CN1157009C - 用电子器件进行通信的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子器件的通信装置。本装置包括限定一第一腔(26)的第一外壳(10)，第一腔的大小能内装一电子器件。第一外壳有一内表面(22)和外表面(24)，并且第一外壳至少有一部分是透明的。一个发光器件(14)至少有一部分处于第一外壳透明部分的内表面和外表面之间。该发光器件有第一端和第二端。第一端响应电信号(18)，第二端响应光信号(20)。当第一电子器件(45)置于第一腔中时，第一电子器件发送电信号到第一端，第二端把电信号转换为光信号并且通过外表面传输光信号。

Description

用电子器件进行通信的装置

技术领域

本发明总体上来说涉及电子器件间的互连，更具体地说，涉及一种用电子器件进行通信的装置和一种在电子器件间进行通信的方法。

背景技术

电子器件(比如印刷电路板、多片集成模块、电子混合组件)和各种的组分级设备(比如集成电路、无源元件和有源元件)都是热源，在正常工作过程中都需要冷却。

两阶段喷射冷却法(Two-phase spray cooling)的特点是雾化的液滴直接或者间接的喷射到热源(比如一个电子器件)的表面。当液滴撞到设备的表面时在设备上形成一层液体薄膜，热量主要通过液体的蒸发从设备表面被带走。

尽管两阶段喷射冷却法在很多时候是一种优选的去热方法，但受喷射冷却设备的外壳通常需要特别的密封。一般来讲，在一个大气压差的情况下，为了保证系统具有5年内正常工作性能所需的足够液体，外壳的最大允许泄漏率为每秒10^-6立方厘米。

喷射冷却的一个优势是电子系统中可以实现的集成程度高。但是，系统的集成程度越高，电子器件间通信所需的互连便越多、越复杂，而且电子器件间互连的传统方法(象电导体或光纤的物理连接)不能够完全防止受喷射冷却系统中液体的损失，每一个通过一外壳外边缘的物理的、电子的、光纤的引线在一定时间后都会造成液体的损失。

尽管可以用防止过多液体损失的密封连接器，不过这种密封比较昂贵，并且可能包含很多部分(象密封条、固定螺丝和夹子)的组件。

因此就需要一种装置和一种方法来完成电子器件间的通信，这种装置和方法不造成密封边缘处过多的液体损失，而且不需要大量的密封工作。

发明内容

根据本发明的一个方面，前面所提到的需要可以通过一个装置来达到，这个装置通过一个电子器件进行通信，该电子器件包括限定一第一腔(chamber)的第一外壳，第一腔的大小可以容得下一个电子器件。第一外壳具有一个内表面和外表面，并且第一外壳至少有一部分是透明的。一个发光器件至少有一部分放置在第一外壳透明部分的内外表面之间。发光器件有第一端和第二端。第一端响应电信号，第二端响应光信号。当第一电子器件放置在第一腔里面时，第一电子器件发送电信号到第一端，第二端将电信号转换为光信号，并将光信号通过外表面传输。

根据本发明的另一个方面，在电子器件间通信的方法包括：提供一个限定一腔的外壳，这个外壳具有一个内表面和外表面，并且该外壳至少有一部分是透明的；将第一和第二电子器件放置在这个腔里；将一个发光器件的至少一部分放置在外壳透明部分的内外表面之间，发光器件有第一端和第二端，第一端响应电信号，第二端响应光信号；提供一个接口板响应发光器件，接口板和外壳的透明部分通信；通过第一电子器件将电信号传送到第一端；将电信号转换为光信号；再将光信号通过外表面传递到接口板；通过接口板和第二个电子器件通信。

根据本发明的再一个方面，在电子器件间通信的方法包括：提供限定第一腔的第一外壳，第一外壳具有一内表面和一外表面，并且第一外壳至少有一部分是透明的；将第一电子器件放置在第一腔里；将一发光器件至少一部分放置在第一外壳透明部分的内外表面之间；发光器件有第一端和第二端，第一端响应电信号，第二端响应光信号；设置限定第二腔的第二外壳，第二外壳至少有一部分是透明的；放置第二电子器件在第二个腔里；并且通过发光器件在第一和第二电子器件间通信。

本发明的优点通过下面对本发明优选实施例的描述对于本领域技术人员将变得更加清楚，这在后面将通过说明形式进行显示和描述。可以理解，本发明可以采用其他不同的实现方式，其细节可以在各个方面加以修改。相应地，附图和说明书应当认为只是示例性的，而并非是限制性的。

附图说明

图1为根据本发明一优选实施例的液体密封外壳的透视图，该外壳内嵌有一发光器件。

图2为沿图1中线2-2的剖面图，说明外壳内安置发光器件的一种方法。

图3说明在图1所示外壳内安置发光器件的第一代替方法。

图4说明在图1所示外壳内安置发光器件的第二代替方法。

图5为根据本发明一优选实施例的内装电子器件的液体密封外壳的透视图，电子器件由一个中心接口互连。

图6为两个液体密封外壳的透视图，内有电子器件，它们通过由图4所示的中心接口互连。

图7为两个液体密封外壳的透视图，内有以视线形式互连的电子器件。

图8为两个液体密封外壳的另外一个透视图，内有以视线形式互连的电子器件。

具体实施方式

现在参见附图，其中类似的数字表示类似的元件，图1是一液体密封外壳10的透视图。外壳10最好是塑料的，也可以是其他材料比如金属。如图所示，外壳10有内表面22和外表面24，内有腔26和电子器件45，电子器件可以是印刷电路板等等。外壳10的形状最好能使用典型的喷射冷却系统冷却电子器件45。

一个适合喷射冷却电子器件45的闭环喷射冷却系统可包括液体泵50，液体泵50通过管52和液体输入口46连接，液体泵向外壳10输送冷却液。管52可通过有倒钩的装置53和液体输入口46连接，或者使用其他任何适合的装置连接。

喷嘴(未画出)根据已知的技术将冷却液雾化，并将雾化的液体注入到腔26中的电子器件45上。当雾化的液体碰撞到电子器件45时，在电子器件45上形成一层液体薄膜，热量主要通过电子器件上的液体蒸发被带走。

多余的液体通过液体排放口47排出外壳10。冷凝器53通过管54连接到泵50，通过管56连接到液体排放口47，并且通过液体排放口47搜集液体。管56可通过有倒钩的装置和液体排放口47连接，或者使用其他任何适合的装置连接。冷凝器53将液体中的热量释放，将它还原成最初的液相。可以使用风扇(未标注)来提高冷凝器53的制冷能力。冷却后的液体由冷凝器53提供给泵50。这样冷却剂的闭路循环就形成了。可以理解的是冷却液在任何一个给定点都可以是气体、液体或者气液混合物。

冷却液可以是任何的非导电冷却剂，这类冷却剂为大家所熟知并被广泛使用，或者在特定环境下可以使用导电冷却剂比如水。例如一种适合的非导电介质冷却剂是3M公司的Fluorinert^TM，定货号是FC-72。另外一种类似于3M公司的Fluorinert^TM碳氟化合物的非导电液体，由Ausimont Galden^公司提供。

我们也考虑到了以下情况，任何传统的提供冷却液体流的装置都可以和所述本发明的具体实施例结合起来，例如为了冗余的目的，可以不只是一个外壳10和一个冷却源连接，一个或更多的冷却源可以和一个外壳10相连。为了更好的减少液体的泄漏，我们也考虑将泵和冷凝器组件集中装入外壳10，这样就没有伸到外壳10边缘外面的液体馈送装置。

液体泵50和冷凝器53的大小可以基于热量排出和液体流速的需要选择。例如为排出500到1000瓦的热量，一个典型的闭环液体流速为每分钟500到1000毫升。各种大小的泵和冷凝器组件可以从Isothermal Systems Research公司得到，并且合格的管和固定装置可以从位于Vernon Hills，Illinois的Cole-Parmer公司得到。

根据图1，外壳10有一个盖(cover)12，盖至少有一个部分是透明的。盖12和外壳10一样，有内表面22和外表面24。盖12的材料可以是在预定波长透明的材料比如光学级聚碳酸脂(optical-gradepolycarbonate)，或者是其他的光学透明材料。盖12的一种合适材料为模制聚合物，例如Lexan^TM聚碳酸脂，可以从GE Plastics得到。盖12可以用垫圈16(比如密封圈)连接和密封到外壳10上。将盖12密封或连接到外壳10可以有多种方法，比如用螺丝、超声波焊接、铜焊或锡焊等等其他的已有方法。

许多发光器件14置于盖12中。发光器件14使电子器件45能和外壳10外面的电子器件通信。连接电子器件45的导电线(下面将进一步讨论)上的电子信号被发送到发光器件14，发光器件激发一光源并将电子信号转换为光信号20。光信号20通过盖12传递到光接收器件(未画出)。光接收器件也可以置于盖12内，这样就可以通过电子器件45进行双向通信。

发光器件14可以是例如半导体激光器件比如带有光学驱动电路的激光二极管，也可以是其他把电信号转换为光信号的器件。BCP公司有合适的发光器件和光接收器件。

图2为沿图1的线2-2方向的剖视图，说明一种置发光器件14于盖12中的方法。如图所示，发光器件14整体置于盖12的内表面22和外表面24之间。内插模制法(Insertion molding)是一种较好的安置发光器件14于盖12中的方法，也可以采用其他的方法。当发光器件14内插模制于盖12中时，和电子器件45连接的导电线18也可以内插模制于盖12的内表面22内。另一方面，导电终端也可以采用根据公知技术的过度模制弹性电路(over-molded flex circuit)完成。

可知，如图2所示将发光器件14置于盖12内的方法使用来冷却电子器件45的冷却液保持在腔26内，并保证光信号20不被外壳10外的冷却液弄失真而自由向外传输。使冷却液对光信号产生的失真最小在高数据速率应用中非常重要。此外，盖12可以为发光器件14产生的光信号聚焦。

图3说明将发光器件14置于盖12中的第一替代方法。如图所示，在盖12的内表面22有一凹处(recess)30。密封发光器件14的透镜28紧紧固定在凹处30中。这种结构在冷却流对光信号20的传输干扰比较小比如低速率应用时非常有效。

图4说明在外壳10内安置发光器件的第二替代方法。如图所示，发光器件14置于电子器件45之上，于是光信号20通过盖12的内表面22和外表面24传输。

图5为外壳10的透视图，外壳10内含第一需喷射冷却的电子器件45和第二需喷射冷却的电子器件46。外壳10有一个盖(未画出)，内含和两个电子器件45和46联系的发光器件和光接收器件(未画出)。发光器件和光接收器件具有图2、3、4中说明的技术的结构。接口板32使设备45与46间的通信和设备45、46与外部设备(未画出)间的通信更为方便，这些需要光接收器件16接收置于外壳10内的发光器件发出的光信号，和发光器件14把光信号发送到外壳10内的光接收器件来完成。电子器件45和46间的通信链路也可以用硬件链路连接，因为这些器件都处于外壳10内。

图6为两个液体密封的外壳10和11的透视图，它们分别内含受喷射冷却的电子器件45和46。外壳10和11都有盖(未画出)，内有发光器件和光接收器件(未画出)。发光器件和光接收器件具有图2、3、4中说明的技术的结构。接口板使电子器件45、46和外部设备(未画出)间的通信更方便，图5的说明已经对此作了描述。

图7为两个液体密封的外壳10和11的透视图，它们分别内含电子器件45和46。外壳10和11都包含一个部分，这些部分内含发光器件和光接收器件(未画出)，它们具有图2、3、4中说明的结构。外壳10中的发光器件优选以视线方式和外壳11中的光接收器件对齐，反过来也一样。在这种方式下，电子器件45和46在外壳10和11间可以不通过一公共接口板通信。

图8为两个液体密封的外壳10和11的另外一个透视图，它们分别内置受喷射冷却的电子器件45和46。外壳10和11有盖12，内含具有图2、3、4中说明的技术的结构发光器件和光接收器件(与外壳11有关的盖12中的发光器件14和光接收器件16可见)。外壳11中的发光器件14优选以视线方式和外壳10中的光接收器件对齐，反过来也一样。在这种方式下，设备45和46在外壳10和11间可以不通过一公共接口板通信。

这儿描述的装置和方法使外壳的密封性能良好，这种外壳使得受液体冷却系统(比如受喷射冷却系统)中在用电子器件和在电子器件之间通信的同时液体损失减少。因为电子器件间的互连不是通过机械方式完成的，所以没有会在运输中或工厂操纵或野外运输操纵中易损和突出来的专用导体。

我们还考虑到，整个外壳或者其中的任何一部分可以是透明的；而且发光器件和光接收器件可以置于外壳之中或周围的任何一部分。我们还考虑到现在描述的本发明的具体实施例并不限于受液体冷却的系统，它们可以适用于任何需要在电子模块间通信的系统。

应当明白，在不偏离所附权利要求书及其等同物的精神和范围的情况下，可以作出本发明的其它形式，并且应当理解，本发明决不以任何方式限于上述特定的实施例，而只能由下面的权利要求书及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用一电子器件进行通信的装置，包括：

第一外壳，限定一第一腔，第一腔具有容纳至少一部分电子器件的大小，第一外壳具有一个内表面和一个外表面，并且第一外壳的至少一部分是透明的；

一个发光器件，它至少有一部分置于第一外壳的透明部分内表面和外表面之间，发光器件具有第一和第二端，第一端响应电信号，第二端响应光信号，

其中当第一电子器件至少要有一部分置于第一腔中时，第一电子器件发送电信号到第一端，第二端将电信号转换为光信号并将光信号通过外表面传输。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述的发光器件包括一个半导体激光器。

3.根据权利要求1所述的装置，其中第一端包含一个导电体。

4.根据权利要求1所述的装置，其中当第一电子器件安置在第一腔中时，第一电子器件与冷却液接触。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：

第二外壳，限定一第二腔，第二腔的大小容得下一个电子器件，第二外壳至少有一部分是透明的，

其中当第二电子器件置于第二腔中时，第二电子器件响应光信号。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括：

一个响应光信号的接口板。

7.根据权利要求1所述的装置，其中第一外壳包含塑料。

8.根据权利要求1所述的装置，其中发光器件被内插模制在第一外壳中。

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