JP6553830B1 - 電子デバイスのための熱貯留能力を備える多層熱放散デバイス - Google Patents

電子デバイスのための熱貯留能力を備える多層熱放散デバイス Download PDF

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Abstract

第１のヒートスプレッダ層と、第２のヒートスプレッダ層と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、第１の相変化材料（ＰＣＭ）と、第２の相変化材料（ＰＣＭ）とを含む熱放散デバイス。第１のヒートスプレッダ層は、第１のスプレッダ面と第２のスプレッダ面とを含む。第２のヒートスプレッダ層は、第３のスプレッダ面と第４のスプレッダ面とを含む。第１のスペーサは、第１のヒートスプレッダ層および第２のヒートスプレッダ層に結合される。第２のスペーサは、第１のヒートスプレッダ層および第２のヒートスプレッダ層に結合される。第１のＰＣＭは、第１のヒートスプレッダ層と第２のヒートスプレッダ層との間に位置する。第１のＰＣＭは、第１のスペーサによって囲まれる。第２のＰＣＭは、第１のヒートスプレッダ層と第２のヒートスプレッダ層と第１のスペーサと第２のスペーサとの間にある。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年８月２日に米国特許商標庁に出願された、非仮出願第１５／２２６，７２７号の優先権および利益を主張する。
様々な特徴は、電子デバイスのための多層熱放散デバイスに関し、より詳細には、熱貯留能力を含む多層熱放散デバイスに関する。
電子デバイスは、熱を発生させる内部構成要素を含む。これらの内部構成要素のうちのいくつかは、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、および／またはメモリを含む。こうした内部構成要素のうちのいくつかは多量の熱を発生させることがある。具体的に言うと、電子デバイスの高性能ＣＰＵおよび／またはＧＰＵは、特にデータ集約的動作（たとえば、ゲーム、ビデオの処理）を実行するときには多量の熱を発生させることがある。
ＣＰＵおよび／またはＧＰＵによって発生する熱に対処するかまたはそのような熱を放散させるために、電子デバイスは、ヒートスプレッダなどの熱放散デバイスを含む場合がある。図１〜図３は、チップによって発生した熱を放散させるためのヒートスプレッダを含むモバイルデバイスの例を示す。図１および図２に示すように、モバイルデバイス１００は、ディスプレイ１０２と、裏面２００と、ダイ２０２と、ヒートスプレッダ２０４とを含む。どちらも点線で示されているダイ２０２およびヒートスプレッダ２０４は、モバイルデバイス１００内部に位置する。ダイ２０２はヒートスプレッダ２０４の第１の表面に結合される。ヒートスプレッダ２０４の第２の表面は、裏面２００の第１の表面（たとえば、内側面）に結合される。
図３は、ヒートスプレッダ２０４を含むモバイルデバイス１００の側面図を示す。図３に示すように、モバイルデバイス１００は、ディスプレイ１０２と、裏面２００と、前面３００と、底面３０２と、上面３０４とを含む。図３は、モバイルデバイス１００内部のプリント回路板（ＰＣＢ）３０６、ダイ２０２、およびヒートスプレッダ２０４も示す。
図３にさらに示すように、ダイ２０２の第１の側はＰＣＢ３０６の第１の表面に結合される。ダイ２０２の第２の側は、ヒートスプレッダ２０４の第１の表面に結合される。ヒートスプレッダ２０４の第２の表面は、裏面２００の第１の表面（たとえば、内側面）に結合される。この構成では、ダイ２０２によって発生する熱の大部分がヒートスプレッダ２０４およびモバイルデバイスの裏面２００を通って放散する。多くの例では、この場合、裏面２００は、モバイルデバイスを保持しているユーザ（たとえば、人）にとって心地よくならびに／あるいは受け入れられる温度よりも高い温度まで加熱される。場合によっては、モバイルデバイスの裏面２００の温度は、モバイルデバイス１００に接触しならびに／あるいはモバイルデバイス１００を保持しているユーザをやけどさせるほど高温になることがある。
したがって、電子デバイス（たとえば、モバイルデバイス）から熱を効率的に放散させ、同時に、電子デバイスの外側面の温度を電子デバイスのユーザに受け入れられるしきい値内に維持するための改善された方法および構成が必要である。
本明細書で説明する様々な装置および方法は、電子デバイス用の多層熱放散装置に関する。
一例は、第１のヒートスプレッダ層と、第２のヒートスプレッダ層と、第１のスペーサと、第１の相変化材料（ＰＣＭ）とを含む熱放散デバイスを提供する。第１のスペーサは、第１のヒートスプレッダ層および第２のヒートスプレッダ層に結合される。第１の相変化材料（ＰＣＭ）は、第１のヒートスプレッダ層と第２のヒートスプレッダ層と第１のスペーサとの間に位置する。
別の例は、第１の熱を拡散するための手段と、第２の熱を拡散するための手段と、第１のスペーサと、第１の熱を貯留するための手段とを含む装置を提供する。第１のスペーサは、第１の熱を拡散するための手段および第２の熱を拡散するための手段に結合される。第１の熱を貯留するための手段は、第１の熱を拡散するための手段と第２の熱を拡散するための手段と第１のスペーサとの間に位置する。
別の例は、熱を発生させるように構成された領域を含むデバイスを提供し、その領域は集積デバイスを備える。デバイスはまた、その領域に結合された第１のヒートスプレッダ層と、第２のヒートスプレッダ層と、第１のヒートスプレッダ層および第２のヒートスプレッダ層に結合された第１のスペーサと、第１のヒートスプレッダ層と第２のヒートスプレッダ層と第１のスペーサとの間に位置する第１の相変化材料（ＰＣＭ）とを含む。
様々な特徴、性質、および利点は、以下に記載された詳細な説明を図面と併せて検討したときに明らかになることがあり、図面全体にわたって、同様の参照符号はそれに対応して同一視する。
モバイルデバイスの正面図である。 ヒートスプレッダを含むモバイルデバイスの背面図である。 ヒートスプレッダを含むモバイルデバイスの側面図である。 少なくとも１つの相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスを含むモバイルデバイスの側面図である。 少なくとも１つの相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスの側面図である。 様々な温度に対する例示的な相変化材料（ＰＣＭ）に対する比熱容量のグラフである。 少なくとも１つの相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスを含むモバイルデバイスの側面図である。 多層熱放散デバイスの第１の層の図である。 多層熱放散デバイスの第１の層および第２の層の組立図である。 多層熱放散デバイスの第１の層、第２の層および第３の層の組立図である。 集積デバイスに結合された、少なくとも１つの相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスを示す図である。 多層熱放散デバイスを組み立てるための方法の流れ図である。 様々な熱放散デバイスを使用する、経時的な、集積デバイスの温度プロフィールのグラフである。 様々な熱放散デバイスを使用する、経時的な、裏カバーの温度プロフィールのグラフである。 様々な熱放散デバイスを使用する、経時的な、ディスプレイの温度プロフィールのグラフである。 本明細書で説明する熱放散デバイス、半導体デバイス、集積デバイス、ダイ、集積回路、ＰＣＢ、および／または多層ヒートスプレッダを組み込んでもよい様々な電子デバイスを示す図である。
以下の説明では、本開示の様々な態様を完全に理解できるように、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、態様がこれらの具体的な詳細なしに実践される場合があることが、当業者によって理解されよう。たとえば、それらの態様を無用に詳しく説明して曖昧にすることを避けるために、回路はブロック図で示される場合も示されない場合もある。他の例では、本開示の態様を曖昧にしないように、周知の回路、構造、および技術は詳細には示されない場合がある。
概要
本開示のいくつかの例示的な実施形態は、第１のヒートスプレッダ層と、第２のヒートスプレッダ層と、第１のスペーサと、第２のスペーサと、第１の相変化材料（ＰＣＭ）と、第２の相変化材料（ＰＣＭ）とを含む多層熱放散デバイスに関する。第１のヒートスプレッダ層は、第１のスプレッダ面と第２のスプレッダ面とを含む。第２のヒートスプレッダ層は、第３のスプレッダ面と第４のスプレッダ面とを含む。第１のスペーサは、第１のヒートスプレッダ層および第２のヒートスプレッダ層に結合される。第２のスペーサは、第１のヒートスプレッダ層および第２のヒートスプレッダ層に結合される。第１の相変化材料（ＰＣＭ）は、第１のヒートスプレッダ層と第２のヒートスプレッダ層と第１のスペーサとの間に位置する。第２の相変化材料（ＰＣＭ）は、第１のヒートスプレッダ層と第２のヒートスプレッダ層と第１のスペーサと第２のスペーサとの間にある。ＰＣＭは、多層熱放散デバイスのために熱貯留能力を与えるように構成され、多層熱放散デバイスは、熱発生領域から離れて放散される熱を貯留し、放散された熱の別の領域への放出を遅延させる。いくつかの実装形態では、異なるＰＣＭが、異なる溶融温度を有してもよい。いくつかの実装形態では、第１のＰＣＭは、第２のＰＣＭに対する第２の溶融温度より高い第１の溶融温度を有する。
相変化材料（ＰＣＭ）を含む例示的な多層熱放散デバイス
図４は、ディスプレイ４０２と、前面４０４と、裏面４０６と、底面４０８と、上面４１０とを含むデバイス４００（たとえば、モバイルデバイス）を示す。デバイス４００はまた、プリント回路板（ＰＣＢ）４２０と、集積デバイス４２２（たとえば、チップ、ダイ、ダイパッケージ、中央処理装置（ＣＰＵ）と、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ））と、多層熱放散デバイス４３０とを含む。集積デバイス４２２は、多層熱放散デバイス４３０およびＰＣＢ４２０に結合される。いくつかの実装形態では、集積デバイス４２２は、多層熱放散デバイス４３０に結合されたデバイス４００の領域内に位置する。集積デバイス４２２および／またはＰＣＢ４２０を含む領域は、デバイス４００の、熱を発生させるように構成された領域および／または熱発生領域であり得る。領域は、集積デバイス４２２および／または他の熱発生構成要素（たとえば、熱源）を含み得る。図５でさらに説明するように、多層熱放散デバイス４３０は、多層熱放散デバイス４３０が、デバイスのある領域から離れて熱を放散し、放散された熱の一部を貯留する（たとえば、一時的に貯留する）ことを可能にする熱貯留能力（たとえば、熱を貯留するための手段、相変化材料（ＰＣＭ））を含む。熱の少なくとも一部を貯留することによって、多層熱放散デバイス４３０は、デバイスの４００の裏側または前側を通って放散される熱を遅延させるためのメカニズムを提供する。このメカニズムは、デバイス４００の前側、裏側、集積デバイスおよび／またはパッケージのピーク温度を引き下げることを可能にする。
図４は、デバイス４００（たとえば、電子デバイス、モバイルデバイス）のディスプレイ４０２と物理的に接触する多層熱放散デバイス４３０を含む。いくつかの実装形態では、多層熱放散デバイスは、電子デバイス４００のディスプレイ４０２および／または上面４１０の近くにある（たとえば、極めて近接する）が、デバイス４００のディスプレイ４０２および／または上面４１０に物理的に接触しない場合がある。しかしながら、異なる実装形態では、デバイス４００内に多層熱放散デバイス４３０をそれぞれに異なるように配置してもよい。多層熱放散デバイス４３０がデバイス４００内にどのように配置され得るかの別の例が、下の図７で説明されて示される。
図５は、図４の多層熱放散デバイス４３０の拡大図を示す。多層熱放散デバイス４３０は、熱界面材料（ＴＩＭ）５３０を通して集積デバイス４２２に結合される。集積デバイス４２２は、ＰＣＢ４２０に結合される。いくつかの実装形態では、熱を発生させるように構成されたデバイスの領域（たとえば、熱発生領域、熱源）は、ＰＣＢ４２０、集積デバイス４２２および／または熱界面材料（ＴＩＭ）５３０を含み得る。
多層熱放散デバイス４３０は、第１のヒートスプレッダ層５０２と、第２のヒートスプレッダ層５０４と、第３のヒートスプレッダ層５０６と、第１のスペーサ５１０と、第２のスペーサ５１２と、第３のスペーサ５１４と、第４のスペーサ５１６と、第１の相変化材料（ＰＣＭ）５２０と、第２の相変化材料（ＰＣＭ）５２２と、第３の相変化材料（ＰＣＭ）５２４と、第４の相変化材料（ＰＣＭ）５２６とを含む。いくつかの実装形態では、第１のＰＣＭ５２０、第２のＰＣＭ５２２、第３のＰＣＭ５２４および／または第４のＰＣＭ５２６は、多層熱放散デバイス４３０のために１つまたは複数の熱を貯留するための手段（たとえば、熱貯留能力）として構成され得る。いくつかの実装形態では、ＰＣＭが互いに混合することなく、そのことで、多層熱放散デバイス４３０の熱貯留能力を（たとえば、デバイス内部の温度勾配に従うことによって）最適化するのが助けられるように、ＰＣＭは、多層熱放散デバイス４３０内に位置する。
いくつかの実装形態では、多層熱放散デバイス４３０は、同様のおよび／または異なる溶融温度を有するＰＣＭを含み得る。図６および図１３〜図１５は、多層熱放散デバイス４３０の熱貯留能力が、どのようにして、集積デバイスを含む領域（たとえば、熱発生領域）からの熱の放散を助けながら同時にデバイスの外面がユーザにとって不快な温度に達するのを防ぐのを助けるかを示す。たとえば、ＰＣＭは、集積デバイス４２２から離れて放散された熱が、集積デバイス４２２から離れて貯留（一時的に貯留）されることを可能にするが、その熱は直ちには、デバイス４００の裏面および／または前側（たとえば、ディスプレイ側）を通って放出されない。したがって、ＰＣＭは、熱が放散されるやり方において、貯留および遅延のメカニズムを提供する。以下の図１３〜図１５は、さらに、熱源（たとえば、ＣＰＵ）と、裏カバーと、ディスプレイ（たとえば、ＬＣＤ）とを含むデバイスの様々なロケーションにおける過渡温度に１つまたは複数のＰＣＭがどのように影響を及ぼすかを図示し説明する。
図５に示すように、第１のヒートスプレッダ層５０２は、熱界面材料５３０を通して集積デバイス４２２に結合され得る。いくつかの実装形態では、第１のヒートスプレッダ層５０２は、第１のスプレッダ面と第２のスプレッダ面とを含む。第１のヒートスプレッダ層５０２の第１の表面スプレッダは、熱界面材料５３０を通して集積デバイス４２２に結合される。熱界面材料（ＴＩＭ）５３０は随意であることに留意されたい。
第１のヒートスプレッダ層５０２（たとえば、第１の熱を拡散するための手段）は、第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２に結合される。第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２は、第２のヒートスプレッダ層５０４（たとえば、第２の熱を拡散するための手段）に結合される。第１のＰＣＭ５２０（たとえば、第１の熱を貯留するための手段）は、第１のヒートスプレッダ層５０２と第２のヒートスプレッダ層５０４との間に位置する。第１のＰＣＭ５２０は、第１のヒートスプレッダ層５０２と、第２のヒートスプレッダ層５０４と、第１のスペーサ５１０とによって囲まれる。第１のヒートスプレッダ層５０２、第２のヒートスプレッダ層５０４および第１のスペーサ５１０を結合することで、第１のＰＣＭ５２０のための密封された領域が与えられ得る。いくつかの実装形態では、第１、第２および第３のヒートスプレッダ層（たとえば、５０２、５０４、５０６）は、同じ材料から作られてもよく、または異なるから作られもよい。
第２のＰＣＭ５２２（たとえば、第２の熱を貯留するための手段）は、第１のヒートスプレッダ層５０２と、第２のヒートスプレッダ層５０４と、第１のスペーサ５１０と、第２のスペーサ５１２との間に位置する（たとえば、によって囲まれる）。第１のヒートスプレッダ層５０２、第２のヒートスプレッダ層５０４、第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２を結合することで、第２のＰＣＭ５２２のための密封された領域が与えられ得る。いくつかの実装形態では、第１のＰＣＭ５２０は第１の溶融温度を有し、第２のＰＣＭ５２２は第２の溶融温度を有する。いくつかの実装形態では、第１のＰＣＭ５２０は、貯留能力を最適化してデバイス内部（たとえば、熱発生領域付近）の温度勾配に従うために、第１の溶融温度が第２のＰＣＭ５２２の第２の溶融温度より大きくなるように選択される。
第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６は、第２のヒートスプレッダ層５０４（たとえば、第２の熱を拡散するための手段）および第３のヒートスプレッダ層５０６（たとえば、第３の熱を拡散するための手段）に結合される。第３のＰＣＭ５２４（たとえば、第３の熱を貯留するための手段）は、第２のヒートスプレッダ層５０４と第３のヒートスプレッダ層５０６との間に位置する。第３のＰＣＭ５２４は、第２のヒートスプレッダ層５０４と、第３のヒートスプレッダ層５０６と、第３のスペーサ５１４とによって囲まれる。第２のヒートスプレッダ層５０４、第３のヒートスプレッダ層５０６および第３のスペーサ５１４を結合することで、第３のＰＣＭ５２４のための密封された領域が与えられ得る。いくつかの実装形態では、第３のＰＣＭ５２４は、第３の溶融温度を有する。いくつかの実装形態では、第３のＰＣＭ５２４は、第３の溶融温度が、第１のＰＣＭ５２０の第１の溶融温度および／または第２のＰＣＭ５２２の第２の溶融温度より低くなるように選択される。上述のように、これは、良好な貯留容量を可能にして最適化し、デバイス内部（たとえば、熱発生領域付近）の温度勾配に従うためになされ得る。
第４のＰＣＭ５２６（たとえば、第４の熱を貯留するための手段）は、第２のヒートスプレッダ層５０４と、第３のヒートスプレッダ層５０６と、第３のスペーサ５１４と、第４のスペーサ５１６との間に位置する（たとえば、によって囲まれる）。第２のヒートスプレッダ層５０４、第３のヒートスプレッダ層５０６、第３のスペーサ５１４、および第４のスペーサ５１６を結合することで、第４のＰＣＭ５２６のための密封された領域が与えられ得る。いくつかの実装形態では、第４のＰＣＭ５２６は、第４の溶融温度を有する。いくつかの実装形態では、第４のＰＣＭ５２６は、第４の溶融温度が、第１のＰＣＭ５２０の第１の溶融温度、第２のＰＣＭ５２２の第２の溶融温度および／または第３のＰＣＭ５２４の第３の溶融温度より低くなるように選択される。上述のように、これは、良好な貯留容量を可能にして最適化し、デバイス内部（たとえば、熱発生領域付近）の温度勾配に従うためになされ得る。
いくつかの実装形態では、第１のスペーサ５１０、第２のスペーサ５１２、第３のスペーサ５１４および／または第４のスペーサ５１６は、熱伝導性接着剤を含む。しかしながら、いくつかの実装形態では、上述のスペーサは、皮膚と接触していることがある領域に熱を速やかに移送するのではなく、熱が横方向に拡散するのを助ける低伝導材料（たとえば、絶縁材料）を含み得る。
多層熱放散デバイス４３０は、熱発生領域および／または熱を発生させるように構成された領域（たとえば、集積デバイス４２２を含む領域）からの熱が、多層熱放散デバイス４３０から垂直方向および横方向に放散するように構成される。たとえば、熱発生領域および／または熱を発生させるように構成された領域からの熱は、第１のヒートスプレッダ層５０２から横方向に放散し得る。
熱は、熱発生領域および／または熱を発生させるように構成された領域から離れて放散されるので、放散された熱は、第１のＰＣＭ５２０、第２のＰＣＭ５２２、第３のＰＣＭ５２４および／または第４のＰＣＭ５２６のうちの１つまたは複数の中に貯留され得る。したがって、熱は集積デバイス４２２から離れて放散され、放散された熱の一部は、第１のＰＣＭ５２０、第２のＰＣＭ５２２、第３のＰＣＭ５２４および／または第４のＰＣＭ５２６の中に貯留され得る。ここで、貯留された熱の一部は、第１のＰＣＭ５２０、第２のＰＣＭ５２２、第３のＰＣＭ５２４および／または第４のＰＣＭ５２６のために使用される構成（たとえば、サイズ、形状）および材料に依存することになる。種々の実装形態は、第１のＰＣＭ５２０、第２のＰＣＭ５２２、第３のＰＣＭ５２４および／または第４のＰＣＭ５２６のために、同様の相変化材料（ＰＣＭ）を使用してもよく、または異なる相変化材料（ＰＣＭ）を使用してもよい。いくつかの実装形態では、ＰＣＭは、熱発生領域または熱源（たとえば、ＣＰＵ）からより遠く離れているＰＣＭは、デバイス内部の温度勾配に従うために、熱発生領域または熱源により近いＰＣＭより低い溶融温度を有するように選択され得る。たとえば、最適な熱貯留のために、ＰＣＭは、デバイス内部の温度勾配に従うために、第１のＰＣＭ５２０から第４のＰＣＭ５２６まで低下する溶融温度を有するように選択され得る。放散される熱を貯留することによって、そのことが、熱がデバイス４００の表面温度を上昇させるのを防ぐことを助け（または熱が表面温度に達するのを遅くさせ）、したがって、デバイス４００の不快な表面温度を回避するのを助ける。この手法は、熱発生領域（たとえば、集積デバイス４２２を備える領域）から熱を取り除き、そのことで、集積デバイス４２２が所望の温度で実行しながら、同時にデバイス４００の表面から熱を遠ざけることが可能になる。熱は集積デバイス４２２から離れて放散されるので、熱は、第１のＰＣＭ５２０から第４のＰＣＭ５２６まで漸進的により低くなる溶融温度を有する複数のＰＣＭの中に貯留され、それにより、デバイス内部の温度勾配に従う。
相変化材料（ＰＣＭ）は、一定の温度において溶融および凝固する、高い融解熱を有し、大量のエネルギーを貯留および放出することができる材料である。熱は、材料が固体から液体に変化するとき、またはその逆のときに吸収または放出され、したがって、ＰＣＭは、潜熱蓄熱（ＬＨＳ）ユニットとして分類される。様々なＰＣＭは、それらが固体から液体に変化するときに、様々な溶融温度を有する。
融解熱は、物質の状態を一定圧力の下で固体から液体に変化させるために、典型的には熱であるエネルギーを特定の量の物質に与えることに起因する、融解熱のエンタルピーにおける変化である。このエネルギーは、大気圧に対してその環境を置き換えることによる、何らかの関連する体積変化の余地を作ることを必要とする寄与を含む。位相遷移が発生する温度が、融点である。
融解の「エンタルピー」は潜熱である。なぜならば、溶解過程の間に温度はほぼ一定のままであるので、溶解中に熱の導入を温度変化として観測することはできないからである。融解の潜熱は、物質が溶解するときの、任意の量の物質のエンタルピー変化である。融解熱が質量の単位で言及されるとき、融解熱は通常、比融解熱と呼ばれる一方で、モル融解熱は、モルにおける物質の量当たりのエンタルピー変化を指す。
液相は、固相より高い内部エネルギーを有する。これは、固体を溶解するためにエネルギーが固体に供給されなければならず、液体が凝固するときにエネルギーが液体から放出されることを意味する。なぜならば、液体内の分子はより弱い分子間力を経験し、それゆえ、より高い位置エネルギー（分子間力に対する一種の結合解離エネルギー）を有するからである。
相変化材料（ＰＣＭ）がどのようにして熱貯留を助け得るかの一例は、比熱容量対温度のプロットによって示され得る。図６は、比熱容量（Ｃｐ）対例示的な相変化材料（ＰＣＭ）の温度のグラフを示す。特に、図６は、様々な温度に対するガリウム１（それは相変化材料（ＰＣＭ）の一例である）の比熱容量のグラフを示す。図６に示すように、ガリウム１の比熱容量は、約摂氏３０度未満の温度に対して約３７０であり、約摂氏３１度超の温度に対して３６０であり、約摂氏３０度と３１度との間の温度に対して約８０，０００である。材料内の相変化は、摂氏３０度と摂氏３１度との間の材料の比熱容量におけるサージによって捕捉され、したがって、大きい熱貯留槽のようにふるまう。種々の相変化材料に対する種々の材料および特性の例について、以下でさらに説明する。
種々の実装形態は、第１のヒートスプレッダ層５０２、第２のヒートスプレッダ層５０４、第３のヒートスプレッダ層５０６、第４のヒートスプレッダ層５０８、第１のスペーサ５１０、第２のスペーサ５１２、第３のスペーサ５１４、および第４のスペーサ５１６に対して同じ材料を使用してもよく、または異なる材料を使用してもよい。たとえば、第１のヒートスプレッダ層５０２、第２のヒートスプレッダ層５０４、第３のヒートスプレッダ層５０６、第４のヒートスプレッダ層５０８、第１のスペーサ５１０、第２のスペーサ５１２、第３のスペーサ５１４、および第４のスペーサ５１６は、少なくとも金属、炭素、グラファイトおよび／またはアルミニウムのうちの１つを含む材料から作られ得る。同様に、第１のヒートスプレッダ層５０２、第２のヒートスプレッダ層５０４、第３のヒートスプレッダ層５０６、第４のヒートスプレッダ層５０８、第１のスペーサ５１０、第２のスペーサ５１２、第３のスペーサ５１４、および第４のスペーサ５１６は、同様の熱伝導率値を有してもよく、または異なる熱伝導率値を有してもよい。特定の材料の特定の熱伝導率値は、特定の材料がどれだけ十分にまたはどれだけ不十分に熱を伝導させるかを数量化したものである。
いくつかの実装形態では、スペーサ（たとえば、第１のスペーサ５１０）は、接着材料（たとえば、熱伝導性接着剤層）を通してそれらのそれぞれのヒートスプレッダ層（たとえば、第１のヒートスプレッダ層５０２）に結合される。同様に、いくつかの実装形態では、ヒートスプレッダ層（たとえば、第１のヒートスプレッダ層５０２）は、接着材料（たとえば、熱伝導性接着剤層）を通してそれらのそれぞれのヒートスプレッダ層（たとえば、第２のヒートスプレッダ層５０４）に結合される。種々の実装形態は、スペーサ（たとえば、第１のスペーサ５１０）および／または接着材料のために種々の材料を使用してもよい。スペーサおよび／または接着材料（たとえば、熱伝導性接着剤層）用の材料の例には、エポキシまたは多孔質材料（たとえば、空隙を有する材料）が含まれる。
いくつかの実装形態では、スペーサ、相変化材料（ＰＣＭ）および／または接着材料は、多層熱放散デバイス４３０のための機械的支持を設けるように構成される。
多層熱放散デバイス４３０は、第１の寸法、第２の寸法、および第３の寸法を有する。いくつかの実装形態では、第１の寸法は、Ｚ方向に沿った寸法であってもよい多層熱放散デバイスの高さである。いくつかの実装形態では、Ｚ方向は垂直方向である。いくつかの実装形態では、垂直方向は、ヒートスプレッダ層およびスペーサを（たとえば、垂直方向に）進む多層熱放散デバイス４３０に沿った方向である。いくつかの実装形態では、垂直方向は、最大の表面積を有するヒートスプレッダの表面に垂直であるかまたは直交する方向である。いくつかの実装形態では、垂直方向は、集積デバイス（たとえば、ダイ、チップ）および／またはプリント回路板（ＰＣＢ）の上面に垂直であるかまたは直交する。
いくつかの実装形態では、第２の寸法は、Ｙ方向に沿った寸法であってもよい多層熱放散デバイスの長さである。いくつかの実装形態では、Ｙ方向は横方向である。いくつかの実装形態では、第２の寸法は、Ｙ方向に沿った寸法であってもよい多層熱放散デバイスの半径である。
いくつかの実装形態では、第３の寸法は、Ｘ方向に沿った寸法であってもよい多層熱放散デバイスの幅である。いくつかの実装形態では、Ｘ方向は横方向である。
多層熱放散デバイスに関するＸ、Ｙ、Ｚ寸法および／または方向の例は、少なくとも図８、図９および図１０に示されている。
要約すれば、図４および図５は、熱を拡散するための手段（たとえば、第１のヒートスプレッダ層５０２）および熱を貯留するための手段（たとえば、第１のＰＣＭ５２０）を含む装置（たとえば、多層熱放散デバイス４３０、デバイス４００）の一例を示す。種々の実装形態は、ヒートスプレッダ層、スペーサおよび／または相変化材料（ＰＣＭ）の種々の組合せまたは構成を使用してもよいことに留意されたい。たとえば、いくつかの実装形態は、より多いまたはより少ないヒートスプレッダ層、より多いまたはより少ないスペーサおよび／またはより多いまたはより少ない相変化材料（ＰＣＭ）を含んでもよい。その上、いくつかの実装形態は、ヒートスプレッダ層、スペーサおよび／または相変化材料（ＰＣＭ）に対する種々のサイズおよび形状を使用してもよい。したがって、図５は、多層熱放散デバイスの一例にすぎない。他の熱放散デバイスは、１つまたは複数のヒートスプレッダ層、１つまたは複数のスペーサおよび／または１つまたは複数の相変化材料（ＰＣＭ）を含まないことがある。いくつかの実装形態では、ＰＣＭによって占有される１つまたは複数の空間は空のままであってもよく、または真空であってもよい。
図７は、多層熱放散デバイス４３０がデバイス４００内にどのように実装され得るかの別の例を示す。図７に示すように、多層熱放散デバイス４３０がデバイス４００の裏面４０６により近くなるように、多層熱放散デバイス４３０が集積デバイス４２２に結合される。図７の実装形態は図４の実装形態とは対照的であり、図４の実装形態は、多層熱放散デバイス４３０がデバイス４００のディスプレイ４０２により近くなるように、多層熱放散デバイス４３０が集積デバイス４２２に結合されることを示す。
１つまたは複数の相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスの様々な実装形態を説明したが、材料およびそれらの対応する特性の様々な例について、次に以下で説明する。
例示的な材料および熱伝導率値
上述のように、種々の実装形態が、相変化材料（ＰＣＭ）、ヒートスプレッダ層、スペーサ、熱界面層および／または接着材料（たとえば、熱伝導性接着剤層）のために、同様の材料を使用してもよく、または異なる材料を使用してもよい。
いくつかの実装形態では、相変化材料（ＰＣＭ）は、できるだけ多くの熱を貯留して、その熱を熱発生領域（たとえば、集積デバイス４２２）からできるだけ遠くに移送しながら、同時に熱をデバイス４００の表面から遠ざけて、熱がユーザにとって不快な裏面またはディスプレイ面の温度を生成するのを防ぐように選択される。
いくつかの実装形態では、第１の相変化材料（ＰＣＭ）５２０は、約２００，０００Ｊ／ｋｇの融解熱と約摂氏３７度の融点／溶融温度とを有する材料からなる。第１の相変化材料（ＰＣＭ）５２０の一例は、パラフィンワックスを含む。いくつかの実装形態では、第２の相変化材料（ＰＣＭ）５２２は、約２００，０００Ｊ／ｋｇの融解熱と約摂氏３５度の融点／溶融温度とを有する材料からなる。第２の相変化材料（ＰＣＭ）５２２の一例は、高性能ワックスを含む。いくつかの実装形態では、第３の相変化材料（ＰＣＭ）５２４は、約８０，０００Ｊ／ｋｇの融解熱と約摂氏３１度の融点／溶融温度とを有する材料からなる。第３の相変化材料（ＰＣＭ）５２４の一例は、ガリウムを含む。いくつかの実装形態では、第４の相変化材料（ＰＣＭ）５２６は、約８０，０００Ｊ／ｋｇの融解熱と約摂氏２９度の融点／溶融温度とを有する材料からなる。第４の相変化材料（ＰＣＭ）５２６の一例は、ガリウムを含む。材料および特性の上記のリストは例にすぎない。
以下のＴａｂｌｅ １（表１）は、様々な相変化材料（ＰＣＭ）およびそれらの関連する特性の例を示す。
上記の材料は例にすぎないことに留意されたい。種々の実装形態は、種々の相変化材料（ＰＣＭ）および／またはそれらの種々の組合せを使用してもよい。加えて、種々の実装形態は、熱放散デバイス内でＰＣＭの種々の配置を選択して利用し得る。
いくつかの実装形態では、ヒートスプレッダ層のうちの少なくとも１つは、少なくとも金属、炭素、黒鉛、および／またはアルミニウムのうちの１つを含む材料で作られる。いくつかの実装形態では、ヒートスプレッダ層のうちの少なくとも１つは高熱伝導率値を有する材料で作られる。いくつかの実装形態では、ヒートスプレッダ層のうちの少なくとも１つは、約３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率値を有する。いくつかの実装形態では、ヒートスプレッダ層のうちの少なくとも１つは、約５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率値を有する（たとえば、黒鉛）。いくつかの実装形態では、高熱伝導率値は約３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。いくつかの実装形態では、ヒートスプレッダ層は、約３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率値を有する場合がある。
いくつかの実装形態では、熱界面層は、ヒートスプレッダ層と集積デバイスを結合するのに使用される材料である。熱界面層の例には、はんだ、エポキシ、金属充填アタッチなどが含まれる。いくつかの実装形態では、熱界面層のうちの少なくとも１つは、約１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率値を有する。いくつかの実装形態では、熱界面層のうちの少なくとも１つは、約０．７〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率値を有する。いくつかの実装形態では、熱界面層は、強化された貯留能力に対して、約７Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率値を有する場合がある。
いくつかの実装形態では、接着材料（たとえば、熱伝導性接着材層）は、ヒートスプレッダ層とスペーサとを結合するのに使用される材料である。いくつかの実装形態では、熱界面層のうちの少なくとも１つは、概ねスペーサの熱伝導率値以上である熱伝導率値を有する。いくつかの実装形態では、熱界面層のうちの少なくとも１つは、概ね熱界面層の熱伝導率値以下である熱伝導率値を有する。
上記の融解熱、溶融温度、熱伝導率値は例にすぎず、多層熱放散デバイスに使用される材料は、これらの値を有する材料に限定されないことに留意されたい。
相変化材料（ＰＣＭ）を含む例示的な多層熱放散デバイス
１つまたは複数の相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスの様々な実装形態を説明したが、多層熱放散デバイスを製作するかまたは組み立てるためのプロセスについて、次に以下で説明する。図８〜図１１は、多層熱放散デバイスを製造して組み立てるため、および多層熱放散デバイスをデバイス（たとえば、モバイルデバイス）内の集積デバイスに結合するためのシーケンスおよびプロセスを示す。
図８は、第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２が第１のヒートスプレッダ層５０２の第２の表面に結合された後の状態を示す。接着剤（たとえば、熱伝導性接着剤、絶縁性接着剤）は、第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２を第１のヒートスプレッダ層５０２に結合するために使用され得る。いくつかの実装形態では、第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２は、接着剤を含み得る。第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２はそれぞれ、正方形の形状を有してもよい。第２のスペーサ５１２は、第１のスペーサ５１０より大きい。しかしながら、第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２は、異なる形状およびサイズを有してもよい。
図８はまた、第１のＰＣＭ５２０が、第１のスペーサ５１０および第１のヒートスプレッダ層５０２によって画定された空間および／または領域内に設けられた（たとえば、形成された）後の状態を示す。第２のＰＣＭ５２２が、第１のスペーサ５１０、第２のスペーサ５１２および第１のヒートスプレッダ層５０２によって画定された空間および／または領域内に設けられる（たとえば、形成される）。種々の実装形態は、第１のＰＣＭ５２０および第２のＰＣＭ５２２のために同様の材料を使用してもよく、または異なる材料を使用してもよい。たとえば、いくつかの実装形態では、第１のＰＣＭ５２０は、第２のＰＣＭ５２２の溶融温度より高い溶融温度を有する。上述のように、いくつかの実装形態では、デバイス内部（たとえば、熱発生領域付近）の温度勾配に従うために、第１のＰＣＭ５２０が熱放散デバイス内で他のＰＣＭより高い第１の溶融温度を有するように、第１のＰＣＭ５２０が選択され得る。
図９は、第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６が第２のヒートスプレッダ層５０４の第２の表面に結合された後の状態を示す。接着剤（たとえば、熱伝導性接着剤、絶縁性接着剤）は、第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６を第２のヒートスプレッダ層５０４に結合するために使用され得る。いくつかの実装形態では、第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６は、接着剤を含み得る。第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６はそれぞれ、正方形の形状を有してもよい。第４のスペーサ５１６は、第３のスペーサ５１４より大きい。しかしながら、第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６は、異なる形状およびサイズを有してもよい。
図９はまた、第３のＰＣＭ５２４が、第３のスペーサ５１４および第２のヒートスプレッダ層５０４によって画定された空間および／または領域内に設けられた（たとえば、形成された）後の状態を示す。第４のＰＣＭ５２６が、第３のスペーサ５１４、第４のスペーサ５１６および第２のヒートスプレッダ層５０４によって画定された空間および／または領域内に設けられる（たとえば、形成される）。種々の実装形態は、第３のＰＣＭ５２４および第４のＰＣＭ５２６のために同様の材料を使用してもよく、または異なる材料を使用してもよい。たとえば、いくつかの実装形態では、第３のＰＣＭ５２４は、第４のＰＣＭ５２６の溶融温度より高い溶融温度を有する。上述のように、いくつかの実装形態では、デバイス内部（たとえば、熱発生領域付近）の温度勾配に従うために、熱放散デバイス内で、第３のＰＣＭ５２４が第４のＰＣＭ５２６より高いが他のＰＣＭ（たとえば、第１のＰＣＭ５２０、第２のＰＣＭ５２２）より低い第３の溶融温度を有するように、第３のＰＣＭ５２４が選択され得る。
図９は、第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２に結合された第２のヒートスプレッダ層５０４をさらに示す。接着剤（たとえば、熱伝導性接着剤、絶縁性接着剤）は、第２のヒートスプレッダ層５０４を第１のスペーサ５１０および第２のスペーサ５１２に結合するために使用され得る。
図１０は、第３のヒートスプレッダ層５０６が第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６に結合されている状態を示す。接着剤（たとえば、熱伝導性接着剤、絶縁性接着剤）は、第３のヒートスプレッダ層５０６を第３のスペーサ５１４および第４のスペーサ５１６に結合するために使用され得る。
図１１は、多層熱放散デバイス４３０が熱界面材料（ＴＩＭ）５３０を通して集積デバイス４２２に結合されている状態を示す。図示のように、第１のヒートスプレッダ層５０２の第１の表面は、熱界面材料（ＴＩＭ）５３０を通して集積デバイス４２２に結合される。いくつかの実装形態では、熱界面材料（ＴＩＭ）５３０は随意である。
相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスを製作するための例示的な方法
図１２は、少なくとも１つの相変化材料（ＰＣＭ）を含む多層熱放散デバイスを提供／製作するための例示的な方法１２００を示す。図１２の方法は、本開示において説明する多層熱放散デバイスのいずれかを製作するために使用されてもよい。方法１２００の順序は変更されてもよく、および／またはプロセスの一部または全部は他のプロセスの中に組み合わされ得るか、または分離され得ることに留意されたい。いくつかの実装形態では、１つまたは複数の構成要素（たとえば、第３のヒートスプレッダ層、スペーサ、ＰＣＭ）は、省略されてもよく、または置換されてもよい。
図１２に示すように、方法は、第１のヒートスプレッダ層（たとえば、第１のヒートスプレッダ層５０２、第１の熱を拡散するための手段）を提供する（１２０５において）。第１のヒートスプレッダ層は、第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面とを有する。いくつかの実装形態では、第１のヒートスプレッダ層を設けることは、第１のヒートスプレッダ層を製作／製造することを含む。いくつかの実装形態では、第１のヒートスプレッダ層は、高熱伝導率ヒートスプレッダ層である。
方法は、第１のスペーサ（たとえば、第１のスペーサ５１０）と第２のスペーサ（たとえば、第２のスペーサ５１２）とを、第１のヒートスプレッダ層の第２の表面に結合する（１２１０において）。いくつかの実装形態では、第１のスペーサおよび第２のスペーサを結合することは、第１のスペーサおよび第２のスペーサを製作／製造して、第１のヒートスプレッダ層の第２の表面に結合（たとえば、配置）することを含む。いくつかの実装形態では、接着材層（たとえば、熱伝導性接着材、絶縁性接着剤）が、第１のスペーサおよび第２のスペーサを第１のヒートスプレッダ層に結合するために使用される。いくつかの実装形態では、第１のスペーサおよび／または第２のスペーサは、熱伝導性接着剤層である。
方法は、第１のヒートスプレッダ層の上に、第１の相変化材料（ＰＣＭ）（たとえば、第１のＰＣＭ５２０、第１の熱を貯留するための手段）と第２の相変化材料（ＰＣＭ）（たとえば、第２のＰＣＭ５２２、第２の熱を貯留するための手段）とを設ける（１２１５において）。第１のＰＣＭは、第１のスペーサによって画定される空間および／または領域内の第１のヒートスプレッダ層の第２の表面の上に設けられる。第２のＰＣＭは、第１のスペーサおよび第２のスペーサによって画定される空間および／または領域内の第１のヒートスプレッダ層の第２の表面の上に設けられる。種々の実装形態は、第１のＰＣＭおよび／または第２のＰＣＭのために同様の材料を使用してもよく、または異なる材料を使用してもよい。いくつかの実装形態では、ＰＣＭの一部のみが設けられる。いくつかの実装形態では、ＰＣＭは、第１のヒートスプレッダ層上に設けられない。
方法は、第２のヒートスプレッダ層（たとえば、第２のヒートスプレッダ層５０４、第２の熱を拡散するための手段）を第１のスペーサおよび第２のスペーサに結合する（１２２０において）。たとえば、第２のヒートスプレッダ層の第１の表面は、第１のスペーサおよび第２のスペーサに結合され得る。接着剤層（たとえば、熱伝導性接着剤、絶縁性接着剤）は、第２のヒートスプレッダ層を第１のスペーサおよび第２のスペーサに結合するために使用され得る。いくつかの実装形態では、第１のスペーサおよび／または第２のスペーサは、熱伝導性接着剤層である。
方法は、第３のスペーサ（たとえば、第３のスペーサ５１４）と第４のスペーサ（たとえば、第４のスペーサ５１６）とを、第２のヒートスプレッダ層５０４の第２の表面に結合する（１２２５において）。いくつかの実装形態では、接着材層（たとえば、熱伝導性接着材）が、第３のスペーサおよび第４のスペーサを第２のヒートスプレッダ層に結合するために使用される。いくつかの実装形態では、第３のスペーサおよび／または第４のスペーサは、熱伝導性接着剤層である。
方法は、第２のヒートスプレッダ層上に、第３の相変化材料（ＰＣＭ）（たとえば、第３のＰＣＭ５２４、第３の熱を貯留するための手段）と第４の相変化材料（ＰＣＭ）（たとえば、第４のＰＣＭ５２６、第４の熱を貯留するための手段）とを設ける（１２３０において）。第３のＰＣＭは、第３のスペーサによって画定される空間および／または領域内の第２のヒートスプレッダ層の第２の表面上に設けられる。第４のＰＣＭは、第３のスペーサおよび第４のスペーサによって画定される空間および／または領域内の第２のヒートスプレッダ層の第２の表面の上に設けられる。種々の実装形態は、第３のＰＣＭおよび／または第４のＰＣＭのために同様の材料を使用してもよく、または異なる材料を使用してもよい。いくつかの実装形態では、ＰＣＭの一部のみが設けられる。いくつかの実装形態では、ＰＣＭは、第２のヒートスプレッダ層の上に設けられない。
方法は、第３のヒートスプレッダ層（たとえば、第３のヒートスプレッダ層５０６、第３の熱を拡散するための手段）を第３のスペーサおよび第４のスペーサに結合する（１２３５において）。たとえば、第３のヒートスプレッダ層の第１の表面は、第３のスペーサおよび第４のスペーサに結合され得る。接着剤層（たとえば、熱伝導性接着剤、絶縁性接着剤）は、第３のヒートスプレッダ層を第３のスペーサおよび第４のスペーサに結合するために使用され得る。いくつかの実装形態では、第３のスペーサおよび／または第４のスペーサは、熱伝導性接着剤層である。
いくつかの実装形態では、方法は、多層熱放散デバイス４３０の第１のヒートスプレッダ層（たとえば、第１のヒートスプレッダ層５０２）の第１の表面を、１つまたは複数の熱発生構成要素、熱発生領域、および／または熱を発生させるように構成された領域にさらに結合してもよい（１２４０において）。いくつかの実装形態では、熱発生構成要素は、集積デバイス（たとえば、ダイ、ダイパッケージ、ＣＰＵ、ＧＰＵ）および／またはプリント回路板（ＰＣＢ）を含む。いくつかの実装形態では、熱発生領域は、集積デバイス（たとえば、ダイ、ダイパッケージ）および／またはプリント回路板（ＰＣＢ）を含む。
電子デバイスの過渡温度
図１３、図１４および図１５は、電子デバイスの様々なロケーションにおける様々な構成に対する様々な過渡温度の３つのグラフを示す。図１３、図１４、図１５は、可能な過渡温度の例にすぎないことに留意されたい。種々の実装形態および構成は、種々の過渡温度をもたらす場合がある。
図１３は、集積デバイス（たとえば、過渡接合温度）における様々な構成に対する様々な過渡温度のグラフを示す。より具体的には、図１３は、熱放散デバイスの３つの構成、すなわち（１）ヒートスプレッダ層およびスペーサ、（２）ヒートスプレッダ層、スペーサおよびＰＣＭ、および（３）ヒートスプレッダ層、スペーサおよびプラスチック（それはＰＣＭを置き換える）に対する、集積デバイスにおける過渡温度を示す。図１３に示すように、ヒートスプレッダ層、スペーサおよびＰＣＭを含む熱放散デバイスは、集積デバイスから離れてより良好な熱放散を、したがってＰＣＭのない空気による構成に対してより低い、集積デバイスにおける接合温度をもたらす。図１３は、約２７５秒より前の集積デバイスの動作では、プラスチックを含む構成とＰＣＭを含む構成とは、同様の熱放散能力を与えることを示す。しかしながら、２７５秒付近の動作では、ＰＣＭを含む構成が、より良好な熱放散能力を与え始めて、７００秒を超えるまで与える。
図１４は、熱放散デバイスの３つの構成、すなわち（１）ヒートスプレッダ層およびスペーサ、（２）ヒートスプレッダ層、スペーサおよびＰＣＭ、および（３）ヒートスプレッダ層、スペーサおよびプラスチック（それはＰＣＭを置き換える）に対する、デバイスの裏面（たとえば、裏側のカバー）における過渡温度を示す。図１４に示すように、ヒートスプレッダ層、スペーサおよびＰＣＭを含む熱放散デバイスは、ＰＣＭのない（空気のみの）デバイスの裏側に対して、デバイスの裏面（たとえば、裏側のカバー）においてより良好な熱放散を、したがってより低い温度をもたらす。図１４は、約２５０秒より前の集積デバイスの動作では、プラスチックを含む構成とＰＣＭを含む構成とは、同様の熱放散能力を与える。しかしながら、２５０秒付近の動作では、ＰＣＭを含む構成が、より良好な熱放散能力を与え始めて、７００秒を超えるまで与える。より良好な性能は、ＰＣＭが、デバイスの裏面を通して熱を直ちに放散するのではなく、熱を集積デバイスから離れて取り除き、その熱を貯留する（たとえば、その熱を一時的に貯留する）ことができることに起因し得る。
図１５は、熱放散デバイスの３つの構成、すなわち（１）ヒートスプレッダ層およびスペーサ、（２）ヒートスプレッダ層、スペーサおよびＰＣＭ、および（３）ヒートスプレッダ層、スペーサおよびプラスチック（それはＰＣＭを置き換える）に対する、デバイスの前面（たとえば、ディスプレイ側）における過渡温度を示す。図１５に示すように、ヒートスプレッダ層およびスペーサを含む熱放散デバイスは、デバイスの前面から離れてより良好な熱放散を、したがって前面（たとえば、ディスプレイ側）においてより低い温度をもたらす。しかしながら、ＰＣＭを含む熱放散デバイスの設計は、できるだけ多くの熱を集積デバイスから離れて放散させるが、同時にどれだけ多くの熱がデバイスの裏側を通して放散されるかを制限するような方法で設計される。したがって、集積デバイスから離れて放散される熱は、デバイスの前側（たとえば、ディスプレイ側）に向けて案内される。ユーザは通常、デバイスの裏側上でデバイスを持つことになるので、ディスプレイ側の上昇した温度は、上昇する裏面の温度ほど問題にはならない。図１５は、ヒートスプレッダ層およびスペーサを含む構成は、前側の温度を低下させることにおいて、より良好な働きをすることを示す。しかしながら、これは、この構成が（図１４に示すように）裏面を通してより多くの熱を放散させるからであり、この構成は、上述したように、望ましくない。図１５に示すように、ＰＣＭを含む構成は、７００秒を超える例においてプラスチックケースを含む構成より良好であり、４５０秒付近の例に対する空気を含む構成と同等である。
図１５は、約２００秒より前の動作では、プラスチックを含む構成とＰＣＭを含む構成とは、同様の熱放散能力を与えることを示す。これは、約２００秒より前に、ＰＣＭ内で溶解がまだ始まっていないからである。しかしながら、２００秒より後の動作では、ＰＣＭ材料の溶解に起因して、７００秒を超える例に対して、ＰＣＭを含む構成は、プラスチックを含む構成より良好な熱放散能力を与える。
図１３、図１４および図１５は、熱放散を改善して方向を制御された熱放散をもたらし、したがって、熱を貯留して放散された熱の放出を遅延させるＰＣＭの能力を介してデバイスの様々なロケーションにおけるピーク温度を引き下げることを、１つまたは複数のＰＣＭの使用によってどのように助けることができるかの例を示す。
例示的な電子デバイス
図１６は、上述の熱放散デバイス、集積デバイス、半導体デバイス、集積回路、ダイ、インターポーザ、パッケージ、またはパッケージオンパッケージ（ＰｏＰ）のいずれかと統合されることがある様々な電子デバイスを示す。たとえば、モバイル電話デバイス１６０２、ラップトップコンピュータデバイス１６０４、固定ロケーション端末デバイス１６０６、装着型デバイス１６０８が、本明細書で説明するような集積デバイス１６００を含んでよい。集積デバイス１６００は、たとえば、本明細書で説明する集積回路、ダイ、集積デバイス、集積デバイスパッケージ、集積回路デバイス、デバイスパッケージ、集積回路（ＩＣ）パッケージ、パッケージオンパッケージデバイスのいずれかであってよい。図１６に示すデバイス１６０２、１６０４、１６０６、１６０８は、例にすぎない。他の電子デバイスも、限定はしないが、モバイルデバイス、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、携帯情報端末などのポータブルデータユニット、全地球測位システム（ＧＰＳ）対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、メーター読取り機器などの固定ロケーションデータユニット、通信デバイス、スマートフォン、タブレットコンピュータ、コンピュータ、装着型デバイス（たとえば、時計、眼鏡）、モノのインターネット（ＩｏＴ）デバイス、サーバ、ルータ、自動車車両（たとえば、自律車両）に実装された電子デバイス、またはデータもしくはコンピュータ命令を記憶しもしくは取り出す任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組合せを含むデバイス（たとえば、電子デバイス）のグループを含む、集積デバイス１６００を特徴として備えてもよい。
図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５および／または図１６に示した構成要素、プロセス、特徴、および／または機能のうちの１つまたは複数は、単一の構成要素、プロセス、特徴または機能に再構成され、および／または組み合わされ、あるいは、いくつかの構成要素、プロセス、または機能で具現化され得る。本開示から逸脱することなく、追加の要素、構成要素、プロセス、および／または機能がさらに追加されてもよい。図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、および／または図１６、ならびに本開示内のそれに対応する説明は、ダイおよび／またはＩＣに限定されないことにも留意されたい。いくつかの実装形態では、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、および／または図１６、ならびにそれに対応する説明は、集積デバイスを製造、作成、提供、および／または生産するために使用され得る。いくつかの実装形態では、デバイスは、ダイ、集積デバイス、ダイパッケージ、集積回路（ＩＣ）、デバイスパッケージ、集積回路（ＩＣ）パッケージ、ウエハ、半導体デバイス、パッケージオンパッケージ（ＰｏＰ）デバイス、および／またはインターポーザを含んでもよい。
「例示的」という語は、本明細書では「例、事例、または例示として機能すること」を意味するために使用される。本明細書で「例示的」として説明する任意の実装形態または態様は、必ずしも本開示の他の態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。同様に、「態様」という用語は、本開示のすべての態様が、説明した特徴、利点、または動作モードを含むことを必要としない。「結合される」という用語は、２つの物体間の直接的または間接的な結合を指すために本明細書において使用される。たとえば、物体Ａが物体Ｂに物理的に接触し、物体Ｂが物体Ｃに接触する場合、物体Ａおよび物体Ｃは、直接的に物理的に互いに接触しない場合であっても、それでもやはり互いに結合されると見なされることがある。
また、本明細書に含まれる様々な開示が、フローチャート、流れ図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明される場合があることに留意されたい。フローチャートは動作を逐次プロセスとして説明することがあるが、動作の多くは並行してまたは同時に実行することができる。加えて、動作の順序は並べ替えられてよい。プロセスは、その動作が完了するときに終了される。
本明細書で説明する本開示の様々な特徴は、本開示から逸脱することなく異なるシステムにおいて実施することができる。本開示の上記の態様が例にすぎず、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。本開示の態様の説明は、例示的であることを意図しており、特許請求の範囲を限定することを意図していない。したがって、本教示は、他のタイプの装置に容易に適用することができ、多くの代替、修正、および変形が当業者には明らかであろう。
１００ モバイルデバイス
１０２ ディスプレイ
２００ 裏面
２０２ ダイ
２０４ ヒートスプレッダ
３００ 前面
３０２ 底面
３０４ 上面
３０６ プリント回路板（ＰＣＢ）
３３０ 不明
４００ デバイス
４０２ ディスプレイ
４０４ 前面
４０６ 裏面
４０８ 底面
４１０ 上面
４２０ ＰＣＢ
４２２ 集積デバイス
４３０ 多層熱放散デバイス
５０２ 第１のヒートスプレッダ層
５０４ 第２のヒートスプレッダ層
５０６ 第３のヒートスプレッダ層
５１０ 第１のスペーサ
５１２ 第２のスペーサ
５１４ 第３のスペーサ
５１６ 第４のスペーサ
５２０ 第１の相変化材料（ＰＣＭ）
５２２ 第２の相変化材料（ＰＣＭ）
５２４ 第３の相変化材料（ＰＣＭ）
５２６ 第４の相変化材料（ＰＣＭ）
５３０ 熱界面材料（ＴＩＭ）
１６００ 集積デバイス
１６０２ モバイル電話デバイス
１６０４ ラップトップコンピュータデバイス
１６０６ 固定ロケーション端末デバイス
１６０８ 装着型デバイス

Claims (27)

  1. 熱を発生させるように構成された領域に結合されるように構成された第１のヒートスプレッダ層と、
    第２のヒートスプレッダ層と、
    前記第１のヒートスプレッダ層および前記第２のヒートスプレッダ層に結合された第１のスペーサと、
    前記第１のヒートスプレッダ層と前記第２のヒートスプレッダ層と前記第１のスペーサとの間に位置する第１の相変化材料（ＰＣＭ）であって、第１の溶融温度を含む、第１のＰＣＭと、
    前記第１のヒートスプレッダ層および前記第２のヒートスプレッダ層に結合された第２のスペーサと、
    前記第１のヒートスプレッダ層と前記第２のヒートスプレッダ層と前記第１のスペーサと前記第２のスペーサとの間に位置する第２の相変化材料（ＰＣＭ）であって、第２の溶融温度を含む、第２のＰＣＭとを備え、
    前記第１の相変化材料（ＰＣＭ）が、熱を発生させるように構成された前記領域に、前記第２の相変化材料（ＰＣＭ）より近くにあり、
    前記第１の相変化材料（ＰＣＭ）が、前記第２の相変化材料（ＰＣＭ）より高い溶融温度を有する、多層熱放散デバイス。
  2. 第３のヒートスプレッダ層と、
    前記第２のヒートスプレッダ層および前記第３のヒートスプレッダ層に結合された第３のスペーサと、
    前記第２のヒートスプレッダ層と前記第３のヒートスプレッダ層との間に位置する第３の相変化材料（ＰＣＭ）であって、前記第３のスペーサによって囲まれる第３のＰＣＭとをさらに備える、請求項１に記載の多層熱放散デバイス。
  3. 前記第２のヒートスプレッダ層および前記第３のヒートスプレッダ層に結合された第４のスペーサと、
    前記第２のヒートスプレッダ層と前記第３のヒートスプレッダ層と前記第３のスペーサと前記第４のスペーサとの間に位置する第４の相変化材料（ＰＣＭ）とをさらに備える、請求項２に記載の多層熱放散デバイス。
  4. 前記第３のＰＣＭが第３の溶融温度を含み、前記第４のＰＣＭが第４の溶融温度を含み、前記第１のＰＣＭの前記第１の溶融温度が前記第２の溶融温度、前記第３の溶融温度および前記第４の溶融温度より高い、請求項３に記載の多層熱放散デバイス。
  5. 前記第１のスペーサが、熱伝導性接着材層および／または断熱層を備える、請求項１に記載の多層熱放散デバイス。
  6. 前記第１のヒートスプレッダ層が、熱界面材料を通して熱発生構成要素に結合される、請求項１に記載の多層熱放散デバイス。
  7. 音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、モバイルデバイス、モバイルフォン、スマートフォン、携帯情報端末、固定ロケーション端末、タブレットコンピュータ、コンピュータ、装着型デバイス、モノのインターネット（ＩｏＴ）デバイス、ラップトップコンピュータ、サーバ、および自動車車両の中のデバイスからなるグループの中から選択されたデバイスの中に組み込まれる、請求項１に記載の多層熱放散デバイス。
  8. 熱を発生させるように構成された領域に結合されるように構成された第１の熱を拡散するための手段と、
    第２の熱を拡散するための手段と、
    前記第１の熱を拡散するための手段および前記第２の熱を拡散するための手段に結合された第１のスペーサと、
    前記第１の熱を拡散するための手段と前記第２の熱を拡散するための手段と前記第１のスペーサとの間に位置する第１の熱を貯留するための手段であって、第１の溶融温度を含む、第１の熱を貯留するための手段と、
    前記第１の熱を拡散するための手段および前記第２の熱を拡散するための手段に結合された第２のスペーサと、
    前記第１の熱を拡散するための手段と前記第２の熱を拡散するための手段と前記第１のスペーサと前記第２のスペーサとの間に位置する第２の熱を貯留するための手段であって、第２の溶融温度を含む、第２の熱を貯留するための手段とを含み、
    前記第１の熱を貯留するための手段が、熱を発生させるように構成された前記領域に、前記第２の熱を貯留するための手段より近くにあり、
    前記第１の熱を貯留するための手段が、前記第２の熱を貯留するための手段より高い溶融温度を有する、装置。
  9. 第３の熱を拡散するための手段と、
    前記第２の熱を拡散するための手段および前記第３の熱を拡散するための手段に結合された第３のスペーサと、
    前記第２の熱を拡散するための手段と前記第３の熱を拡散するための手段との間に位置する第３の熱を貯留するための手段であって、前記第３のスペーサによって囲まれる第３の熱を貯留するための手段とをさらに含む、請求項８に記載の装置。
  10. 前記第２の熱を拡散するための手段および前記第３の熱を拡散するための手段に結合された第４のスペーサと、
    前記第２の熱を拡散するための手段と前記第３の熱を拡散するための手段と前記第３のスペーサと前記第４のスペーサとの間に位置する第４の熱を貯留するための手段とをさらに含む、請求項９に記載の装置。
  11. 前記第３の熱を貯留するための手段が第３の溶融温度を含み、前記第４の熱を貯留するための手段が第４の溶融温度を含み、前記第１の熱を貯留するための手段の前記第１の溶融温度が前記第２の溶融温度、前記第３の溶融温度および前記第４の溶融温度より高い、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記第１のスペーサが、熱伝導性接着材層および／または断熱層を備える、請求項８に記載の装置。
  13. 前記第１の熱を拡散するための手段が、熱界面材料を通して熱発生構成要素に結合される、請求項８に記載の装置。
  14. 音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、モバイルデバイス、モバイルフォン、スマートフォン、携帯情報端末、固定ロケーション端末、タブレットコンピュータ、コンピュータ、装着型デバイス、モノのインターネット（ＩｏＴ）デバイス、ラップトップコンピュータ、サーバ、および自動車車両の中のデバイスからなるグループの中から選択されたデバイスの中に組み込まれる、請求項８に記載の装置。
  15. 熱を発生させるように構成された領域であって、集積デバイスを備える、領域と、
    前記領域に結合された第１のヒートスプレッダ層と、
    第２のヒートスプレッダ層と、
    前記第１のヒートスプレッダ層および前記第２のヒートスプレッダ層に結合された第１のスペーサと、
    前記第１のヒートスプレッダ層と前記第２のヒートスプレッダ層と前記第１のスペーサとの間に位置する第１の相変化材料（ＰＣＭ）であって、第１の溶融温度を含む、第１のＰＣＭと、
    前記第１のヒートスプレッダ層および前記第２のヒートスプレッダ層に結合された第２のスペーサと、
    前記第１のヒートスプレッダ層と前記第２のヒートスプレッダ層と前記第１のスペーサと前記第２のスペーサとの間に位置する第２の相変化材料（ＰＣＭ）であって、第２の溶融温度を含む、第２のＰＣＭとを備え、
    前記第１の相変化材料（ＰＣＭ）が、熱を発生させるように構成された前記領域に、前記第２の相変化材料（ＰＣＭ）より近くにあり、
    前記第１の相変化材料（ＰＣＭ）が、前記第２の相変化材料（ＰＣＭ）より高い溶融温度を有する、デバイス。
  16. 第３のヒートスプレッダ層と、
    前記第２のヒートスプレッダ層および前記第３のヒートスプレッダ層に結合された第３のスペーサと、
    前記第２のヒートスプレッダ層と前記第３のヒートスプレッダ層との間に位置する第３の相変化材料（ＰＣＭ）であって、前記第３のスペーサによって囲まれる第３のＰＣＭとをさらに備える、請求項１５に記載のデバイス。
  17. 前記第２のヒートスプレッダ層および前記第３のヒートスプレッダ層に結合された第４のスペーサと、
    前記第２のヒートスプレッダ層と前記第３のヒートスプレッダ層と前記第３のスペーサと前記第４のスペーサとの間に位置する第４の相変化材料（ＰＣＭ）とをさらに備える、請求項１６に記載のデバイス。
  18. 前記第３のＰＣＭが第３の溶融温度を含み、前記第４のＰＣＭが第４の溶融温度を含み、前記第１のＰＣＭの前記第１の溶融温度が前記第２の溶融温度、前記第３の溶融温度および前記第４の溶融温度より高い、請求項１７に記載のデバイス。
  19. 前記第１のスペーサが、熱伝導性接着材層および／または断熱層を備える、請求項１５に記載のデバイス。
  20. 前記第１のヒートスプレッダ層が、熱界面材料を通して前記集積デバイスに結合される、請求項１５に記載のデバイス。
  21. 前記領域が、前記集積デバイスに結合されたプリント回路板（ＰＣＢ）を備える、請求項１５に記載のデバイス。
  22. 音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、モバイルデバイス、モバイルフォン、スマートフォン、携帯情報端末、固定ロケーション端末、タブレットコンピュータ、コンピュータ、装着型デバイス、モノのインターネット（ＩｏＴ）デバイス、ラップトップコンピュータ、サーバ、および自動車車両の中のデバイスからなるグループの中から選択されたデバイスである、請求項１５に記載のデバイス。
  23. 前記第１の相変化材料（ＰＣＭ）が、熱を貯留するためのメカニズムと熱の放出を遅延させるためのメカニズムとを提供する、請求項１に記載の多層熱放散デバイス。
  24. 前記第１のヒートスプレッダ層、前記第２のヒートスプレッダ層および前記第１のスペーサが、前記第１の相変化材料（ＰＣＭ）のための密封された領域を与える、請求項１に記載の多層熱放散デバイス。
  25. 熱を発生させるように構成された前記領域により近い特定の相変化材料（ＰＣＭ）が、熱を発生させるように構成された前記領域からより遠く離れている別の相変化材料（ＰＣＭ）より高い溶融温度を有する、請求項４に記載の多層熱放散デバイス。
  26. 前記第１の熱を拡散するための手段と前記第２の熱を拡散するための手段との間の熱を貯留するための手段に対して、熱を発生させるように構成された前記領域により近い特定の熱を貯留するための手段が、熱を発生させるように構成された前記領域からより遠く離れている別の熱を貯留するための手段より高い溶融温度を有する、請求項８に記載の装置。
  27. 前記第１のヒートスプレッダ層と前記第２のヒートスプレッダ層との間の相変化材料（ＰＣＭ）に対して、熱を発生させるように構成された前記領域により近い特定の相変化材料（ＰＣＭ）が、熱を発生させるように構成された前記領域からより遠く離れている別の相変化材料（ＰＣＭ）より高い溶融温度を有する、請求項１５に記載のデバイス。
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