TW202006908A - 具有可變電導熱管之熱管理 - Google Patents

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Abstract

可使用除了一相變工作流體之外亦容納一不可冷凝氣體之可變電導熱管來冷卻光子及電子積體電路。為利用在提供一散熱器接觸區域之一標準外殼中之包含該等積體電路之一子總成封裝該熱管，在一些實施例中，該熱管經定向成，介於蒸發器端與冷凝器端之間的其軸實質上垂直於該積體電路子總成與該散熱器接觸區域分離所沿著之方向，且該熱管之外表面之一部分利用一合適熱絕緣結構與該散熱器接觸區域熱絕緣。

Description

具有可變電導熱管之熱管理
本發明係關於光子及/或電子積體電路之熱管理，特定言之，係關於使用熱管之被動熱管理。
許多光子及電子組件具有對溫度變化敏感之性質且具有效能降級或變得完全不可操作之風險，除非其等經熱管理以保持在可接受溫度之一操作範圍內。因此，熱管理系統通常用於控制此等光子/電子組件之溫度。通常，熱管理包含移除藉由此等組件自身在操作期間產生之熱量，但在一些境況中亦可使用主動加熱以實現一最小溫度。因此，熱管理系統通常包含一散熱器及/或一加熱器，以及在受溫度控制之組件與該散熱器或加熱器之間的熱量傳送之構件。
有時在含有積體電路之封裝中所採用之一熱管理方法係使用一熱管，即，填充有在與一熱源接觸之一高溫區域中蒸發且在與一散熱器接觸之一低溫區域中冷凝之一工作流體之一密封室，除了透過管壁之熱傳導之外亦藉由對流及相變之一組合而傳送熱量。然而，在無進一步措施之情況下，例如，在散熱器之溫度下降太低時，一熱管可導致過度冷卻待熱管理之組件。解決此問題之一替代方法係(例如)利用一熱電冷卻器之主動熱管理。一熱電冷卻器利用珀爾帖(Peltier)效應以沿著一方向及以可藉由一電流控制之一速率傳送熱量。若結合一溫度感測器，則一熱電冷卻器可因此主動地控制一熱管理之組件之溫度。然而，此能力以增加電力要求、複雜性及包含熱管理之組件及熱量管理系統之封裝之費用為代價。
本文中揭示用於組態於較大總成，尤其強加空間約束之封裝(舉例而言，諸如四通道小型可插拔(QSFP)或其他可插拔封裝)內之光子及/或電子子總成(例如，包含積體電路)之熱管理之可變電導熱管。使用可變電導熱管對於管理光學封裝(諸如用於資料通信應用之光學收發器封裝或光學感測器封裝)之溫度尤其有益。
一般而言，一熱管係在一端處與一熱源熱接觸且在另一端處與一散熱器熱接觸。在與該熱源熱接觸之該端處，該熱管之工作流體(例如，其可為水)蒸發；此端在下文中亦被稱為「蒸發器端」。在與該散熱器熱接觸之該端處，工作流體蒸氣(例如，水蒸氣)冷凝；此端在下文中亦被稱為「冷凝器端」。蒸氣在管內部自蒸發器端流動至冷凝器端。在冷凝之後，呈液體狀態之工作流體係經由加襯於管壁之內表面之一芯結構中之毛細管力自冷凝器端汲取回至蒸發器端。
除了實現所要熱量傳送之工作流體之外，一可變電導熱管亦包含通常具有低導熱率之一不可冷凝氣體。在該熱管之操作期間，該不可冷凝氣體易於被推向並積聚於冷凝器端處，在此處其藉由部分阻擋蒸氣到達冷凝器區域中之內管表面而抑制工作流體蒸氣之冷凝，藉此減弱冷卻。此效應係溫度相依的，導致針對蒸發器及/或冷凝器區域中之較低溫度通常較低之管之一溫度相依導熱性。在其中具有固定電導之一習知熱管可過度冷卻一熱量產生組件之案例中，添加一不可冷凝氣體以形成一可變電導熱管可引起冷卻在一特定溫度(高於散熱器之溫度)下停止，其中自蒸發器端至冷凝器端之經減少熱量傳送平衡來源處之熱量產生。同時，在較高溫度下之較高導熱性可甚至在散熱器之相對較高溫度下引起有效冷卻。因此，對於與散熱器且因此冷凝器區域相關聯之一給定溫度範圍，可利用一適當組態之可變電導熱管將熱源且因此蒸發器區域之溫度保持於一範圍內，該範圍之下限實質上高於冷凝器區域之溫度範圍之下限，且該範圍之上限並不比冷凝器區域之溫度範圍之上限高很多(若有)。換言之，被冷卻之積體電路或其他裝置所經歷之溫度範圍小於散熱器所經歷之溫度範圍。例如，在一些實施例中，在其中散熱器之溫度(例如，如藉由一外殼之一散熱器接觸區域提供)可自0ºC至70ºC改變之情況下，熱管具有跨該範圍改變至少兩倍之一導熱性，從而容許蒸發器區域中之溫度保持在自20ºC至85ºC之範圍內，在一些實施例中在自40ºC至85ºC之範圍內。
在各項實施例中，一可變電導熱管係用於冷卻容納於一標準小外殼內之一或多個光子及/或電子組件(例如，一多晶片模組內之光子及/或電子積體電路)。光學組件，無論是提供為離散裝置還是整合於一(若干)光子積體電路中，皆可(例如)形成一緊湊熱可插拔光學封裝(例如，一QFSP收發器或光學感測器模組)內之一光學子總成之部分。在此情況中，空間約束可防止熱管沿著使構成熱源之積體電路與外殼上之散熱器接觸區域分離之方向定向。代替性地，需要超過一特定長度以依一足夠速率傳送熱量之熱管可經定向成其軸(在本文中被理解為對應於熱管之最長尺寸及分離冷凝器與蒸發器所沿著之方向，即，操作中流體流動之大致方向)大體上平行於散熱器接觸區域及積體電路。將沿著熱管之沿著垂直於熱管之軸之一方向分離之相對表面稱為第一外表面及第二外表面，第一外表面可與積體電路熱接觸，且第二外表面可與散熱器接觸區域熱接觸。熱管可經定位使得與積體電路之熱接觸限於蒸發器端處之一區域。然而，散熱器接觸區域在標準封裝中通常很長使得其將沿著其整個長度接觸熱管。為將冷凝限於冷凝器端處之一區域，因此，可在熱管與散熱器接觸區域之間插置自蒸發器端延伸至冷凝器區域之開端之一熱絕緣結構。
將自各項態樣及實例性實施例之參考隨附圖式之以下描述更易於理解前述內容。
圖1係根據各項實施例之一實例性可變電導熱管100之一示意性橫截面視圖(沿著軸)。熱管100形成藉由圍繞一腔(或內腔) 104之一熱管壁102界定之一密封室，且包含加襯於壁102之內表面之一芯結構106。壁102通常由可形成一密封室且不與該室內部所容納之流體以化學方式相互作用之一材料製成。例如，壁102可由一金屬(諸如銅、鋁或鈦)製成，有利的是，該金屬係堅固、可彎曲的且在沸騰流體之情況下表現良好。然而，其他材料(諸如塑膠或陶瓷)亦可用於壁102。熱管壁102可促成(即使僅少量地)經由熱傳導透過熱管100之熱量傳送。芯結構106可為(例如)由一網篩或其他多孔材料製成之一分離層。替代性地，壁102之內表面可經粗糙化或以其他方式結構化以提供共同構成芯結構106之一孔網及/或毛細管。
腔104係在亞大氣壓下用在熱管100之操作溫度/壓力範圍內改變相之一工作流體(該工作流體之氣相被標記為108)及用一不可冷凝氣體110 (即，在熱管100之操作範圍內不冷凝之一氣體)填充。可藉由首先抽空熱管100，且接著回填少量工作流體及不可冷凝氣體而在熱管100中實現亞大氣壓。常用於冷卻電子及光子組件之工作流體包含(但不限於)水、氨、丙酮及甲醇。用於一些實施例之合適不可冷凝氣體包含(例如)氮氣及惰性氣體(諸如氬氣)。
熱管100通常以定義沿著最長尺寸之一軸向(在圖1中藉由軸112所指示)之一高縱橫比為特徵。垂直於軸112之橫截面通常為圓形的，但亦可為(例如)大體上矩形的(視需要具有圓角)，例如，以提供與一熱源及散熱器接觸之平坦表面。此外，該橫截面並不一定需要沿著熱管100之整個長度為均勻的。利用使熱管之遠端114、116處或附近之區域分別與一熱源及散熱器熱接觸，在各自端114、116處產生一蒸發器區域118及一冷凝器區域120，其中一絕熱區域122形成於中間。
蒸發器區域118及冷凝器區域120沿著熱管110之圓周之精確位置(意謂，在垂直於軸112之一橫截面平面中之角位置)對於熱管110之操作通常並不重要，但可代替性地取決於其中將使用熱管100之封裝之幾何組態。在圖1中，蒸發器區域118定位於熱管100之底表面124處，而冷凝器區域120定位於熱管100之頂表面126處。(在本文中，「頂部」及「底部」參考熱管100在圖內之定向，此可不同於在使用中之熱管100之定向。更一般而言，在所描繪之實例性實施例中之蒸發器區域118及冷凝器區域120定位於在軸112之相對側上(即，在垂直於軸112之方向之一方向上彼此相對)之第一外表面部分124及第二外表面部分126處)。例如，此組態係用於以圖2中所繪示之方式將熱管100整合至一收發器模組中。然而，一般而言，蒸發器區域118及冷凝器區域120亦可定位於軸112之相同側上(例如，皆定位於底表面124處或皆定位於頂表面126處)，或定位於任何其他圓周位置中。(注意：軸112之相對側不應與軸112之相對端114、116混淆)。
當熱管100在操作時，在蒸發器區域118中之一高壓與冷凝器區域120中之一低壓之間產生一壓力梯度，從而引起工作流體之蒸氣108流動朝向冷凝器區域120，如藉由圖1中之箭頭128所指示。經冷凝之流體沿著藉由箭頭130所指示之相反方向流動返回至蒸發器區域118。工作流體蒸氣108在腔104中之流動使不可冷凝氣體110吹向冷凝器端116，在此處該不可冷凝氣體110部分阻擋蒸氣108對冷凝器區域120之接達。蒸發器區域118中之溫度愈高，蒸氣壓力通常愈大，且不可冷凝氣體110將被壓縮愈多。因此，在蒸發器溫度增加時，更多冷凝器區域120將變得曝露至蒸氣108，從而增加熱管100之導熱性，且因此更有效地冷卻蒸發器區域118。相反地，在蒸發器區域118中之溫度降低時，蒸氣壓力下降，不可冷凝氣體110膨脹且覆蓋更多冷凝器區域120，且熱管100之導熱性減小，從而減弱蒸發器區域118之冷卻。透過熱管100之熱量傳送之速率(以瓦特為單位進行量測)係與熱管之電導(以瓦特/ºC為單位量測)及蒸發器區域118與冷凝器區域120之間的溫度差成比例。對於一給定冷凝器溫度，蒸發器之溫度將穩定在高於該冷凝器溫度之一位準，在該位準下熱量傳送平衡由熱源產生之熱量之量，且歸因於較低蒸發器溫度下之較低電導，溫差在較低冷凝器溫度下將通常較高。
可變電導熱管(諸如圖1之熱管100)可用於冷卻但不過度冷卻各種經封裝裝置(諸如電信收發器或感測器封裝)中之整合式光子及/或電子電路及/或離散光子或電子組件。
圖2係根據各項實施例之併入有一可變電導熱管100之一實例性光學收發器模組200之一分解視圖。模組200包含一起封裝於(經展示分離成頂部部分及底部部分之)一外殼206 (例如，其可為一QSFP外殼)中之一光學子總成202及一熱管子總成204。光學子總成202包含一或多個(例如，如所展示，一個)光子積體電路208及一或多個(例如，如所展示，四個)電子積體電路210。在使用中，此等積體電路208、210產生將經由外殼206之一散熱器接觸區域212消散之熱量。散熱器接觸區域212通常對應於外殼206之曝露至經由(例如)藉由風扇產生之空氣流動或沿著表面延伸之一冷卻液體之冷卻之一部分。
熱管子總成204包含在概念上如圖1中所展示組態之一熱管100，該熱管100之軸112 (沿著最長尺寸及流體流動之方向)係實質上與散熱器接觸區域212及積體電路208、210兩者平行，且因此實質上垂直於分離散熱器接觸區域212與外殼206所沿著之方向(在圖式中，其為垂直方向)而定向。此定向用於配裝需要超過一特定最小長度以提供蒸發器區域118與冷凝器區域120之間的足夠熱阻之熱管100，以有效地控制在光學子總成202與外殼206之間可用的小空間中之熱量傳送；在一緊湊外殼內之一標準模組組態中，熱管100沿著光學子總成202與外殼206之間的分離方向之一定向係因空間限制而排除。如所展示，熱管100可為彎曲的；此曲率用於在空間上避免模組內之其他組件(未展示)，且不影響熱管100之操作。
由於熱管100之與散熱器接觸區域212及積體電路208、210平行之定向，蒸發器區域118係形成於熱管100之底表面124 (在本文中亦被稱為一第一外表面部分)處，且冷凝器區域120係形成於熱管100之頂表面126 (在本文中亦被稱為一第二外表面部分)處。在冷凝器區域120中，熱管100之頂表面126可經平坦化並膠合(用一合適黏著劑)至散熱器接觸區域212以提供良好熱接觸。
為建立蒸發器區域118與積體電路208、210之間的熱接觸，一熱介面結構安置於積體電路208、210與蒸發器區域118中之底表面124兩者之間且與該兩者機械接觸(即，碰觸該兩者)。如所展示，該熱介面結構可為(例如)包含一導熱配接板216及一軟熱介面材料層218之一分層結構。配接板216可由(例如)銅、鋁、鋼、鋅、金剛石、氮化鋁或氮化硼製成。其經放置成直接鄰近在蒸發器端114處之熱管100之底表面124及與該底表面124機械接觸(熱管100與配接板216之間的接觸區域界定熱管100之蒸發器區域118)，且通常固定地黏附至熱管100，從而形成熱管子總成204之部分。例如，在一些實施例中，配接板216係由一金屬製成且焊接至熱管100以產生蒸發器區域118。金屬配接板216之另一側係在已完成總成中與熱介面材料層218直接接觸，該熱介面材料層218繼而直接放置於光學子總成202之頂部上。熱介面材料層218係由一軟的、可變形導熱材料(諸如一傳導熱塑性塑膠、凝膠或油脂)製成。當放置成與光學子總成202接觸時，熱介面材料層218傾向於符合表面結構，從而提供與光學子總成202之表面特徵(諸如積體電路208、210)之良好機械接觸及因此熱接觸。如所展示，配接板216及熱介面材料層218可經設定大小及塑形以覆蓋完全涵蓋待冷卻之所有積體電路208、210之一區域。
熱管100之頂表面126如所指出面向外殼206之散熱器接觸區域212。為防止工作流體蒸氣108之冷凝沿著熱管100之整個長度發生，熱管子總成204進一步包含插置於熱管100與散熱器接觸區域212之間的一熱絕緣結構220。熱絕緣結構220覆蓋熱管100之頂表面126且藉此使熱管100之頂表面126與蒸發器端114一直熱絕緣至冷凝器區域120之開端。熱絕緣結構220可(例如)由一塑膠(例如，聚酯樹脂)、發泡體或環氧樹脂製成。
熱管子總成204可經組態以藉由調諧各種參數而提供一所要溫度相依導熱性。一般而言，熱管子總成204之效能取決於諸多因素，包含：如藉由壁材料之導熱率、壁厚度、熱管100之長度以及芯吸結構(其可歸因於其厚度及毛細管作用之速度而對熱管100之熱效能具有顯著效應)判定之熱管壁102之熱阻；不可冷凝氣體110及工作流體108之量；界定管控透過熱管100之熱量流動之蒸發器區域118及冷凝器區域120之接觸區域之大小；及熱管100與空氣之絕緣或固體絕緣，惟在蒸發器區域118及冷凝器區域120分別與熱源及散熱器之接觸區域中除外(此對於確保熱量主要自蒸發器端114流動至冷凝器端116為重要的)。另外，散熱器之溫度範圍影響熱管100中之工作流體之效能。在一實例性實施例中，熱管壁係由銅製成且具有0.18 mm之一厚度，一銅網係用於芯結構，工作流體係水，且不可冷凝氣體係氮氣(以大約1·10-12 摩爾之一量使用)。熱管之長度係約36 mm，具有一10 mm長蒸發器區域及一15 mm場冷凝器區域。使用此結構，在大約0°C之散熱器之一溫度下，積體電路溫度可保持於大約35°C之一所要位準，其中具有大約10°C/W之跨壁及絕熱區域之熱管之一熱阻及大約3.5 W之電力消耗。
圖3係係根據其中使用具有上述列出參數之一可變電導熱量之一項實施例熱管理之積體電路之實例性溫度分佈之一圖表。繪製依據散熱器接觸區域112中之模組外殼之溫度而變化之一實例性光子積體電路及三個實例性電子積體電路之溫度300、302、304、306。如可見，在外殼溫度在0°C與70°C之間改變時，該光子積體電路之溫度300在大約40°C與大約76°C之間改變，且電子電路之一者之溫度302在大約30°C與大約78°C之間改變，而另兩個電子電路之溫度304、306在大約40°C與大約80°C至85°C之間改變。一般而言，使用一適當組態之可變電導熱管，可將積體電路之溫度範圍維持高於外殼所經歷之範圍之溫度下限同時亦提供在較高外殼溫度下積體電路之充分冷卻。換言之，積體電路可在無過度冷卻之風險之情況下被充分冷卻。在一些實施例中，藉由電子電路產生之熱量部分消散至光子電路，從如促進保持光子電路溫度高於一特定最小溫度。光子電路所經歷之降低之溫度範圍可減小冷卻或加熱電力消耗。
圖4係根據各項實施例之概述一可變電導熱管(例如，如圖1中所展示之熱管100)之操作循環400之一流程圖。所展示之各種程序通常在熱管之不同各自部分中同時發生。熱管之操作涉及：工作流體歸因於自一熱源(例如，一或多個積體電路)提取之熱量而在蒸發器區域中蒸發(程序402)；所產生之工作流體蒸氣108在熱管內部自蒸發器端114流動至冷凝器端116 (程序404)；蒸氣在冷凝器區域中藉由至散熱器區域之熱量傳送而冷凝(程序406)；及經冷凝之工作流體藉由加襯於熱管之內表面之一芯結構而自冷凝器區域輸送回至蒸發器區域(程序408)。此循環引起自蒸發器至冷凝器之熱量傳送，換言之，其實現蒸發器之冷卻。
此外，工作流體之蒸發及其朝向冷凝器區域之流動(程序402、404)引起不可冷凝氣體被推至冷凝器端並在冷凝器端處壓縮(程序410)，其中不可冷凝氣體部分阻擋工作流體到達冷凝器區域。取決於蒸發器之溫度及所得蒸氣壓力，相對於工作流體蒸氣之體積之不可冷凝氣體之體積且因此冷凝器處之阻擋程度改變，從而引起熱管之導熱性及冷卻程度之一對應調整。此機制容許冷卻蒸發器區域同時總是將其保持於一溫度範圍內，該溫度範圍之下限實質上高於冷凝器區域之最低溫度(例如，達至少15°C)。
在已描述可變電導熱管及具有積體電路子總成之其等封裝之不同態樣及特徵的情況下，提供以下編號實例作為闡釋性實施例：
實例1：一種熱管理之光學封裝，其包括：一光學子總成，其包括一光子積體電路；一外殼，其圍繞該光學子總成，該外殼包括一散熱器接觸區域；及一熱管子總成，其安置於該光學子總成與該散熱器接觸區域之間。該熱管子總成包括：一可變電導熱管，其具有第一端及第二端，該熱管容納一工作流體及一不可冷凝氣體，該熱管之在該第一端處之一蒸發器區域與該光子積體電路熱接觸，且該熱管之在該第二端處之一冷凝器區域與該散熱器接觸區域熱接觸，該熱管至少藉由該工作流體在該蒸發器區域中之蒸發及該工作流體在該冷凝器區域中之冷凝而冷卻該光子積體電路，且該不可冷凝氣體在不同程度上部分阻擋該工作流體到達該冷凝器區域以便調整該熱管之一導熱性；及一熱絕緣結構，其使該熱管之一外表面部分與該散熱器接觸區域在排除該冷凝器區域之一區域中絕緣。
實例2：如實例1之光學封裝，其中該第一端及該第二端係沿著實質上垂直於該光學子總成與該散熱器接觸區域分離所沿著之一方向之一方向分離。
實例3：如實例1或實例2之光學封裝，其中該蒸發器區域係定位於該熱管之一第一外表面部分處且該冷凝器區域係定位於該熱管之在該光學子總成與該散熱器接觸區域分離所沿著之一方向上與該第一外表面部分相對之一第二外表面部分處，該經絕緣之外表面部分為該第二外表面部分之一部分。
實例4：如實例3之光學封裝，其中該熱管子總成進一步包括與該蒸發器區域中之該第一外表面部分之一外表面機械接觸之一導熱配接板。
實例5：如實例4之光學封裝，其進一步包括安置於該光子積體電路與該配接板之間且與該光子積體電路及該配接板機械接觸之一軟熱介面材料層。
實例6：如實例1至5中任一項之光學封裝，其中光學收發器進一步包括一電子積體電路。
實例7：如實例7之光學封裝，其中該蒸發器區域進一步與該電子積體電路熱接觸。
實例8：如實例1至7中任一項之光學封裝，其中該熱管具有針對在自0ºC至70ºC之範圍內之該冷凝器區域之溫度改變至少兩倍之一導熱性。
實例9：如實例1至8中任一項之光學封裝，其中該熱管子總成經組態以針對在自0ºC至70ºC之該範圍內之該冷凝器區域之溫度將該蒸發器區域之一溫度維持於自20ºC至85ºC之範圍內。
實例10：一種用於冷卻一光學子總成之熱管子總成，該熱管子總成包括：一可變電導熱管，其具有第一端及第二端，該熱管包括：一壁，其界定該第一端與該第二端之間的一軸、在該軸之相對各自側上之第一外表面部分及第二外表面部分，及界定一腔之一內表面；一芯結構，其加襯於該熱管之該壁之該內表面；及一相變工作流體及一不可冷凝氣體，其等容納在該腔內(其中該相變工作流體藉由在該第一端處之一蒸發器區域中之蒸發及在該第二端處之一冷凝器區域中之冷凝而可操作地冷卻該光學子總成，且該不可冷凝氣體藉由在不同程度上至少部分阻擋該工作流體到達該冷凝器區域而可操作地調整該熱管之一導熱性)；一導熱配接板，其黏附至該蒸發器區域中之該第一外表面部分；及一熱絕緣結構，其可操作地使該熱管與一散熱器接觸區域在排除該冷凝器區域之一區域中絕緣，該熱絕緣結構跨自該第一端一直延伸至該冷凝器區域但不包含該冷凝器區域之一區域覆蓋該第二外表面部分。
實例11：如實例10之熱管子總成，其中導熱配接板係焊接至該熱管之一金屬板。
實例12：如實例10或實例11之熱管子總成，其中該熱管具有針對在自0ºC至70ºC之範圍內之該冷凝器區域之溫度改變至少兩倍的一導熱性。
實例13：如實例10至12中任一項之熱管子總成，其中該熱管子總成經組態以針對在自0ºC至70ºC之該範圍內之該冷凝器區域之溫度將該蒸發器區域之一溫度維持於自20ºC至85ºC之範圍內。
實例14：一種熱管理之光學封裝，其包括：一光學子總成；一外殼，其圍繞該光學子總成，該外殼包括一散熱器接觸區域；及一熱管子總成，其安置於該光學子總成與該散熱器接觸區域之間，該熱管子總成包括具有第一端及第二端之一可變電導熱管，該熱管容納一工作流體及一不可冷凝氣體，該熱管之在該第一端處之一蒸發器區域與該光學子總成熱接觸，且該熱管之在該第二端處之一冷凝器區域與該散熱器接觸區域熱接觸，其中該熱管子總成經組態以針對該冷凝器區域之在一較低第一溫度與一較高第二溫度之間的溫度，調整該熱管之該導熱性以將該蒸發器區域之一溫度維持於一較低第三溫度與一較高第四溫度之間的一溫度範圍內，該第三溫度高於該第一溫度達至少15ºC且該第四溫度不低於該第三溫度。
實例15：如實例14之光學封裝，其中該第四溫度與該第三溫度之間的一差值小於該第二溫度與該第一溫度之間的一差值。
實例16：如實例14之光學封裝，其中該熱管子總成包括黏附至該蒸發器區域中之該熱管且與該光學子總成熱接觸之一導熱配接板。
實例17：如實例16之光學封裝，其進一步包括安置於該光子積體電路與該配接板之間且與該光子積體電路及該配接板機械接觸之一軟熱介面材料層。
實例18：如實例17之光學封裝，其進一步包括可操作地使該熱管與一散熱器接觸區域在排除該冷凝器區域之一區域中絕緣之一熱絕緣結構。
實例19：如實例14至18中任一項之光學封裝，其中該光學子總成係一收發器子總成。
實例20：如實例14至19中任一項之光學封裝，其中該光學子總成包括一或多個積體電路。
儘管已參考特定實例性實施例描述本發明標的物，然很顯然，可在不脫離本發明標的物之更寬廣精神及範疇之情況下做出此等實施例之各種修改及改變。因此，說明書及圖式應被視為具闡釋性意義而非限制性意義。
100‧‧‧可變電導熱管/熱管 102‧‧‧熱管壁/壁 104‧‧‧腔 106‧‧‧芯結構 108‧‧‧蒸氣/工作流體蒸氣 110‧‧‧不可冷凝氣體 112‧‧‧軸 114‧‧‧遠端/端/蒸發器端 116‧‧‧遠端/端/冷凝器端 118‧‧‧蒸發器區域 120‧‧‧冷凝器區域 122‧‧‧絕熱區域 124‧‧‧第一外表面部分/底表面 126‧‧‧頂表面/第二外表面部分 128‧‧‧箭頭 130‧‧‧箭頭 200‧‧‧光學收發器模組/模組 202‧‧‧光學子總成 204‧‧‧熱管子總成 206‧‧‧外殼 208‧‧‧光子積體電路/積體電路 210‧‧‧電子積體電路/積體電路 212‧‧‧散熱器接觸區域 216‧‧‧導熱配接板/配接板/金屬配接板 218‧‧‧軟熱介面材料層/熱介面材料層 220‧‧‧熱絕緣結構 300‧‧‧溫度 302‧‧‧溫度 304‧‧‧溫度 306‧‧‧溫度 400‧‧‧操作循環 402‧‧‧程序 404‧‧‧程序 406‧‧‧程序 408‧‧‧程序 410‧‧‧程序
在本文中結合隨附圖式描述各項實例性實施例，其中：
圖1係根據各項實施例之一實例性可變電導熱管之一示意性橫截面視圖；
圖2係根據各項實施例之併入有一可變電導熱管之一實例性光學收發器模組之一分解視圖；
圖3係根據各項實施例之經熱管理之積體電路之實例性溫度分佈之一圖表；及
圖4係根據各項實施例之概述一可變電導熱管之操作循環之一流程圖。
100‧‧‧可變電導熱管/熱管
102‧‧‧熱管壁/壁
104‧‧‧腔
106‧‧‧芯結構
108‧‧‧蒸氣/工作流體蒸氣
110‧‧‧不可冷凝氣體
112‧‧‧軸
114‧‧‧遠端/端/蒸發器端
116‧‧‧遠端/端/冷凝器端
118‧‧‧蒸發器區域
120‧‧‧冷凝器區域
122‧‧‧絕熱區域
124‧‧‧第一外表面部分/底表面
126‧‧‧頂表面/第二外表面部分
128‧‧‧箭頭
130‧‧‧箭頭

Claims (20)

  1. 一種熱管理之光學封裝，其包括： 一光學子總成，其包括一光子積體電路； 一外殼，其圍繞該光學子總成，該外殼包括一散熱器接觸區域；及 一熱管子總成，其安置於該光學子總成與該散熱器接觸區域之間，該熱管子總成包括 一可變電導熱管，其具有第一端及第二端，該熱管容納一工作流體及一不可冷凝氣體，該熱管之在該第一端處之一蒸發器區域與該光子積體電路熱接觸，且該熱管之在該第二端處之一冷凝器區域與該散熱器接觸區域熱接觸，該熱管至少藉由該工作流體在該蒸發器區域中之蒸發及該工作流體在該冷凝器區域中之冷凝而冷卻該光子積體電路，且該不可冷凝氣體在不同程度上部分阻擋該工作流體到達該冷凝器區域以便調整該熱管之一導熱性；及 一熱絕緣結構，其使該熱管之一外表面部分與該散熱器接觸區域在排除該冷凝器區域之一區域中絕緣。
  2. 如請求項1之光學封裝，其中該第一端及該第二端係沿著實質上垂直於該光學子總成與該散熱器接觸區域分離所沿著之一方向之一方向分離。
  3. 如請求項1之光學封裝，其中該蒸發器區域係定位於該熱管之一第一外表面部分處且該冷凝器區域係定位於該熱管之在該光學子總成與該散熱器接觸區域分離所沿著之一方向上與該第一外表面部分相對之一第二外表面部分處，該經絕緣之外表面部分為該第二外表面部分之一部分。
  4. 如請求項3之光學封裝，其中該熱管子總成進一步包括與該蒸發器區域中之該第一外表面部分之一外表面機械接觸之一導熱配接板。
  5. 如請求項4之光學封裝，其進一步包括安置於該光子積體電路與該配接板之間且與該光子積體電路及該配接板機械接觸之一軟熱介面材料層。
  6. 如請求項1之光學封裝，其中光學收發器進一步包括一電子積體電路。
  7. 如請求項7之光學封裝，其中該蒸發器區域進一步與該電子積體電路熱接觸。
  8. 如請求項1之光學封裝，其中該熱管具有針對在自0ºC至70ºC之範圍內之該冷凝器區域之溫度改變至少兩倍之一導熱性。
  9. 如請求項1之光學封裝，其中該熱管子總成經組態以針對在自0ºC至70ºC之該範圍內之該冷凝器區域之溫度將該蒸發器區域之一溫度維持於自20ºC至85ºC之範圍內。
  10. 一種用於冷卻一光學子總成之熱管子總成，該熱管子總成包括： 一可變電導熱管，其具有第一端及第二端，該熱管包括： 一壁，其界定該第一端與該第二端之間的一軸、在該軸之相對各自側上之第一外表面部分及第二外表面部分，及界定一腔之一內表面； 一芯結構，其加襯於該熱管之該壁之該內表面；及 一相變工作流體及一不可冷凝氣體，其等容納在該腔內，其中該相變工作流體藉由在該第一端處之一蒸發器區域中之蒸發及在該第二端處之一冷凝器區域中之冷凝而可操作地冷卻該光學子總成，且該不可冷凝氣體藉由在不同程度上至少部分阻擋該工作流體到達該冷凝器區域而可操作地調整該熱管之一導熱性； 一導熱配接板，其黏附至該蒸發器區域中之該第一外表面部分；及 一熱絕緣結構，其可操作地使該熱管與一散熱器接觸區域在排除該冷凝器區域之一區域中絕緣，該熱絕緣結構跨自該第一端一直延伸至該冷凝器區域但不包含該冷凝器區域之一區域覆蓋該第二外表面部分。
  11. 如請求項10之熱管子總成，其中該導熱配接板係焊接至該熱管之一金屬板。
  12. 如請求項10之熱管子總成，其中該熱管具有針對在自0ºC至70ºC之範圍內之該冷凝器區域之溫度改變至少兩倍之一導熱性。
  13. 如請求項10之熱管子總成，其中該熱管子總成經組態以針對在自0ºC至70ºC之該範圍內之該冷凝器區域之溫度將該蒸發器區域之一溫度維持於自20ºC至85ºC之範圍內。
  14. 一種熱管理之光學封裝，其包括： 一光學子總成； 一外殼，其圍繞該光學子總成，該外殼包括一散熱器接觸區域；及 一熱管子總成，其安置於該光學子總成與該散熱器接觸區域之間，該熱管子總成包括具有第一端及第二端之一可變電導熱管，該熱管容納一工作流體及一不可冷凝氣體，該熱管之在該第一端處之一蒸發器區域與該光學子總成熱接觸，且該熱管之在該第二端處之一冷凝器區域與該散熱器接觸區域熱接觸， 其中該熱管子總成經組態以針對該冷凝器區域之在一較低第一溫度與一較高第二溫度之間的溫度，調整該熱管之該導熱性以將該蒸發器區域之一溫度維持於一較低第三溫度與一較高第四溫度之間的一溫度範圍內，該第三溫度高於該第一溫度達至少15ºC且該第四溫度不低於該第三溫度。
  15. 如請求項14之光學封裝，其中該第四溫度與該第三溫度之間的一差值小於該第二溫度與該第一溫度之間的一差值。
  16. 如請求項14之光學封裝，其中該熱管子總成包括黏附至該蒸發器區域中之該熱管且與該光學子總成熱接觸之一導熱配接板。
  17. 如請求項16之光學封裝，其進一步包括安置於該光子積體電路與該配接板之間且與該光子積體電路及該配接板機械接觸之一軟熱介面材料層。
  18. 如請求項17之光學封裝，其進一步包括可操作地使該熱管與一散熱器接觸區域在排除該冷凝器區域之一區域中絕緣之一熱絕緣結構。
  19. 如請求項14之光學封裝，其中該光學子總成係一收發器子總成。
  20. 如請求項14之光學封裝，其中該光學子總成包括一或多個積體電路。
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