CN112566447A - 用于电子器件的热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种电子器件热交换器，包括：流体流动主体，上述流体流动主体具有第一面板、第二面板和将第一面板和第二面板连接的至少一个流体流动导管；以及从第二面板延伸的多个基座，多个上述基座至少包括：第一基座，上述第一基座具有第一高度；以及第二基座，上述第二基座具有与第一高度不同的第二高度，并且其中每个基座与第二面板成一体。

Description

用于电子器件的热交换器
技术领域
本公开总体涉及用于电子器件的热交换器，更具体而言，涉及用于对专用集成电路或类似的印刷电路板和电子元件进行冷却的热交换器。
背景技术
专用集成电路以及包括发热电子元件的其他印刷电路板需要去除热量，以保证可靠运行。在某些应用、诸如汽车系统的常见应用中，从电子器件中充分地去除热量是一项挑战。
已在该领域中采用的从此类电子系统中去除热量的一个解决方案包括：配置扁平的热交换器、诸如与产生热量的电子器件接触的折叠式翅片热交换器。热交换器从电子器件中去除热量，并将热量散发到邻近的大气中。
发明内容
在一个示例性实施方式中，电子器件热交换器包括：流体流动主体，上述流体流动主体具有第一面板、第二面板和将第一面板和第二面板连接的至少一个流体流动导管；以及从第二面板延伸的多个基座，多个上述基座至少包括：第一基座，上述第一基座具有第一高度；以及第二基座，上述第二基座具有与第一高度不同的第二高度，其中每个基座与第二面板成一体。
在上述电子器件热交换器的另一示例中，每个基座包括第一材料，并且其中第二面板由第一材料构成。
在如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例中，至少一个基座包括第一材料，并且第二面板由与第一材料不同的第二材料构成。
如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例还包括多个销，多个上述销中的每个销突出通过第二面板中的相应通孔，并且进入多个基座中的基座的相应局部开口中。
在如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例中，每个销由第一材料构成，并且相应的基座由第一材料构成。
在如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例中，每个销与相应的通孔和相应的局部开口中的至少一个压配。
在如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例中，每个基座限定相应的接触足迹，并且其中每个接触足迹小于基座的周长。
在如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例中，每个基座限定相应的接触足迹，并且相应的接触足迹覆盖基座的整个表面。
如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例还包括配置在多个基座中的每个基座与第二面板之间的烧结层。
在如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例中，烧结层由银烧结材料和铜烧结材料中的一种构成。
如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例还包括多个焊接区，每个焊接区将相应的基座连接到第二面板
在如上所述的任意的电子器件热交换器的另一示例中，每个焊接区小于相应的接触覆盖区。
一种用于组装电子器件热交换器组件的示例性方法，包括：使底板和多个基座成一体，其中，多个上述基座包括具有第一高度的第一基座和具有第二高度的第二基座；在使底板和多个基座成一体之后，将折叠式翅片组件放置在底板上，并将顶板放置在折叠翅片组件上；以及钎焊该组件，使得顶板、折叠式翅片组件和底板是整体部件。
在如上所述的用于组装电子器件热交换器组件的示例性方法的另一示例中，使底板和多个基座成一体包括将每个基座烧结到底板。
在如上所述的用于组装电子器件热交换器组件的示例性方法的另一示例中，将每个基座烧结到底板包括使用铜烧结材料和银烧结材料中的一种。
在如上所述的任意的用于组装电子器件热交换器组件的示例性方法的另一示例中，使底板和多个基座成一体包括经由相应的多个销将多个基座中的每个基座接合到底板。
在如上所述的任意的用于组装电子器件热交换器组件的示例性方法的另一示例中，每个多个销中的每个销被压配到底板的相应通孔和相应基座中的相应局部开口中。
在如上所述的任意的用于组装电子器件热交换器组件的示例性方法的另一示例中，使底板和多个基座成一体包括将底板焊接到多个基座中的至少一个基座。
在如上所述的任意的用于组装电子器件热交换器组件的示例性方法的另一示例中，将底板焊接到至少一个基座包括将底板搅拌摩擦焊接到至少一个基座。
从以下说明书和附图能最佳地理解本发明的这些和其它特征，以下是简要说明。
附图说明
图1示出了包括多个发热电子元件的示例性印刷电路板。
图2示出图1中印刷电路板的侧视图，其中，为清楚起见，省略了部分电子元件。
图3示意性地示出与图1和图2的印刷电路板一起使用的第一示例性热交换器构造的侧视图。
图4示意性地示出与图1和图2的印刷电路板一起使用的第二示例性热交换器构造的侧视图。
图5示意性地示出与图1和图2的印刷电路板一起使用的第三示例性热交换器构造的侧视图。
图6示出了图5中的示例性热交换器中的基座的连接焊接区。
图7示意性地示出了产生图6的焊接区的处理。
具体实施方式
图1示意性地示出了简化的印刷电路板10，包括：发热电子器件20、诸如电阻器和电容器；以及多个芯片安装部30，多个上述芯片安装部30用于将处理器和其他计算机芯片安装到印刷电路板10。
继续参考图1，图2示意性地示出包括芯片安装部30的印刷电路板10的侧视图。每个芯片安装部30经由相应的球状格型阵列(BGA)32连接到印刷电路板10。此外，由于芯片安装部30和/或相应芯片34中的每一个的不同结构，任何给定的芯片安装部30的高度36可以不同于相同印刷板10上的其他芯片安装部30的高度。如本文所用，组件的高度是组件垂直于板、从板延伸的最大距离。发热电子器件20的高度也可能出现类似的变化。
配置在印刷电路板上方并与发热电子器件20和芯片34中的每一个接触的是单个热交换器40。热交换器40是折叠式翅片型热交换器，包括顶板42和底板44。顶板42和底板44由多个折叠式翅片46连接，多个上述折叠式翅片46限定通过热交换器的至少一个流体通道。诸如液体或冷却空气的流体穿过通道并从底板44吸收热量。然后，流体从系统中去除、冷却并返回，以去除由发热电子器件20和芯片产生的热量。
为了使扁平的热交换器40与发热电子器件20和芯片30的不同高度36进行热接触，多个基座48从底板44朝向印刷电路板10延伸。每个基座48具有接触覆盖面49，上述接触覆盖面49的表面积至少等于相应发热电子器件20或芯片30的面向外的接触表面。电子器件与覆盖面之间的接触提供了从电子元件到流体通道的热流路，从而允许热交换器工作。
在一些示例中，基座48由与底板40相同的材料制成。在其他示例中，基座48是不同的材料。在任一示例中，基座48和底板40独立于底板40构成，并且经由本文所述的附连处理与底板成一体。
继续参考图2，图3示意性地示出第一示例性热交换器100的侧视图。在图3的示例热交换器100中，每个基座148被钎焊到底板144，并且在钎焊处理期间经由多个销160保持位置。每个销160是楔形的销，上述销160构造成压配到底板144中的相应开口162和基座148中的相应局部开口164中。在一些示例中，每个销160由与底板144和基座148相同的材料制成，从而在整个基座148上形成一致的热路径。
在替代示例中，销160可以由不同的材料构成，从而在销148的位置处产生不同的热传递速率。为了减轻不同的热传递速率，在这样的示例中，基座148尺寸过大，并且相应的电子器件20或芯片30的接触覆盖面完全处于由连接各个销148的线限定的周长内。
为了构造图3的端结构，最初将钎焊材料施加到每个基座148的上表面170。在施加钎焊材料之后，将底板144放置在基座148的顶部上。底板144包括与基座中的销孔164对准的通孔162。销160放置在底板144上，并插入孔162、164中。销160压配到孔162、164中，并维持基座48和底板144的相对位置。
一旦销160已经被插入，折叠式销结构被放置在底板的顶部上，并且顶板被放置在折叠式销结构的顶部上。一旦所有部件就位，整个结构将经受钎焊处理，上述钎焊处理使基座148与底板144及热交换器的其余部分成一体。
继续参考图1至图3，图4示意性地示出另一替代组件200的侧视图，上述组件200用于将不均匀的热交换器基座与热交换器成一体。图4的组件200包括不同高度的基座248，上述基座248经由烧结层270一体地连接到扁平的热交换器240的底层244。在一些示例中，烧结层270是银烧结层。在替代示例中，烧结层270是铜烧结层。在又一示例中，烧结层270可以是另一合适的烧结材料。
由于组件200的基座248的结构包括在整个基座248上的一致热流路，因此，每个基座的接触覆盖面249可以限制为相应电子器件或芯片的接触覆盖面的大小。替代地，每个基座248的接触覆盖面249可以大于相应芯片或电子器件的接触覆盖面。通过将基座接触覆盖面249的尺寸增大到大于相应芯片或电子元件的接触覆盖面的尺寸，允许一定程度的不对准使得热交换器与电路板的连接变得容易，但仍可向热交换器240提供足够的热通路。
与先前描述的热交换器(图3)一样，基座248首先构成为不同的元件，然后与热交换器组件成一体，以形成所示的组件200。为了形成组件200，首先一层银或铜烧结材料被施加到基座248。一旦烧结材料已被施加，基座248被烧结到底板244。在与烧结材料类型相应的温度和压力下执行烧结。例如，银烧结材料在250℃、10～20MPa下被烧结。在另一示例中，铜烧结材料在氮气环境中在300℃、15MPa下被烧结。在另一个示例中，无压的或微压的银烧结材料在240℃下从0到5MPa被烧结。
一旦基座248已被烧结到热交换器的底板244，折叠式翅片和顶板就定位在底板244的顶部上，并且整个组件在最终钎焊处理中被钎焊在一起。
继续参考图1至图4，图5、图6和图7示意性地示出另一个替代组件300的侧视图，上述组件300用于使用摩擦焊接处理将不均匀的热交换器基座与热交换器成一体。图6示意性地示出已完成的组件300，图6示意性地示出摩擦焊接处理，并且图7示意性地示出已完成的组件300的基座的点焊接触足迹。
与前面的示例一样，图5的组件300包括多个基座348，每个基座348经由摩擦焊接380、诸如摩擦搅拌焊接连接到热交换器组件340的底板344。每个基座在热交换器组件300完成之前都要连接到底板。一旦焊接操作已经完成，添加翅片和顶板，并且对完成的结构进行钎焊，以形成整体式的热交换器340和基座348的组件300。
参考图5，图6示出将底板344焊接到基座348的处理。在所示的示例中，搅拌摩擦焊接的焊头384压靠顶板并旋转。旋转使焊头384与底板244之间产生摩擦。摩擦又产生热量，上述热量导致底板344的一部分和相应基座348一起熔化，以形成焊接区380。一旦冷却，焊接区380固化，从而使基座和底板344成一体。在焊接处理期间，旋转的焊接焊头384被拖过焊接区380，以确保基座348与底板344之间的最大连接。
在图7所示的一个示例中，以矩形模式拖动焊接区380，以覆盖基座348和底板344之间的接触覆盖区的最大表面积。尽管焊接部没有覆盖整个接触足迹，但是由于焊接部呈圆形形状，应当理解足够数量的焊接区覆盖将在相应的电子器件或芯片与基座344之间提供足够的热传递。在一些示例中，足够的覆盖面积至少是接触覆盖区的表面积的60％。
尽管在上面独立地说明和描述，但是应当理解，某些热交换器组件可结合包括多种方案，以使基座与底板可以根据系统的需要和设计在任何给定的组件中使用，在上述系统中结合有热交换器组件。
还应当理解，如上所述的概念中的任何一个可单独使用或与任何或所有如上所述的其它概念组合使用。尽管已经公开了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入本发明的范围内。因此，应当研究以下权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (19)

1.一种电子器件热交换器，包括：
流体流动主体，所述流体流动主体具有第一面板、第二面板和将所述第一面板和所述第二面板连接的至少一个流体流动导管；
从所述第二面板延伸的多个基座，多个所述基座至少包括：第一基座，所述第一基座具有第一高度；以及第二基座，所述第二基座具有与所述第一高度不同的第二高度，
其中每个所述基座与所述第二面板成一体。
2.如权利要求1所述的电子器件热交换器，其特征在于，每个所述基座包括第一材料，并且其中所述第二面板由所述第一材料构成。
3.如权利要求1所述的电子器件热交换器，其特征在于，至少一个所述基座包括第一材料，并且所述第二面板由与所述第一材料不同的第二材料构成。
4.如权利要求1所述的电子器件热交换器，其特征在于，还包括多个销，多个所述销中的每个销突出通过所述第二面板中的相应通孔，并且进入多个所述基座中的基座的相应局部开口中。
5.如权利要求4所述的电子器件热交换器，其特征在于，每个销由第一材料构成，并且相应的基座由所述第一材料构成。
6.如权利要求4所述的电子器件热交换器，其特征在于，每个销与相应的所述通孔和相应的所述局部开口中的至少一个压配。
7.如权利要求4所述的电子器件热交换器，其特征在于，每个基座限定相应的接触覆盖区，并且其中每个接触覆盖区小于所述基座的周界。
8.如权利要求4所述的电子器件热交换器，其特征在于，每个基座限定相应的接触覆盖区，并且相应的所述接触覆盖区覆盖所述基座的整个表面。
9.如权利要求1所述的电子器件热交换器，其特征在于，还包括配置在多个所述基座中的每个基座与所述第二面板之间的烧结层。
10.如权利要求9所述的电子器件热交换器，其特征在于，所述烧结层由银烧结材料和铜烧结材料中的一种构成。
11.如权利要求1所述的电子器件热交换器，其特征在于，还包括多个焊接区，每个焊接区将相应的基座连接到所述第二面板。
12.如权利要求11所述的电子器件热交换器，其特征在于，每个焊接区小于相应的接触覆盖区。
13.一种用于组装电子器件热交换器组件的方法，包括：使底板和多个基座成一体，其中，多个所述基座包括具有第一高度的第一基座和具有第二高度的第二基座；
在使所述底板和多个所述基座成一体之后，将折叠式翅片组件放置在所述底板上，并将顶板放置在所述折叠翅片组件上；以及
钎焊所述组件，使得所述顶板、所述折叠式翅片组件和所述底板是整体部件。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述底板和多个所述基座成一体包括将每个所述基座烧结到所述底板。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，将每个所述基座烧结到所述底板包括使用铜烧结材料和银烧结材料中的一种。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述底板和多个所述基座成一体包括经由相应的多个销将多个所述基座中的每个基座接合到所述底板。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，多个销中的每个销被压配到所述底板的相应通孔和相应基座中的相应局部开口中。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述底板和多个所述基座成一体包括将所述底板焊接到多个所述基座中的至少一个基座。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述底板焊接到至少一个所述基座包括将所述底板搅拌摩擦焊接到至少一个所述基座。
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