他通常便携式器件之类的常 见器件时，相同特征可引入在操作期间需要冷却的实际上任何电子器件中。例如，引入民 用和军用设备与其他车辆中的汽车组件，飞机组件，导引系统和GPS器件中所用的电子装 置可受益于本发明的各方面，诸如引擎控制单元（ECU)，安全气囊模件，车身控制器，车门模 件，巡航控制模件，仪表面板，气候控制模件，防锁刹车模件（ABS)，传输控制器和配电模件。 本发明的各方面也可引入电子装置或其他结构组件的壳体中。最后，依赖于电子处理器或 其他电子电路的效能特征的任何器件均可受益于因使用本发明的各方面而产生的增加或 更加稳定的效能特征。
[0068] 一般地，本发明的各方面涉及将含有相变材料的物质的材料，涂层或层引入至电 子器件的产热组件上，引入至其上或者以其他方式引入至其附近，从而将热离开这些组件 且储存和/或通过某种形式的热传导基底耗散至周围环境中。下文描述了可使用这一物质 和结构的器件的各种实施方案以及在这些器件中使用的这一组合物的不同实施方案。
[0069] 图1示出了蜂窝电话100的一般图示，其包括前板102,该前板包括诸如键盘和屏 幕之类的常见特征。后板104与前板102啮合且尤其密闭包括操作电子装置的印刷电路板 (PCB) 106。尽管PCB106具有许多不同件的电子装置，连接器和其他特征，但本发明中所提 及的主要组件为通常产热的组件，诸如电池108,传输器/接收器或其他通信芯片110和处 理器112。大多数电子器件具有这些组件中的至少一种或者在操作期间产热且因此需要在 操作期间减少热累积的一些其他元件。本发明公开内容中提及一种或另一种特定类型的器 件并不意欲限制本文中权利要求的范围，就如同权利要求范围适用于具有相同热相关问题 的已知或未知的实际上任何电子器件一般。
[0070] 图2是与图1类似的细节显示膝上型电脑200的主要组件和特征的广义图。电脑 200包括下部面板202,上部面板204,内部面板206和电子装置部分208,该电子装置部分 除其他组件以外，还包括处理器210,系统板212,存储器214,诸如硬盘驱动器216之类的存 储器件和电池218。在电脑200内的许多组件在操作期间产热且还需要在这些器件中减少 热累积。
[0071] 图3A示出了代表性的蜂窝电话中电子组件电路板300的更加详细的图。尽管 电路板300包括许多电路和其他组件，但本文中将主要提及在操作期间有规律地产热的 组件，诸如收发器或通信模件302,无线通信模件304,电源供应器模件306,电池308,图 形驱动器310和处理器312。这些组件每一种均为将在操作期间产热且还将因其温度上 升而经历效能降级的组件。参考图3B，示出了相同的蜂窝电话电路板300,其中相同组件 302, 304, 306, 308, 310和312覆盖在根据本发明的各方面之一的温度管理材料350内。在 图3B中，温度管理材料350在第一构造中显示，它仅仅分散并涂布在电路板300中含有产 热组件的那些部分上，使电路板中的其他组件如其通常般暴露。在图3C中，温度管理材料 350在第二构造中显示，它基本上分散并涂布在电路板300的整个表面上，且没有将产热组 件与非产热组件隔离。
[0072] 参考图4A和4B，示出了印刷电路板400的数个透视图，说明将温度管理材料引入 电路板结构中的各种选择和实施方案。例如，在图4A中，印刷电路板400包括若干产热组件 402, 404和406,诸如如上文描述的处理器，图形芯片和电信芯片。PCB400包括衬底或其他 外表面412,它保护且还传导热离开器件内部的可操作组件。温度管理材料的区域在450a 和450b处分散于PCB组件上，且通常分散用于仅仅覆盖促进产热且因此需要降低热对可操 作组件影响的那些元件上。由于温度管理材料450a和450b的组成（下文将更详细地讨 论），因此热得以储存且更快速和有效地移离电子组件并移至周围环境中。在备选的实施方 案中，温度管理材料与外部壳体直接接触的表面积和体积增加，由此提供更大的热传导面 积，以便快速地使热离开可操作组件且使该热耗散至外部环境或热传导基底中。
[0073] 图4B示出了另一实施方案，其中关于温度管理材料460分散于PCB400上的何处 并无区别或区别极小，使得产热组件与非产热组件均用温度管理材料460覆盖或以其他方 式涂布。尽管这一实施方案必需使用较大量的温度管理材料，但比较容易形成且制造，因为 分散材料460需要的精密度较小。使用较大量的温度管理材料还实现了其他优势，例如抗 冲击性和抗水性。这些将在下文进一步详细地讨论。
[0074] 尽管图4A和4B示出了显示外部器件外壳412位于PCB400中的包括温度管理材 料450a，450b和/或460的面的相对面，但预期PCB组件中的一种或多种（或仅仅产热组 件）可位于PCB400的相对侧，以便使得温度管理材料与外部壳体412直接接触，从而使温 度调节材料和外部外壳412之间的导热率增加。
[0075] 图5A-5C说明根据本发明的各方面构造的电子器件的各种截面实施方案。首先参 考图5A，截面显示了具有主要组件的电子器件500a。器件500a包括顶部显示器表面502， 后表面504和印刷电路板506。在印刷电路板506上安装一个或多个电子组件510,其中一 些组件在操作中产热。如在许多电子器件中常见的，密封件或其他垫圈型器件514沿着器 件的周边定位。在许多已知的器件中，由一个或多个电子组件510产生的热由通过传导至 后表面504且接着如由附图标记560所示传导至环境中来进行热传导或导热而耗散。在已 有的器件中，电子组件510可由已知传热组件，基底或其他机械散热片耦接，较好地将热在 560处从组件本身移至外部环境中。在图5A的实施方案中且结合本发明的各方面，温度管 理材料520分散或以其他方式涂布或附着在PCB506上产热的特定组件510上。温度管理 材料520的组合物提供一种机制来储存由组件510产生的热且还更加快速地和有效地将该 热在560处移离组件并移至周围环境中。
[0076] 图5B示出了另一实施方案，它以截面显示具有主要组件的电子器件500b。类似于 图5A的实施方案，器件500b包括顶部显示器表面502,后表面504和印刷电路板506。在 印刷电路板506上安装一个或多个电子组件510,其中一些组件在操作中产热。密封件或 其他垫圈型器件514沿着器件的周边定位。由一个或多个电子组件510产生的热由通过传 导至后表面504且接着如由附图标记560所示传导至环境中来进行热传导或导热而耗散。 在图5B的实施方案中且结合本发明的各方面，温度管理材料520分散或以其他方式涂布或 附着在PCB506上产热的特定组件510上。另外，在图5B的实施方案中，第二温度管理材料 540分散在PCB和后表面504之间。温度管理材料540可以是与以下部分中更加详细地描 述的第一温度管理材料520相同或不同的组合物或共混物。
[0077] 图5C示出了另一实施方案，它以截面显示具有主要组件的电子器件500c。类似 于图5A和5B的实施方案，器件500c包括顶部显示器表面502,后表面504和印刷电路板 506。在印刷电路板506上安装一个或多个电子组件510,其中一些组件在操作中产热。密 封件或其他垫圈型器件514沿着器件的周边定位。由一个或多个电子组件510产生的热由 通过传导至后表面504且接着如由附图标记560所示传导至环境中来进行热传导或导热而 耗散。在图5C的实施方案中且结合本发明的各方面，温度管理材料550完全填充器件内部 留下的间隙，其通常存在于PCB506上的组件与顶部表面或底部表面中任何一个之间。在这 一实施方案中，所有组件表面与温度管理材料接触。另外，在图5C的实施方案中，第二温度 管理材料540分散在PCB和后表面504之间。温度管理材料540可以是与以下部分中更加 详细地描述的第一温度管理材料550相同或不同的组合物或共混物。
[0078] 图6A-6C示出了在以上提及的器件实例中使用的温度管理材料和形成该材料可 使用的各种组分的各种实施方案。在图6A中，示出了当形成温度管理材料600时，PCM602 和导热填料604的均匀混合物。在图6A的实例中，PCM602是微囊化的PCM(mCAP)，但也可 以是原始或另外未经微囊化的PCM，例如pPCM (聚合PCM)或FP-PCM(官能性聚合物PCM)。 然而，在图6A的实例中，无论相变材料如何引入温度管理材料600,温度管理材料均为具有 一定程度的材料均一性的均匀物质。在图6A的实例中不存在特定层。
[0079] 参考图6B，示出了含数层的温度管理材料620。层622由导热填料形成，层624 由第一相变材料形成，和层626由第二相变材料形成。层624和626各自可以是任何一种 mPCM，pPCM，或FP-PCM，或者层624和626可以是一种或多种这些类型的相变材料的组合或 共混物。另外，层624和626各自可利用可为适应特定温度控制情形所必需的呈各种组合 形式的本文讨论的任何一种PCM材料。例如，某些电子装置应用可产生较多热量，或者具有 较陡的生热曲线形态，且因此保证使用具有较高潜热值或较高PCM负载要求的PCM，以便有 效管理在这些器件中出现的温度变化。其他应用可具有较细微的温度变化形态，且不需要 具有如此大的潜热值的PCM和因此可使用较低负载量。
[0080] 参考图6C，示出了还包括若干层的另一温度管理材料640。层642由导热填料形 成，层644由第一相变材料形成，和层646由第二相变材料形成。如同图6B的实例，层644 和646各自可具有任何一种mPCM，pPCM，或FP-PCM，或者层644和646可以是一种或多种这 些类型的相变材料的组合或共混物。另外，层644和646各自可利用可为适应特定温度控 制情形所必需的呈各种组合形式的本文讨论的任何一种PCM材料。在图6C的实施方案和 实例中，示出了利用微囊645的层644。这些微囊可以在聚合物粘合剂647内（在存在或不 存在其自身PCM和潜热品质的情况下）。
[0081] 图16A-16C示出了可用于构造温度管理和散热的结构的其他层选择。如同图 16A-16C中所例举的，这些不同层的任何组合也是可能的。在图16A-16C中，Ll至L8中的 每一个代表在基底或电子组件800上的不同层，或者在层810和815的离散部分内的不同 区域。应当理解，这些层的许多不同的组合是可能的且并不意欲限制本发明到图16A-16C 描绘的任何一种物理结构上。这些仅仅代表若干种可能性。
[0082] PCM和热管理材料的用途
[0083] 以上部分描述了可与可受益于本发明的温度控制和热管理方面的电子结构和器 件结合使用的各种组合物与其他材料。然而，提及任何特定结构性实施方案或任何精确和 特定化学组合物（上文或另外在本发明公开内容中），并不意欲限制权利要求的范围到特 定而言的任何一个上。相反，配置本说明书，使得本领域的技术人员可以结合本文描述的一 种或多种结构和电子器件与本文描述的一种或多种化学组合物，以便形成为特定目的而工 作的器件。
[0084] 本文中描述的组合物和其他PCM材料可与各种电子装置和电学制品（诸如导体， 散热片，半导体，晶体管，集成电路，电池，导线，开关，电容器，电阻器，二极管，板状物，覆盖 物，发动机，引擎等）结合使用。这些结构的进一步的细节结合图1-6来描述。
[0085] 尽管适用于温度调节的相变技术和不同类型的化学品与其他材料的以上描述通 常适用于本发明各方面和实施方案且与其相关，但存在在电子装置应用中发现特定相关性 且促进这些电子装置的更有效冷却的其他方面和独特特征。
[0086] 用于电子装置温度控制的热管理材料（TMM)
[0087] PCM非常有利地用作电子装置中的热管理材料，在于高结晶度允许良好导热率，高 潜热容和能量吸收的组合，所有均导致改进的热管理，较低的热累积，较少问题，和较快速 的处理器速度。
[0088] 空气是非常不良的热导体且因此在TMM内任何地方的空气间隔或空气间隙不是 优选的。对于良好导热率而言，诸如电子组件与热管理材料之间的空气间隙，TMM内部的裂 纹或空隙，粒子与TMM复合材料或基质材料之间的空隙或间隙等全部均成为问题。例如，将 散热片或TMM附着在半导体包装上要求使两个固体表面紧密接触在一起。遗憾的是，无论 如何良好地制备，固体表面从未真正地足够平坦或平滑，以允许紧密接触。所有表面均由于 微观小丘和沟谷而具有一定粗糙度。在这一表面粗糙度上叠加了呈凹入、凸状或拧扭形状 的宏观非平面性。当使两个这样的表面在一起时，仅仅表面的小丘物理接触。沟谷被分隔 且形成空气填充的间隙。当使两个典型的电子组件表面在一起时，小于百分之一的表面可 实现物理接触，且表面的其余部分（99%)由隙间空气层分隔。一些热通过物理接触点来传 导，但多得多的热必须通过空气间隙来传导。由于空气是不良热导体，因此应当将其替换为 传导性更大的材料，以增加联合传导性和因此改进热界面上的热流动。热管理材料应当具 有良好的流变学特征和表面润湿，以具有良好的"间隙填充"性质，亦即流动，浸湿和填充间 隙，裂隙，裂纹等的能力，以减少空气间隙且改进热移动。这些TMM的流动性质可通过使用 添加剂而调配成材料或设计成TMM分子。下文描述的这些材料广泛地称为导热填料。
[0089] TMMs还应当具有良好的粘着性，粘性或粘结性质，以防止当最终器件掉落，损坏， 受冲击或暴露于高温或低温下时TMM和电子组件之间的接触变松。
[0090] 当前的电子装置热管理材料具有许多缺点，诸如不良的潜热性质，在合适的温度 范围内不良的散热性质，不良间隙/空隙填充性质，不良的流变学等。
[0091] 图21和22示出了说明结合电子装置使用本发明各方面的益处以及缓和电子器件 内的热累积能力的图。在图21和22中示出了标准处理器和使用引入了 PCM的本发明的各 方面的处理器的温度分布和功率分布。还示出了 PCM转变温度以供参考。图21示出了标 准功率测量的结果和图22示出了瞬时功率测量的结果。
[0092] 如以上一般术语和定义部分中所描述的，术语〃相变材料〃是指具有吸收或释放 热以在温度稳定范围下或温度稳定范围内调节热传导能力的材料。温度稳定范围可包括特 定的转变温度或转变温度范围。在一些情况下，典型地当相变材料经历两种状态之间的转 变时，相变材料能够在相变材料吸收或释放热时的时间段期间抑制热传导。这一作用典型 地为瞬时的，且将会发生，直到在加热或冷却工艺期间吸收或释放相变材料的潜热。可从相 变材料中储存或移除热，且相变材料典型地可由热源或冷源有效地补给。对于某些实施方 式来说，相变材料可以是两种或更多种材料的混合物。通过选择两种或更多种不同的材料 并形成混合物，可针对任何所需的应用来调节温度稳定范围。所得混合物当在本文描述的 制品中引入时，可显示出两种或更多种不同的转变温度或单一改性的转变温度。
[0093] 可使用的PCM包括各种有机和无机物质。对于本文公开的实施方案来说，有机 PCM可以是优选的。相变材料的实例包括烃类（例如直链烷烃或烷属烃，支链烷烃，不饱和 经，卤代经，和脂环族烃），烷经，烯烃，炔经，芳经，水合盐（例如，六水合氯化妈，六水合溴 化钙，六水合硝酸镁，三水合硝酸锂，四水合氟化钾，铵明矾，六水合氯化镁，十水合碳酸钠， 十二水合磷酸二钠，十水合硫酸钠，和三水合醋酸钠），蜡，油，水，脂肪酸（己酸，辛酸，月桂 酸，肉豆蔻酸，棕榈酸，硬脂酸，二十烷酸，二十二烷酸，二十四烷酸，和二十六烷酸等），脂肪 酸酯（辛酸甲酯，癸酸甲酯，月桂酸甲酯，肉豆蔻酸甲酯，棕榈酸甲酯，硬脂酸甲酯，二十烷 酸甲酯，二十二烷酸甲酯，二十四烷酸甲酯等），脂肪醇（辛醇，月桂醇，肉豆蔻醇，鲸蜡醇， 硬脂醇，二十烷醇，二十二烷醇，二十四烷醇，二十六烷醇，二十八烷醇，三十烷醇和三十四 烷醇等），二元酸，二元酯，1-卤化物，伯醇，仲醇，叔醇，芳族化合物，笼形物，半-笼形物，气 体笼形物，酸酐（例如硬脂酸酐），碳酸亚乙酯，甲酯，多羟基醇（例如，2, 2-二甲基-1，3-丙 二醇，2-羟甲基-2-甲基-1，3-丙二醇，乙二醇，聚乙二醇，季戊四醇，二季戊四醇，三羟 甲基乙烷（pentaglycerine)，四羟甲基乙烷，新戊二醇，四羟甲基丙烷，2-氨基-2-甲 基-1，3-丙二醇，单氨基季戊四醇，二氨基季戊四醇，和三（羟甲基）乙酸），糖醇（赤藻糖 醇，D-甘露糖醇，半乳糖醇，木糖醇，D-山梨糖醇），聚合物（例如，聚乙烯，聚乙二醇，聚环 氧乙烷，聚丙烯，聚丙二醇，聚四亚甲基二醇，聚丙二酸亚丙酯，聚癸二酸新戊二醇酯，聚戊 烷戊二酸酯，聚肉豆蔻酸乙烯酯，聚硬脂酸乙烯酯，聚月桂酸乙烯酯，聚甲基丙烯酸十六烷 酯，聚甲基丙烯酸十八烷酯，通过缩聚二元醇（或它们的衍生物）与二元酸（或它们的衍生 物）生产的聚酯，和共聚物，例如具有烷基烃侧链或者具有聚乙二醇侧链的聚丙烯酸酯或 聚（甲基）丙烯酸酯，和包括聚乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯、聚丙二醇或聚四亚甲 基二醇的共聚物），金属及其混合物。可结合天然醇，天然脂肪酸，糖类，纤维素和天然二元 醇类的任何组合，得到PCM。通式例如如下所述，其中m或η可以是0-100 :
[0094]
[0095] 用各种脂肪酸酯化的聚合醇，例如聚乙烯醇，聚甘油（分子量为100-10, 000)或多 官能醇。
[0096] 烷属烃PCM可以是烷属经，也就是说用化学式CnHn+2表示的经，其中η的范围可以 是约10-约44个碳原子。可用于本发明的PCM包括具有13-30个碳原子的烷属烃。例如， 一系列同系烷属烃的熔点与碳原子数直接相关，如下表所示：
[0097]
[0098] 使用聚合物相变材料（pPCM)和官能性聚合物相变材料（fpPCM)作为TMMs [0099] 反应性官能团
[0100] 合适的反应性官能团的实例包括诸如以下的官能团：酸酐基，氨基，N-取代的氨 基和它们的盐，酰胺基，亚胺基，酰亚胺基，叠氮基，偶氮基，胺-甲醛基，羰基，羧基和它们 的盐，环己基环氧基，环氧基，缩水甘油基，羟基，异氰酸酯基，氰酸酯基，脲基，醛基，酮基， 醋基，酿基，烯基，炔基，硫醇基，^硫化物基，甲娃烷基或娃烷基，卤化尚去基，过氧化物基， 盐基，基于乙二醛的基团，基于吖啶的基团，基于活性亚甲基化合物或其他b-二羰基化合 物的基团（例如，2, 4-戊二酮，丙二酸，乙酰基丙酮，乙基丙酮乙酸酯，丙二酰胺，乙酰基乙 酰胺和它的甲基类似物，乙酰乙酸乙酯，和乙酰乙酸异丙酯），卤基，氢化物或其他极性或H 键合基团及其组合。
[0101] 可根据本发明的一个或多个方面使用的反应性官能基和官能团的各种实例的进 一步细节可发现于共同拥有和共同待审的专利申请Nos. 12/174, 607和12/174,609中，其 细节通过参考引入本发明的公开内容中。应当清楚地理解，通过在本说明书的随后部分中 提供具体组合物和方法的实例，申请人并不意欲限制权利要求的范围到这些具体组合物任 何一种上。相反，预期可利用本文描述的官能团，聚合物相变材料和制品的任何组合，以实 现本发明的新型方面。权利要求并不意欲限制到本发明公开内容或本文引入的任何公开内 容中所述的任何具体化合物上。
[0102] 聚合物相变材料和反应性
[0103] 本文中提到的若干公布申请涉及聚合PCM (P-PCM)，其呈现固-液PCM与固-固PCM 之间的中间情况。P-PCM在相变之前和在相变之后均为固体。区别是其结构化程度。在较 低温度下，该程度大于在高温下的程度，结果在相变温度下，P-PCM从结构化程度较大的形 式转化成其结构化程度较小的形式。典型地，在结构化程度较大的形式中，聚合物的一些部 分较好地对准且比较紧密地压实。较好地对准的部分类似于结晶。因此，加热P-PCM时的 相变也称为从结晶程度较大的形式至结晶程度较小的形式的变化。换言之，在高温（高于 转变温度）下，P-PCM基本上为无定形的。在较低温度（低于转变温度）下，它们具有一定 结晶度。类似地，热吸收和热释放时的变化分别可称为去结晶和再结晶。相关焓也可称为 去结晶焓。
[0104] 典型地，P-PCM具有能够较好地对准且比较紧密地压实的部分。这些部分可称为 可结晶部分。在一些实施方案中，根据本发明的各方面的本文描述的官能性聚合物PCM包 括至少一个这样的可结晶部分。根据本发明的实施方案，聚合物包括主链和侧链。优选地， 侧链形成可结晶部分。
[0105] 官能性聚合物相变材料（FP-PCM)
[0106] 本文中所使用的术语"反应性官能团"是指能与另一化学基团反应形成共价或 电价键的化学基团（或部分），其实例如上给出。优选地，这一反应在相对低温，例如低于 200°C，更优选低于100°C下，和在适合于处理精密基底，例如电子组件或其他精密基底的条 件下可进行。本文中所使用的术语"携带官能团"和这一术语的明显变体是指具有键合到 它上，例如共价或电价键合到它上的官能团。
[0107] 反应性官能团可位于（携带于或共价键合或电价键合到）FP-PCM分子的任何部分 上，例如侧链上，沿着直链，或者在主链或侧链的至少一个末端上。根据本发明的各种实施 方案，FP-PCM包括多个反应性官能团，和这些官能团沿着分子（例如沿着主链）以基本上 规则的间隔、立体特异性（亦即，等规立构、间规立构或无规立构等）或无规地分散开。这 些的任何组合也是可能的。
[0108] FP-PCM的分子量优选为至少500道尔顿，更优选至少2000道尔顿。优选地，可结 晶部分的重量形成FP-PCM总重量的至少20 %，更优选至少50 %，和最优选至少70 %。
[0109] 分子量可以是单分散或多分散的，其中所有聚合物分子是相同的分子量或不同的 分子量，这通过多分散性定义。Mn是数均分子量，Mw是重均分子量，和分子量的多分散性 (Pd)通过Mn/Mw定义。PdLO是指所有聚合物分子是单分散的且具有相同的分子量。根据 本发明构造的组合物的各方面具有1. 0-100的Pd，和优选1. 0-10. 0,最优选1. 0-5. 0。
[0110] 本发明的方面包括利用具有单一相变温度或多个这样的温度的PCM。根据一个实 施方案，FP-PCM具有在-KTC至300°C，优选10°C至100°C范围内的至少一个相变温度，和 至少25J/g的相变焓。在一些情况下，相变材料的潜热可以是至少约1焦耳/克，至少约5 焦耳/克（J/g)，至少约l〇J/g，至少约20J/g，至少约30J/g，至少约40J/g，至少约50J/ g,至少约60J/g,至少约70J/g,至少约80J/g,至少约90J/g,或至少约100J/g。因此，例 如相变材料的潜热可