Un sistema de disipación térmica y protección térmica para un dispositivo electrónico,

en particular un teléfono móvil, que comprende:

un dispositivo electrónico que comprende:

un primer componente (122) que comprende una fuente de calor;

un segundo componente adyacente (126, 134 y 135); y

una solución térmica (10) que comprende dos superficies principales (10a y 10b), estando ubicada la solución térmica (10) de tal manera que queda interpuesta entre el primer componente (122) y el segundo componente adyacente, y en el que la solución térmica (10) sirve para disipar o esparcir el calor desde la fuente de calor y proteger al segundo componente adyacente del calor generado por el primer componente (122);

en el que la solución térmica (10) comprende al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado que poseen una conductividad térmica en el plano de al menos 140 W/m K, siendo la conductividad térmica en el plano de al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado mayor que su conductividad térmica a través del plano, y además en el que el área de superficie de una de las superficies principales (10a y 10b) de la solución térmica (10) es mayor que el área de superficie del primer componente (122).

Sistema de disipación térmica para dispositivos electrónicos portátiles Campo técnico [0001] La presente invención se refiere a una solución térmica capaz de proteger térmicamente los componentes de un dispositivo electrónico con el fin de prevenir o reducir los efectos del calor en dichos componentes del dispositivo.

Antecedentes de la invención

El desarrollo de dispositivos electrónicos cada vez más sofisticados –incluidos aquellos capaces de una mayor velocidad de procesamiento y frecuencias más altas, con un tamaño más reducido y requisitos de energía más complicados, y que ofrecen otros avances tecnológicos, como por ejemplo ordenadores portátiles, teléfonos móviles, agendas electrónicas (PDA) y otros dispositivos portátiles relacionados, además de otros dispositivos en los que los componentes están ubicados muy cerca los unos de los otros– hace que se puedan generar temperaturas relativamente extremas. Por ejemplo, los amplificadores de potencia y los procesadores de señales digitales pueden generar un calor significativo, especialmente en los teléfonos móviles. Sin embargo, estos componentes, así como las baterías, los microprocesadores, los circuitos integrados y otros componentes electrónicos sofisticados normalmente funcionan de forma eficaz solo dentro de un rango determinado de temperaturas umbral. El calor excesivo generado durante el funcionamiento de estos componentes puede no solo perjudicar su propio rendimiento, sino también deteriorar el rendimiento y la fiabilidad de otros componentes del sistema y del sistema en su conjunto, llegando incluso a causar fallos o averías del sistema. La gama cada vez más extensa de condiciones ambientales (incluidas las temperaturas extremas) en las que se prevé que los sistemas electrónicos han de funcionar también intensifica los efectos negativos del calor excesivo.

Debido a la necesidad cada vez mayor de conseguir una disipación del calor en los dispositivos microelectrónicos, la gestión térmica se ha convertido en un elemento cada vez más importante en el diseño de los productos electrónicos. La fiabilidad de funcionamiento y la esperanza de vida útil de los equipos electrónicos guardan una relación inversamente proporcional a la temperatura de los componentes de dichos equipos. Por ejemplo, una reducción en la temperatura de funcionamiento de un dispositivo, por ejemplo un semiconductor típico de silicio, o de manera similar las temperaturas a las que el semiconductor es expuesto por parte de los otros componentes, puede corresponderse con un incremento en la velocidad de procesamiento, la fiabilidad y la esperanza de vida útil de dicho dispositivo. Por lo tanto, para aumentar al máximo la vida útil y fiabilidad de un componente, resulta de vital importancia el control de las temperaturas a las que son expuestos los componentes.

Aunque es posible aislar simplemente los componentes generadores de calor en un dispositivo electrónico, esta acción puede presentar inconvenientes. El aislamiento de una fuente de calor mantiene el calor generado por la fuente de calor en el componente generador del calor y alrededor del mismo. Por consiguiente, incrementa la carga térmica en ese componente, lo que puede reducir la eficacia del funcionamiento o la vida útil del componente. Por lo tanto, es necesario que el calor generado por un componente en un sistema sea canalizado o esparcido desde el componente generador de calor, además de la necesidad de proteger de dicho calor otros componentes del dispositivo.

Un grupo de materiales relativamente ligeros adecuados para su uso en la disipación de calor de las fuentes de calor, como por ejemplo los componentes electrónicos, son los materiales conocidos en general como grafitos, y en particular los grafitos basados en grafitos naturales y grafito flexible, tal y como se describirá más adelante. Estos materiales son anisotrópicos y permiten el diseño de dispositivos de disipación térmica para que puedan transferir preferentemente el calor en direcciones seleccionadas. Los materiales de grafito son mucho más ligeros y cuentan con un gran número de ventajas, si los comparamos con el cobre o el aluminio.

Los grafitos se componen de planos de capas de estructuras o redes hexagonales de átomos de carbono. Estos planos de capas de átomos de carbono dispuestos hexagonalmente son sustancialmente planos, están orientados u ordenados de forma sustancialmente paralela y son equidistantes entre sí. Las láminas o capas de átomos de carbono sustancialmente equidistantes, paralelas y planas, que normalmente se denominan capas de grafeno o planos basales, están ligadas o unidas y grupos de las mismas se configuran en cristalitos. Los grafitos altamente ordenados consisten en cristalitos de tamaño considerable; los cristalitos están altamente alineados u orientados entre sí y poseen capas de carbono bien ordenadas. En otras palabras, los grafitos altamente ordenados poseen un alto grado de orientación preferida de cristalito. Cabe destacar que los grafitos poseen estructuras anisotrópicas y, por consiguiente, exhiben o poseen muchas propiedades altamente direccionales, como por ejemplo una conductividad térmica y eléctrica y la difusión de fluidos.

En síntesis, se pueden caracterizar los grafitos como estructuras laminadas de carbono, es decir, estructuras que se componen de capas superpuestas o láminas de átomos de carbono unidas mediante fuerzas débiles de Van der Waals. A la hora de describir la estructura del grafito, normalmente se indican dos ejes o direcciones, a saber, el eje o dirección “c” y los ejes o direcciones “a”. Simplificando, se puede considerar el eje o dirección “c” como la dirección perpendicular a las capas de carbono. Se pueden considerar los ejes o direcciones “a” como las direcciones paralelas a las capas de carbono o las direcciones perpendiculares a la dirección “c”. Los grafitos apropiados para la fabricación de láminas de grafito flexible poseen un grado muy alto de orientación.

Como se ha indicado anteriormente, las fuerzas de unión que mantienen juntas las capas paralelas de átomos de carbono son únicamente fuerzas débiles de Van der Waals. Se pueden tratar los grafitos naturales de tal manera que sea posible ampliar de forma apreciable el espaciado entre las capas o láminas de carbono superpuestas para proporcionar una marcada expansión en la dirección perpendicular a las capas, es decir, en la dirección “c”, formando así una estructura de grafito expandida o intumescida que retiene sustancialmente el carácter laminar de las capas de carbono.

Una escama de grafito que se ha expandido en gran medida y, más concretamente, que se ha expandido hasta alcanzar un grosor final o una dimensión de dirección “c” que es aproximadamente 80 veces o más la dimensión de dirección “c” original, puede formarse sin el uso de un aglutinante en láminas cohesivas o integradas de grafito expandido, por ejemplo tejidos, papeles, tiras, cintas, láminas, esteras o similares (denominadas comúnmente “grafito flexible”) . Se estima que es posible, a partir de partículas de grafito que han sido expandidas hasta alcanzar un grosor final o dimensión de dirección “c” de aproximadamente 80 veces o más la dimensión de dirección “c” original, formar láminas flexibles integradas por compresión, sin necesidad de utilizar ningún material aglutinante, gracias al acoplamiento o cohesión mecánicos que se consiguen entre las partículas de grafito expandidas voluminosamente.

Como se ha indicado anteriormente, se ha llegado a la conclusión de que, además de flexibilidad, el material de láminas también posee un alto grado de anisotropía con respecto a la conductividad térmica y eléctrica y la difusión de fluidos, comparable al material de partida de grafito natural, debido a la orientación de las partículas de grafito y capas de grafito expandidas, sustancialmente paralelas a las caras opuestas de la lámina y que son el resultado de una compresión muy elevada, por ejemplo, causada por un prensado de rodillos. El material de lámina que se produce de esta manera posee una flexibilidad excelente, una buena resistencia y un grado de orientación muy elevado.

En síntesis, el proceso de producir material de lámina de grafito anisotrópico sin aglutinante y flexible (por ejemplo, tejidos, papel, tiras, cintas, láminas, esteras o similares) comprende la compresión o compactación, bajo una carga predeterminada y en ausencia de un aglutinante, de las partículas de grafito... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de disipación térmica y protección térmica para un dispositivo electrónico, en particular un teléfono móvil, que comprende:

un dispositivo electrónico que comprende:

un primer componente (122) que comprende una fuente de calor; un segundo componente adyacente (126, 134 y 135) ; y una solución térmica (10) que comprende dos superficies principales (10a y 10b) , estando ubicada la solución térmica (10) de tal manera que queda interpuesta entre el primer componente (122) y el segundo componente adyacente, y en el que la solución térmica (10) sirve para disipar o esparcir el calor desde la fuente de calor y proteger al segundo componente adyacente del calor generado por el primer componente (122) ; en el que la solución térmica (10) comprende al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado que poseen una conductividad térmica en el plano de al menos 140 W/m K, siendo la conductividad térmica en el plano de al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado mayor que su conductividad térmica a través del plano, y además en el que el área de superficie de una de las superficies principales (10a y 10b) de la solución térmica (10) es mayor que el área de superficie del primer componente (122) .

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la solución térmica también comprende un revestimiento protector (20) con una conductividad térmica inferior a la conductividad térmica a través del plano de al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que la solución térmica también comprende un material de transferencia térmica (130) ubicado de tal forma que queda interpuesto entre al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado y el primer componente (122) .

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que el material de transferencia térmica comprende un metal o un material de interfaz térmica.

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que el material de interfaz térmica comprende un adhesivo.

6. El sistema de la reivindicación 1, en el que el dispositivo electrónico es un teléfono móvil y el primer componente comprende el amplificador de potencia o procesador de señales digitales del teléfono móvil.

7. El sistema de la reivindicación 1, en el que el dispositivo electrónico es un teléfono móvil y el primer componente o el segundo componente adyacente comprenden la batería del teléfono móvil.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que el dispositivo electrónico es un teléfono móvil y el segundo componente adyacente comprende el teclado del teléfono móvil.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que se coloca un material reflectante entre la solución térmica (10) y el teclado del teléfono móvil.

10. El sistema de la reivindicación 1, en el que el dispositivo electrónico es un teléfono móvil y el segundo componente adyacente comprende la carcasa del teléfono móvil.

11. El sistema de la reivindicación 1, en el que el dispositivo electrónico es un teléfono móvil y el segundo componente adyacente comprende la pantalla del teléfono móvil.

12. El sistema de la reivindicación 11, en el que la pantalla es una pantalla de cristal líquido.

13. El sistema de la reivindicación 1, en el que el dispositivo electrónico es un teléfono móvil y la solución térmica (10) forma parte integral de un circuito impreso del teléfono móvil.

14. El sistema de la reivindicación 1, en el que la solución térmica posee una conductividad térmica a través del plano no superior a aproximadamente 12 W/m K.