SISTEMA DE GESTIÓN TÉRMICA.

La presente invención se refiere a un sistema para la gestión del calor procedente de una fuente de calor, tal como un componente electrónico. Más en concreto, la presente invención se refiere a un sistema que resulta eficaz para la disipación del calor generado por un componente electrónico. Antecedentes de la invención Debido al desarrollo de dispositivos electrónicos cada vez más sofisticados, incluidos aquellos capaces de una mayor velocidad de procesamiento y con frecuencias más altas, que poseen un tamaño más reducido y requisitos de energía más complicados, y que ofrecen otros avances tecnológicos (como por ejemplo microprocesadores y circuitos integrados en componentes y sistemas electrónicos y eléctricos y en otros dispositivos, por ejemplo dispositivos ópticos de alta potencia), se pueden generar temperaturas relativamente extremas. Sin embargo, los microprocesadores, los circuitos integrados y otros componentes electrónicos sofisticados normalmente funcionan de forma eficaz sólo dentro de un rango determinado de umbrales de temperatura. 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 del sistema en su conjunto, llegando incluso a causar fallos o averías en el sistema. La gama cada vez más extensa de condiciones ambientales, incluidas las temperaturas extremas, en las que se prevé que los sistemas electrónicos funcionarán, agrava también los efectos negativos del calor excesivo. Puesto que existe una mayor necesidad de conseguir una disipación del calor causado por estas condiciones en los dispositivos microelectrónicos, la gestión térmica se convierte en un elemento cada vez más importante en el diseño de los productos electrónicos. Como se ha mencionado, 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 los equipos. Por ejemplo, una reducción en la temperatura de funcionamiento de un dispositivo, tal como un semiconductor típico de silicio, puede tener como consecuencia un incremento exponencial de la fiabilidad y 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 la temperatura de funcionamiento del dispositivo dentro de los límites fijados por sus diseñadores. Los disipadores de calor son componentes que facilitan la disipación de calor de la superficie de una fuente de calor, por ejemplo un componente electrónico que genera calor, a un entorno más frío, normalmente el aire. En muchas situaciones típicas, la transferencia de calor entre la superficie sólida del componente y el aire constituye la menos eficaz dentro del sistema, y la interfaz sólido-aire representa, por lo tanto, el mayor obstáculo para la disipación de calor. Un disipador de calor tiene como objetivo incrementar la eficacia de la transferencia de calor entre los componentes y el aire ambiente, principalmente al incrementar el área de superficie que se encuentra en contacto directo con el aire. Esto permite la disipación de una mayor cantidad de calor, disminuyendo así la temperatura de funcionamiento del dispositivo. El objetivo principal de un disipador de calor consiste en contribuir a mantener la temperatura del dispositivo por debajo de la temperatura máxima permisible especificada por su diseñador o fabricante. Por regla general, los disipadores de calor se fabrican con un metal, especialmente el cobre o el aluminio, debido a la capacidad de metales como el cobre de absorber fácilmente el calor y transferirlo por toda su estructura. En muchas aplicaciones se construyen disipadores de calor de cobre con aletas u otras estructuras para incrementar el área de superficie del disipador de calor, obligando el paso del aire a través de las aletas de cobre (por ejemplo, mediante un ventilador) para conseguir la disipación de calor desde el componente electrónico, a través del disipador de calor de cobre, y por último al aire. Sin embargo, existen limitaciones por lo que respecta al uso de disipadores de calor de cobre. Una de estas limitaciones se refiere a la relativa isotropía del cobre, es decir, la tendencia de una estructura de cobre a distribuir el calor de forma relativamente uniforme por toda la estructura. La isotropía del cobre significa que el calor transmitido a un disipador de calor de cobre se distribuya por toda la estructura, en vez de dirigirse de manera preferente a las aletas donde se produce la transferencia más eficaz al aire. Esto puede reducir la eficacia de la disipación de calor cuando se utiliza un disipador de calor de cobre. Además, el uso de disipadores de calor de cobre o aluminio puede presentar un problema debido al peso del metal, en particular cuando el área de calentamiento es significativamente más pequeña que la del disipador de calor. Por ejemplo, el cobre puro pesa 8,96 gramos por centímetro cúbico (g/cm 3 ) y el aluminio puro pesa 2,70 g/cm 3 (compárese con el grafito puro, que pesa entre aproximadamente 1,4 g/cm 3 y 1,8 g/cm 3 ). En muchas aplicaciones es necesario colocar de forma ordenada varios disipadores de calor, por ejemplo en una placa de circuito, para disipar calor procedente de una variedad de componentes en la placa. Si se utilizan disipadores de calor de cobre, el simple peso del cobre en la placa puede incrementar las posibilidades de que se produzcan fisuras en la misma o de otros efectos adversos indeseables, además de incrementar el peso del propio componente. Asimismo, puesto que el cobre es un metal y, por lo tanto, posee las irregularidades y deformaciones en su superficie propias de los metales, y es probable que la superficie del componente electrónico a la que se está uniendo el disipador de calor de cobre sea también de metal o de otro material relativamente rígido, como por ejemplo el óxido de aluminio o un material 2   cerámico, la creación de una conexión completa entre un disipador de calor de cobre y el componente, de manera que se aumente al máximo la transferencia de calor desde el componente al disipador de calor de cobre, puede resultar difícil sin un montaje a una presión relativamente alta, lo que resulta poco deseable, ya que ello podría acarrear daños al componente electrónico. En la patente US nº 5.991.155 se divulga un disipador de calor para un aparato electrónico portátil, en el que un miembro colindante, que puede ser de un material anisotrópico, está dispuesto en la superficie interior de la cubierta del dispositivo y cubierto con un esparcidor de calor que colinda con un dispositivo exotérmico en el aparato. En la patente US nº 4.878.152 se divulga un montaje que forma un disipador de calor para placas de circuito impreso, el cual comprende un núcleo de grafito orientado por compresión con el fin de obtener una conductividad térmica lateral muy elevada y una densidad relativamente baja. Lo que se desea, por consiguiente, es un sistema de gestión térmica que resulte eficaz para la disipación de calor procedente de una fuente de calor, por ejemplo un componente electrónico. El sistema de gestión térmica debería contar con la ventaja de ser relativamente anisotrópico, en comparación con el cobre, poseer una relación relativamente alta entre su conductividad térmica y su peso, y ser capaz de una unión conformable con la superficie de la fuente de calor. Descripción de la invención Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de gestión térmica para una fuente de calor. Se desea que este sistema de gestión térmica resulte eficaz para incrementar el área útil de la superficie de la fuente de calor desde la cual se va a disipar el calor. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de gestión térmica que exhiba un grado relativamente alto de anisotropía. Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un sistema de gestión térmica capaz de formar una conexión térmica deseablemente completa con la superficie de la fuente de calor sin necesidad de un montaje a alta presión. Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un sistema de gestión térmica que posea una relación relativamente alta entre su conductividad térmica y su peso. Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un sistema de gestión térmica que se puede fabricar de tal manera que localice las superficies de disipación térmica del mismo con el fin de incrementar al máximo la disipación de calor desde la fuente de calor. Se pueden alcanzar estos objetivos y otros que serán evidentes para el especialista en este campo que lea detenidamente la siguiente descripción al proporcionar un sistema de gestión térmica... [Seguir leyendo]

1. Sistema de gestión térmica, que comprende una fuente de calor que tiene una superficie exterior y un esparcidor de calor que comprende una única lámina de grafito flexible anisotrópico formada por partículas comprimidas de grafito natural exfoliado, teniendo la lámina un área plana mayor que el área de la superficie exterior de la fuente de calor, estando el esparcidor de calor en conexión operativa con la fuente de calor, en el que el esparcidor de calor posee una conductividad térmica de dirección c no superior a 7 W/m-K y una conductividad térmica de dirección a de al menos 150 W/m-K, y así una relación anisotrópica térmica de aproximadamente 20:1 o superior, y funciona para aumentar el área de superficie efectiva de la fuente de calor con el fin de facilitar la disipación de calor de la fuente de calor. 2. Sistema de gestión térmica según la reivindicación 1, en el que la fuente de calor comprende un componente electrónico. 3. Sistema de gestión térmica según la reivindicación 1 ó 2, que también comprende un disipador de calor que comprende un artículo de grafito formado por partículas comprimidas de grafito exfoliado conformadas para proporcionar una superficie de recogida de calor y al menos una superficie de disipación de calor, estando la superficie de recogida de calor del disipador de calor en contacto operativo con la segunda de las superficies planas del esparcidor de calor. 4. Sistema de gestión térmica según la reivindicación 3, en el que al menos una superficie de disipación de calor del artículo de grafito o del disipador de calor comprende aletas formadas en una superficie del artículo de grafito o el disipador de calor frente a la superficie de recogida de calor. 5. Sistema de gestión térmica según la reivindicación 3 ó 4, en el que el artículo de grafito tiene características estructurales que comprenden cavidades en el mismo, orificios pasantes o combinaciones de cavidades y orificios pasantes, comprendiendo la al menos una superficie de disipación de calor del artículo de grafito o el disipador de calor superficies de las características estructurales del artículo de grafito. 11   12   13   14