Método y aparato para transferencia de calor con éteres de alquil-perfluoroalqueno.

Un método de transferencia de calor que comprende:

a.- proporcionar un dispositivo;

y

b.- usar un fluido de transferencia de calor para transferir el calor a o desde el dispositivo, en el que el fluido de transferencia de calor comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula

CF3(CF2)xCF≥CFCF(OR)(CF2)yCF3,

CF3(CF2)xC(OR)≥CFCF2(CF2)yCF3,

CF3CF≥CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3,

CF3(CF2)xCF≥C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y ≥ 0, 1, 2 ó 3.

Método y aparato para transferencia de calor con éteres de alquil-perfluoroalqueno Referencia cruzada a solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica su prioridad frente a la solicitud provisional estadounidense 61/362.833, presentada el 9 de julio de 2010.

Información de antecedentes Campo de la descripción Esta invención se refiere a composiciones que comprenden éteres fluorocarbonados insaturados y su uso como composiciones para la transferencia de calor.

Descripción de la técnica relacionada En la actualidad se usan varios fluidos para la transferencia de calor. La idoneidad del fluido de transferencia de calor depende del procedimiento de aplicación. Por ejemplo, algunas aplicaciones electrónicas requieren un fluido de transferencia de calor que sea inerte y tenga una rigidez dieléctrica elevada, que tenga baja toxicidad, buenas propiedades medioambientales y buenas propiedades de transferencia de calor en un amplio intervalo de temperaturas. Otras aplicaciones requieren un control de temperatura preciso y, por lo tanto, es necesario que el fluido de transferencia de calor presente una sola fase durante el intervalo de temperatura del procedimiento completo y es necesario que las propiedades del fluido de transferencia de calor sean predecibles, es decir que la composición siga siendo relativamente constante de forma que la viscosidad, el punto de ebullición, etc. puedan ser predichos de forma que se pueda mantener una temperatura precisa y que el equipo pueda diseñarse de forma apropiada.

En la industria de los semiconductores, existen numerosos dispositivos o procedimientos que requieren un fluido de transferencia de calor que tenga propiedades seleccionadas. El fluido de transferencia de calor puede ser utilizado para eliminar calor, añadir calor o mantener una temperatura.

Cada uno de los procedimientos de semiconductores descritos a continuación incorpora un dispositivo o una pieza de trabajo a la que se le retira calor o se le añade calor. La transferencia de calor asociada bien con la eliminación o bien con la adición de calor puede tener lugar en un amplio intervalo de temperatura. Por lo tanto, en cada caso se usa preferiblemente un fluido de transferencia de calor que tiene otros atributos que lo hacen "fácil de usar para el operador". Con el fin de que un fluido de transferencia de calor sea considerado "fácil de usar para el operador", el fluido de transferencia de calor preferiblemente presenta una baja toxicidad y una baja inflamabilidad.

Para equipo de ensayo automático (abreviado generalmente como ATE por sus iniciales en inglés: automated test equipment) , se usa un equipo para ensayar las prestaciones de un dado semiconductor. Los dados son los "chips" individuales que se cortan de una lámina de sustrato semiconductor. Los dados llegan de la factoría de semiconductores y se deben ensayar para asegurarse de que satisfacen los requisitos de funcionalidad y los requisitos de velocidad del procesador. Se usan ensayos para obtener los "chip correctos" (abreviado generalmente como KGD por sus iniciales en inglés: known good dice) a partir de dados que no satisfacen los requisitos de prestaciones. Este ensayo se realiza generalmente a temperaturas que varían de aproximadamente -80ºC a aproximadamente 100ºC.

En algunos casos, los dados se ensayan uno a uno y cada chip individual se mantiene en un mandril. Este mandril proporciona, como parte de su diseño, suministro para enfriar el chip. En otros casos, se mantienen varios dados en el mandril y se ensayan bien secuencialmente o bien en paralelo. En esta situación, el mandril proporciona enfriamiento para varios dados durante el procedimiento de ensayo.

También puede ser ventajoso ensayar los dados a elevadas temperaturas para determinar sus características de prestaciones en condiciones de temperatura elevada. En este caso, es ventajoso un refrigerante que tenga buenas propiedades de transferencia de calor muy por encima de la temperatura ambiente.

En algunos casos, los dados se ensayan a temperaturas muy bajas. Por ejemplo, los dispositivos de semiconductor complementario de óxido metálico (abreviado generalmente como CMOS por sus iniciales en inglés: complementar y metal-oxide semiconductor) en particular operan más rápidamente a temperaturas más bajas.

Si una pieza de un equipo de ATE emplea dispositivos CMOS "integrados" como parte de su hardware lógico permanente, puede ser ventajoso mantener el hardware lógico a baja temperatura.

Por lo tanto, para proporcionar la máxima versatilidad al ATE, un fluido de transferencia de calor se comporta preferiblemente bien tanto a bajas como a altas temperaturas (es decir, preferiblemente tiene buenas propiedades de transferencia de calor en un amplio intervalo de temperatura) , es inerte (es decir, es no inflamable, tiene baja toxicidad y es no reactivo químicamente) , tiene una rigidez dieléctrica elevada, tiene un impacto medioambiental

bajo y presenta propiedades de transferencia de calor predecibles a lo largo del intervalo de temperaturas de operación completo.

Los fluidos de transferencia de calor que se usan en la actualidad en estas aplicaciones para semiconductores incluyen los perfluorocarbonos (PFCs) , perfluoropoliéteres (PFPEs) , perfluoroaminas (PFAs) , perfluoroéteres (PFEs) , mezclas de agua/glicol, agua desionizada, aceites de silicona y aceites hidrocarbonados. Sin embargo, cada uno de estos fluidos de transferencia de calor presenta alguna desventaja. Los PFCs, PFPEs, PFAs y PFEs pueden presentar valores de tiempo de permanencia en la atmósfera de más de 500 años, y de hasta 5.000 años. Adicionalmente, estos materiales pueden presentar potenciales de calentamiento global (abreviado generalmente como GWP por sus iniciales en inglés: global warming potential) elevados. El GWP es el calentamiento potencial integrado debido a la liberación de un (1) kilogramo del compuesto de la muestra con respecto al calentamiento debido a un (1) kilogramo de CO2 durante un horizonte temporal de integración especificado. Las mezclas de agua/glicol están limitadas por la temperatura, es decir, un límite de baja temperatura típico de dichas mezclas es 40ºC. A bajas temperaturas, las mezclas de agua/glicol también presentan una viscosidad relativamente elevada. La elevada viscosidad a baja temperatura requiere una potencia de bombeo elevada. El agua desionizada presenta un límite de baja temperatura de 0ºC. Los aceites de silicona y los aceites hidrocarbonados son generalmente inflamables.

La eliminación del calor de los dispositivos electrónicos se ha convertido en uno de los obstáculos más importantes para mejorar adicionalmente las prestaciones del procesador. A medida que estos dispositivos se hacen más potentes, la cantidad de calor generado por unidad de tiempo aumenta. Por lo tanto, el mecanismo de transferencia de calor tiene un papel importante en las prestaciones del procesador. El fluido de transferencia de calor presenta preferentemente unas buenas prestaciones de transferencia de calor, buena compatibilidad eléctrica (incluso si se usa en aplicaciones de "contacto indirecto", tales como las que emplean placas termodisipadoras) , así como baja toxicidad, inflamabilidad baja (o nula) y un impacto medioambiental bajo. La buena compatibilidad eléctrica requiere que el fluido de transferencia de calor candidato presente una rigidez dieléctrica elevada, resistividad volúmica elevada y una capacidad de disolución de materiales polares pequeña. Adicionalmente, el fluido de transferencia de calor candidato debe presentar buena compatibilidad mecánica, es decir, no debe afectar a los típicos materiales de construcción de forma adversa. En esta aplicación, el fluido de transferencia de calor candidato se inhabilita si sus propiedades físicas no son estables a lo largo del tiempo.

Los materiales usados habitualmente como fluidos de transferencia de calor para el enfriamiento de equipos electrónicos o eléctricos incluyen PFCs, PFPEs, aceites de silicona y aceites hidrocarbonados. Cada uno de estos fluidos de transferencia de calor tiene alguna desventaja. Los PFCs y PFPEs pueden ser persistentes en el medioambiente. Los aceites de silicona y los aceites hidrocarbonados son generalmente inflamables.

El ensayo de choque térmico se realiza generalmente a temperaturas que varían de -65ºC a aproximadamente 150ºC. Puede ser necesario un ciclo rápido de temperatura en una parte o dispositivo para simular los cambios de temperatura generados en ellos, por ejemplo, por el lanzamiento de un misil. El ensayo de choque térmico es necesario para los equipos electrónicos usados en misiles militares, entre otros. Hay varias especificaciones militares relacionadas con el ensayo de choque térmico de varios componentes... [Seguir leyendo]

1. Un método de transferencia de calor que comprende: a. proporcionar un dispositivo; y b. usar un fluido de transferencia de calor para transferir el calor a o desde el dispositivo, en el que el fluido de transferencia de calor comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3 (CF2) xCF=CFCF (OR) (CF2) yCF3, CF3 (CF2) xC (OR) =CFCF2 (CF2) yCF3, CF3CF=CFCF (OR) (CF2) x (CF2) yCF3, CF3 (CF2) xCF=C (OR) CF2 (CF2) yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x+y = 0, 1, 2 ó 3.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3 (CF2) xCF=CFCF (OR) (CF2) yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.

3. El método según la reivindicación 2, que comprende además un compuesto que tiene la fórmula CF3 (CF2) xC (OR) =CFCF2 (CF2) yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.

4. El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3 (CF2) xC (OR) =CFCF2 (CF2) yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.

5. El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3CF=CFCF (OR) (CF2) x (CF2) yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.

6. El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3 (CF2) xCF=C (OR) CF2 (CF2) yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.

7. El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado tiene una viscosidad de menos de 100 centistokes a -31ºC.

8. El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado tiene una viscosidad de menos de 20 centistokes a -31ºC.

9. Un aparato que requiere transferencia de calor, que comprende:

a. un dispositivo; y b. un mecanismo para transferir calor a o desde el dispositivo;

que comprende el uso de un fluido de transferencia de calor, en el que el fluido de transferencia de calor comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3 (CF2) xCF=CFCF (OR) (CF2) yCF3, CF3 (CF2) xC (OR) =CFCF2 (CF2) yCF3, CF3CF=CFCF (OR) (CF2) x (CF2) yCF3, CF3 (CF2) xCF=C (OR) CF2 (CF2) yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.

10. El aparato según la reivindicación 9, en el que se calienta el dispositivo.

11. El aparato según la reivindicación 9, en el que se enfría el dispositivo.

12. El aparato según la reivindicación 9, en el que el dispositivo se mantiene a una temperatura elegida.

13. El aparato según la reivindicación 9, en el que es dispositivo es un microprocesador, una lámina usada para elaborar dispositivos semiconductores, un semiconductor para el control de potencia, un dispositivo de conmutación para la distribución eléctrica, un transformador de potencia, un panel circuito impreso, un módulo multi-chip, un dispositivo semiconductor encapsulado o no encapsulado, un reactor químico, un reactor nuclear, una célula de combustible, un láser o un componente de un misil.