッ素化カーボネートは、広い温度範囲にわたる高い比熱容量、大きな絶縁耐力、低い電気伝導率、化学的不活性、及び熱安定性のうち１つ以上の利点を良好な環境特性とともに有する。]
[0016] 上記の要約は、本発明の全ての実施が開示された各実施形態を記載することを意図しない。発明を実施するための形態及び実施例は、例示的実施形態をより具体的に例示するものである。]
[0017] 数字範囲の詳細説明には、その範囲内に含まれる全ての数が包含される（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）。本明細書の全ての数値は、「約」という用語を付記する修正がなされるものとする。]
[0018] 半導体プロセスは、そこから熱を除去したあるいはそこへ熱を加えた、デバイス又は加工対象物を組み込むことができる。熱除去又は熱添加のいずれかと関係した熱伝達が、幅広い温度範囲にわたって起こり得る。いずれの場合にも、低毒性及び低可燃性などの特性を有する熱伝達流体が好ましく使用される。]
[0019] 半導体用途にて現在使用されている伝熱流体としては、ペルフルオロカーボン類（ＰＦＣｓ）、ペルフルオロポリエーテル類（ＰＦＰＥｓ）、ペルフルオロアミン類（ＰＦＡｓ）、ペルフルオロエーテル類（ＰＦＥｓ）、水／グリコール混合物、脱イオン水、シリコーンオイル類及び炭化水素油類が挙げられる。ＰＦＣｓ、ＰＦＰＥｓ、ＰＦＡｓ及びＰＦＥｓは、５００年超、及び５，０００年以下の大気中での寿命値を示すことができる。更に、これら材料は、高い地球温暖化係数（「ＧＷＰ」）を示すことができる。ＧＷＰは、指定された統合計画対象期間（integration time horizon）にわたる、１キログラムのＣＯ２に起因する温暖化を基準にした１キログラムのサンプル化合物が放出されたことによる統合温暖化係数（integrated potential warming）である。水／グリコール混合物は温度的に限界がある。即ち、このような混合物の典型的な低温限界は−４０℃である。低温では、水／グリコール混合物もまた、比較的高い粘度を示す。低温での高粘度は、大きなポンプ能力を生じる。脱イオン水は、０℃という低温限界を有する。シリコーンオイル及び炭化水素油は典型的に、引火性である。]
[0020] 部分的フッ素化カーボネートを熱伝達流体として使用した、熱伝達のための装置及び方法を提供する。提供された装置は、デバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するための、デバイス及び機構を含み、ここで当該機構は熱伝達流体を含む。]
[0021] 提供された装置の例としては、半導体ダイスの性能を試験するための自動化テスト装置にて使用される試験用ヘッド、アッシャー、ステッパー、エッチャー、ＰＥＣＶＤ装置内のシリコンウエハを保持するために使用されるウエハチャック、恒温槽、及び熱衡撃試験用槽、が挙げられるが、これらに限定されない。]
[0022] 提供された装置は、デバイスを含む。デバイスとは、冷却され、加熱され、又は選択温度に維持される、構成要素、加工対象物、アセンブリなどである。このようなデバイスとしては、電気部品、機械部品及び光学部品が挙げられる。提供された装置の好適なデバイスの例としては、マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用されるウエハ、電力制御半導体、電気化学電池（リチウムイオン電池を含む）、配電スイッチ装置、電力変圧器、回路基板、マルチチップモジュール、パッケージ化された又はパッケージ化されていない半導体デバイス、燃料電池、及びレーザーが挙げられるが、これらに限定されない。]
[0023] ある実施形態では、装置は、熱伝達機構を含む。熱伝達機構は、デバイスと熱的接触させて置いた場合、デバイスから熱を除去し又はデバイスへ熱を提供し、あるいは必要に応じて熱を除去又は提供することによってデバイスを選択温度に維持することができる。熱的接触とは、デバイス及び熱伝達流体がその間で熱の流れを可能にするのに十分なだけ近くまで接近していることを意味する。熱の流れの方向（デバイスから又はデバイスへ）は、デバイスと熱伝達機構との間の相対的温度差によって決定される。熱伝達機構は、デバイスを除く熱伝達に伴う全システムを包含することができる。システムは、熱伝達流体を管理するための設備を包含することができる。これらの設備としては、容器、ポンプ、導管、サーモスタット、撹拌機、加熱手段、冷却手段、及びデバイスの温度を制御するために使用可能な熱伝達流体を除く全てのその他周辺装置を挙げることができる。加熱手段及び／又は冷却手段は、当業者によってよく知られており、例えば、加熱コイル若しくはワイヤ又は冷却コイルが挙げられる。熱伝達機構としては、提供された装置の熱伝達流体が挙げられる。幾つかの実施形態では、熱伝達機構は、デバイスの温度を維持する必要に応じてデバイスへ又はデバイスから熱を伝達することによってデバイスを選択温度に維持することができる。]
[0024] 幾つかの実施形態では、熱伝達機構は、例えば、ポンプ、バルブ、流体収納システム、圧力制御システム、コンデンサー、熱交換器、熱源、ヒートシンク、冷凍システム、アクティブ温度制御システム、及びパッシブ温度制御システムを含む、熱伝達流体を管理するための設備を挙げることができる。好適な熱伝達機構の例としては、プラズマ強化化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）装置内のウエハチャック冷却システム、ダイ性能試験のための試験用ヘッド内温度の制御システム、半導体処理装置内の温度制御システム、リチウムイオン電池などの電気化学電池の熱管理システム、電子デバイスの熱衝撃試験システム、及び電子デバイスの定温維持システムが挙げられるが、これらに限定されない。列挙された機構に代えて、又はそれに加えて、現在既知の又は後で見出されたその他機構を使用することができる。]
[0025] 一態様においては、装置は、熱伝達を必要とする電子デバイスであり得るデバイス、及び、デバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するための機構を含み、当該機構は熱伝達流体を含み、ここで、当該熱伝達流体としては、ＲｈＯＣ（Ｏ）ＯＲｈ’の構造を有する部分的フッ素化ジアルキルカーボネートが挙げられる。ある実施形態では、アルキル基Ｒｈ及びＲｈ’は、同一の又は異なったものであり得、かつ独立して、１〜１２個の炭素原子を含有することができる。更に、Ｒｈ及びＲｈ’は、直鎖、分岐鎖、又は環状であることができ、かつ１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有するか又は含有しない。Ｒｈ又はＲｈ’の少なくとも１つにおいては、少なくとも１個の水素原子がフッ素原子で置換されている。幾つかの実施形態では、ジアルキルカーボネートの水素原子の約３５％〜約９５％が、フッ素原子によって置換されていることができる。その他の実施形態では、ジアルキルカーボネートの水素原子の約５０％〜約９５％が、フッ素原子によって置換されていることができる。更に他の実施形態では、ジアルキルカーボネートの水素原子の約６０％〜約９５％が、フッ素原子によって置換されていることができる。一般に、フッ素原子による水素置換率が高い程、材料の引火性はより低くなり、これは安全上の利点となり得る。幾つかの実施形態では、Ｒｈ又はＲｈ’の１つが、炭化水素アルキル基を含むことができる。]
[0026] 幾つかのその他実施形態では、部分的フッ素化ジアルキルカーボネートは、（Ｒｆ）ＲｇＯＣ（Ｏ）ＯＲ’ｇ（Ｒｆ’）ｎの構造を有することができる。これらの実施形態では、Ｒｆ及びＲｆ’は独立して、ｎが０又は１の場合、１〜１２個の炭素原子を有する、ペルフルオロ化され又は部分的フッ素化された、直鎖、分枝鎖又は脂環式基である。]
[0027] ｎが１の場合、Ｒｇ及びＲｇ’は独立して、１〜６個の炭素原子を有する、直鎖、分岐、又は環状アルキレン部分であることができる。Ｒｇ及びＲｇ’は、１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有することができる。ｎが０の場合、Ｒｇ’は、１〜６個の炭素原子を有する直鎖、分岐、又は環状アルキル基であることができ、かつ１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有することができる。]
[0028] その他の実施形態では、提供された装置は、次構造（Ｉ）で表される熱伝達流体を含む。]
[0029] ]
[0030] 構造（Ｉ）において、基Ｒ１及びＲ４各々は、独立して、水素又は１〜６個の炭素原子を有する直鎖、分岐、若しくは環状アルキル基であることができる。Ｒ１及びＲ４は、１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有するか又は含有しない。「Ａ」は、単一の共有結合又は−ＣＨ２Ｏ−であることができる。Ｒ３は、１〜１０個の炭素原子を有する、ペルフルオロ化され又は部分的フッ素化された、直鎖又は分岐鎖脂肪族基であることができ、かつ１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有するか又は含有しない。Ｒ３においては、少なくとも７０％の水素原子は、フッ素原子によって置換可能である。Ｒ２は、Ｒ１又はＲ３のいずれかとして定義され得る。Ｙは、単一の共有結合又は基Ｃ（Ｒ５）（Ｒ６）であり、ここでＲ５及びＲ６各々は、独立して、水素、又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基であることができる。]
[0031] 有用であり得るヒドロフルオロカーボネートとしては、ＰＣＴ出願、ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８７１１４（２００７年１２月１２日出願）（米国仮出願第６０／８７１，０７６号（２００６年１２月２０日出願）に対する優先権を主張する）に開示されるものが挙げられる。有用であり得る追加のヒドロフルオロカーボネートは、例えば、Ｍ．Ｃ．Ｓｍａｒｔ ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，１１９〜１２１，（２００３）ｐ．３５９〜３６７、米国特許第３，３５９，２９６号（Ｎｅｗａｌｌｉｓら）、及び欧州特許第５９９，５３４号（Ｙｏｋｏｙａｍａら）に開示されている。]
[0032] 部分的フッ素化カーボネートは、単独で若しくは互いの混合物にて、又はその他の通常用いられる溶媒（例えば、アルコール、エーテル、アルカン、アルケン、ペルフルオロカーボン、ペルフルオロ化三級アミン、ペルフルオロエーテル、シクロアルカン、エステル、ケトン、芳香族化合物、シロキサン、塩化アルカン、塩化アルケン、カーボネート、フッ化ケトン、フッ化アルケン、ヒドロクロロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン、ヒドロフルオロエーテル、ヒドロフルオロポリエーテル、イオン性液体、など、及びこれらの混合物）とともに使用することができる。このような共溶媒は、特定の用途のために、組成物の特性を改質し又は高めるように選択することができ、得られた組成物が好ましくは引火点を持たないような（共溶媒（類）対ヒドロフルオロカーボネート（類）の）比にて、利用することができる。所望する場合、ヒドロフルオロカーボネートは、特定用途に対して性質が極めて類似したその他の化合物（例えば、その他のヒドロフルオロカーボネート）と組み合わせて使用し、提供されたヒドロフルオロカーボネートを含む組成物を形成することが可能である。]
[0033] 少量の任意構成成分類を前記化合物類に加えて、特定用途のための特定の所望の特性を提供することができる。有用な組成物類は、例えば、界面活性剤、染色剤、潤滑剤、安定剤、酸化防止剤、難燃剤、など及びこれらの混合物といった従来型添加剤を含むことができる。]
[0034] 提供された装置及び方法は、有機カーボネート類を合成するために使用する多数のよく知られた方法によって、それらの対応するヒドロフルオロアルコールから合成可能なヒドロフルオロカーボネートを含むことができる。例えば、対称有機カーボネートは、有機アルコールをホスゲン（又は取扱いの容易さからトリホスゲン）と反応させることによって製造することができる。非対称有機カーボネートは、クロロギ酸アルキルから合成することができる。使用可能な他の方法としては、例えば、Ｖｅｌｄｕｒｔｈｙら著、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」（７３４号、２００４年）に記載されているような再利用可能なＭｇＬａ混合酸化物によって触媒される、アルコールとジエチルカーボネートとの直接縮合又は、Ａｒｅｓｔａら著、「Ｊ Ｏｒｇ Ｃｈｅｍ」（７０号、６１７７ページ、２００５年）に開示されているようなアルコールと二酸化炭素との反応を挙げることができる。]
[0035] 幾つかのヒドロフルオロアルコールは、市販されている。その他のものは、例えば、米国特許公開第２００７／００５１９１６号（Ｆｌｙｎｎら）に記載されているような、ペルフルオロオレフィン又はペルフルオロビニルエーテルと少なくとも１つの炭化水素又は付加可能フルオロカーボンアルコールのラジカル付加により、調製可能である。その他のヒドロフルオロアルコールは、ＮａＢＨ４などの還元剤を使用し、それらの対応する酸類又はエステル類を減らすことによって得ることができる。]
[0036] 別の態様では、デバイスを提供すること及びデバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するための機構（熱伝達流体を含み、ここで熱伝達流体は部分的フッ素化カーボネートを含む）を提供することを含む熱を伝達するための方法が提供される。]
[0037] ある実施形態では、例えば、米国再発行特許第３７，１１９ Ｅ号（Ｓｈｅｒｗｏｏｄ）及び米国特許第６，３７４，９０７号（Ｔｏｕｓｉｇｎａｎｔら）に記載されているプロセスもまた、熱伝達のために使用することができる。これらプロセスの実施において、少なくとも１種の本発明のヒドロフルオロエーテル化合物を含む熱伝達剤の使用を介して、熱源（例えば、シリコンウエハ又はフラットパネルディスプレイの部品）とヒートシンクとの間で熱を伝達することができる。デバイスは、熱の流れの方向（例えば、デバイスへ又はデバイスから）に応じて、熱源又はヒートシンクであることができる。熱伝導剤として使用される幾つかのヒドロフルオロカーボン誘導体とは異なり、提供された方法のヒドロフルオロカーボネートは、幅広く異なった分子量の構成成分の混合物ではない。むしろ、ヒドロフルオロカーボネートは一般に、単分散（即ち、狭い分子量範囲のもの）である。このことは、それらの物理的特性が、ある期間にわたって比較的一定に保持され、それにより熱伝達性能特性の顕著な劣化が回避される。加えて、本発明のヒドロフルオロカーボネートは一般に、広い液体領域、その領域に対して有用な粘度、最終用途温度での比較的高い熱安定性を示し、それらを伝熱流体としての使用に大変都合のよいものとする。]
[0038] ヒドロフルオロカーボネートは、大きな熱容量を有することができる。更に、ヒドロフルオロカーボネートとともに製造される伝熱流体もまた、大きな熱容量を有することができる。提供された伝熱流体の比熱容量（２０℃で測定）は、１．２００Ｊ／ｇＫ超、１．２２５Ｊ／ｇＫ超、１．２５０Ｊ／ｇＫ超、あるいは１．２６０Ｊ／ｇＫ超であることができる。]
[0039] 本開示の目的及び利点を、以下の実施例によって更に例示するが、これらの実施例において列挙される特定の材料及びその量並びに他の諸条件及び詳細によって、本開示を不当に制限するものではないと解釈すべきである。]
[0040] 材料
米国特許公開第２００７／００５１９１６号（Ｆｌｙｎｎら）の実施例３に記載された手順にしたがって、３，３，４，５，５，５−ヘキサフルオロペンタン−２−オールを製造した。]
[0041] Ｆｌｙｎｎらの実施例２に記載された手順にしたがって、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブタン−１−オールを製造した。]
[0042] ２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブタン−１−オールは、ヘプタフルオロ酪酸のメチルエステル（ＡｌｆａＡｅｓａｒ、Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ，ＭＡ）から入手可能）から、ホウ化水素ナトリウム還元によって製造した。]
[0043] ２，２，３，３−テトラフルオロプロパン−１−オールは、Ｓｉｎｏｃｈｅｍ，ＬＴＤ（中国、北京）から入手可能である。]
[0044] ２，２，２−トリフルオロエタノールは、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手可能である。]
[0045] 実施例１−ビス（３，３，４，５，５，５−ヘキサフルオロペンタン−２−イル）カーボネートの調製
３，３，４，５，５，５−ヘキサフルオロペンタン−２−オール（１５０ｇ、０．７６モル）、ピリジン（１２０ｇ、１．５モル）及び塩化メチレン（２００ｍＬ）を、１Ｌ ３つ口丸底フラスコ内で混ぜ合わせた。フラスコに、オーバーヘッド攪拌機構、熱電対、添加漏斗、冷水冷却管、ＣＯ２／エチレングリコール恒温槽及び窒素供給を取り付けた。トリホスゲン（４０ｇ、０．１３モル）は、塩化メチレン２００ｍＬ中に溶解させ、添加ロートを介して、温度が０℃を超えないような速度で添加した。一旦添加が完了したら、混合物をそのまま室温まで暖めた。次に、反応混合物を２５０ｍＬの塩化アンモニウム飽和水溶液で急冷した。次に、塩化メチレン生成物相を、水相から分離した。塩化メチレンの２００ｍＬ部を１回使用して、生成物を水相から抽出した。一体化された有機抽出物は、１００ｍＬの１Ｎ・ＨＣｌにて１回、１００ｍＬの重炭酸ナトリウム飽和水溶液にて１回、１００ｍＬの脱イオン水にて１回洗浄し、次に無水硫酸マグネシウム上で乾燥させた。次に、フルオロカーボネート生成物は蒸留により精製したが、当該カーボネートは混合物中、最高沸点成分であった（沸点＝２０１℃、２５℃での密度＝１．５５５ｇ／ｍＬ、純度＝９９．７％、回収した収率＝８７．３％）。構造は、ＧＣ／ＭＳ及びＮＭＲにより確認した。]
[0046] 実施例１で調製したカーボネートについて、強酸に対するその安定性を評価した。２つの精製カーボネート５ｇサンプルへ、１０ｇの９８％硫酸を加えた。一方のサンプルは３０分間室温で攪拌したが、一方他方のサンプルは３０分間加熱還流させた。３０分が終了した時点で、サンプルを酸から分相させ、水洗浄し、かつフルオロカーボネート相をＧＣ−ＦＩＤにて評価した。いずれのサンプルにおいても、アルコール濃度の増大は観察されなかった。次に、９８％硫酸で還流させたサンプルは、追加の水を添加した後、合計２４時間、還流状態で維持して、酸性水溶液相を調製した。この時間の最後に、フルオロカーボネート相を再度、ＧＣ−ＦＩＤ及びＧＣ／ＭＳにて、アルコールへと分解したかどうかを分析した。分析によれば、アルコール濃度の増大又はフルオロカーボネートの純度全体の減少は見られなかった。]
[0047] 実施例２−ビス（２，２，３，３−テトラフルオロプロピル）カーボネートの調製
２，２，３，３−テトラフルオロプロパン−１−オール（１００ｇ、０．７６モル）、ピリジン（１２０ｇ、１．５モル）及び塩化メチレン（１５０ｍＬ）を、１Ｌ ３つ口丸底フラスコ内で混ぜ合わせた。フラスコに、オーバーヘッド攪拌機構、熱電対、添加漏斗、冷水冷却管、ＣＯ２／エチレングリコール恒温槽及び窒素ラインを取り付けた。トリホスゲン（４０ｇ、０．１３モル）は、塩化メチレン１５０ｍＬ中に溶解させ、添加漏斗を介して、温度が０℃を超えないような速度で添加した。一旦添加が完了したら、混合物をそのまま室温まで暖めた。次に、反応混合物を２００ｍＬの塩化アンモニウム飽和水溶液で急冷した。次に、塩化メチレン生成物相を、水相から分離した。塩化メチレンの２００ｍＬ部を１回使用して、生成物を水相から抽出した。一体化された有機抽出物は、１００ｍＬの１Ｎ・ＨＣｌにて５回、１００ｍＬの重炭酸ナトリウム飽和水溶液にて１回、１００ｍＬの脱イオン水にて１回洗浄し、次に無水硫酸マグネシウム上で乾燥させた。次に、フルオロカーボネート生成物は蒸留により精製したが、当該カーボネートは混合物中、最高沸点成分であった（沸点＝１８４℃、２５℃での密度＝１．５７０６ｇ／ｍＬ、純度＝９９．５％）。生成物の構造は、ＧＣ／ＭＳ及びＮＭＲにより確認した。]
[0048] 実施例３−ビス（２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチル）カーボネートの調製
２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブタン−１−オール（１４０ｇ、０．７６モル）、ピリジン（１２０ｇ、１．５モル）及び塩化メチレン（１５０ｍＬ）を、１Ｌ ３つ口丸底フラスコ内で混ぜ合わせた。フラスコに、オーバーヘッド攪拌機構、熱電対、添加漏斗、冷水冷却管、ＣＯ２／エチレングリコール恒温槽及び窒素ラインを取り付けた。トリホスゲン（４０ｇ、０．１３モル）は、塩化メチレン１５０ｍＬ中に溶解させ、添加漏斗を介して、温度が０℃を超えないような速度で添加した。一旦添加が完了したら、混合物をそのまま室温まで暖めた。次に、反応混合物を２５０ｍＬの塩化アンモニウム飽和水溶液で急冷した。次に、塩化メチレン生成物相を、水相から分離した。塩化メチレンの２００ｍＬ部を１回使用して、生成物を水相から抽出した。一体化された有機抽出物は、１００ｍＬの１Ｎ・ＨＣｌにて１回、１００ｍＬの重炭酸ナトリウム飽和水溶液にて１回、１００ｍＬの脱イオン水にて１回洗浄し、次に無水硫酸マグネシウム上で乾燥させた。次に、フルオロカーボネート生成物は蒸留により精製したが、当該カーボネートは混合物中、最高沸点成分であった（沸点＝１９７℃、２５℃での密度＝１．６３０２ｇ／ｍＬ、純度＝９９．７％）。構造は、ＧＣ／ＭＳ及びＮＭＲにより確認した。]
[0049] 以下の６種の材料（実施例４〜９）は、大きな比熱容量を有し、提供された装置において有用であると考えられている。]
[0050] 実施例４−ビス（２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブチル）カーボネートの調製
２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロブタン−１−オール（１５２ｇ、０．７６モル）、ピリジン（１２０ｇ、１．５モル）及び塩化メチレン（１５０ｍＬ）を、１Ｌ ３つ口丸底フラスコ内で混ぜ合わせた。フラスコに、オーバーヘッド攪拌機構、熱電対、添加漏斗、冷水冷却管、ＣＯ２／エチレングリコール恒温槽及び窒素ラインを取り付けた。トリホスゲン（４０ｇ、０．１３モル）は、塩化メチレン１５０ｍＬ中に溶解させ、添加漏斗を介して、温度が０℃を超えないような速度で添加した。一旦添加が完了したら、混合物をそのまま室温まで暖めた。次に、反応混合物を２００ｍＬの塩化アンモニウム飽和水溶液で急冷した。次に、塩化メチレン生成物相を、水相から分離した。塩化メチレンの２００ｍＬ部を１回使用して、生成物を水相から抽出した。一体化された有機抽出物は、１００ｍＬの１Ｎ・ＨＣｌにて５回、１００ｍＬの重炭酸ナトリウム飽和水溶液にて１回、１００ｍＬの脱イオン水にて１回洗浄し、次に無水硫酸マグネシウム上で乾燥させた。次に、フルオロカーボネート生成物は蒸留により精製したが、当該カーボネートは混合物中、最高沸点成分であった（沸点＝１６７．３℃、２℃での密度＝１．６４４４ｇ／ｍＬ、純度＝９８．８％）。構造は、ＧＣ／ＭＳ及びＮＭＲにより確認した。]
[0051] 実施例５−ビス（２，２，２−トリフルオロエチル）カーボネートの調製
２，２，２−トリフルオロエタノール（７６ｇ、０．７６モル）、ピリジン（１２０ｇ、１．５モル）及び塩化メチレン（１５０ｍＬ）を、１Ｌ ３つ口丸底フラスコ内で混ぜ合わせた。フラスコに、オーバーヘッド攪拌機構、熱電対、添加漏斗、冷水冷却管、ＣＯ２／エチレングリコール恒温槽及び窒素ラインを取り付けた。トリホスゲン（４０ｇ、０．１３モル）は、塩化メチレン１５０ｍＬ中に溶解させ、添加漏斗を介して、温度が０℃を超えないような速度で添加した。一旦添加が完了したら、混合物をそのまま室温まで暖めた。次に、反応混合物を２００ｍＬの塩化アンモニウム飽和水溶液で急冷した。次に、塩化メチレン生成物相を、水相から分離した。塩化メチレンの２００ｍＬ部を１回使用して、生成物を水相から抽出した。一体化された有機抽出物は、１００ｍＬの１Ｎ・ＨＣｌにて５回、１００ｍＬの重炭酸ナトリウム飽和水溶液にて１回、１００ｍＬの脱イオン水にて１回洗浄し、次に無水硫酸マグネシウム上で乾燥させた。次に、フルオロカーボネート生成物は蒸留により精製したが、当該カーボネートは混合物中、最高沸点成分であった（沸点＝１１８．５℃、２５℃での密度＝１．５６７９ｇ／ｍＬ、純度＝９９．５％）。構造は、ＧＣ／ＭＳ及びＮＭＲにより確認した。]
[0052] 実施例６−エチル２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルカーボネートの調製
エチル２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルカーボネートは、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブタン−１−オール（１８４ｇ、１．０１２モル）（Ｌａｎｃａｓｔｅｒ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｌｔｄ（Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ，ＭＡ）から入手可能）、トリエチルアミン（１０２ｇ、１．００８モル）及びメチル−ｔ−ブチルエーテル（３５０ｍＬ）を、二酸化炭素／水浴を用いて５℃〜１５℃の温度に維持された１Ｌ丸底フラスコ内で混合することによって調製した。攪拌している混合物に、５℃〜１５℃の温度に保持されたジャケット付き滴下漏斗からエチルクロロホルメート（１００ｇ、０．９２モル）を加えた。エチルクロロホルメートを４時間かけて添加した。添加が完了した時点で、反応混合物を更に１６時間攪拌し、そして室温まで加温した。次に、蒸留水１００ｍＬを反応混合物に加えた。有機相を回収した。水相を、メチル−ｔ−ブチルエーテル１００ｍＬずつで２回抽出し、全ての有機相を合一させた。有機相を、蒸留水１００ｍＬ及び１Ｎ・ＨＣｌ １００ｍＬで洗浄した。回転蒸発によってエーテルを除去した。残留サンプルは、同心円管カラムを使用し分別蒸留によって精製した。生成物をＧＣ／ＭＳで分析した。]
[0053] 実施例７−メチル−２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルカーボネートの調製
窒素を大量に流し、熱電対プローブと、Ｃｌａｉｓｅｎアダプターと、電磁攪拌棒と、水冷コンデンサーと、滴下漏斗とを装備した、予め乾燥させた５００ｍＬの２つ口丸底フラスコ内で、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブタン−１−オール（９０．００ｇ、０．４９４３モル、Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ，ＭＡのＬａｎｃａｓｔｅｒ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｌｔｄから入手可能）と、トリエチルアミン（６２．７ｇ、０．６１９６モル）と、メチル−ｔ−ブチルエーテル（２００ｍＬ）とを混合した。初期温度２２℃において、滴下漏斗からメチルクロロホルメート（６４．１２ｇ、０．６６７８モル）を１時間かけて滴下した。添加中、温度は６０℃まで上昇した。反応中に白色沈澱が形成された。メチルクロロホルメートの添加完了後、反応混合物を周囲温度で約１８時間攪拌させた。反応混合物を攪拌しながら、１．０２３ＮのＨＣｌ ２００ｍＬと蒸留水３００ｍＬとの予備混合溶液と混合させた。得られた混合物は２相に分離した。有機相をその後、水４００ｍＬと、５％Ｎａ２ＣＯ３ ４００ｍＬとで洗浄し、そして水４００ｍＬずつで２回洗浄した。有機相は、活性化３Ａモレキュラーシーブを用いて３日間処理した。生成物は、窒素を流しながら大気圧及びヘッド温度１５１．２〜１５３．０℃で分別蒸留することによって回収した。生成物は、ＧＣ／ＭＳで分析し、ＧＣ−ＦＩＤによって純度９８．９％と測定された。]
[0054] 実施例８−エチル２，２，３，３−テトラフルオロプロピルカーボネートの調製
２，２，３，３−テトラフルオロプロパン−１−オール（１２１ｇ、０．９２モル）、ピリジン（７６ｇ、０．９６モル）及び３５０ｍＬのメチル−ｔ−ブチルエーテルを、１Ｌ ３つ口丸底フラスコ内で混ぜ合わせた。フラスコに、オーバーヘッド攪拌機構、熱電対、添加漏斗、冷水冷却管、及び乾燥窒素バブラーを取り付けた。水浴中の固体ＣＯ２を使用して、反応フラスコを冷却保存した。添加漏斗を介して、反応混合物の温度が０℃を超えないような速度で、エチルクロロホルメート（１００ｇ、０．９２モル）を滴下して添加した。一旦添加が完了したら、混合物をそのまま室温まで暖めた。次に、１００ｍＬの水で反応混合物をクエンチした。水部は、メチル−ｔ−ブチルエーテルの１００ｍＬ部にて２回、抽出した。合一させた有機抽出物は、１００ｍＬの１Ｎ・ＨＣｌ及び１００ｍＬの水で洗浄した。回転蒸発により溶媒を除去し、同心円管カラムを使用した分別蒸留によりカーボネートを精製した。生成物の構造は、ＧＣ／ＭＳによって確認し、ＧＣ−ＦＩＤによる純度は所望の化合物の９９．０５％であった。]
[0055] 実施例９−２，２，２−トリフルオロエチルメチルカーボネートの調製
２，２，２−トリフルオロエタノール（１０５ｇ、１．０５モル）、ピリジン（８７ｇ、１．１モル）及び３００ｍＬの塩化メチレンを、１Ｌ ３つ口丸底フラスコ内で混ぜ合わせた。フラスコに、オーバーヘッド攪拌機構、熱電対、添加漏斗、冷水冷却管、及び乾燥窒素バブラーを取り付けた。反応フラスコは、ドライアイス／アセトン浴を使用して冷たいまま維持し、−２０℃〜−１５℃の範囲の温度に維持した。メチルクロロホルメート（１００ｇ、１．０５モル）は、添加漏斗を介し、温度が−２０℃〜−１５℃の範囲に維持されるような速度で添加した。一旦メチルクロロホルメートの添加が完了したら、反応混合物を室温まで暖めた。次に、１００ｍＬの水で反応混合物を急冷した。塩化メチレン溶液は、水から分離し、１００ｍＬの１Ｎ・ＨＣｌにて２回洗浄した。塩化メチレンは蒸留によって除去し、生成物は同心円管カラム上の分別蒸留を使用して精製した（沸点＝９０．０℃、純度＝９９．７％）。構造の大部分は、ＧＣ／ＭＳによって確認した。]
[0056] 比熱容量の測定
Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製Ｐｙｒｉｓ １・示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用して、比熱容量（Ｃｐ）を測定した。サンプルは、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製微量天秤を使用して計量した。「３曲線」法を使用したが、そこでは空のＤＳＣパン、サファイア熱容量参照ディスク、及びサンプル材料についてスキャンを行なった。Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製熱分析ソフトウエアを使用して、熱容量を計算し、サファイア標準物質の既知の熱容量に対して較正した。]
[0057] 熱容量データは、−２０℃を起点として２０℃ずつ増やして取得し、各２０℃加熱範囲の真ん中で１個の熱容量値を測定したが、これは各温度範囲の始まり及び終わりにおける過渡的データを回避するためである。データは、明らかに熱容量データが降下し始める温度に至るまで報告されたが、これは圧力が高すぎかつ圧着アルミニウムＤＳＣパン（揮発性サンプルパン）からの漏れが多すぎることを示している（表Ｉ参照）。]
[0058] ]
[0059] 表Ｉは、比較実施例及び提供された伝熱流体の３つの実施形態（実施例１〜３）の比熱容量の測定データを示す。比較実施例１は、市販のヒドロフルオロエーテル化合物・ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ（ＯＣＨ２ＣＨ３）ＣＦ（ＣＦ３）２（３Ｍ社（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から、ＮＯＶＥＣ ７５００加工流体（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｆｌｕｉｄ）として入手可能）である。]
実施例

[0060] 本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。]

权利要求:

請求項1
熱伝達装置であって、デバイスと、デバイスへあるいはデバイスから熱を伝達するための機構とを含み、前記機構が熱伝達流体を含み、前記熱伝達流体が部分的フッ素化カーボネートを含む、熱伝達装置。
請求項2
前記部分的フッ素化カーボネートが、ＲｈＯＣ（Ｏ）ＯＲｈ’の構造を備えたジアルキルカーボネートを含み、式中、Ｒｈ及びＲｈ’が独立して、合計１〜１２個の炭素原子を含有し、それが、線状、分枝状、又は環状であって、かつ１個以上の連鎖ヘテロ原子を含むか又は含まない、請求項１に記載の装置。
請求項3
Ｒｈ及びＲｈ’が同一である、請求項２に記載の装置。
請求項4
Ｒｈ又はＲｈ’のうち少なくとも１つが炭化水素アルキル基を含む、請求項２に記載の装置。
請求項5
ジアルキルカーボネートの水素原子数の約３５％〜約９５％が、フッ素原子により置換されている、請求項２に記載の装置。
請求項6
ジアルキルカーボネートの水素原子数の約５０％〜約９５％が、フッ素原子により置換されている、請求項５に記載の装置。
請求項7
ジアルキルカーボネートの水素原子数の約６０％〜約９５％が、フッ素原子により置換されている、請求項６に記載の装置。
請求項8
前記部分的フッ素化カーボネートが、（Ｒｆ）ＲｇＯＣ（Ｏ）ＯＲ’ｇ（Ｒｆ’）ｎの構造を備えたジアルキルカーボネートを含み、式中、Ｒｆ及びＲｆ’は独立して１〜１２個の炭素原子を有する、ペルフルオロ化され又は部分的フッ素化された、直鎖、分枝鎖又は脂環式基であるとともに、ｎが０又は１であり、式中、ｎが１の場合、Ｒｇ及びＲｇ’が独立して、１〜６個の炭素原子を有する、直鎖、分枝鎖又は環状アルキレン基であるとともに、Ｒｇ及びＲｇ’が独立して１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有することができ、かつ式中、ｎが０の場合、Ｒｇ’は、１〜６個の炭素原子を有する直鎖、分岐、又は環状アルキル基であるとともに、１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有することができる、請求項２に記載の装置。
請求項9
前記熱伝達流体が、の構造で表され、式中、Ｒ１〜Ｒ４の基の各々は、独立して、水素又は１〜６個の炭素原子を有する直鎖、分岐、若しくは環状アルキル基であるとともに、１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有するか又は含有せず、式中、Ａは、単一の共有結合又はＣＨ２Ｏであり、式中、Ｒ３は、ペルフルオロ化され又は部分的フッ素化された、１〜１０個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖脂肪族基であるとともに、１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有するか又は含有せず、式中、Ｒ２は、水素又は１〜６個の炭素原子を有する直鎖、分岐、若しくは環状アルキル基、又はペルフルオロ化され又は部分的フッ素化された、１〜１０個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖脂肪族基であるとともに、１個以上の連鎖ヘテロ原子を含有するか又は含有せず、かつ式中、Ｙは、単一の共有結合又は基Ｃ（Ｒ５）（Ｒ６）であり、ここでＲ５及びＲ６各々は、独立して、水素、又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基であることができる、請求項１に記載の装置。
請求項10
前記Ｒ３中の少なくとも７０％の水素原子がフッ素原子により置換されている、請求項９に記載の装置。
請求項11
前記熱伝達流体が、２０℃にて、１．２００Ｊ／ｇＫより大きい比熱容量を有する、請求項１に記載の装置。
請求項12
前記熱伝達流体が、２０℃にて、１．２５０Ｊ／ｇＫより大きい比熱容量を有する、請求項１１に記載の装置。
請求項13
前記機構が、熱を前記デバイスへと移送する、請求項１に記載の装置。
請求項14
前記機構が、熱を前記デバイスから移送する、請求項１に記載の装置。
請求項15
前記機構が、前記デバイスを選択温度に維持する、請求項１に記載の装置。
請求項16
前記デバイスが、マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエハ、電力制御半導体、電気化学電池（リチウムイオン電池を含む）、配電スイッチ装置、電力変圧器、回路基板、マルチチップモジュール、パッケージ化された又はパッケージ化されていない半導体デバイス、燃料電池、及びレーザーから選択される、請求項１に記載の装置。
請求項17
熱伝達のための前記機構が、前記デバイスを冷却するためのシステム内構成要素であって、前記システムが、ＰＥＣＶＤ装置内のウエハチャックを冷却するためのシステム、ダイ性能試験のための試験用ヘッド内温度の制御システム、半導体処理装置内の温度制御システム、電子デバイスの熱衝撃試験、及び電子デバイスの定温維持システムから選択される、請求項１に記載の装置。
請求項18
熱伝達方法であって、デバイスを提供することと、デバイスへとあるいはデバイスから熱を伝達するためのメカニズムを提供することとを含み、前記メカニズムが熱伝達流体を含み、前記熱伝達流体が部分的フッ素化カーボネートを含むものを含む、熱伝達方法。