對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本pct實(shí)用申請(qǐng)請(qǐng)求對(duì)標(biāo)題為“heatsinkassembliesfortransientcooling”且提交日期為2014年11月12日的具有美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)no.62/078,620的目前未決的臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和來自該臨時(shí)申請(qǐng)的益處，通過引用而將該臨時(shí)申請(qǐng)的全部并入本文中。

背景技術(shù)：

產(chǎn)熱裝置(諸如，印刷電路板)通常含有產(chǎn)熱構(gòu)件，諸如處理器、電阻器、電容器或電壓調(diào)節(jié)器。熱平面可以與產(chǎn)熱裝置組合而提供，以形成典型地通過提供另外的傳導(dǎo)途徑來使熱分散而幫助排熱的組件。典型地，在可以使熱耗散至周圍環(huán)境的開放環(huán)境中，使用空氣冷卻系統(tǒng)和液體冷卻系統(tǒng)。在某些實(shí)例中，產(chǎn)熱構(gòu)件可以在提高的產(chǎn)熱的瞬時(shí)模式下運(yùn)行，其中，在較短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)期望高散熱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種熱沉組件，其用于與至少一個(gè)放熱構(gòu)件一起使用，并且，包括：第一相變材料，其傳導(dǎo)地聯(lián)接至至少一個(gè)放熱構(gòu)件，并且，在第一溫度下發(fā)生相變；以及第二相變材料，其傳導(dǎo)地聯(lián)接至第一相變材料，并且，在比第一溫度更大的第二溫度下發(fā)生相變，其中，第一相變材料響應(yīng)于來自放熱構(gòu)件的傳導(dǎo)性傳熱而發(fā)生相變，并且，第二相變材料響應(yīng)于來自第一相變材料的傳導(dǎo)性傳熱而發(fā)生相變。

附圖說明

在附圖中：

圖1a-1b圖示按照本文中所描述的各種各樣的方面的示例的熱沉組件。

圖2a圖示按照本文中所描述的各種各樣的方面的熱沉組件的示例的透視圖。

圖2b圖示圖2a的熱沉組件的示例的橫截面圖。

圖2c圖示圖2a的熱沉組件的示例的局部分解圖。

圖3a-3b圖示按照本文中所描述的各種各樣的方面的示例的熱沉組件。

圖4a-4b圖示按照本文中所描述的各種各樣的方面的示例的熱沉組件。

具體實(shí)施方式

圖1a圖示用于與放熱構(gòu)件12一起使用的熱沉組件10的橫截面。放熱構(gòu)件12可以是任何放熱構(gòu)件，包括要求熱管理的任何電子放熱構(gòu)件(諸如，微處理器、高熱通量印刷電路板(pcb)、脈沖激光控制板(plcb)、電容器、包括mosfet的電子設(shè)備以及需要冷卻的任何其他裝置)。熱沉組件10可以與包括醫(yī)療裝備的基于空運(yùn)、船載和地面的電子設(shè)備一起使用。熱沉組件10還可以與任何其他可想到的放熱裝置和包括瞬時(shí)熱負(fù)荷的各種各樣的熱負(fù)荷一起使用。經(jīng)由非限制的示例，熱沉組件10可以用于管理太陽熱、激光熱、電子熱等。僅出于示范性的目的，放熱構(gòu)件12已圖示為印刷電路板(pcb)14，其具有示出為微處理器的產(chǎn)熱構(gòu)件16。雖然圖示微處理器，但可以在pcb上提供另外的產(chǎn)熱構(gòu)件16，諸如功率調(diào)節(jié)器、電阻器、電感器、電容器等。

熱沉組件10可以是將各自在不同的溫度下發(fā)生相變的兩個(gè)不同的相變材料合并而成的瞬時(shí)冷卻組件，使得熱沉組件10可以充當(dāng)雙聯(lián)熱電容器。更具體地，第一相變材料20可傳導(dǎo)地聯(lián)接至至少一個(gè)放熱構(gòu)件12，且第一相變材料可以在第一溫度下發(fā)生相變，并且，第二相變材料22可傳導(dǎo)地聯(lián)接至第一相變材料20，且可以在比第一溫度更大的第二溫度下發(fā)生相變。

第一相變材料20和第二相變材料22可以是具有不同的相變溫度的任何合適的相變材料。第一相變材料20和第二相變材料22可以包括經(jīng)歷固體/液體相變和/或液體/氣體相變的材料。取決于應(yīng)用，可以適當(dāng)?shù)剡x擇相變材料。例如，在航空中，典型地使用石蠟，因?yàn)?，石蠟不具有腐蝕性。這樣的石蠟是如下的固體：當(dāng)吸收足夠的熱量時(shí)，相變成液體，并且，當(dāng)釋放足夠的熱量時(shí)，進(jìn)一步從液體相變回到固體。在從固體相變成液體之后，石蠟?zāi)軌蜻M(jìn)一步吸收補(bǔ)充的熱量，超過促使相變發(fā)生的熱量。石蠟配置成反復(fù)地從固體相變成液體，且相變回到固體，可靠地進(jìn)行多個(gè)循環(huán)。

只要材料響應(yīng)于傳導(dǎo)性傳熱而從起始相相變成至少一個(gè)不同的相，就預(yù)想其他相變材料，例如氨。起始相和至少一個(gè)不同的相可以是固體、液體和氣體中的一種。回到先前的示例，石蠟還可以包括諸如炭黑之類的添加材料，以提高傳熱。另外的相變材料的非限制的示例可以包括indrastat84、indrastat69、rubithermrt70hc、rubithermrt80hc、九水合硝酸鋁、十水合焦磷酸鈉、八水合氫氧化鋇、十二水合硫酸鋁鉀、cerrobend共晶體、鉍銦共晶體、cerrosafe共晶體、硬脂酸、棕櫚酸、肉豆蔻酸和/或月桂酸。

可以將第一相變材料20和第二相變材料22以任何合適的方式包括在熱沉組件10中。例如，可以包括第一框架30，以保持第一相變材料20。第一框架30已圖示為限定多個(gè)室32，在室32中，接納第一相變材料30。第一框架30可以按任何合適的方式形成，并且，已圖示為互連的壁部34的網(wǎng)格，互連的壁部34的網(wǎng)格可以限定具有任何合適的橫截面的多個(gè)室32。預(yù)期框架結(jié)構(gòu)的其他類型(網(wǎng)格和非網(wǎng)格兩者)。第一框架30可以是傳導(dǎo)性的，使得它增強(qiáng)導(dǎo)熱至熱沉組件10內(nèi)的第一相變材料20中且從第一相變材料20導(dǎo)熱的過程。

以該方式，所示出的第一框架30運(yùn)行，以在提供從放熱構(gòu)件12至第一相變材料20的多個(gè)室32的互連的導(dǎo)熱路徑的同時(shí)，隔離分開的室32中的相變材料。

第一框架30可以具有傳導(dǎo)地聯(lián)接至至少一個(gè)放熱構(gòu)件12的至少一部分。備選地，多個(gè)部分可傳導(dǎo)地聯(lián)接至至少一個(gè)放熱構(gòu)件12，或第一框架30的整體可以由傳導(dǎo)性材料形成。例如，第一框架可以是鋁、銅、鋼、鎳或銅鎢等，這些材料中的任一個(gè)可以提供類似的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和導(dǎo)熱性質(zhì)。

而且，可以包括第二框架40，以用于保持第二相變材料22。第二框架40可以與第一框架30類似，包括第二框架40可以具有由互連的壁部44形成的多個(gè)室42。第二框架40還可以由傳導(dǎo)性材料形成，或具有由傳導(dǎo)性材料形成的部分。

更進(jìn)一步，傳導(dǎo)性元件或中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50可以被包括在熱沉組件10中，并且，可以定位于第一相變材料20與第二相變材料22之間。中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50可以在第一相變材料20與第二相變材料22之間限定結(jié)構(gòu)屏障。在所圖示的示例中，中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50與第一框架30和第二框架40分離。將理解到，無需如此，并且，中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50可以可操作地聯(lián)接至第一框架30和/或第二框架40，與第一框架30和/或第二框架40整體地形成，或?yàn)榈谝豢蚣?0和/或第二框架40的一部分。中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)可以將第一相變材料20和第二相變材料22傳導(dǎo)地聯(lián)接。

在所圖示的示例中，中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50包括延伸至第一相變材料20中的多個(gè)翅片52和延伸至第二相變材料22中的多個(gè)翅片54。雖然單個(gè)翅片已圖示為從中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50延伸至可見室32和42中的每個(gè)可見室中，但將理解到，翅片不需要延伸至各室中，并且，任何數(shù)量的翅片可以延伸至室中。將理解到，中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50可以是提供第一相變材料20與第二相變材料之間的熱界面的任何合適的結(jié)構(gòu)。中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50還創(chuàng)建用于使第一相變材料20與第二相變材料22隔離而確保這兩個(gè)相變材料不混合的屏障。

密封件60還可以被包括在熱沉組件10中，以將相變材料20和22適當(dāng)?shù)乇３钟诮M件內(nèi)?？梢园ㄈ魏魏线m的密封件，包括橡膠墊片?？梢园ㄒ粋€(gè)或更多個(gè)緊固構(gòu)件，以將第一框架30和第二框架40保持在一起。如圖所示，緊固構(gòu)件包括示出為螺釘62的緊固件，其穿過第一框架30和第二框架40中的開口而接納，并且，接合螺母64?？梢允褂萌魏魏线m的緊固構(gòu)件。例如，可以使用其他機(jī)械緊固件(例如螺栓、釘子、銷釘?shù)?以及非機(jī)械緊固件(諸如，焊接件或粘合劑)。而且，還可以包括緊固件，緊固件可以用于幫助將第一框架30安裝到pcb14。

在pcb14的運(yùn)行的期間，pcb14上的產(chǎn)熱構(gòu)件16可以經(jīng)由非限制的示例而在較短的持續(xù)時(shí)間(以秒的數(shù)量級(jí))內(nèi)使用電功率，創(chuàng)建穿插著低功耗模式的高功耗模式，結(jié)果，導(dǎo)致在高功耗模式期間對(duì)瞬時(shí)高散熱的需求。在這些瞬時(shí)持續(xù)時(shí)間的期間，產(chǎn)熱構(gòu)件16所產(chǎn)生的熱通過傳導(dǎo)而傳遞至熱沉組件10，通過第一框架30導(dǎo)熱至第一相變材料20，在第一相變材料20中吸收熱。然后，將熱從第一相變材料20穿過中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)50而傳導(dǎo)地傳遞至第二相變材料22。第二相變材料22與第一相變材料20相比在更高的溫度下發(fā)生相變。然后，可以將熱通過框架40而傳導(dǎo)至環(huán)繞熱沉組件10的最終的熱沉。以該方式，將理解到，將熱從第二相變材料22傳遞至熱沉組件10的外部的材料。雖然未圖示，但框架40的外表面可以包括暴露于最終的熱沉的翅片。最終的熱沉可能是氣體、液體或固體材料。在氣體的情況下，熱沉典型地為空氣。在液體的情況下，熱沉典型地為水或乙二醇。在固體的情況下，熱沉可能是與發(fā)射輻射面連接的熱管。

在此意義上，在瞬時(shí)持續(xù)時(shí)間的期間，在pcb的散熱的期間，第一相變材料20和第二相變材料22提供用于蓄熱的物理材料。在異常地高的熱或持續(xù)時(shí)間久的瞬時(shí)熱狀況的期間，第一相變材料20和第二相變材料22將熔融，從固體相變成液體或從液體相變成氣體。這些相變?cè)试S第一相變材料20和第二相變材料22在高熱瞬時(shí)循環(huán)的期間吸收另外的熱，以便稍后耗散。在這樣的場(chǎng)景下，在運(yùn)行循環(huán)的低熱部分的期間發(fā)生的隨后的熱釋放后，第一相變材料20和第二相變材料22就將相變回到原來的狀態(tài)。第一相變材料20和第二相變材料22的相變溫度的差異允許不同的類型的熱負(fù)荷的序列傳導(dǎo)。這包括能夠立即處理來自電子熱源和環(huán)境源的熱負(fù)荷。而且，熱沉組件10可以用于涵蓋更廣的溫度范圍。

在瞬時(shí)熱持續(xù)時(shí)間或瞬時(shí)熱狀況的另一示例(例如，白晝的太陽能加熱事件或第二相變材料22所定位于的外表面上的高能源的沖擊)中，第一相變材料20和/或第二相變材料22中的至少一個(gè)可以吸收熱負(fù)荷的至少一部分，并且，通過吸收熱負(fù)荷的至少一部分，可以防止熱負(fù)荷的至少一部分到達(dá)電子構(gòu)件16。換句話說，第一和/或第二相變材料20、22中的至少一個(gè)可以吸收起源于構(gòu)件以及來自環(huán)境的瞬時(shí)熱負(fù)荷。

另外的散熱裝置可以聯(lián)合示范的實(shí)施例(諸如，空氣冷卻翅片或液體冷卻通道)而使用，來為提高的熱緩解作準(zhǔn)備。此外，整個(gè)熱沉組件10的結(jié)構(gòu)可以涂布或涂裝有發(fā)射率高且光澤度低的黑色材料，以確保有效地輻射傳熱至周圍環(huán)境。

圖2a-2c圖示按照本主題創(chuàng)新的方面的另外的或備選的熱沉組件110。熱沉組件110具有一些與熱沉組件10共同的特征；因此，相似的零件將以按100增加的相似的數(shù)字識(shí)別，理解到，熱沉組件10的相似的零件的描述適用于熱沉組件110，除非另有注釋。

圖2a提供圖示室142(參見圖2c)可以具有正方形的橫截面的透視圖。如在圖2b中更清楚地看到的，一個(gè)差異是，框架130已圖示為具有翅片134，并且，中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)150已圖示為具有由壁部154形成的多個(gè)室156。第一相變材料120定位于室156內(nèi)(在圖2c中更清楚地看到)，并且，翅片134延伸至室156中。中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)150(如熱沉組件10)包括翅片152，翅片152延伸至定位于框架140內(nèi)的第二相變材料122中。

除了通過框架130及其翅片134而導(dǎo)熱至存放于中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)150中的第一相變材料120中之外，熱沉組件110與熱沉組件10類似地運(yùn)行。從第一相變材料120通過中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)150及其翅片152而導(dǎo)熱至第二相變材料122中，然后，在第二相變材料122中，可以通過框架140而導(dǎo)熱至最終的熱沉材料中。

圖3a-3b圖示按照本主題創(chuàng)新的方面的另外的或備選的熱沉組件210。熱沉組件210具有一些與熱沉組件10共同的特征；因此，相似的零件將以按200增加的相似的數(shù)字識(shí)別，理解到，熱沉組件10的相似的零件的描述適用于熱沉組件210，除非另有注釋。

一個(gè)差異是，中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)250圖示為不具有翅片的薄板。雖然不包括翅片，但中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)250仍然形成第一相變材料220與第二相變材料222之間的熱界面。中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)250還創(chuàng)建用于使第一相變材料220與第二相變材料222隔離的屏障，以確保這兩種相變材料不混合。

圖4a-4b圖示按照本主題創(chuàng)新的方面的另外的或備選的熱沉組件310。熱沉組件310具有一些與熱沉組件10共同的特征；因此，相似的零件將以300系列中的相似的數(shù)字識(shí)別，理解到，熱沉組件10、熱沉組件110或熱沉組件210的相似的零件的描述適用于熱沉組件310，除非另有注釋。

正如熱沉組件10，框架330保持第一相變材料320。不同于熱沉組件10，框架330的壁部334限定單個(gè)室332，在室332內(nèi)，保持第一相變材料320。另一差異是，中間導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)350包括第一側(cè)354，第一側(cè)354為平坦的，并且，包括翅片352，翅片352從其另一側(cè)延伸至存儲(chǔ)于第二框架340中的第二相變材料322中。

本文中所公開的實(shí)施例提供具有至少兩個(gè)相變材料的熱沉組件。上述的實(shí)施例具有優(yōu)于具有空氣冷卻翅片或液體冷卻構(gòu)件的常規(guī)的冷卻組件的優(yōu)異的重量和尺寸的優(yōu)點(diǎn)。在所提出的相變材料布置的情況下，能夠在瞬時(shí)熱狀況的期間不利用另外的散熱元件來實(shí)現(xiàn)高散熱，因?yàn)?，相變材料的可靠的吸熱是固有的，提供物理材料?nèi)的蓄熱，以便稍后在較低的產(chǎn)熱條件的期間釋放。此外，即使當(dāng)構(gòu)件不具有高熱瞬時(shí)條件時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)更高的構(gòu)件可靠性，因?yàn)?，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行或降低的環(huán)境冷卻條件(諸如，在高的太陽能環(huán)境下改變成環(huán)境溫度)的期間，相變材料提供卓越的散熱性質(zhì)。

而且，與具有空氣或液體冷卻的組件相比，上述的組件具有減少的數(shù)量的零件和較少的電氣消耗，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)固有地更可靠。這導(dǎo)致重量較低、尺寸較小、性能提高且可靠性提高的系統(tǒng)。較低的數(shù)量的零件和減少的維護(hù)將導(dǎo)致較低的生產(chǎn)成本和較低的運(yùn)行成本。減輕的重量和縮小的尺寸與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)相互關(guān)聯(lián)。

在電子功耗循環(huán)熱負(fù)荷的期間，以及在白晝環(huán)境循環(huán)的期間，瞬時(shí)功耗模式為共同的。瞬時(shí)功耗模式存在于脈沖激光、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)成像、耗散至燃料中的散熱以及在相對(duì)短的持續(xù)時(shí)間的期間期望高散熱的其他瞬時(shí)熱負(fù)荷應(yīng)用。上述的實(shí)施例可以提供用于與環(huán)境溫度改變和太陽能載荷條件下的溫度控制有關(guān)的循環(huán)熱負(fù)荷和白晝改變的適當(dāng)?shù)睦鋮s。上述的實(shí)施例提供集成散熱構(gòu)件的緊湊且低成本的解決方案，從而滿足關(guān)于瞬時(shí)循環(huán)熱負(fù)荷的惡劣的環(huán)境瞬時(shí)要求。

在某種程度上尚未描述，當(dāng)期望時(shí)，各種各樣的實(shí)施例的不同的特征和結(jié)構(gòu)可以彼此組合而使用。一些特征可能未在所有的實(shí)施例中圖示，但如果期望，則可以實(shí)施。因而，當(dāng)期望時(shí)，可以使不同的實(shí)施例的各種各樣的特征混合而匹配，以形成新的實(shí)施例，無論是否明確地描述新的實(shí)施例。本公開涵蓋本文中所描述的特征的所有的組合或置換。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還允許本領(lǐng)域任何技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明，包括制作并使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且，可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其他示例。如果這樣的其他示例具有并非與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或如果這些示例包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)的差異的等效的結(jié)構(gòu)元件，則這些示例旨在屬于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。