[發(fā)明專利]利用可變熱導(dǎo)性熱管的熱管理

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910548082.6
• 申請(qǐng)日: 2019-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110658594B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·馬科克西亞;B·R·科赫;T·J·施密特;C·P·懷蘭;R·S·古茲索恩;G·A·菲什
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瞻博網(wǎng)絡(luò)公司
• 主分類號(hào): G02B6/42
• 分類號(hào): G02B6/42;H05K7/20
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 酆迅

本公開(kāi)的實(shí)施例涉及利用可變熱導(dǎo)性熱管的熱管理。光子和電子集成電路可以使用可變熱導(dǎo)性熱管來(lái)冷卻，可變熱導(dǎo)性熱管除了相變工作流體之外還包括不凝性氣體。為了將熱管與包括集成電路的子組件封裝在提供散熱器接觸區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)外殼中，在一些實(shí)施例中，利用蒸發(fā)器端與冷凝器端之間的熱管的軸來(lái)定向熱管，該軸與集成電路子組件和散熱器接觸區(qū)分離的方向大致垂直，并且利用合適的隔熱結(jié)構(gòu)，熱管的外表面的一部分與散熱器接觸區(qū)熱隔離。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及光子和/或電子集成電路的熱管理，具體地，涉及使用熱管的被動(dòng)熱管理。

背景技術(shù)

許多光子和電子部件具有對(duì)溫度變化敏感的屬性，并且除非對(duì)它們進(jìn)行熱管理以使其保持在可接受溫度的操作范圍內(nèi)，否則它們存在性能退化或者變得完全無(wú)法操作的風(fēng)險(xiǎn)。因此，一般利用熱管理系統(tǒng)來(lái)控制這種光子/電子部件的溫度。一般，熱管理包括在操作期間去除由這些部件本身生成的熱量，盡管在一些情況下也可以使用主動(dòng)加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)最低溫度。相應(yīng)地，熱管理系統(tǒng)一般包括散熱器和/或加熱器以及在要進(jìn)行溫度控制的部件與散熱器或加熱器之間進(jìn)行傳熱的裝置。

熱管理的一種方法(其有時(shí)被用于包含集成電路的封裝中)是使用熱管，即，填滿工作流體的密封腔，該工作流體在與熱源接觸的高溫區(qū)域中蒸發(fā)并且在與散熱器接觸的低溫區(qū)域中凝結(jié)，除了通過(guò)管壁的熱傳導(dǎo)之外，還通過(guò)對(duì)流和相變的組合來(lái)傳熱。然而，在沒(méi)有進(jìn)一步措施的情況下，熱管可能會(huì)導(dǎo)致要進(jìn)行熱管理的部件過(guò)冷，例如，在散熱器的溫度下降得太低時(shí)。解決該問(wèn)題的備選方法是主動(dòng)熱管理，例如，利用熱電冷卻器。熱電冷卻器利用Peltier效應(yīng)來(lái)沿著一個(gè)方向以由電流可控制的速率傳熱。如果與溫度傳感器組合，則熱電冷卻器可以因此主動(dòng)地控制熱管理部件的溫度。然而，這種能力的代價(jià)是針對(duì)包括熱管理部件的封裝和熱管理系統(tǒng)的增加的功率需求、復(fù)雜度和花費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一些實(shí)施例，一種熱管理的光學(xué)封裝，包括：光學(xué)子組件，包括光子集成電路；外殼，包圍光學(xué)子組件，外殼包括散熱器接觸區(qū)；以及熱管子組件，被設(shè)置在光學(xué)子組件與散熱器接觸區(qū)之間，熱管子組件包括：具有第一端和第二端的可變熱導(dǎo)性熱管，熱管包含工作流體和不凝性氣體，熱管的在第一端處的蒸發(fā)器區(qū)域與光子集成電路熱接觸，并且熱管的在第二端處的冷凝器區(qū)域與散熱器接觸區(qū)熱接觸，熱管至少通過(guò)工作流體在蒸發(fā)器區(qū)域中的蒸發(fā)以及工作流體在冷凝器區(qū)域中的冷凝來(lái)冷卻光子集成電路，并且不凝性氣體在不同程度上部分地阻止工作流體到達(dá)冷凝器區(qū)域以便調(diào)整熱管的熱導(dǎo)性；以及隔熱結(jié)構(gòu)，將熱管的外表面部分與不包括冷凝器區(qū)域的區(qū)域中的散熱器接觸區(qū)隔離。

根據(jù)一些實(shí)施例，一種用于冷卻光學(xué)子組件的熱管子組件，熱管子組件包括：具有第一端和第二端的可變熱導(dǎo)性熱管，熱管包括：壁，壁限定出第一端和第二端之間的軸、在軸的相對(duì)的相應(yīng)側(cè)的第一外表面部分和第二外表面部分以及限定出空腔的內(nèi)表面；毛細(xì)結(jié)構(gòu)，毛細(xì)結(jié)構(gòu)為熱管的壁的內(nèi)表面加襯；以及被包含在空腔內(nèi)的相變工作流體和不凝性氣體，其中相變工作流體通過(guò)在第一端處的蒸發(fā)器區(qū)域中的蒸發(fā)以及在第二端處的冷凝器區(qū)域中的冷凝來(lái)操作地冷卻光學(xué)子組件，并且不凝性氣體通過(guò)在不同程度上至少部分地阻止工作流體到達(dá)冷凝器區(qū)域來(lái)操作地調(diào)整熱管的熱導(dǎo)性；導(dǎo)熱轉(zhuǎn)接板，導(dǎo)熱轉(zhuǎn)接板在蒸發(fā)器區(qū)域中被粘附至第一外表面部分；以及隔熱結(jié)構(gòu)，隔熱結(jié)構(gòu)操作地將熱管與不包括冷凝器區(qū)域的區(qū)域中的散熱器接觸區(qū)隔離，隔熱結(jié)構(gòu)跨越從第一端延伸到冷凝器區(qū)域但不包括冷凝器區(qū)域的區(qū)域覆蓋第二外表面部分。

根據(jù)一些實(shí)施例，一種熱管理的光學(xué)封裝，包括：光學(xué)子組件；外殼，包圍光學(xué)子組件，外殼包括散熱器接觸區(qū)；以及熱管子組件，被設(shè)置在光學(xué)子組件與散熱器接觸區(qū)之間，熱管子組件包括具有第一端和第二端的可變熱導(dǎo)性熱管，熱管包含工作流體和不凝性氣體，熱管的在第一端處的蒸發(fā)器區(qū)域與光學(xué)子組件熱接觸，并且熱管的在第二端處的冷凝器區(qū)域與散熱器接觸區(qū)熱接觸，其中針對(duì)在較低的第一溫度與較高的第二溫度之間的冷凝器區(qū)域的溫度，熱管子組件被配置為調(diào)整熱管的熱導(dǎo)性以將蒸發(fā)器區(qū)域的溫度保持在較低的第三溫度與較高的第四溫度之間的溫度范圍內(nèi)，第三溫度高于第一溫度至少15℃，并且第四溫度不低于第三溫度。

附圖說(shuō)明