JP2017531918A - 熱伝導性物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、面内の熱伝導率が面に対して垂直な熱伝導率より高い、熱的に異方性のシートをプリーツ加工することと、プリーツ加工された構造を圧縮することとを含む、熱伝導性物品の製造方法、前記方法により得ることができる物品、デバイスを製造するための前記熱伝導性物品の使用、及び係るデバイスに関する。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、熱伝導性物品の製造方法、前記方法により得ることができる熱伝導性物品、熱の伝導のためのデバイスを製造するための前記物品の使用、及び前記物品を含む係るデバイスに関する。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のポリマーは、低い固有熱伝導率を有することが知られており、高密度の等方性ＰＴＦＥに関して、−１４０℃から少なくとも２３２℃の温度の範囲内で０．３５Ｗ／ｍＫ未満である（例えばＰｒｉｃｅ、Ｄ．Ｍ．及びＪａｒｒａｔｔ，Ｍ．（２００２）、「Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＰＴＦＥ ａｎｄ ＰＴＦＥ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ」、Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ３９２〜３９３、ｐ．２３１〜２３６、又はＢｌｕｍｍ，Ｊ．、Ｌｉｎｄｅｍａｎｎ，Ａ．、Ｍｅｙｅｒ，Ｍ．及びＳｔｒａｓｓｅｒ，Ｃ．（２０１０）、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＴＦＥ Ｕｓｉｎｇ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓ ３１、１９１９〜１９２７を参照）。

延伸多孔質ＰＴＦＥの熱伝導性率は、空気の存在のために、一般的にさらに低く、多孔性の機能のために、典型的には高密度の材料の値のたった１０分の１から約２分の１であることが知られている。これらの材料は、したがって断熱材としての応用が見出されている（例えばＵＳ３９５３５６６号、第５欄第６４行〜第６欄第２行を参照）。

例えば集積回路（「ＩＣ」）からの熱伝達の応用に関して、フルオロポリマーの有利な特性の使用が望まれるが、同時に熱伝導性が要求される。ＰＴＦＥ等のフルオロポリマーを、熱伝導性粒子、たとえば金属粒子、酸化物又は窒化物、及びＰＣＭ又はエラストマーの組み入れにより熱伝導性にすることが知られている。係る熱伝導性ＰＴＦＥコンポジットは、例えばＵＳ５９４５２１７号、及びＵＳ５７３８９３６号に開示されている。

しかし、そのような充填されたフルオロポリマーの使用は、幾つかの欠点を有する；特に、通常、厳しい化学環境に対する安定性、又は誘電特性の変化などのＰＴＦＥの優れた特性の損失がある。

更に、例えばＥＰ２５５１３２４号から、ＰＴＦＥ等のフルオロポリマーの固有熱伝導率は、シートの面内の少なくとも１つ又は２つの方向において高度に増加した熱伝導率を有するポリマーのシートが得られるような特定の配向プロセスにより向上させることができることが知られている。しかし、シートの面に対して垂直な熱伝導率は、延伸されたシートが高度に異方性の熱伝導率を有するような配向のために、小さいままであるか、または若干減少する。

したがって、本発明の目的の１つは、新規の向上した熱伝導性物品及びデバイスを製造することができるように、シートに対して垂直の方向において熱的に異方性のフルオロポリマーシート等のシートの熱伝導率を向上させる方法を提供することである。

本発明は、シートに対する垂直方向におけるシートの熱伝導率を、シートをプリーツ加工すること、及び形成されたプリーツ加工された構造を圧縮することにより大いに向上させることができることを見出したことに基づく。

本発明は、したがって面内において、面に対して垂直な熱伝導率より高い熱伝導率を有する熱的に異方性のシートをプリーツ加工することと、プリーツ加工されたシートを圧縮することとを含む、熱伝導性物品の製造方法を提供する。

驚くべきことに、シートをプリーツ加工すること、及び前記プリーツ加工されたシートを圧縮することにより、プリーツ加工されたシートのプリーツに対して垂直な熱伝導率が、同じシートを単純に積層したものの積層に対して垂直な方向における熱伝導率と比べて大いに増大することが見出された。

したがって、シートの面に対して垂直な方向において大いに増大した熱伝導率を有するシートを提供することができる。

更に、プリーツ加工された構造を用いて、新規の熱伝導性デバイスを設計することができる。例えば、追加の強制対流熱損失、及び増加した表面積を生み出す冷却リボン等の冷却デバイスを提供することができる。

用語「シート」は、２つの寸法における広がりが、他の残りの寸法における広がりと比較して大きい全ての物品、例えば通常シート、フィルム、メンブレン、又はテープとして示される物品を意味することが意図される。シートは、したがって（「エンドレス」シートの場合において）シートの２つの対向する端部と比較して大きい表面積を有する２つの対向する表面を有する。１つの実施態様において、シートは少なくとも１つの層を含む。別の実施態様において、シートは１つのシート材料、又は異なるシート材料で製造された幾つかの層を含む。

「熱的に異方性」は、シートが、少なくとも２つの方向において異なる固有熱伝導率を示すこと、すなわち、それが１つの方向において比較的高い固有熱伝導率を示し、別の方向において比較的低い固有熱伝導率を示すことを意味する。本発明の方法で用いられる熱的に異方性のシートにおいて、面内の熱伝導率は、面に対して垂直な熱伝導率より高い。

プリーツは、シートの３つの平行なベンド（ｂｅｎｄ）（第一のベンド、中間のベンド、及び最後のベンド）により作り出され、規定され、各プリーツは、隣接する１つ又は複数のプリーツと２つのベンドを共有する。

形成されたプリーツは、したがって、各ベンドの先端から測定される、中間のベンドと、より近い後に続くベンド（第一又は最後のベンド）との間の距離であるように規定されたある高さを有する。

プリーツの形成に起因して互いに面するシートの表面が、少なくとも部分的に互いに接触するように、圧縮が行われる。

圧縮は、プリーツに対して垂直な方向において、プリーツに圧力をかけることにより行うことができる。

１つの実施態様において、圧縮されたプリーツ加工された構造は、部分的に、または完全に安定化される。これは、プリーツが、その相対的な位置において互いに部分的にまたは完全に固定されることを意味する。

このように、形成されたプリーツ加工された構造は、圧縮後に得られたままの（またはほとんど得られたままの）形態で保存される。

１つの例において、プリーツ加工された構造の安定化は、フィルムを（プリーツのベンドにより形成された）表面、又はプリーツ加工された構造の（シートの端部により形成された）端部の１つ又はそれより多くに結合させることにより達成される。前記フィルムの結合を、例えば熱結合、すなわち熱と圧力を適用することにより達成することができる。

別の例において、フィルムはプリーツ加工された構造の１つ、すなわち上面又は下面又は両方の表面に結合される。

本発明の方法の更なる実施態様において、熱的に異方性のシートは、サーマル相間ワックスにより処理される。

サーマル相間ワックスによるシートの処理は、プリーツに対して垂直な方向におけるプリーツ加工されたシートの熱伝導率をさらに増加させる。

サーマルインターフェースワックスとして、市販で入手可能な相変化ワックス、例えば熱伝導率が０．４７Ｗ／ｍＫのＣｒａｙｏｔｈｅｒｍ（登録商標）ＫＵ‐ＣＲ（ＫＵＮＺＥ Ｆｏｌｉｅｎ ＧｍｂＨ、ドイツにより市販で入手可能)などを用いることができる。

本発明の方法において、熱的に異方性のシートは、上記で規定されたある高さを有するプリーツが形成されるように、プリーツ加工される。

１つの例において、プリーツ高さ対シート厚さは、１０００：１〜２；１、好ましくは５００：１〜３：１、最も好ましくは１００：１〜５：１である。

更に、１つの実施態様において、シートは、得られたプリーツ加工された構造中に、異なる高さを有するプリーツが存在するようにプリーツ加工される。フィルム厚さに対して上記の関係において用いられているプリーツ高さは、したがって平均のプリーツ高さである。

プリーツ加工されていないシートのシート厚さは、好ましくは１〜５００マイクロメートル、より好ましくは２〜２５０マイクロメートル、最も好ましくは５〜１００マイクロメートルである。

１つの例において、プリーツの高さは１０〜１００００マイクロメートルであり、より好ましくは２０〜５０００マイクロメートルであり、最も好ましくは４０〜２５００マイクロメートルである。

シートのプリーツ加工は、好ましくは最大熱伝導率の方向に垂直に実施される。

これは、例えば「エンドレス」シートが用いられた場合、シートが機械方向においてその最大の熱伝導率を有し、その方向に対して垂直にプリーツ加工されることを意味する。

シートのプリーツ加工を、シートが「プリーツ加工ロール」と示される２つの反対方向に回転する歯車を通過するように実施することができる。これらの回転ホイールの歯は、シートの破砕が生じないように設計され、特に、歯は、縁が鋭すぎないのがよい。例えば、歯は、正弦曲線形状を有することができる。

歯の高さは、プリーツ加工ロールを通過した際に形成されるプリーツの高さを決定する。

プリーツを圧縮することにより、プリーツに対して垂直の方向におけるプリーツ加工された構造の熱伝導率を更に向上させることができる。

１つの実施態様において、熱的に異方性のシートは、熱的に異方性のポリマー層を含むか、またはこれからなる。

更なる実施態様において、熱的に異方性のポリマー層は、ポリオレフィン、たとえばポリエチレン又はフルオロポリマーを含むか、またはこれからなる。

フルオロポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、変性ＰＴＦＥ、フルオロ熱可塑性物質、フルオロエラストマー、又はこれらの任意の組み合わせを含むか、またはこれからなる。

フルオロポリマーは、部分的にフッ素化されるか、または完全にフッ素化、すなわち全フッ素化されることができる。１つの実施態様において、フルオロポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、変性ＰＴＦＥ、フルオロ熱可塑性物質、又はフルオロエラストマー、又はこれらの材料の任意の組み合わせを含むか、またはこれからなる。本開示で用いられる用語「変性ＰＴＦＥ」は、テトラフルオロエチレンモノマー単位に加えて、全フッ素置換された、フッ素化された、またはフッ素化されていないコモノマー単位が、例えば０．００５〜１５ｍｏｌ％の範囲で存在するテトラフルオロエチレンコポリマーの種類を意味することを意図する。

更なる実施態様において、基材フルオロポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、変性ＰＴＦＥ、フルオロ熱可塑性物質、又はフルオロエラストマー、又はこれらの材料の任意の組み合わせを含むか、またはこれからなる。

更なる実施態様において、フルオロポリマーは、ＰＴＦＥ及び／又は変性ＰＴＦＥを含むか、またはこれからなり、更なる実施態様において、フルオロポリマーはＰＴＦＥを含むか、またはこれからなる。

特定の実施態様において、シートはＥＰ２５５１３２４号に開示された発明の方法において用いられる。

ポリマーシートが本発明の方法において用いられる場合において、シート又はシートの少なくともポリマー層（１つ又は複数）は、好ましくは純粋なポリマー、すなわち更なる化合物又はフィラーがポリマーに加えられていないポリマーからなる。この実施態様において、係る添加剤の存在に起因する望ましくない水吸着が回避される。このことは、電気部品における応用にとって特に重要である。

実施態様において、最大の固有熱伝導率の方向におけるシートの固有熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍＫ以上、更なる実施態様において０．７Ｗ／ｍＫ以上、更なる実施態様において１Ｗ／ｍＫ以上、更なる実施態様において５Ｗ／ｍＫ以上、更なる実施態様において８Ｗ／ｍＫ以上である。

熱伝導率及び拡散率並びにこれらの任意の比の全ての示唆は、本開示に含まれるように、別段の示唆がない限り、４０℃の測定温度に関する。

通常、最大の固有熱伝導率の方向における固有熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫを超えない。

当然のことながら、できる限り高い固有熱伝導率が望ましいが、ある応用に関して、例えば移動する熱の量がより小さい場合、より低い伝導率を許容することができる。

本発明の方法の熱的に異方性のシートは、少なくとも２つの方向において異なる固有熱伝導率を有し、固有熱伝導率の異方性比は、最小の固有熱伝導率の方向における固有熱伝導率により、最大の固有熱伝導率の方向における固有熱伝導率を除した比として規定される。

通常、シートは面に対して垂直の方向において最小の固有熱伝導率を、面の方向において最大の固有熱伝導率を有する。

本発明の方法において、面内の異なる方向において異なる固有熱伝導率を有するシートを用いることができる。例えば、このようなシートはフルオロポリマーシートの一軸延伸により得られる（ＥＰ２５５１３２４号を参照）。

１つの実施態様において、シートはプリーツの配向に対して垂直な最大の固有熱伝導率の方向を有し、例えば「エンドレスシート」が用いられる場合、好ましくは最大の固有熱伝導率の方向は機械（「エンドレス」）方向である。

１つの実施態様において、シートは、５より大きい固有熱伝導率の異方性比を有し、別の実施態様において１０以上、更に別の実施態様において１５以上、更に別の実施態様において２０以上、更に別の実施態様において２５以上、更に別の実施態様において３０以上、及び更に別の実施態様において４０以上の固有熱伝導率の異方性比を有する。

実際には、比は、通常１００を超えない。

フルオロポリマーを含むか、またはこれからなる熱的に異方性のシートが用いられる本発明の実施態様において、シートは、シート（一軸延伸）の面に対して平行な１つの方向、又はシート（二軸延伸）の面に対して平行な互いに直交する２つの方向においてフルオロポリマーシートを延伸することにより得ることができる。

ＥＰ２５５１３２４号に記載のように、固有熱伝導率が延伸の１つ又は複数の方向において増加し、シートは面内の１つの方向（一軸延伸）、又は面内の全ての方向（二軸延伸）に沿って増加した固有熱伝導率を示すであろう。

シートのフルオロポリマーは、高密度の材料、すなわち非多孔質材料であることができ、または多孔質であることができる。

本開示で用いられる用語「多孔質」は、内部構造全体に亘ってボイドを有する材料を指し、それは１つの表面から他の表面への相互接続した連続的な空気通路を形成することができる。

また、異方性のフルオロポリマーは、微多孔質であることができる。これは、ボイドが非常に小さいことを意味し、通常「微視的」と呼ばれる。

微多孔質フルオロポリマー中のボイドの典型的な細孔径は、平均フロー細孔径測定において決定された０．０１〜１５マイクロメートルの範囲である。

微多孔質フルオロポリマーは、例えば延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ、ＥＰＴＦＥ）である。

多孔質フルオロポリマーの微細構造は、ノード及びフィブリル、フィブリルのみ、フィブリルストランド若しくはバンドルのみ、又はフィブリルにより相互接続された延伸されたノードを含むことができる。

本発明の方法の１つの実施態様において、熱的に異方性のシートは、１つより多くの層で構成され、例えば金属フィルム等の熱的に異方性の伝導性材料の層を含む。

方法において用いられるシートは、したがって多層複合シート、例えばＦＥＰの上層及び下層を含むもの、フルオロポリマー等の熱的に異方性の材料の層及び金属等の熱的に異方性の材料の隣接する層を挟んだものであることができる。

更に、本発明は、上記の実施態様のいずれかにおける本発明の方法により得ることができる物品に関する。

更に、本発明は厚さが１〜５００μｍであるシートを含む熱伝導性物品であって、物品が、１Ｗ／ｍＫ以上の面に対して垂直な熱伝導率を有し、前記物品の好ましい実施態様が、上記の実施態様のいずれかにおける本発明の方法に関して記載されたものである、熱伝導性物品に関する。

更に、本発明は熱源から上記の実施態様のいずれかにおける本発明の方法により形成された物品を含む、熱源からヒートシンクへの熱の伝導のためのデバイス、およびデバイスを製造するための係る物品の使用に関する。

用語「熱源」及び「ヒートシンク」は、それぞれ熱を発し、熱を受け入れる任意の物品を意味することが意図される。

本発明の方法により得ることができる物品に加えて、本発明のデバイスは、更に部品を含むことができる。

１つの実施態様において、係る更なる部品はフルオロポリマーである。したがって、デバイスは厳しい化学環境、高温、又はＵＶ光に対して安定であり、高い誘電強度、電気絶縁特性、柔軟性、耐水及び他の液体に対する耐性、良好な誘電特性を有し、広範な温度範囲に亘る良好なエージング挙動及び安定な伝導性を示す。

係るデバイスは、当分野のそのような物品に関して知られている任意の形態又は形状であることができ、特に、物品は、ラミネート、サーマルインターフェースコンポジット、及び電気絶縁性熱スプレッダ、又はヒートパイプであることができる。

本開示の更なる理解を与えるように添付の図面が含まれ、本明細書に組み入れられ、その一部を構成し、実施態様を示し、詳細な説明と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。
図１は、本発明の方法の実施態様の概略図である。 図１は、本発明の方法の実施態様の概略図である。 図２は、本発明の方法におけるプリーツ加工工程前のシートの２つの実施態様の概略図である。 図３は、本発明の方法におけるプリーツ加工工程の実施態様のための反対方向に回転するプリーツ加工ロール（図３ａ）、及びプリーツ加工ロールの歯のデザインの拡大図（図３ｂ）を示す。 図３は、本発明の方法におけるプリーツ加工の実施態様のための反対方向に回転するプリーツ加工ロール（図３ａ）、及びプリーツ加工ロールの歯の設計の拡大図（図３ｂ）を示す。 図４は、本発明の方法におけるプリーツ加工された構造を圧縮する工程の１つの実施態様の概略図である。 図５ａは、本発明による方法により得ることができる冷却リボンの形態の熱伝導性物品の絵である。 図５ｂは、図５ａの冷却リボンのプリーツ加工された構造の拡大図である。 図６は、本発明による方法により得ることができる部分的にプリーツ加工された構造の形態の熱伝導性物品の絵である。 図７は、例１にしたがって形成された、４５０マイクロメートルのプリーツ高さを有するプリーツ加工されたＰＴＦＥフィルム（厚さ：１０マイクロメートル）のＳＥＭ図である。 図８は、例２にしたがって形成された、４５０マイクロメートルのプリーツ高さを有するプリーツ加工されたＰＴＦＥフィルム（厚さ：４０マイクロメートル）のＳＥＭ図である。 図９は、例３に記載のように製造された、４５０マイクロメートルの全積層高さを有する、厚さ４０マイクロメートルのＰＴＦＥフィルムの積層体のＳＥＭ図である。 図１０は、例４により形成されたプリーツ加工されたポリエチレンフィルムのＳＥＭ図である。

当業者は、本開示の種々の側面が、意図された機能を実施するように構成されたあらゆる方法及び装置により実現することができることを容易に理解するであろう。本開示で言及される添付の図面は、かならずしも縮尺どおりに描かれておらず、本開示の種々の側面を説明するために拡大されている場合があり、これに関して、図面は制限されるように解釈されるべきではないことにも留意されたい。

本発明の方法の１つの実施態様の概略図は、図１に示される。図１において、「エンドレス」シート１０は、シートの面に対する垂直な視点において示される。シート１０は、第一の表面１１と、第二の表面１２と、２つの対向する端部１３とを含む。未処理のシート１０は、第一のプリーツ加工工程に供され（図１のセクションＡ）、プリーツ１８が形成されるように、ベンドが、シートの機械方向に対して垂直に作られる。この工程に、形成されたプリーツ１８の互いの接触をもたらす第二の圧縮工程（図１のセクションＢ）が続く。これは、プリーツ加工され、圧縮された構造２０をもたらす。以下の任意選択的な結合工程において、例えば、図１のセクションＣにおいて示されるように、プリーツ１８の表面を互いに結合させることにより、構造２０を固定することができる。プリーツ加工された構造の圧縮及び結合は、１つの工程で実施することができる。

プリーツ加工され、圧縮された構造２０を安定化するために、１つの実施態様において、安定化フィルム２４を、構造２０の表面の１つ又はそれより多くに付着させることができる。図１のセクションＤにおいて、安定化フィルム２４は、構造２０の上面１９に結合される。

図１ｂは、図１ａに示された工程の概略図である。

シート１０を、シート材料の少なくとも１つの単一層で製造することができる。別の実施態様において、シート１０は、シート材料の幾つかの層を含む。

幾つかの層を用いたシートの使用は、プリーツ加工され、圧縮された構造２０を安定化する別の形態である。多層シートにより形成されたプリーツは自立型であり、それ自体の安定性を示す。

図２は、シート１０の実施態様を示す。

図２ａにおいて、シート１０は、１つの層が他の上部に積層状に配された同じ材料の幾つかの層１４、例えば熱的に異方性の延伸ＰＴＦＥの幾つかの層を含む。

図２ｂにおいて、シート１０は、例えば銅、アルミニウム又は銀で製造された金属フィルム１５に付着した熱的に異方性の延伸ＰＴＦＥの１つの層１４を含む。金属フィルム１５を、ＦＥＰの薄い接着層を用いること、又は気化させることにより、層１４に付着させることができる。コンポジットは、上面又は下面又は両方の表面１１、１２の両方を形成するＦＥＰ１６の少なくとも１つの層を更に含むことができる。

図３において、シートのプリーツ加工に用いられるデバイスの好ましい実施態様が示される。図３ａは、プリーツ加工されていないシートが通過する歯３５を有する、２つの反対方向に回転するプリーツ加工ロール３０を含むデバイスを示す。ロール３０間の距離は、シートが多少なりとも破壊され、または悪影響を受けることのないように選択される。図３ｂは、図２ａの面積Ａの拡大図を示す。この図は、プリーツ加工ロールの歯の設計の実施態様を示す。この例における歯の高さは約４５０マイクロメートルであり、プリーツ加工ロールを通過して形成されるプリーツの高さを決定する。歯の端部は、シートの破壊を妨げるように丸められている。

図４は、プリーツ加工された構造の圧縮のための可能な実施態様の概略図を示す。図４ａにおいて、プリーツ加工された構造１６は、２つのプレート、例えばガラスプレート間に挿入される。１つの例において、プリーツ１８は、上側のプレート４２と下側のプレート４４との間に実質的に垂直に配される。プレート４２、４４間の距離は、プリーツ加工された構造１６の（最も高い）プリーツの高さに密接に対応するように選択される。図４ｂ及び４ｃにおいて示されるように、プリーツ４２、４４間のおおよその距離の厚さを有するスチールブレード４６は、プリーツ加工された構造１６の端部において挿入され、圧力がスチールブレードの少なくとも１つにかけられ、その結果プリーツ１８は圧縮され、形成されたプリーツの表面が互いに接触する。１つの例において、ブレードは、約４００マイクロメートルの厚さを有する。

図５ａ及び図５ｂは、本発明による方法により得ることができる熱伝導性物品の例を示す。

この実施態様において、プリーツ加工され、圧縮された構造２０は、熱的に異方性の材料の複数層で製造されたシート１０を含む。プリーツ１８は、その第二の表面１２でのみ結合し、プリーツの第一及び外側表面１１は結合していないため、外側への熱伝達に利用可能である。「冷却リボン」の係る構造は、追加の強制対流熱損失及び増加した表面積を生み出す。

プリーツ加工され、圧縮された構造２０は、物体の周り、例えば金属性の熱伝導性スティック３２の外側表面の周りに配される。スティック中の熱は、構造２０のプリーツ１８中で移動することができ、シート１０の第一の表面１１を介して周囲環境に与えられることができる。係る配置は、熱伝導性物品の冷却リボンデバイスを形成する。

図６は、本発明による方法により得ることができる部分的にプリーツ加工された構造の形態の熱伝導性物品の別の例を示す。この例において、熱的に異方性の材料の複数層で製造されたシートが用いられる。プリーツ加工及び圧縮工程は、シートの一部だけに実施される。図６中の矢印により示されるように、プリーツ加工されていないセクションにおける熱の伝達は、主軸に対して平行であり、折り曲げられた領域において、熱伝達の主要な方向は９０°回転される。

熱伝導率は、４０℃においてＨｏｔ Ｄｉｓｋ ＴＰＳ ２５００Ｓ熱定数分析器を用いてＩＳＯ２２００７‐２に準拠して測定された。

例
例１
１０μｍの厚さを有する熱的に異方性の延伸ＰＴＦＥフィルムは、以下の手順にしたがって製造された。

米国特許第３９５３５６６号、３９６２１５３号、及び４０６４２１４号に開示された手順に従って、テープが以下の方法で調製された：微細な粉末ＰＴＦＥ樹脂がミネラルスピリット（２２．６質量％のＩｓｏｐａｒＫ^TM）と混合されてペーストが形成され、ダイを通して押し出されて、０．９８０ｍｍの厚さの湿潤テープが形成された。その後に、湿潤テープがロールダウンされ、１：０．７５の比にて延伸され、次いで１８５℃にて乾燥されてミネラルスピリットが除去された。乾燥テープの最終的な厚さは０．４１５ｍｍであった。テープは、３５０℃〜３７０℃において、７８：１の全延伸比にて熱板上で延伸された。延伸後、テープは高温にて任意の更なる処理に供されなかった。

テープは、７．８２Ｗ／ｍＫの機械方向における熱伝導率、１．１２Ｗ／ｍＫの横方向の熱伝導率、及び０．０５Ｗ／ｍＫの面に対して垂直な方向における熱伝導率を有する。

テープは、４５０μｍの歯の高さを有する２つの反対方向に回転する歯車を用いて第一のプリーツ加工工程で開始する本発明の方法に供され、約４５０μｍの対応するプリーツ高さを有する前記テープのプリーツ加工された構造が得られる。

プリーツ加工された構造は、２つのプリーツ、例えばガラスプレート間に、第二の圧縮工程中に挿入される。プリーツは、図４において示された方法にしたがって、上側のプレートと下側のプレートとの間に実質的に垂直に配される。プレート間の距離は、プリーツ加工された構造の（最も高い）プリーツの高さに密接に対応するように選択される。おおよそプレート間の距離の厚さを有するスチールブレードは、プリーツ加工された構造の端部にて挿入され、圧力が約３秒間手でスチールブレードの少なくとも１つにかけられることにより、プリーツは圧縮され、形成されたプリーツの表面は互いに接触する。ブレードの厚さは、約４００マイクロメートルである。

方法は、サーマルインターフェースワックス（ＫＵＮＺＥ Ｆｏｌｉｅｎ ＧｍｂＨのＣｒａｙｏｔｈｅｒｍ（登録商標）ＫＵ‐ＣＲ）の適用なしとありで実施された。

プリーツ加工されたフィルムは、図７ａ及び７ｂ中の拡大図において示される。追加のサーマル相間ワックスありとなしの場合のプリーツに対して垂直な方向における熱伝導率に関する結果は、表１に与えられる。

例２
４０μｍの厚さを有する熱的に異方性の延伸ＰＴＦＥフィルムは、例１に記載の手順にしたがって製造された。４０μｍの厚さのフィルムを製造するために、乾燥テープの最終的な厚さは０．６５３ｍｍであった。前記フィルムは、例１において記載された本発明のプリーツ加工及び圧縮プロセスに供され、４５０μｍのプリーツ高さを有する前記フィルムのプリーツ加工された構造が得られる。方法は、サーマルインターフェースワックスの適用なしとありで実施された。

プリーツ加工されたフィルムは、図８ａ及び８ｂ７ｂ中の拡大図において示される。追加のサーマル相間ワックスありとなしの場合の、プリーツに対して垂直な方向における熱伝導率に関する結果は、表１に与えられる。

例３（比較）
４０μｍの厚さを有する熱的に異方性の延伸ＰＴＦＥフィルムは、例１の手順にしたがって製造された。４０μｍの厚さを有するフィルムを製造するために、乾燥テープの最終的な厚さは０．６５３ｍｍであった。前記フィルムの８つの層は、他の上に１つが置かれ、積層体を形成した。積層体は、若干圧縮された。この積層体は図９に示される。積層体は、サーマルインターフェースワックスの適用なしとありで実施された。

フィルム面に対して垂直な方向における熱伝導率に関する結果は、表１に与えられる。

例４
６４μｍの厚さを有する高度に配向したＵＨＭＷポリエチレンフィルム（Ｔｅｉｊｉｎ ＬｔｄのＥＮＤＵＭＡＸ社、日本により市販で入手可能）が、以下の方法に供された：
１）フィルムは、２ｍｍの歯の高さを確保する２つの反対方向への回転によりプリーツ加工された。
２）プライマー９４（３Ｍ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨ社、ドイツにより市販で入手可能）が、プリーツチップの先端においてブラシにより適用され、次いで３時間室温にて乾燥されて溶媒が除去された。
３）プリーツ加工された構造は、圧縮される前に、アルミニウムで製造されたチャンネル構造中に配された。チャンネル構造の底板の幅は８０ｍｍであり、チャンネル構造の側壁の高さは２ｍｍである。チャンネル構造中にプリーツ加工された構造を配した後、上板は、チャンネルを閉じるように構造の上部に配された。それぞれ約２ｍｍの厚さを有する２つのプレートが、プリーツ加工された構造の各々の端部にて押され、手による圧力により互いに対して押し付けられた。１つの側からの追加の圧力は、手によりハンマーで適用され、更に材料が圧縮された。次いで、材料は５分間８０℃にてオーブン中におかれた。加熱工程が終わり、３０分の冷却期間の後に、上板は取り除かれ、圧縮されたプリーツ加工された構造は、チャンネル構造から取り外された。

図１０は、プリーツ加工され、圧縮された構造の拡大断面図を示す。

フィルム面に対して垂直な方向における熱伝導率に関する結果は、表１に与えられる。

この応用の発明は、一般的に、及び特定の実施態様に関連して上記に記載された。種々の改変及び変更を、本開示の範囲から逸脱しない実施態様においてなすことができることは、当業者に明らかであろう。したがって、実施態様は、それが添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にあることを条件として、本発明の改変及び変更を含むことが意図される。

Claims (19)

1. 面内において、面に対して垂直な熱伝導率より高い熱伝導率を有する熱的に異方性のシートをプリーツ加工することと、前記プリーツ加工された構造を圧縮することとを含む、熱伝導性物品の製造方法。
2. 前記プリーツ加工された構造を安定化する、請求項１に記載の方法。
3. 前記プリーツ加工された構造の安定化を、前記プリーツ加工された構造の表面の１つ又はそれより多くにフィルムを結合させることにより達成する、請求項２に記載の方法。
4. 前記プリーツ加工された構造の上面及び／又は下面にフィルムを結合させることを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記シートをサーマル相間ワックスにより処理する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. プリーツの高さ対シートの厚さが、１０００：１〜２：１、好ましくは５００：１〜３：１、及び最も好ましくは１００：１〜５：１である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 得られたプリーツ加工された構造中に、異なる高さを有するプリーツが存在するように、前記シートをプリーツ加工する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記熱的に異方性のシートの厚さが、１〜５００μｍ、好ましくは２〜２５０μｍ、及びより好ましくは５〜１００μｍである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記シートのプリーツ加工を、最大熱伝導率の方向に対して垂直に実施する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記シートが、熱的に異方性の伝導性材料の層を更に含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記熱的に異方性のシートが、熱的に異方性のポリマー層を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ポリマー層が、ポリオレフィン又はフルオロポリマーを含むか、またはこれからなる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ポリオレフィンがポリエチレンである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記フルオロポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、変性ＰＴＦＥ、フルオロ熱可塑性物質、フルオロエラストマー、又はこれらの任意の組み合わせである、請求項１２に記載の方法。
15. 最大固有熱伝導率の方向における前記シートの固有熱伝導率が、０．５Ｗ／ｍＫ又はそれより大きい、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法により得ることができる、熱伝導性物品。
17. 厚さが１〜５００μｍであるシートを含む熱伝導性物品であって、面に対して垂直な１Ｗ／ｍＫ又はそれより高い熱伝導率を有する物品。
18. デバイスを製造するための請求項１６又は１７に記載の熱伝導性物品の使用。
19. 請求項１６又は１７に記載の熱伝導性物品を含むデバイス。

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