CN115702492A - 顺应性热管理装置、系统及其制造方法 - Google Patents

顺应性热管理装置、系统及其制造方法 Download PDF

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Abstract

热管理装置、系统及其制造方法通常涉及适应基板上的一个或多个散热部件的高度、形状或其他几何特征的可变性，同时保持远离一个或多个散热部件的高效热传递。例如，热管理装置可以包括壳体、隔膜和芯体，芯体沿着由壳体和隔膜限定的腔室设置，使得腔室内的流体可以沿着腔室蒸发和冷凝以将热量从一个或多个散热组件(例如，电子部件或光电子器件)传递走。所述隔膜相对于所述壳体可以是弹性柔性的，以将所述隔膜的接触表面偏压在一个或多个散热部件上，同时保持通过所述腔室并远离所述一个或多个散热部件的有效热传递。

Description

顺应性热管理装置、系统及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在2020年3月4日申请的第62/984,927号美国临时专利申请的优先权的权益，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入到本文中。
技术领域
本公开总体上涉及热管理，并且更具体地涉及顺应性热管理（compliant thermalmanagement）。
背景技术
电子或光子电路组件中的散热部件通常通过将这些部件耦接到热接收结构来冷却，热接收结构诸如是散热器、冷板、电路组件的壳体或电磁干扰(EMI)屏蔽件。散热部件和环境之间的热路径的总热阻随着如下情形而增加：散热部件的配合面和热接收结构之间的未对准程度，使得在一个或多个配合区域的一部分上存在间隙。例如，相邻散热部件的堆叠高度或热膨胀系数(CTE)的差异可能导致一些散热部件变得完全从热接收结构分离。
在一些情况下，通过用弹性体间隙填料或导热膏/油脂填充相应的间隙，部分地恢复每个散热部件和热接收结构之间的热路径。这些是比空气好得多的导体，但是仍然仅具有中等的导热率(通常小于约10W/m/K)并且倾向于随时间劣化。因此，与配合表面完全对齐并且仅与用于填充在不存在固体对固体接触的界面的部分中的少量导热膏接触的情况下的热阻相比，弹性体或导热膏两者的使用导致具有更高热阻的热路径。
因此，仍然需要一种热管理装置，其适应与散热部件相关的几何形状变化，同时促进从这些散热部件有效地传递走热量。
发明内容
热管理装置、系统及其制造方法通常涉及适应基板上的一个或多个散热部件的高度、形状或其他几何特征的可变性，同时保持远离一个或多个散热部件的高效热传递。例如，热管理装置可以包括壳体、隔膜和芯体（wick），芯体沿着由壳体和隔膜限定的腔室设置，使得腔室内的流体可以沿着腔室蒸发和冷凝以将热量从一个或多个散热部件(例如，电子部件或光电子器件（photonic）)传递走。所述隔膜相对于所述壳体是弹性柔性的，以将所述隔膜的接触表面偏压抵靠一个或多个散热部件，同时保持通过所述腔室并远离所述一个或多个散热部件的有效热传递。
根据一个方面，热管理装置可以包括：壳体；包括接触表面的隔膜，隔膜沿着壳体被支撑，并且壳体和隔膜限定相对于接触表面封闭的腔室；在腔室中的至少一个支撑件；和芯体，所述芯体包括第一部分和第二部分，芯体的第一部分与壳体接触，芯体的第二部分设置在腔室中，在至少一个支撑件和隔膜之间，并且，响应于隔膜的接触表面上的力，隔膜相对于壳体和至少一个支撑件是弹性柔性的，以将隔膜的接触表面偏压远离腔室。
在某些实施方式中，壳体可以包括第一区段和第二区段，隔膜沿着壳体的第二区段被支撑，并且至少一个支撑件在腔室中从壳体的第一区段朝向隔膜延伸。例如，芯体的第一部分可以与壳体的第一区段接触。作为另一示例，芯体的第一部分可以沿着壳体的第一区段的内表面延伸。另外或替代地，热管理装置可以包括从壳体的第一区段朝向隔膜延伸的至少一个芯部（core）。在一些情况下，芯体的第一部分可以与至少一个芯部接触。例如，芯体的第一部分围绕至少一个芯部。此外，或替代地，所述至少一个芯部可以包括以围绕所述一个或多个支撑件的图案布置的多个芯部。
在某些实施方式中，壳体、隔膜或芯体中的一者或多者可以至少部分地由金属形成。
在一些实施方式中，至少一个支撑件可以具有大于约0.2 MPa且小于约700 MPa的弹性模量。
在某些实施方式中，所述芯体的第一部分或第二部分中的至少一者包括烧结材料、筛网、线束、凹槽表面或其组合中的一种或多种。
在一些实施方式中，隔膜的弹性柔性可以改变腔室中的芯体的第二部分的形状。例如，当隔膜弹性弯曲以改变腔室中的芯体的第二部分的形状时，腔室中的芯体的第一部分可以在腔室中保持恒定的形状。
在某些实施方式中，所述隔膜可以耦接到所述壳体的基本上平面的表面，并且所述隔膜的所述接触表面与由所述壳体的所述基本上平面表面限定的平面间隔开。
在一些实施方式中，在接触表面上没有外力的情况下，接触表面可以是基本上平面的，并且具有尺寸适于与散热部件接合的周边。
在某些实施方式中，热管理装置还可以包括设置在腔室中的流体，该流体与芯体的第一部分和芯体的第二部分流体连通。例如，流体可具有大于约-271℃且小于约2025℃的蒸发温度。另外或替代地，流体包括氮、水、醇或钠中的一种或多种。
根据另一方面，一种系统可以包括印刷电路板、耦接到印刷电路板的至少一个散热部件以及热管理装置，该热管理装置包括壳体、隔膜、至少一个支撑件和芯体，隔膜具有接触表面，壳体和隔膜限定相对于隔膜的接触表面封闭的腔室，芯体设置在腔室中，其中芯体的至少一部分在至少一个支撑件和隔膜之间，并且隔膜相对于壳体和至少一个支撑件弹性地弯曲，使得隔膜的接触表面被偏压远离所述腔室并且与耦接到印刷电路板的至少一个散热部件接触。
在某些实施方式中，该系统还可以包括远离隔膜耦接到壳体的热交换器。例如，热交换器可以耦接到壳体的背离散热部件的部分。在一些情况下，热交换器可以包括具有多个翅片的散热器。另外或替代地，热交换器可包括冷板。
根据又一方面，一种制造热管理装置的方法可以包括将芯体的第一部分定位成与壳体接触，将至少一个支撑件安装在壳体的表面上，将芯体的第二部分定位在至少一个支撑件和隔膜之间，以及将芯体和至少一个支撑件包络在由壳体和隔膜限定的腔室中，该腔室相对于隔膜的接触表面封闭，并且隔膜相对于壳体和至少一个支撑件是弹性柔性的，以将隔膜的接触表面偏压在散热部件上。
在一些实施方式中，将芯体的第一部分定位成与壳体接触包括沿着壳体的表面布置芯体的第一部分。
在某些实施方式中，将芯体的第一部分定位成与壳体接触可以包括沿着至少一个芯部布置芯体的第一部分，所述至少一个芯部在腔室中从壳体的表面朝向隔膜延伸。
在一些实施方式中，将芯体和至少一个支撑件包络在腔室中可以包括将隔膜以流体密封接合的方式与壳体耦接。
在某些实施方式中，在腔室中包络芯体和至少一个支撑件可以包括在腔室中形成单一流体种类环境。
附图说明
图1是包括附接到散热器和附接到安装到印刷电路板上的散热部件的热管理装置的系统的示意图。
图2A是图1的系统的热管理装置的透视图。
图2B是图2A的热管理装置的局部分解透视图。
图2C是图2A的热管理装置的一部分的横截面的侧视图，该横截面沿图2B中的线2C-2C截取。
图2D是图2C中细节2D的区域的侧视图。
图3是图1的系统的热管理装置中的流体的蒸发和冷凝的示意图。
图4A-图4H共同地是制造热管理装置的方法的示意图。
在各个附图中相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述实施例，在附图中示出了优选实施例。然而，前述内容可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。
本文提及的所有文献以其整体通过引用并入本文。除非另外明确说明或从上下文中清楚，对单数形式的项目的引用应理解为包括复数形式的项目，并且反之亦然。语法连接词旨在表达连接的从句、句子、单词等的任何和所有转折（disjunctive）和连接（conjunctive）的组合，除非另有说明或从上下文中清楚。因此，术语“或”通常应当理解为表示“和/或”，并且术语“和”通常应当理解为表示“和/或”。
除非本文另有指明，否则本文中对数值范围的叙述不旨在是限制性的，而是单独地指落入该范围内的任何和所有值，并且这种范围内的每个单独值被并入说明书中，如同其在本文中被单独地叙述一样。当伴随数值时，词语“大约”、“近似”等应被解释为指示本领域普通技术人员将理解的偏差，以便令人满意地操作用于预期目的。本文提供的数值和/或数值的范围仅作为实例，并不构成对所述实施例的范围的限制。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(“例如”，“诸如”等)的使用旨在更好地描述实施例，并且不对实施例或权利要求的范围施加限制。说明书中的语言不应被解释为指示任何未要求保护的元素对于所公开的实施例的实践是必要的。
如本文所用，除非另外指明或从上下文中变得清楚，术语“散热”部件用于指各种不同类型的电子和/或光电子部件中的任何一种或多种。除非明确地阐述相反的意图，否则这种散热部件可以以各种不同数量和布置中的任何一种或多种存在于电路组件内。作为示例而非限制，这种散热部件可包括现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器、激光驱动器、光放大器、产生用于在光纤网络中传输信息的光的激光器、或其组合。此外，在散热部件被描述为在本文被冷却的每种情况下，应当理解，各种不同的电子和/或光电子部件中的任何一种或多种可以附加地或替代地通过反转热传递的方向而被加热。这种加热例如对于将电子和/或光电子部件保持在与额定性能相关联的温度范围内可能是有用的，即使该部件可以是散热部件。因此，换句话说，为了语言方便，术语“散热”部件在本文中用于指代各种不同的电子和/或光电子部件中的任何一种或多种，并且不应被理解为暗示热传递的方向。也就是说，除非另外指明或从上下文中变得清楚，本文所述的各种不同热管理装置中的任何一种或多种都应被理解为可操作以加热和/或冷却一个或多个散热部件。更具体地，虽然热管理装置的第一部分可以被描述为冷凝器，并且热管理装置的第二部分可以被描述为蒸发器，但是应当理解，这些功能可以根据热传递的预期方向而颠倒。为了清楚和有效的描述，这种可逆性应该被理解，并且不在下面的描述中单独地描述。
在以下描述中，关于从一对散热部件的热传递描述某些热管理装置的方面。应当理解，这是为了清楚和有效的描述，而不应被认为是限制性的。也就是说，除非另外指明或从上下文中变得清楚，否则本文所述的热管理装置和相关联的系统及制造方法的各种不同方面中的任何一者或多者应当理解为适用于任何数量的散热部件的热管理，除非另外指明或从上下文中变得清楚。此外，每个散热部件可以包括任意数量的散热子部件，其示例包括呈中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)和融合式CPU-GPU架构的多芯片模块。这种散热子部件可以处于裸晶（bare die）(未封装状态)。在其他情况下，所有或一些散热子部件可以单独封装。此外，或者替代地，本文所述的任何一种或多种散热部件可封装在外壳中。散热子部件可以耦接到所述外壳，使得所述外壳可以充当部件级热接收结构，所述部件级热接收结构继而可以耦接到电路组件级热接收结构。更进一步地，或者替代地，具有散热子部件的散热部件本身可以是呈封装配置而不是裸晶配置。此外，或者替代地，本文描述的散热部件应当理解为包括多芯片模块，其中多个芯片耦接到多芯片模块的盖子上，或者具有裸晶多芯片模块的类似配置。除非另外指明或从上下文中变得清楚，散热部件和/或散热子部件的前述和任何其他配置应当理解为在本公开的主题内。
在以下讨论中，术语“芯体”应当理解为包括任何方式和形式的多孔材料，液体可以沿着该多孔材料沿着热处理装置的腔室的第一部分被吸收，并且在没有外部能源的情况下，作为在腔室的第一部分和腔室的第二部分之间进行的加热或冷却循环的一部分，液体被分配到腔室的第二部分。此外，为了方便起见，术语“芯体”应当理解为包括连续材料以及分立的材料区段，液体可以沿着所述分立的材料区段输送(例如，经由分立区段之间的直接接触和/或经由干道（artery）)，除非另外指明或从上下文中清楚。
现在参考图1，系统100可以包括印刷电路板102、散热部件104a,b (统称为散热部件104a,b，并且单独称为第一散热部件104a和第二散热部件104b)和热管理装置220。散热部件104a,b中的每一个可以以适合于给定电路组件的各种不同布置中的任何一种或多种耦接在印刷电路板102上(例如，在相应的焊点106处)，所述给定电路组件诸如电子电路组件、光电子电路组件或其组合，其用于如在电信中心和数据中心中发现的或如在独立系统(例如，个人计算机或实验室设备)中发现的计算和/或电信硬件中。热管理装置220可以包括壳体221和隔膜222。隔膜222可以沿着壳体221被支撑，并且与散热部件104a,b中的每一个接触。如下面更详细地描述的，隔膜222可以是弹性柔性的，使得隔膜222的接触表面224与第一散热部件104a和第二散热部件104b中的每一个相符。隔膜222的这种弹性柔性例如可以通过适应第一散热部件104a和第二散热部件104b之间的几何形状变化(例如未对准、热膨胀失配、堆叠高度变化等)来减小热管理装置220和散热部件104a,b之间的气隙的可能性。如下面还更详细描述的，隔膜222可以至少部分地由一种或多种高导电材料(例如，一种或多种金属，诸如铜)形成。因此，与考虑到散热部件和热接收结构之间的几何形状变化而使用导热膏或弹性体填料相关联的热阻相比，隔膜222的弹性柔性和高导热率的组合可以便于实现热管理装置220与第一散热部件104和第二散热部件中的每一个之间的较低热阻热路径，并且因此实现更有效的热传递。如进一步与使用导热膏或弹性体填料相比的，热管理装置220可以附加地或替代地便于组装并且提供关于随时间的耐久性的优点。
热管理装置220可以使用流体的蒸发和冷凝回路来冷却散热部件104a,b，如下面更详细描述的。在某些实施方式中，由热管理装置220单独提供的这种冷却可以将散热部件104a,b保持在与散热部件104a,b的可靠和延长的操作相关联的温度范围内。然而，在其他实施方式中，系统100可以另外包括热交换器108，该热交换器108耦接到热管理装置220的壳体221。例如，热交换器108可以远离隔膜222耦接到壳体221，以便于产生远离散热部件104a,b的温度梯度，这对于蒸发和冷凝热管理装置220内的流体以冷却散热部件104a,b可能是有用的。进一步，或者替代地，热交换器108可耦接到壳体221的背对散热部件104a,b的部分，在一些情况下这种定位对于确定具有大表面积的热交换器108的尺寸是有用的。作为示例，热交换器108可包括多个翅片110。在远离散热部件104a,b并因此远离印刷电路板102的位置，多个翅片110的尺寸不太可能受到印刷电路板102的限制。另外或替代地，热交换器108可包括冷板，使得冷却剂(例如，水)可流动穿过热交换器108以将热从壳体221吸走。
通常，现在参考图1和图2A-图2D，热管理装置220可以包括壳体221、隔膜222、支撑件226的至少一个实例(在下文中称为支撑件226)和芯体228。壳体221和隔膜222可以限定相对于隔膜222的接触表面224封闭的腔室230，使得隔膜222的接触表面224背向腔室230。支撑件226可设置在腔室230中。虽然隔膜222可以是柔性材料，但是由壳体221和支撑件226支撑的隔膜222可以抵抗隔膜222变形到腔室230中。也就是说，响应于隔膜222的接触表面224上的力，隔膜222可以相对于壳体221和支撑件226是弹性柔性的，以在远离腔230的方向上偏压接触表面224，并且因此使其与散热部件104a,b接触。与具有散热部件的非柔性界面相比，隔膜222的将接触表面224偏压成与散热部件104a,b接触的弹性柔性可导致更少(或更小)的空气间隙，并因此导致沿从散热部件104a,b到腔室230中的热路径的更小热阻。另外，或者替代地，如下面更详细描述的，芯体228的至少一部分可以在支撑件226和隔膜222之间，使得即使当隔膜222弹性地弯曲以便于沿着接触表面224建立与发热部件的紧密接触时，腔室230中的芯体228也可以弯曲以维持腔室230中的蒸发/冷凝冷却回路的性能。
为了促进通过热管理装置220的有效热传递，应当理解，壳体221、隔膜222或芯体228中的任何一者或多者可以至少部分地由一种或多种金属形成。假定在热管理装置220中使用流体冷却，则一种或多种金属可以包括与腔室230中的流体兼容的金属。在该上下文中，一种或多种金属与流体之间的兼容性应当理解为包括在流体存在的情况下对腐蚀或其它类型的降解的抗性。考虑到铜在宽范围的普通流体中的高导热率和兼容性，铜可以是用于形成壳体221、隔膜222或芯体228中的一者或多者的至少一部分的特别有用的金属。此外，或者替代地，虽然在给定元件中可以使用单一金属，但是应当理解，每个元件可以至少部分地由多种金属形成，这对于实现与给定应用相关联的尺寸和/或成本约束而言可能是有用的。作为示例，壳体221可以由第一金属沿着腔室230形成以促进热传递，同时由第二金属沿着壳体221的外部部分形成以实现强度要求。更一般地，假定热管理装置220的预期用途是实现有效的热传递，应当理解，本文所述的热管理装置220的任何一个或多个部件可以至少部分地由一种或多种金属形成，除非另外指明或从上下文清楚。
壳体221通常可以包括通过腔室230的至少一部分彼此间隔开的第一区段231和第二区段232。第一区段331可以是冷凝器。另外或替代地，第二区段232可以是蒸发器。因此，在将热管理装置220作为热管操作时，流体可以在腔室230中沿着第二区段232蒸发，并且在腔室230中沿着第一区段231冷凝成液体。如下面更详细地描述的，芯体228可以通过毛细作用将液体从壳体221的第一区段231移动到壳体221的第二区段232，使得蒸发和冷凝循环可以重复以连续地冷却沿着接触表面224与隔膜22接触的散热部件。
假定壳体221的第一区段231和第二区段232必须由腔室230的至少一部分间隔开，以便作为热管的热管理装置220的正确操作，则第一区段231和第二区段232可以各自是刚性的。在该上下文中，刚性应当理解为与隔膜222相当。考虑到这种刚性，应当理解，壳体的第一区段231和第二区段232可以用于支撑隔膜222。例如，隔膜222可以沿着壳体221的第二区段232被支撑，使得经由隔膜222的接触表面224进入腔室230的热量可以被有效地引入到腔室230中的液态的流体中，以将流体加热到蒸发状态。继续这个示例，支撑件226可以从壳体221的第一区段231朝向隔膜222延伸，以相对于腔室230支撑隔膜222。也就是说，壳体221的第一区段231可以为支撑件226提供后挡块，使得支撑件226抵抗隔膜222移动到腔室230中。在这样做时，支撑件226可以减少响应于散热部件104a,b在隔膜222的接触表面224上的力而无意中使隔膜222塌陷到腔室230中的可能性。如下面更详细地描述的，支撑件226可以是可弹性变形的，以允许隔膜222少量地弯曲到腔室230中，其中所得到的隔膜222的顺应性适应散热部件104a,b之间的几何形状差异。
在某些实施方式中，第一区段231或第二区段232中的一者或多者可以具有基本上平面的外表面。在此上下文中，基本上平面应被理解为是指具有大部分平坦的表面区域的表面，从而允许制造公差内的小变化。例如，第一区段231可以包括第一基本上平面的表面233，以便于将本文描述的各种不同的热交换器中的任何一个或多个安装到第一区段231，并且继而便于维持壳体221的第一区段231和第二区段232之间的温差。此外，或者替代地，壳体221的第二区段232可以包括第二基本上平面的表面234以便于制造。作为示例，与其他形状相比，第二基本上平面的表面234可以更容易地相对于印刷电路板102和/或相对于散热部件104a,b定位，例如，隔膜222可以耦接到壳体221的第二区段232的第二基本上平面的表面，并且隔膜222的接触表面224可以与由第二基本上平面的表面234限定的平面间隔开。这种间隔尤其可以用于精确地将接触表面224放置成与散热部件104a,b接触，同时减少与壳体221的第二区段232无意接触的可能性。
通常，在接触表面224上没有外力的情况下，隔膜222可具有大致圆形的特征，并且接触表面224本身可响应于外力而改变形状。至少因为隔膜的圆形特征不具有高应力集中，并且改变隔膜的接触表面224的形状以适应散热部件104a,b不需要使用接头，所以隔膜222在延长的使用期间可以特别耐用和坚固。例如，与包括波纹管的弯曲装置相比，隔膜222本身沿着接触表面224的柔性形状具有较少的应力集中点，该应力集中点易于由于力的重复循环而导致失效。此外，或者替代地，隔膜222的柔性形状可以便于实现通常使用包括接头的诸如波纹管的弯曲装置不可实现的高刚度。
隔膜222可以根据与隔膜222的形状、尺寸和组成以及壳体221的至少第二区段232的形状、尺寸和组成兼容的各种不同技术中的任何一种或多种固定到壳体221。更具体地，隔膜222以及壳体221的第二区段232可以彼此密封接合地固定，以减少对附加的密封部件的需要，而附加的密封部件可能最终影响热管理装置220的耐久性。因此，在一些情况下，隔膜222可以使用包括熔焊（welding）、硬钎焊（brazing）、软钎焊（soldering）、扩散结合或其组合的各种不同形式中的任何一种或多种的技术固定到壳体221的第二区段232。此外，或者替代地，在隔膜222包括金属(例如，铜)箔的情况下，隔膜222可以使用一种或多种粘合剂(例如，UV可固化粘合剂)固定到壳体221。
在一些情况下，隔膜222可以是一体部件。这对于例如使用冲压或另一类似工艺形成隔膜222可能是有用的。此外，或替代地，将隔膜222形成为一体部件可便于独立于取向而固定隔膜222。虽然隔膜222可以形成为整体具有一致性质的一体部件，但是隔膜222可以替代地由多个部件形成。隔膜222由多个部件形成的这种构造可有助于例如使隔膜222的柔性轮廓与隔膜222的热传递特性分离，这对于实现与使用由单一材料形成的单个部件相比更有效的热传递可能是有用的。
作为与散热部件104a,b的界面，隔膜222的接触表面224可以是各种不同形状中的任何一种或多种，用于基本上符合散热部件104a,b的形状，在它们之间具有少量的(如果有的话)气隙。在散热部件104a,b尺寸相似(例如，尺寸的变化与制造公差、热膨胀差异或其组合有关)的实施方式中，在没有外力施加到接触表面224的情况下，接触表面224可有利地基本上是平面的，并且具有尺寸适于与散热部件接合的周边。在此上下文中，接触表面224的基本上平面度应被理解为包括根据正常制造公差偏离理想平面度的表面。继续该示例，具有基本上平面的形状因数的接触表面224可以用于与散热部件104a,b的平坦表面大致均匀的初始接合，而接触表面224的柔性有利于与基本上平面度的细微偏差，以使接触表面224与散热部件104a,b相符。
通常，支撑件226平衡了向隔膜222提供高刚度的挑战，同时还与和定位在腔室230内相关的物理约束兼容。也就是说，因为对于大多数电路组件应用而言，腔室230内可用的总体尺寸通常较小，所以支撑件226可有利地在与腔室230的尺寸相兼容的小尺寸包络内提供高刚度。此外，因为支撑件226转移了一定体积的流体，否则该流体将在腔室230内的蒸发/冷凝回路中使用，所以支撑件226可以有利地在小体积内提供高度的刚度。
作为用于平衡腔室230内的硬度和尺寸/体积的不同要求的具体且特别有用的实施方式，支撑件226可以是具有高弹性的整体形状(例如，圆柱形塞)。有利地，具有高弹性的整体形状的刚度是材料本身刚度的结果。也就是说，与线圈或另一类型的弹簧相比，这种具有高弹性的整体形状的刚度不需要特定的几何形状，除了足够宽以避免在正常使用期间在施加在支撑件226上的典型力下屈曲之外。此外，或者替代地，与许多类型的弹簧相比，整体形状易于制造，而很少需要或不需要专门的设备。作为示例，形成为整体形状的支撑件226可具有大于约0.2 MPa且小于约700 MPa (例如，大于约0.3 MPa且小于约50 MPa)的弹性模量。由弹性模量在该范围内的材料形成为整体形状的支撑件226对于在有效尺寸的包络内提供足够的刚度是特别有利的。作为更具体的示例，支撑件226可以包括一种或多种聚合材料，其示例包括天然橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM)、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、含氟弹性体、硅橡胶、丁二烯橡胶、丁苯橡胶(SBR)、氯丁基橡胶、聚(乙烯-丙烯) (EPM)、氢化丁腈橡胶、表氯醇均聚物、表氯醇共聚物或它们的组合。此外，或替代地，支撑件226可以包括具有预定弹性的一种或多种气凝胶，并且在一些情况下，可以包括作为固体骨架的材料。
通常，芯体228可以是各种不同类型的芯体中的任何一种或多种，当热管理装置220作为热管工作时，这些芯体可用于将液态流体从壳体221的第一区段231 (冷凝器区段)移动到第二区段232 (蒸发器区段)。例如，芯体228的任何一个或多个部分可以包括烧结材料、筛网、线束、凹槽表面或其组合中的一个或多个。此外，或者替代地，所述芯体228可以具有孔尺寸和/或颗粒尺寸(在烧结材料的情况下)，其便于在预定的温度范围内满足性能限制，而不受毛细限制、沸腾限制、夹带限制、音速限制等的损害。此外，或者替代地，腔室230中的支撑件226或另一类似结构可以用作干道，以支撑隔膜222防止其在腔室230中的流体的蒸气压力低于当散热组件104a,b被供电时的操作期间时的较低温度下塌陷。
例如，所述芯体228可以包括第一部分236和第二部分238。在某些情况下，芯体的第一部分236和第二部分238可以从壳体221的第一区段231到第二区段232是连续的。此外，或者替代地，所述芯体228可以包括分立的区段，所述分立的区段不是直接相互耦接，而是形成通过毛细作用沿着所述芯体228从所述壳体221的第一区段231向第二区段232移动的流体的连续流动路径。
芯体228的第一部分236可以与壳体221接触，诸如可以用于促进从壳体221的第一基本上平面的表面233到腔室230中的芯体228的第一部分236的热传导。更具体地，芯体228的第一部分236可以沿着壳体221的第一区段231的内表面240延伸，以便于将沿着壳体221的第一区段231的第一部分236保持在用于冷凝芯体228中的流体的温度。在某些实施方式中，芯体228的第一部分236之间的接触可以包括将芯体228的第一部分236耦接到壳体的第一区段231。这种耦接可以包括但不限于点焊、烧结、扩散结合或其组合。
芯体228的第二部分238可以设置在腔室230中，在支撑件226和隔膜222之间。如此定位，芯体228的第二部分238可以便于将液相流体输送到壳体221的第二区段232和/或输送到隔膜222，在那里液相流体可以蒸发以冷却壳体221的第二区段232和/或隔膜222，视情况而定。在散热部件104a,b与隔膜222的接触表面224接触的情况下，应当理解，隔膜222的这种冷却经由通过隔膜222的热传导将冷却赋予散热部件104a,b。
当所述芯体228的第一部分236在所述腔室230中保持恒定形状时，所述芯体228的第二部分238的至少一段可以随着所述隔膜222的弹性弯曲而改变形状。例如，隔膜222的弹性柔性可以至少沿着隔膜222改变腔室230中的芯体228的第二部分238的形状。也就是说，当隔膜222响应于接触表面224上的散热部件104a,b的力而弯曲到腔室230中时，沿着隔膜222的芯体228的第二部分238可经历相应量的弯曲以适应隔膜222的形状变化，同时保持靠近(如果不是直接接触)隔膜222。
在一些实施方式中，热管理装置220可以包括从壳体221的第一区段231延伸到第二区段232的芯部242 (在下文中被称为芯部242)的一个或多个实例。例如，芯部242可以从壳体221的第一区段231延伸到第二区段232，使得由芯部242限定的轴线沿着隔膜222延伸穿过芯体228的第二部分238。当所述芯体228的第二部分238响应所述隔膜222的弹性弯曲而改变形状时，所述芯部242可以例如为所述芯体228的第二部分238提供支撑。
芯部242可以例如与壳体的第一区段231的内表面240耦接和/或一体地形成。继续该示例，芯部242可以至少部分地由具有高导热率的一种或多种材料(例如，一种或多种金属)形成。因此，当壳体的第一区段231被冷却时，沿着芯部242的热传导可以冷却腔室的远离壳体的第一区段231的内表面240的部分。这种冷却可用于驱动腔室230中的流体的蒸发/冷凝循环。
在某些实施方式中，芯体228的第一部分236可以至少沿着壳体221的第一区段231的内表面240与芯部242接触。因此，在液体在芯部242上冷凝的程度上，这种液体可以被收集在芯体228的第一部分236中。在一些情况下，芯体228的第一部分236可以沿着芯部242从壳体221的第一区段231向沿着隔膜222被支撑的芯体228的第二部分238延伸。作为更具体的示例，芯体228的第一部分236可以包围芯部242并且沿着芯部242从壳体221的第一区段231向沿着隔膜222被支撑的芯体228的第二部分238延伸，这对于为芯体228的第一部分236提供结构支撑可能是有用的。进而，即使当所述芯体228的第二部分238响应于所述隔膜222的弹性弯曲而改变形状时，所述芯体228的第一部分236的这种结构支撑也可以用于保持从所述芯体228的第一部分236到第二部分238的坚固的流体流动路径。
图3是热管理装置220的蒸发/冷凝循环的示意图，该热管理装置作为热管操作以冷却散热部件(例如，图1中的散热部件104a,b)。热管理装置220可以包括密封在腔室230中的流体350。应当理解，在其它附图中未示出流体350，以便于识别和描述热管理装置220的其它特征。然而，除非另外指明或从上下文中清楚可见，流体350应当被理解为存在于本文所述的各种不同的热管理装置中的任何一者或多者的腔室230中。
流体350可包括适于在与特定应用相关的温度范围内蒸发和冷凝的各种不同流体中的任何一种或多种，所述特定应用包括从低温条件到高温条件变化的应用。因此，通常，流体的蒸发温度可大于约-271℃且小于约2025℃(例如，大于约-150℃且小于约300℃)。流体的示例包括但不限于一种或多种氮、醇(例如，乙醇)、水或钠。在某些实施方式中，流体350可以是腔室230中的单一流体种类。
通常，流体350可以设置在腔室230中，与芯体228的第一部分236和第二部分238流体连通。更具体地，由散热装置(例如，散热部件104a,b)产生的输入热量Qin可经由隔膜的接触表面224移动到腔室230中。由于所述芯体228的第二部分238与所述隔膜222接触或至少在其附近，所述输入热量Qin可以与所述芯体228的第二部分238中的液态流体350接触。输入热量Qin的至少一部分可以被芯体228的第二部分238中的流体350吸收，以将流体350的液态蒸发成气态，气态可以沿着蒸气流动路径352移动(例如上升)，以沿着壳体221的第一区段231在从芯体228的第二部分238朝向芯体228的第一部分236的整个方向上移动。
壳体221的第一区段231可根据本文所述的各种不同技术中的任何一种或多种来主动冷却和/或被动冷却，以从腔室230去除输出热量Qout。通过经由冷却壳体221的第一区段231而去除输出热量Qout，壳体221的第一区段231可以处于低于腔室230中的流体250的冷凝温度的温度。在芯体228的第一部分236沿着壳体221的第一区段231的情况下，芯体228的第一部分236也可以低于流体350的冷凝温度，以使流体250的蒸气相可以沿着芯体228的第一部分236的任何一个或多个部分冷凝。
通过芯体228中的毛细作用，流体350的液相可以沿着液体路径354从芯体228的第一部分236沿着壳体221的第一区段231至少沿着隔膜222移动到芯体228的第二部分238。在某些实施方式中，所述芯体228的第二部分238还可以沿着所述壳体221的第二部分238的全部或一部分延伸，这对于提供更大的传热表面积以便于冷却所述隔膜222可能是有用的。
在液态的液体350处于壳体221的第二部分238中的情况下，蒸发/冷凝循环可重复。应当理解，虽然蒸发/冷凝循环已经描述为一系列步骤，但是该过程可以是连续的，使得流体350连续地蒸发和冷凝以冷却沿着隔膜222的散热部件。与使用热油脂或其他类型的填料材料相比，用于改进与散热部件的接合的隔膜222的弹性柔性可降低热管理装置220的总热阻，使得热管理装置220可更有效地去除热量。
图4A-图4H示出了制造热管理装置的示例性方法。除非另有指明或从上下文中清楚可见，图4A-图4H所示的示例性方法应当理解为适用于形成本文所述的各种不同热管理装置中的任何一种或多种，因此，应当一般理解为适用于热管理装置220 (图1A和图2A-图2D)的制造。
现在参考图4A-图4C，制造热管理装置的示例性方法可以包括：将芯体228的第一部分236定位成与壳体接触(例如，与壳体221的第一区段231接触(图1))。这可以包括例如用所述芯体228的第一部分236 (图2B)覆盖所述壳体221的第一区段231的内表面240 (图1)。此外，或替代地，将芯体228的第一部分236 (图2B)定位成与壳体221的第一区段231(图1)接触可以包括使用烧结、点焊和/或扩散结合将芯体228的第一部分236 (图2B)固定到内表面240。在某些实施方式中，将芯体228的第一部分236 (图2B)定位成与壳体接触可以包括沿着芯部242定位芯体228的第一部分236 (图2B)，使得芯体228的第一部分236 (图2B)在远离内表面240的方向上延伸。
现在参考图4D-图4H，示例性的制造方法可以包括将支撑件226安装在壳体的表面上(例如，沿着壳体221的第一区段231的内表面240 (图1))。特别地，支撑件226的多个实例可以定位成基本上彼此均匀地间隔开，以沿着隔膜222提供均匀的支撑。
现在参考图4E-图4H，示例性的制造方法可以包括将芯体228的第二部分238 (图2B)定位在支撑件226和隔膜222之间。例如，所述芯体228的第二部分238 (图2B)可以包括沿着所述壳体221的第二区段232定位的刚性段，而所述芯体228的第二部分238的位于所述隔膜222之下的段可以是柔性的，以随着所述隔膜222的弹性弯曲而移动。
此外，或者替代地，示例性的制造方法可以包括将所述芯体228的第一部分236(图4B)和第二部分238 (图2B)以及支撑件226包络在由壳体221和隔膜222限定的腔室230中。例如，包络可以包括在隔膜222与壳体221的第二区段232之间形成不透流体的密封(例如，使用扩散结合、熔焊、硬钎焊、软钎焊、粘合剂或其组合)。此外，或替代地，包络可包括在腔室230中形成单一流体种类环境。
虽然已经描述了某些实施方式，但是应当理解，附加地或替代地，其他实施方式也是可能的。
例如，虽然已经将热管理装置描述为包括基本上平面的表面，但是应当理解，本公开的热管理装置可以包括其他类型的表面。例如，在一些情况下，热管理装置可以沿着不是基本上平面的表面(例如，由于几何约束)而可固定到热接收结构(例如，热交换器)。因此，在这种情况下，热管理装置的壳体可以包括一个或多个表面，其形状与热接收结构的形状适当地匹配。
本文描述的实施方式的方法步骤旨在包括与所附权利要求的专利性一致的使得执行这样的方法步骤的任何合适的方法，除非明确地提供了不同的含义或者从上下文中清楚地看出不同的含义。因此，例如，执行步骤X包括用于使诸如远程用户、远程处理资源（例如， 服务器或云计算机）或机器的另一方来执行步骤X的任何合适的方法。类似地，执行步骤X、Y和Z可以包括指导或控制这样的其他个体或资源的任何组合以执行步骤X、Y和Z来获得这样的步骤的益处的任何方法。因此，除非明确地提供了不同的含义或者从上下文中清楚地了解了不同的含义，否则本文描述的实施方式的方法步骤旨在包括与所附权利要求的专利性一致的使一个或多个其他方或实体执行这些步骤的任何合适的方法。这些方或实体不需要在任何其他方或实体的指导或控制下，并且不需要位于特定管辖范围内。
将了解，上文所描述的装置、系统和方法是通过示例而非限制来阐述的。对于本领域的普通技术人员来说，许多变化、添加、省略和其他修改将是显而易见的。另外，除非明确要求特定顺序或者从上下文中以其他方式清楚所述特定顺序，否则以上描述和附图中的方法步骤的顺序或呈现不旨在要求执行所叙述的步骤的这种顺序。因此，虽然已经示出和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在其中在形式和细节上进行各种改变和修改，并且这些改变和修改旨在形成由所附权利要求限定的本发明的一部分，所附权利要求要在法律允许的最广泛的意义上进行解释。

Claims (28)

1.一种热管理装置，包括：
壳体；
包括接触表面的隔膜，所述隔膜沿着所述壳体被支撑，并且所述壳体和所述隔膜限定相对于所述接触表面封闭的腔室；
在所述腔室中的至少一个支撑件；以及
包括第一部分和第二部分的芯体，
所述芯体的第一部分与所述壳体接触，
所述芯体的第二部分设置在所述腔室中，位于所述至少一个支撑件和所述隔膜之间，并且，
响应于所述隔膜的所述接触表面上的力，所述隔膜相对于所述壳体和所述至少一个支撑件弹性地弯曲，以将所述隔膜的所述接触表面偏压远离所述腔室。
2.根据权利要求1所述的热管理装置，其中，所述壳体包括第一区段和第二区段，所述隔膜沿着所述壳体的所述第二区段被支撑，并且所述至少一个支撑件在所述腔室中从所述壳体的所述第一区段朝向所述隔膜延伸。
3.根据权利要求2所述的热管理装置，其中，所述芯体的所述第一部分与所述壳体的第一区段接触。
4.根据权利要求3所述的热管理装置，其中，所述芯体的所述第一部分沿着所述壳体的所述第一区段的内表面延伸。
5.根据权利要求3所述的热管理装置，还包括从所述壳体的所述第一区段朝向所述隔膜延伸的至少一个芯部。
6.根据权利要求5所述的热管理装置，其中，所述芯体的所述第一部分与所述至少一个芯部接触。
7.根据权利要求6所述的热管理装置，其中，所述芯体的所述第一部分包围所述至少一个芯部。
8.根据权利要求5所述的热管理装置，其中，所述至少一个芯部包括以包围所述一个或多个支撑件的图案布置的多个芯部。
9.根据权利要求1所述的热管理装置，其中，所述壳体、所述隔膜或所述芯体中的一者或多者至少部分地由金属形成。
10. 根据权利要求1所述的热管理装置，其中所述至少一个支撑件的弹性模量大于约0.2 MPa且小于约700 MPa。
11.根据权利要求1所述的热管理装置，其中，所述芯体的所述第一部分或所述第二部分中的至少一者包括烧结材料、筛网、线束、凹槽表面或其组合中的一种或多种。
12.根据权利要求1所述的热管理装置，其中，所述隔膜的弹性柔性改变所述芯体的在所述腔室中的所述第二部分的形状。
13.根据权利要求12所述的热管理装置，其中，当所述隔膜弹性弯曲以改变所述腔室中的所述芯体的所述第二部分的形状时，所述腔室中的所述芯体的所述第一部分在所述腔室中保持恒定形状。
14.根据权利要求1所述的热管理装置，其中，所述隔膜耦接至所述壳体的基本上平面的表面，并且所述隔膜的所述接触表面与由所述壳体的所述基本上平面的表面限定的平面间隔开。
15.根据权利要求1所述的热管理装置，其中，所述接触表面在所述接触表面上不存在外力的情况下是基本上平面的，并且具有尺寸适于与所述散热部件接合的周边。
16.根据权利要求1所述的热管理装置，还包括设置在所述腔室中的流体，所述流体与所述芯体的所述第一部分和所述芯体的所述第二部分流体连通。
17.根据权利要求16所述的热管理装置，其中所述流体具有大于约-271℃且小于约2025℃的蒸发温度。
18.根据权利要求17所述的热管理装置，其中，所述流体包括氮、水、醇或钠中的一种或多种。
19.一种系统，包括：
印刷电路板；
至少一个散热部件，其耦接到所述印刷电路板；以及
热管理装置，其包括壳体、隔膜、至少一个支撑件和芯体，
所述隔膜具有接触表面，
所述壳体和所述隔膜限定了相对于所述隔膜的接触表面封闭的腔室，
所述芯体设置在所述腔室中，其中所述芯体的至少一部分在所述至少一个支撑件和所述隔膜之间，以及
所述隔膜相对于所述壳体和所述至少一个支撑件弹性弯曲，使得所述隔膜的接触表面被偏压远离所述腔室并与耦接到所述印刷电路板的所述至少一个散热部件接触。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括远离所述隔膜耦接到所述壳体的热交换器。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述热交换器被耦接到所述壳体的背对所述散热部件的部分。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述热交换器包括具有多个翅片的散热器。
23.根据权利要求20所述的系统，其中所述热交换器包括冷板。
24.一种制造热管理装置的方法，所述方法包括：
将芯体的第一部分定位成与壳体接触；
在所述壳体的表面上安装至少一个支撑件；
将所述芯体的第二部分定位在所述至少一个支撑件和隔膜之间；以及
将所述芯体和所述至少一个支撑件包络在由所述壳体和所述隔膜限定的腔室中，所述腔室相对于所述隔膜的接触表面封闭，并且所述隔膜相对于所述壳体和所述至少一个支撑件是弹性柔性的，以将所述隔膜的所述接触表面偏压抵靠散热部件。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，将所述芯体的所述第一部分定位成与所述壳体接触包括沿着所述壳体的表面布置所述芯体的所述第一部分。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，将所述芯体的所述第一部分定位成与所述壳体接触包括沿着至少一个芯部布置所述芯体的所述第一部分，所述至少一个芯部在所述腔室中从所述壳体的表面朝向所述隔膜延伸。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，将所述芯体和所述至少一个支撑件包络在所述腔室中包括将所述隔膜以流体密封接合的方式与所述壳体耦接。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，将所述芯体和所述至少一个支撑件包络在所述腔室中包括在所述腔室中形成单一流体种类环境。
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