ARTÍCULO TÉRMICO CON ESTRUCTURA DE SÁNDWICH.

[0001] La presente invención se refiere a una estructura de capas que posee una capa central isotrópica y que puede ser utilizada como un difusor de calor (thermal spreader) o material de aletas (finstock) en la fabricación de disipadores de calor (heat sinks) y otros dispositivos para la disipación de calor. Por difusor de calor se entiende un material o artículo que tiene como función esparcir el calor desde una fuente de calor sobre un área mayor que una o varias de las superficies de la fuente de calor; por material de aletas se entiende un material o artículo que puede utilizarse como aletas o para formar aletas a fin de disipar el calor. ANTECEDENTES [0002] 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 microprocesadores y circuitos integrados en componentes electrónicos y eléctricos, componentes de alta capacidad y memoria de respuesta como discos duros, fuentes electromagnéticas como bombillas en proyectores digitales, y otros dispositivos, por ejemplo dispositivos ópticos de alta potencia) hace que se puedan 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 temperaturas umbral. El calor excesivo generado durante el funcionamiento de estos componentes no solo puede 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 asimismo los efectos negativos del calor excesivo. [0003] 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 los equipos. Por ejemplo, una reducción en la temperatura de funcionamiento de un dispositivo, tal como un semiconductor típico de silicio, 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 la temperatura de funcionamiento del dispositivo dentro de los límites fijados por sus diseñadores. [0004] Un grupo de materiales relativamente ligeros adecuado 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 que los metales como el cobre y el aluminio. Asimismo, los materiales de grafito, incluso cuando se utilizan en combinación con componentes metálicos, cuentan con un gran número de ventajas con respecto al cobre o al aluminio cuando se utilizan para disipar el calor por sí mismos. [0005] Por ejemplo, Tzeng, en la patente estadounidense nº 6.482.520, divulga un sistema de gestión térmica basada en grafito que incluye un disipador de calor integrado por un artículo de grafito formado de tal manera que posee una superficie para la recogida de calor y al menos una superficie de disipación de calor. Krassowski y Chen llevan el concepto de Tzeng un paso más allá en la solicitud de patente internacional nº PCT/US02/38061, donde describen el uso de insertos de alta conducción fabricados, por ejemplo, con un metal como el cobre o el aluminio, en una base de grafito. De hecho, se ha sugerido el uso de láminas de partículas comprimidas de grafito exfoliado (es decir, grafito flexible) como difusores de calor, interfaces térmicas y partes componentes de disipadores de calor para disipar el calor generado por una fuente de calor (por ejemplo, véanse las patentes estadounidenses nº 6.245.400, 6.503.626 y 6.538.892). [0006] 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 2   propiedades altamente direccionales, como por ejemplo una conductividad térmica y eléctrica y la difusión de fluidos. [0007] 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. [0008] 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. [0009] 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. [0010] 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. [0011] En síntesis, el proceso de producir material de lámina de grafito anisotrópico sin aglutinante y flexible (por ejemplo,... [Seguir leyendo]

1. Un artículo compuesto (10) susceptible de ser utilizado para la disipación de calor, que comprende al menos dos láminas (20a y 20b) de partículas comprimidas de grafito exfoliado ubicadas a ambos lados de una capa central metálica (30) de un grosor inferior a 10 mm, en el que una parte de la capa central (30) se extiende más allá de un borde de al menos una de las láminas de grafito (20a y 20b), y adicionalmente en el que las láminas de grafito poseen una conductividad térmica a través del plano no mayor a aproximadamente 12 W/m K, y al menos un borde de cada una de las láminas de partículas comprimidas de grafito exfoliado están unidos entre sí. 2. El artículo de la reivindicación 1, en el que la capa central (30) comprende aluminio o cobre. 3. El artículo de la reivindicación 1, en el que la capa central (30) se encuentra en contacto operativo directo con una fuente de calor. 4. El artículo de la reivindicación 1, en el que las láminas (20a y 20b) de partículas comprimidas de grafito exfoliado poseen una conductividad térmica en el plano de al menos aproximadamente 140 W/m K. 5. El artículo de la reivindicación 1, en el que las láminas (20a y 20b) de partículas comprimidas de grafito exfoliado están impregnadas. 6. El artículo de la reivindicación 5, en el que las láminas (20a y 20b) de partículas comprimidas de grafito exfoliado están impregnadas con una resina. 7. El artículo de la reivindicación 1, en el que se utiliza un adhesivo para unir las láminas (20a y 20b) de partículas comprimidas de grafito exfoliado a la capa central metálica (30). 14     16