專利名稱：陶瓷泡沫電子元件的冷卻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子元件冷卻裝置。
背景技術(shù)：
集成電路芯片，如微處理器芯片以及其它電子元件在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)熱。這些元件通常安裝在印刷電路板(PCBs)上。為了有助于確保準(zhǔn)確運(yùn)行，這些元件通常要被保持在低于大約160的運(yùn)行溫度。這意味著必須為電子元件的準(zhǔn)確運(yùn)行提供某種形式的冷卻。
舉例來說，冷板在冷卻PCBs中廣泛使用，其中冷卻液必須保持與電子元件分開，例如在航空器上的航空電子設(shè)備中使用的PCBs。航空器上的航空電子設(shè)備冷卻都是通過將冷的經(jīng)空調(diào)處理的空氣吹過連接在PCBs背面(即，遠(yuǎn)離芯片上殼的一側(cè))的冷板熱沉。冷板通常包括封裝在高長寬比的矩形風(fēng)道中的加強(qiáng)換熱表面。加強(qiáng)換熱表面典型地為某種翅片布置或開孔的多孔金屬泡沫。冷卻劑從一端流向冷板另一端，使加強(qiáng)換熱表面內(nèi)側(cè)完全濕潤。該系統(tǒng)冷卻安裝在冷板側(cè)面的PCBs。
商用成品芯片(COTS)設(shè)計(jì)成將芯片產(chǎn)生的熱量通過芯片上部殼體進(jìn)行釋放。因此，這種芯片通過對(duì)芯片殼體直接冷卻獲得最佳冷卻。從背面冷卻，例如通過將經(jīng)空調(diào)處理的冷空氣吹過連接在遠(yuǎn)離芯片上殼的PCB背面的冷板來冷卻這些芯片的方式不易實(shí)現(xiàn)充分冷卻。因?yàn)镃OTS芯片的背面冷卻熱效率不高，歷史上COTS芯片很少用于軍事航天技術(shù)。然而，現(xiàn)代軍事航天設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)COTS芯片的使用作為一種節(jié)約開支的措施。加之，在未來采用這種芯片的商業(yè)航天和非航天設(shè)計(jì)將要求這種具有更高冷量的直接外殼冷卻方法，因?yàn)檫@種芯片被設(shè)計(jì)成比當(dāng)前芯片產(chǎn)生更高的熱量，然而仍要求將運(yùn)行溫度限制在160左右。
已經(jīng)通過增加冷卻劑濕潤面積的方式進(jìn)行了對(duì)增加殼體直接冷卻的冷卻能力的研究。該工作已經(jīng)集中于通過向芯片殼體附著翅片或泡沫來增加可用于冷卻殼體的換熱面積。機(jī)加工的微通道翅片和針狀翅片陣列以及金屬泡沫設(shè)計(jì)已進(jìn)行過試驗(yàn)。但是，機(jī)械加工的微通道翅片和針狀翅片陣列都涉及到復(fù)雜且昂貴的加工方法。形成芯片表面微通道典型的方法包括照相平版印刷、等離子腐蝕以及光化學(xué)加工。而且，在芯片表面上僅能形成一列微通道。不能在彼此頂部堆疊多列，因此極大地減少了可用于傳熱的面積和可被用于移走熱量的冷卻空氣量。金屬泡沫受到換熱表面面積可增加程度的限制。
機(jī)械加工微通道翅片、針狀翅片陣列以及金屬泡沫芯片殼體冷卻系統(tǒng)也僅與電子元件殼體上表面連接。這就造成由芯片殼體中可用于換熱面積的另一個(gè)限制。連接的翅片設(shè)計(jì)在芯片外殼頂面和各側(cè)面，然后使冷卻劑以可控方式流遍所有翅片的方式是一種要解決的困難的且花費(fèi)很大的問題。金屬泡沫可以加工成與芯片外殼一致，但那將十分昂貴。再有，泡沫外表面將采用昂貴且復(fù)雜的銅焊或釬焊工藝進(jìn)行密封。
希望通過使用一種比現(xiàn)有設(shè)計(jì)具有更大內(nèi)部的用于換熱的面積的設(shè)計(jì)，以提高芯片殼體直冷的熱效率，并且該設(shè)計(jì)要加工廉價(jià)并且易于機(jī)械加工以與芯片殼體的頂面和各側(cè)面一致性地相配。這樣的芯片冷卻的改進(jìn)方法能夠使COTS芯片在航天領(lǐng)域的使用更加廣泛，并且能夠使高能計(jì)算機(jī)芯片使用在商業(yè)航天和非航天領(lǐng)域的應(yīng)用中。
具體到航天領(lǐng)域，因?yàn)楹娇掌鳝h(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)通常會(huì)產(chǎn)生冷卻空氣，具有更高熱效率的芯片殼體冷卻設(shè)計(jì)將極具吸引力。然而，這種由ECS產(chǎn)生的冷卻空氣會(huì)對(duì)航空器的系統(tǒng)性能造成損失，因?yàn)镋CS是通過從航空器引擎抽取空氣，并且用由管道從外部進(jìn)入航空器內(nèi)的勁壓空氣(ram air)來產(chǎn)生冷卻空氣。從引擎抽取空氣減少了可用于產(chǎn)生推進(jìn)力的空氣，然而獲取勁壓空氣增大航空器阻力。這些效果最終降低了的航空器航程和/或有效載荷。
因此，希望降低用于冷卻航空電子設(shè)備芯片的空氣需求量，從而通過增加航空器的推力和/或降低燃料消耗而降低航空器系統(tǒng)性能損失。也希望處理被設(shè)計(jì)成比現(xiàn)有芯片產(chǎn)生明顯多的熱量的未來的大功率電子儀器的冷卻。而仍需將運(yùn)行溫度限制在160左右。這將要求更有效地利用可獲得的冷卻空氣。
上面相關(guān)技術(shù)的舉例和與其相關(guān)的范圍僅用于說明并不是唯一的。其它的相關(guān)技術(shù)范圍對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在閱讀說明書研究附圖后是顯而易見的。

發(fā)明內(nèi)容
以下將結(jié)合示例性和說明性的且不對(duì)發(fā)明的范圍構(gòu)成限制的系統(tǒng)和方法對(duì)實(shí)施例及其各個(gè)方面進(jìn)行描述和說明。在各實(shí)施例中，將使上面背景技術(shù)部分提出的一個(gè)或多個(gè)的問題得到緩解或解決，其中一些實(shí)施例作為另一些實(shí)施例的改進(jìn)。
在一種示例性的電子元件冷卻裝置中，限定入口和出口的外殼；及設(shè)置在外殼內(nèi)的泡沫件，所述泡沫件具有與電子元件的至少一個(gè)表面的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，從而使泡沫件以熱交換形式地被接納在其中，所述泡沫件具有不大于約50微米的小孔尺寸，至少約80％的空隙率，所述泡沫件被設(shè)置在外殼內(nèi)，從而使冷卻劑可穿過泡沫件流動(dòng)。
根據(jù)發(fā)明，小孔尺寸可以是約35微米?？障堵室部梢允羌s90％。示例性的泡沫可以是陶瓷泡沫，例如包含石英、氧化鋁以及硼硅酸鋁纖維的超多孔的微通道氧化鋁石英陶瓷泡沫。
根據(jù)發(fā)明的另一方面，外殼可以由防滲密封劑制成。而且防滲密封劑還可以附加地將泡沫件粘結(jié)到電子元件的殼體上。
在更有利的實(shí)施方案中，至少設(shè)置一個(gè)示例性的裝置可以以熱交換方式被接納在電子芯片殼體上部。在這樣的應(yīng)用中，泡沫件以熱交換方式被接納的在芯片殼體的側(cè)面和頂面中的任一表面上。此外，防滲密封劑還可以將泡沫件粘結(jié)于電子元件的殼體上。
除上述示例性實(shí)施例及各個(gè)方面外，通過結(jié)合附圖并研究下面的詳細(xì)描述，其它實(shí)施例和方面將變得更加明顯。


將參考附圖對(duì)示例性的實(shí)施例進(jìn)行說明。在此公開的實(shí)施例和附圖僅用于說明的目的而不是限制性的。
圖1是安裝在電路板上由示例性的裝置進(jìn)行冷卻的電子元件的透視圖。
圖2A是圖1中示例性裝置的側(cè)視圖。
圖2B是圖1中另一示例性裝置的側(cè)視圖。
圖3是示例性陶瓷泡沫的小孔尺寸。
圖4是示例性陶瓷泡沫材料的壓力與流動(dòng)長度曲線圖。
圖5A和5B是示例性陶瓷泡沫材料內(nèi)的冷卻劑壓力分布。
具體實(shí)施例方式
以概述的方式并參考圖1，用于冷卻電子元件12的示例性裝置10包括外表面用由形成外殼14的粘性密封劑封裝的泡沫件18。入口16穿透外殼14，從而使冷卻劑可以導(dǎo)入泡沫件18。電子元件12包括形成電子元件12外表面的殼體20。泡沫件18的形狀與殼體20的形狀相對(duì)應(yīng)從而使殼體20上的泡沫件18與殼體20最終與電子元件12進(jìn)行熱交換。泡沫件18的小孔尺寸不大于約50微米，空隙率至少大約80％。泡沫件18封裝在外殼14內(nèi)，從而使冷卻劑被容納泡沫件18內(nèi)，并且冷卻劑能夠穿過泡沫件18而流動(dòng)。下面將具體對(duì)示例性實(shí)施例及其應(yīng)用進(jìn)行說明。
仍參見圖1，電子元件12可適當(dāng)?shù)貫槿魏斡∷㈦娐钒?PCB)元件或電子芯片。在示例性實(shí)施例中，裝置10特別適合于與作為商用成品(COTS)電子元件的電子部件12一起使用，因?yàn)檫@些電子元件往往都將其產(chǎn)生的大部分熱量通過電路板22背面的殼體20頂面釋放。有利地，泡沫件18可以接納在殼體20的側(cè)面和頂面同時(shí)進(jìn)行熱交換，以將電子元件12內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過殼體20傳導(dǎo)給流過泡沫件18的冷卻劑。COTS電子元件包括處理器、微處理器、控制器、微控制器、放大器、功率放大器、晶體管、功率晶體管、熱敏電阻等，但不限于此。電子元件12可以用任何可接受的方式安裝在電路板22面上，例如利用表面安裝技術(shù)。
裝置10采用任何COTS電子元件。例如，以非限制性方式進(jìn)行舉例，裝置10特別適用于采用航空電子設(shè)備單元的電子元件以及軍用規(guī)格電子元件。另外，裝置10應(yīng)用于航空和非航空應(yīng)用中的更大功率的計(jì)算機(jī)芯片中是有利的。
參見附圖2A和2B，形成外殼14的粘性密封劑層防滲地密封泡沫件18的外表面。入口16穿過外殼14并且可選擇穿過或不穿過泡沫件18。在圖2A中，出口24由在電子元件12下側(cè)周圍延伸的泡沫件18的表面區(qū)域限定，并且不用外殼14密封。在圖2B中，出口24由超過電子元件12側(cè)面延伸的泡沫件18的表面區(qū)域限定，并且不用外殼14密封。在示例性實(shí)施例中，連接入口管26以接受自輸入源(圖中未表示，例如飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS))的冷卻劑(例如不作為限制的冷空氣)，并且入口管26與入口16連接。外殼14確保所有冷卻劑流過泡沫件18。以非限制性方式進(jìn)行舉例，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，外殼14適于用防滲的粘性密封劑，例如但不作為限制地由高傳導(dǎo)率室內(nèi)溫度硬化(RTV)有機(jī)硅來制造。但外殼14可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的防滲粘性密封劑。另一種不作為限制性方式的示例中，外殼14的防滲粘性密封劑由導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂制成。
泡沫件18被制成為與電子元件12至少一個(gè)表面相反的形狀。圖2A表示泡沫件18制成與電子元件12側(cè)面和頂面都相反的形狀。圖2B表示泡沫件18被制成為僅與電子元件12頂面相反的形狀。泡沫件18可以根據(jù)泡沫件18的成分通過任何可接受的工藝制成，例如通過機(jī)械加工、鑄造等。同樣采用防滲粘性密封劑將泡沫件18粘接在電子元件12的殼體上，參見上述外殼14的形成方式。
泡沫件18將來自電子元件12的熱量傳導(dǎo)至流過泡沫件18的冷卻劑。冷卻劑流過入口管26通過入口16穿過外殼14。外殼14約束冷卻劑，使冷卻劑在泡沫件18內(nèi)流過一個(gè)冷卻長度l，即冷卻劑流過泡沫件18的長度，在該過程中由電子元件12產(chǎn)生的熱量被傳給冷卻劑。冷卻長度l典型地小于大約1英寸，并且通?？赡苄∮诖蠹s1/4英寸。冷卻劑按箭頭28所示方向流過泡沫件18，充分經(jīng)過殼體20的全部頂面和側(cè)面上部，如圖2A所示，或如圖2B所示僅經(jīng)過殼體20的頂面。有利地及在下面將討論的，冷卻劑容易地在泡沫件18內(nèi)流動(dòng)，冷卻劑即使從泡沫件18的不同側(cè)面導(dǎo)入、導(dǎo)出，其分布都是均勻的。熱量通過電子元件12的殼體20傳導(dǎo)至泡沫件18的固體基體，接著由流過泡沫件18的冷卻劑通過對(duì)流的方式傳出。泡沫件18有利的傳熱特性將在下面討論。然后冷卻劑通過出口24離開泡沫件18。
有利地，泡沫件18由孔尺寸很小且空隙率很高的材料制成。小孔尺寸為50微米的量級(jí)或不超過該值。以非限制性方式進(jìn)行舉例，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，小孔尺寸為大約35微米。因此，冷卻劑有利地流過大量自然存在的微通道。這種有利的方式與傳統(tǒng)的基于將冷卻劑流過機(jī)械加工的微通道而進(jìn)入與殼體連接的固體材料塊的芯片冷卻方法相反。傳統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)制作成本高。泡沫件18的材料也適于用超級(jí)多孔材料。為此，空隙率大約至少為80％左右。以非限制性方式進(jìn)行舉例，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，空隙率大約90％左右。
具有超級(jí)多孔性的小孔尺寸極大地增加了泡沫件18材料的體積與內(nèi)部表面積的比率，或表面積密度。因此，這樣的體積與內(nèi)部表面積比率極大地提高了泡沫件18的傳熱能力。由于泡沫件18材料的小孔尺寸比現(xiàn)在已知的具有相同空隙率的金屬泡沫的小孔尺寸要小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因此泡沫件18的體積與內(nèi)部表面積比率在數(shù)量級(jí)上更大。同樣，泡沫件18材料比在固體材料塊上機(jī)械加工微通道得到的內(nèi)部表面積更大。
泡沫件18也可由易于機(jī)械加工的材料制成，以允許泡沫件18與PCB元件殼體表面之間的密切接觸。再有，泡沫件18可由易于使用RTVs或環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封并被連接到芯片殼體上的材料制成。這與金屬泡沫相反，金屬泡沫的密封需要采用復(fù)雜、昂貴的燒結(jié)或釬焊工藝。
泡沫件18可以由具有上述小孔尺寸和超級(jí)多孔的開孔多孔泡沫材料制成。以非限制性方式進(jìn)行舉例，陶瓷泡沫適于做泡沫件18的材料。在一個(gè)示例性并不作為限制的實(shí)施例中，特別適于作為泡沫件18的陶瓷泡沫是具有超級(jí)多孔、微通道(即其小孔尺寸為約35微米的量級(jí))的氧化鋁石英陶瓷，其包含高達(dá)68％左右的石英、20％左右的氧化鋁以及12％左右的硼硅酸氧化鋁纖維。示例性的陶瓷泡沫的例子是由加利福尼亞州亨廷頓海灘的波音公司生產(chǎn)的氧化鋁增強(qiáng)熱屏蔽材料(AETB)。圖3是AETB纖維46的電子顯微圖，顯示的小孔尺寸約為35微米的量級(jí)。
此外，AETB展示出幾種其它的使得AETB特別適合作為泡沫件18的材料的特性。例如AETB陶瓷泡沫不易碎，耐壓強(qiáng)度約150psi。另外，AETB易于機(jī)械加工成復(fù)雜形狀，例如殼體20相反的形狀。再有，AETB易于用如RTVs或環(huán)氧樹脂的熱密封材料進(jìn)行密封。
裝置10以及泡沫件18(圖1、2)的良好的傳熱特性以及流動(dòng)特性已經(jīng)通過數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)證明。分析表明采用具有比通過翅片陣列和金屬泡沫設(shè)計(jì)內(nèi)部表面積大超過一個(gè)數(shù)量級(jí)的陶瓷泡沫，在芯片冷卻系統(tǒng)中能夠提供更強(qiáng)的冷卻能力。內(nèi)部對(duì)流換熱系數(shù)，其用h表示，與AETB陶瓷泡沫冷卻能力試驗(yàn)中設(shè)定的試驗(yàn)條件相對(duì)應(yīng)，通過傳熱分析被測(cè)定。對(duì)AETB泡沫和常規(guī)金屬泡沫商標(biāo)名DUOCEL確定需要獲得頂部蓋板溫度和底部蓋板溫度平均為122的內(nèi)部對(duì)流換熱系數(shù)?？障堵蕿?.9及小孔平均尺寸為35微米的AETB陶瓷泡沫導(dǎo)熱率為0.05BTH/hr-ft-degree R及體積與內(nèi)部表面積比率為31,350ft2/ft3。相反地，空隙率為0.9及小孔平均尺寸為508微米的DUOCEL金屬泡沫導(dǎo)熱率為5.6BTH/hr-ft-degree R及體積與內(nèi)部表面積比率為860ft2/ft3。內(nèi)部對(duì)流換熱系數(shù)用以下公式計(jì)算Q＝hconvA(122-70)(1)其中Q＝177W；及T頂部和底部蓋板＝122，T冷卻劑＝70分析結(jié)果見下面的表1。
表1

AETB陶瓷泡沫的高內(nèi)部表面積超額地彌補(bǔ)了其低導(dǎo)熱率。在給定的熱負(fù)荷下，DUOCEL金屬泡沫需要的h值是AETB陶瓷泡沫的11.5倍。為產(chǎn)生更高的h值需要更高的冷卻液流動(dòng)速度。因此，對(duì)于DUOCEL金屬泡沫芯片殼體冷卻與裝置10比較而言，顯然要更高的冷卻劑流動(dòng)速度才能吸收給定量的熱量。這個(gè)結(jié)論可以推廣到與DUOCEL金屬泡沫具有相同數(shù)量級(jí)表面積的微通道和針翅片陣列設(shè)計(jì)中。因此，與金屬泡沫和翅片陣列芯片殼體冷卻系統(tǒng)相比，裝置10具有更好的芯片冷卻性能，因?yàn)橥ㄟ^較低的冷卻劑流速可以轉(zhuǎn)換為降低空氣推進(jìn)器損耗。
將不帶有增強(qiáng)換熱表面的自由流動(dòng)管道與AETB陶瓷泡沫相比較進(jìn)行冷卻能力試驗(yàn)。鋁板分別與AETB陶瓷泡沫兩面粘接。傳導(dǎo)加熱器與自由流動(dòng)管道和AETB泡沫樣品外側(cè)的鋁板連接。這些加熱器在各樣品上產(chǎn)生的熱負(fù)荷總量為158W。一個(gè)上游高壓源將冷卻空氣輸入到樣品的一端。接著冷卻劑分別流過樣品6英寸，并從高壓源的相反一端排出。兩個(gè)樣品厚度均為0.25英寸。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，為了維持115的鋁板平均溫度，自由流動(dòng)管道需要3lb/min的冷卻空氣，相比之下，AETB泡沫樣品僅需要1lb/min的冷卻空氣。因此，在158W熱負(fù)荷下，AETB泡沫樣品對(duì)冷卻劑的流速要求僅為1/3。
這些冷卻能力試驗(yàn)結(jié)果可以推廣到對(duì)裝置10熱性能的討論。自由流動(dòng)管道樣品代表芯片殼體冷卻傳熱面積的下限。翅片陣列和金屬泡沫設(shè)計(jì)的內(nèi)部表面積使其熱性能處于自由流動(dòng)管道樣品和AETB陶瓷泡沫樣品之間。
在泡沫件10內(nèi)發(fā)現(xiàn)35微米小孔使得通過材料的流動(dòng)稀薄化，這將有利于減少壓力降。由于流動(dòng)通道尺寸接近冷卻劑流中的各空氣分子平均自由路徑而發(fā)生稀薄化。這就意味著，流動(dòng)不再被認(rèn)為是連續(xù)的，而應(yīng)被認(rèn)為是根據(jù)各自的微粒的通路通過管道。稀薄化最終導(dǎo)致在約束通道的內(nèi)壁上的非零的滑移速度，并與對(duì)連續(xù)流動(dòng)和無滑動(dòng)邊界所期望的相比，導(dǎo)致減少了流動(dòng)壓力降。這一表現(xiàn)可在圖4所示的試驗(yàn)中看出。
參見圖4，曲線圖54繪制的是壓差與流動(dòng)長度關(guān)系。泡沫件18內(nèi)產(chǎn)生的滑移流動(dòng)與連續(xù)流動(dòng)所期望的流動(dòng)壓力消耗相比減少20％到50％的壓力下降。曲線圖54還表明在接近1英寸冷卻長度(即泡沫件18的冷卻長度l)以下時(shí)，泡沫件18與傳統(tǒng)金屬泡沫材料壓力降相當(dāng)。由于已經(jīng)討論過的小孔稀薄化帶來的壓力降的減少連同非常高的內(nèi)部表面積的共同作用，使得裝置10具有極大地高于翅片陣列或金屬泡沫所能達(dá)到的對(duì)流換熱能力。
下面參見圖5A和5B，試驗(yàn)表明冷卻劑在AETB內(nèi)容易流動(dòng)以及冷卻劑從進(jìn)入泡沫的入口到出口的一致性分布。對(duì)18.0英寸×20.25英寸×3/4英寸的AETB樣品，在3.7psig增壓壓力下(圖5A)以及12.8psig增壓壓力下(圖5B)進(jìn)行壓力分布試驗(yàn)。通過兩排鉆入泡沫下表面0.3英寸的直徑為0.09英寸的孔導(dǎo)入冷卻空氣。入口孔被鉆入泡沫的原因是由于AETB樣品包有防滲腐蝕罩。冷卻空氣離開在樣品邊緣開的鉆入樣品邊緣0.3英寸的兩排直徑為0.09英寸的孔的出口之前在泡沫內(nèi)行進(jìn)大約18英寸。如圖5A和5B所示，冷卻劑在泡沫內(nèi)的壓力分布60和62是均勻的，在整個(gè)樣品的寬度或厚度上具有最小的變化。實(shí)驗(yàn)中看到的冷卻劑流過泡沫的這種均質(zhì)特性的表明冷卻劑從入口16到出口24(圖2)的分布將是均勻的。
雖然描述和討論了一些示例性的實(shí)施例和示例性的方面，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解可以對(duì)其進(jìn)行一定的修改、改變、增加以及低層次的結(jié)合。因此意味的是所附的權(quán)利要求書及此后引入權(quán)利要求書試圖包含落入本發(fā)明真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有修改、改變、增加以及進(jìn)一步的結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻電子元件的裝置，該裝置包括限定入口和出口的外殼；及設(shè)置在外殼內(nèi)的泡沫件，所述泡沫件具有與電子元件的至少一個(gè)表面的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，從而使泡沫件以熱交換形式地被接納在其中，所述泡沫件具有不大于約50微米的小孔尺寸，至少約80％的空隙率，所述泡沫件被設(shè)置在外殼內(nèi)，從而使冷卻劑可穿過泡沫件流動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述小孔尺寸約35微米。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述空隙率約90％。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述泡沫包括陶瓷泡沫。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述陶瓷泡沫包含石英、氧化鋁以及硼硅酸鋁纖維。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述外殼由防滲密封劑制成。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述冷卻劑可穿過泡沫件流動(dòng)小于約1英寸的冷卻長度。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述電子元件的表面包括電子元件殼體的頂面和側(cè)面中的至少一個(gè)表面。
9.一種冷卻電子元件的方法，該方法包括在電子元件上接納形狀與電子元件的至少一個(gè)表面的形狀相對(duì)應(yīng)的泡沫件，從而以熱交換方式將泡沫件接納在其中，所述泡沫件具有不大于約50微米的小孔尺寸，至少約80％的空隙率；使冷卻劑流動(dòng)進(jìn)入所述泡沫件；由所述泡沫件中排出冷卻劑。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述電子元件包括具有頂面和側(cè)面的殼體的芯片，其中所述泡沫件以熱交換方式被接納在殼體的頂面和側(cè)面中的至少一個(gè)面上。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述冷卻劑包括冷卻空氣。
12.一種電路板組件，包括電路板，其具有至少一個(gè)安裝在電路板面上的電子元件；冷卻電子元件的裝置，該裝置以熱交換方式被連接到電子元件上，該裝置包括限定入口和出口的外殼；及設(shè)置在外殼內(nèi)的泡沫件，所述泡沫件具有與電子元件的至少一個(gè)表面的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，從而使泡沫件以熱交換形式地被接納在其中，所述泡沫件具有不大于約50微米的小孔尺寸，至少約80％的空隙率，所述泡沫件被設(shè)置在外殼內(nèi)，從而使冷卻劑可穿過泡沫件流動(dòng)。
13.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其特征在于所述小孔尺寸約35微米。
14.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其特征在于所述空隙率約90％。
15.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其特征在于所述泡沫包括陶瓷泡沫。
16.如權(quán)利要求15所述的電路板組件，其特征在于所述陶瓷泡沫包含石英、氧化鋁以及硼硅酸鋁纖維。
17.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其特征在于所述外殼由防滲密封劑制成。
18.如權(quán)利要求17所述的電路板組件，其特征在于所述防滲密封劑還將所述泡沫件粘接到所述殼體上。
19.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其特征在于所述冷卻劑可穿過泡沫件流動(dòng)小于約1英寸的冷卻長度。
20.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其特征在于所述電子元件包括具有頂面和側(cè)面的殼體的芯片，其中所述泡沫件以熱交換方式被接納在殼體的頂面和側(cè)面中的至少一個(gè)面上。
21.如權(quán)利要求12所述的電路板組件，其特征在于所述冷卻劑包括冷卻空氣。
全文摘要
在一種示例性的電子元件冷卻裝置中，外殼限定出入口和出口，設(shè)置在外殼內(nèi)的泡沫件。所述泡沫件具有與電子元件的至少一個(gè)表面的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，從而使泡沫件以熱交換形式地被接納在其中，所述泡沫件具有不大于約50微米的小孔尺寸，至少約80％的空隙率，所述泡沫件被設(shè)置在外殼內(nèi)，從而使冷卻劑可穿過泡沫件流動(dòng)。小孔尺寸可以是約35微米，空隙率可以是約90％。泡沫可以是包含石英、氧化鋁以及硼硅酸鋁纖維的陶瓷泡沫。在應(yīng)用中，至少設(shè)置一個(gè)示例性的裝置可以以熱交換方式被接納在電子芯片上部殼體上。
文檔編號(hào)H01L23/34GK101060767SQ20071008870
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者威廉·W·貝倫斯, 安德魯·R·塔克 申請(qǐng)人:波音公司