电子器件用的散热和保护系统技术方案

电子器件用热处理装置，其位于一个热源和电子器件的外表面和／或电子器件的另一个元件之间。热处理装置有利于驱散来自热源的热，同时保护外表面和／或第二元件不受热源产生的热的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一热处理装置(thermal solution)，其能管理来自于如电子器件的元件等热源的热，从而驱散由热源产生的热，同时调解热对该器件和其它器件元件的使用者产生的影响。
技术介绍
随着越来越复杂的电子器件的发展，包括那些能够提高处理速度和更高的频率，具有更小体积和电源要求更复杂并表现出其它技术先进性的器件，如电子和电器元件中的微处理器和集成电路，高容量和响应记忆元件，如硬盘驱动器，电磁源，如数字投影仪以及诸如其它高功率光学器件等器件中的灯泡，可能会产生相对极端的温度。但是，微处理器、集成电路和其它复杂的电子元件通常只在一定范围内的临界温度中才能有效地进行操作。这些元件在操作过程中产生的过多的热不仅能损害它们的性能，还能降低整个系统的性能和可靠性，甚至还会导致系统失效。电子系统进行操作的环境条件范围，包括温度极限的不断扩大，加剧了过热的负面影响。随着微电子系统中时散热的需求不断增加，热管理在电子产品的设计中已变成一个日益重要的元素。电子设备的性能稳定性和使用寿命均与设备的元件温度成反比。比如，降低器件，如典型的硅半导体的操作温度，能够相应地提高器件的处理速度、可靠性和使用寿命。因此，为最大限度地提高元件的使用寿命和可靠性，把器件的操作温度控制在设计师设定的限度内是极为重要的。再有，对体积更小和更紧凑的电子产品，如笔记本电脑、移动电话、数字照相机和投影仪等不断增长的需求，意味着热源将接近器件的外表面和其它元件。这样，器件的外表面可能变热，对于使用者来说可能是不舒适或甚至是危险的。而且，器件中一个元件产生的热可能对临近的元件产生负面影响。尽管一个潜在的解决方法是隔绝热源，但这并不是一个令人满意的解决方法，因为这样做会使热源产生的热集中在热源上，从而对热源产生潜在的损害。例如，在一些笔记本电脑中，能够产生大量热的硬盘驱动器被安装在电脑中的一个所谓的“掌托”(palmrest)的下面。“掌托”是位于键盘和使用者之间的一块区域，使用者在打字时通常将手掌放在这个地方。在更薄的笔记本电脑中，硬盘驱动器产生的热能够通过笔记本电脑的机箱传送到使用者的手掌上，从而产生不适，甚至疼痛。实际上，一些笔记本电脑的掌托温度经测量曾经超过40℃。同样地，产生热的元件能够导致笔记本电脑的底部变热，导致使用者在将笔记本电脑放在大腿上使用时会感到不适或疼痛。这已经成为笔记本电脑和其它便携式设备制造商面对的一个重大问题，而为了获得更高的便携性，使这些器件体积变得更小的努力一直却没有中断。一类重量相对较轻并适用于驱散如电子元件等热源产生的热的材料是通常众所周知的石墨，特别是以下所描述的石墨，如基于天然石墨和弹性石墨的石墨。这些材料是各向异性的并使散热器件可以被设计成为向选定方向优先传递热。石墨材料重量更轻，因此与铜和铝相比具有更多的优势。石墨由六边形排列或网状结构的碳原子的层面(layerplanes)构成。这些以六边形排列的碳原子的层面基本上平的，排列的方向和顺序使它们基本上相互之间是平行和等距的。碳原子组成的基本上是平的和平行等距的薄片或层通常被称为graphene层或基面，它们联接或粘接在一起，这些graphene层或基面组成的组又排列成微晶。高度规则的石墨由相当大的微晶组成微晶相互间紧密排列成一条直线或定向并且拥有排序良好的碳层。换言之，排列高度规则的石墨拥有高的优选的微晶定向度。应该注意的是石墨拥有各向异性的结构并因此显示出或拥有许多高度方向性的性质，如热和电传导性和液体扩散性。简言之，石墨可以被表征为碳的层压结构，即，由通过微弱的范得瓦力结合在一起的碳原子形成的悬浮层或层压层构成的结构。在考虑石墨的结构时，通常要注意到两个轴或方向，即“c”轴或方向和“a”轴或方向。为简单起见，“c”轴或方向可以被认为是与碳层垂直的方向。“a”轴或方向可以被认为是与碳层平行的方向或与“c”方向垂直的方向。适于制造弹性石墨片的石墨拥有非常高的定向度。如前所述，使平行碳原子层结合在一起的键合力只是微弱的范得瓦力。天然石墨可以被处理从而使重叠的碳层或薄层可以略微展开，以便在垂直于该层的一个方向即“c”方向上提供显著的膨胀，并因此形成一个膨胀的或扩大的石墨结构，在该结构中基本上保留碳层的薄片状特点。极大膨胀的石墨薄片，特别是膨胀后拥有的最终厚度或“c”方向尺度(dimension)为原“c”方向尺度大约80倍或更多时，可以不使用粘接剂而形成粘的或完整的膨胀石墨片材，如网、纸、带子、磁带、箔纸、垫子等等(一般称为“弹性石墨”)。通过压缩并且不使用任何粘接材料将膨胀至拥有最终厚度或“c”方向尺度为原“c”方向尺度大约80倍或更高的石墨颗粒形成完整的弹性薄片被认为是可能的，因为大量膨胀的石墨颗粒之间存在机械咬合力或粘结力。除了弹性以外，如上所述，就热和电传导性和液体扩散性而言，已经发现与天然石墨原料相比，片材具有高的各向异性度，这是因为非常高的压缩，如卷压，使得膨胀的石墨颗粒和石墨层的方向基本上与相对的片的表面平行。因此，制成的片材就具有出众的弹性，优良的强度和非常高的定向度。简言之，生产具有弹性的、无粘合剂的、各向异性的石墨片材的方法，如生产网、纸、带子、磁带、箔纸、垫子等等的方法，包括在预先设定的负荷和没有粘合剂的情况下压缩或致密膨胀的石墨颗粒，该石墨颗粒的“c”方向尺度为初始颗粒的“c”方向尺度的大约80倍或更高，从而形成基本上平的，具有弹性的和完整的石墨片材。通常像小虫或蠕虫状的膨胀石墨颗粒一经压缩，就会与相对的片材的主表面保持压缩位置并对齐。片材的密度和厚度可通过控制压缩度来改变。片材的密度可以在大约0.04g/cm3至大约2.0g/cm3的范围之间。由于石墨颗粒与片材的主要相对平行表面平行排列，随着卷压片材以提高定向度，各向异性度也得到提高，所以弹性石墨片材表现出明显的各向异性。在卷压的各向异性片材中，片材的厚度，即与相对的平行片层垂直的方向包含“c”方向而沿长度和宽度的方向，即沿着或平行于相对的主要表面包含“a”方向的方向，并且热、电液体扩散特性在“c”方向和“a”方向上非常不同，相差几个数量级。虽然层离石墨(exfoliated)(即弹性石墨)压缩颗粒的片材被建议用作散热器、热界面和驱散由热源产生的热的热阱的零件(比如，见美国专利6,245,400，6,482,520，6,503626和6,538,892)，但是，“触觉温度问题”，即电子器件外表面变热到对使用者来说是不舒服或危险的，以及临近元件变热的问题尚未完全得到解决。因此，改善便携式或小型化器件的电子元件的热处理装置的需求仍然存在。在这些器件中，元件所发的出热不仅要被隔离，从而不会对临近的元件产生不良影响，或导致该器件的使用者产生不适或发生危险，还要被驱散。
技术实现思路
本专利技术提供一种热处理装置，该装置能够驱散来自于电子元件的热，同时还能够保护使用者或临近的元件不受该元件产生的热的影响。本专利技术的热处理装置包含一个层离石墨(本文中也被称为“弹性石墨”)的压缩颗粒的各向异性的片材。在本文中，术语“弹性石墨”还指热解石墨的单层的或层压的片材。被用于本专利技术中的热处理装置的弹性石墨片材的平面内的热导率基本上高于贯穿平面方向上(through-plane)的热导率。换言之，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
电子器件用的散热和保护系统，包含一个拥有第一元件的电子器件，该第一元件包含一个热源，其中第一元件向电子元件的外表面传递热；一个拥有两个主要表面的热处理装置，其放置的位置使它的一个主要表面与第一元件有效接触，从而介于第一元件和 电子元件的外表面之间，其中第一元件向电子元件的外表面传递热，其中热处理装置包含至少一个弹性石墨片材。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MD斯马尔克，GD施弗斯，RA雷诺三世，
申请(专利权)人：格拉弗技术国际控股有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]