专利名称：一种传热装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种传热装置其能使具有发热能力的待测设备的温度维持在规 定的温度。
背景技术：
通常情况下，所有高性能电子设备在被制 造商装运之前都受到100%的功能测试。 例如，高功率微处理器设备通常受到分级测试以确定该设备的实际运行速度。在分级测试 中，将微处理器芯片的温度保持在各个规定的温度同时设备功率在预定的测试顺序中额定 功率0% 100%之间变化是很重要的。在测试中为了将芯片保持在规定的温度，设计了一熟知的设备一一温度控制单 元(TCUs)。一般来说，加热过程是通过在温度控制单元中安装加热器而实现。为了实现冷 却过程，温度控制单元耦合到一个闭环系统既通过温度控制单元释放冷介质消除由测试设 备例如微处理器所产生的热量。冷介质可为单相流或双相流，单相流介质能够消除热量通 过强制对流而不改变其状态。冷水温度控制单元技术中使用单相流在微处理器测试中是常用的。结果发现，在 封装微处理器中的功率密度已接近约50W/cm2至约100W/cm2，由于微处理器设备的功率密 度水平的增加，有可能使单相流技术在低温下的微处理器测试中达到其极限。因此，有必要提供一个新的温度控制单元，其至少解决了上述的问题之一。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供一种传热装置其能使具有发热能力的待测设备的 温度维持在规定的温度，该传热装置包括一进流管和一出流管；一具有复数个通孔的导体 块，通孔接收来自进流管的流体并将流体输送到一出流管；设置在各通孔用以减少各通孔 的横断面积以提高传热效率的嵌入物。设置在各通孔的嵌入物，其每个嵌入物并不局限于一个相对于各通孔的横断面中 心固定的位置嵌入物大致上为纵向并可被设置在各通孔内，各嵌入物的纵轴大致上和通孔平 行。进流管和出流管与导体块的两端连接以形成传热模块，其中热传递主要发生在传 热模块。传热模块设置在一壳体内，传热装置还包括一设置在壳体上用于清除壳体内空气 以在传热模块周围产生一局部真空环境的阀，其中局部真空环境使传热模块易于悬置在壳 体内，并使传热模块和壳体之间传热隔离防止在壳体上发生冷凝。导体块大致上为T形并包括一主干部和一分支部，该分支部包括复数个通孔，该 主干部包括一与待测设备接触的表面。进流管和出流管与导体块分支部的两端相连以易于流体在通孔内流动。
传热装置还包括一加热层，该加热层设置在导体块分支部的表面并与导体块主干 部与测试设备接触的表面相对。加热层可通过加热器固定装置固定在导体块上，其中真空密封垫设置在导体块和 加热器固定装置之间。传热装置进一步包括一设置在导体块上用于测量待测设备温度的温度传感器。传热装置进一步包括一与所述温度传感器耦合并将测试设备的温度维持在规定 温度的控制器。该控制器可通过控制输入加热层的功率并且/或者控制流体的流动将待测设备 的温度维持在规定的温度。在操作中，流体进入通孔处于大致上的饱和液态，在来自待测设备热量的作用下 转变为大致上的气态，出通孔为大致上的气态。壳体由高强度材料制成以提供结构刚性和壳体内的耐高压峰值的能力。壳体由高导热性材料制成以避免壳体上的局部发生冷凝。该通孔在导体块上按复数行列对齐编排。传热装置进一步包括一个或多个嵌入元件，各嵌入元件穿过两个或多个通孔。该嵌入物由高导热性材料制成以提高传热效率。导体块为一体的由高导热性材料制成以提高传热效率。进流管、出流管和加热器固定装置由低导热性材料制成以防止在进流管、出流管 和加热器固定装置上管道部发生冷凝。根据本发明的第二个方面，提供一种传热装置其能使具有发热能力的待测设备的 温度维持在规定的温度，该传热装置包括一进流管和一出流管；一具有复数个通孔的导体 块，通孔接收来自进流管的流体并将流体输送到一出流管；其中导体块，进流管，出流管组 成传热模块，传热模块设置在一壳体内，传热装置还包括一设置在壳体上用于清除壳体内 空气以在传热模块周围产生一局部真空环境的阀，其中局部真空环境使传热模块易于悬置 在壳体内，并使传热模块和壳体之间传热隔离防止在壳体上发生冷凝。
本领域的技术人员通过以下描述结合附图能够更好地理解本发明的实施例。图1是当传热装置为温度控制单元时的剖面示意图。图2是图1中温度控制单元的传热模块的剖面示意图。图3是当传热装置为温度控制单元时的另一剖面示意图。图4是图1中温度控制单元的传热模块的俯视剖面示意图。图5是图1中温度控制单元的传热模块与测试设备接触的示意图。
具体实施例方式本文所述的实施例提供了一种新型采用双相流过程的温度控制单元，双相流介质 通过由液态转变为气态将热量带走。图1是当传热装置为温度控制单元100时的剖面示意图。该温度控制单元100包 括一壳体102，其包括一壳基体104和一主壳体106。一止回阀108设置于主壳体106上。
传热模块110设置于壳体102内。主壳体106设置于传热模块110之上，壳基体 104设置于传热模块110之下。传热模块110的一部分突出壳基体104。传热模块110的表 面112暴露在温度控制单元100外。传热模块110被设计成具有快热响应既快速提高和降 低温度并保持在测试中各设定的温度。因此，对于传热模块110的适当隔热就很重要。传 热模块110的设计就必须考虑环境热流动侵扰的因素。在环境与传热模块110之间的热传 递可被轻易的消除，同时在传热模块110附近的热传递也可被轻易实现。在电子冷却中，以任何形式存在的水都是极不可取的。由于温度控制单元100在 有水存在的开放环境中运行，所以就有在温度控制单元100表面冷凝的问题。为了防止在 温度控制单元100的壳体102上发生冷凝，传热模块110被隔离。温度控 制单元100内的 空气用止回阀108抽出。通过抽出温度控制单元100内的空气，在温度控制单元100内就 形成部分真空环境。由于温度控制单元100内的部分真空为极好的隔热性，朝向外部环境 的壳体102的表面温度保持在露点温度之上，其为与湿度和环境温度相关的因素。传热模 块110表面的冷凝就可轻易避免。此外，在加热过程，部分真空区域具有隔热作用，防止了 传热模块110的热损失。尽管有如上所述的防止冷凝的方法，温度控制单元100的壳体102也无法完全不 发生冷凝。由于局部的冷区域以及传热模块110与壳体102之间的局部热传递壳体102的 冷凝仍会发生。因此高导热性材料用于制造温度控制单元100的壳体102以保证良好的导 热避免冷凝发生在局部冷区域中。在一实施例中，使用铝合金，但可用其他高导热性材料用 于不同实施例。为了尽量减少壳体102局部冷区域，传热模块110与壳体102之间的任何直接接 触都要避免或减少。在实施例中通过将传热模块110悬置在壳体102内。由低导热性隔热 材料制成的真空密封垫116用于填充在壳体102和传热模块110之间的空隙以减少在壳体 102和传热模块110之间的热传递，以减低局部冷区域的影响。真空密封垫116很容易地避 免了环境中的空气流入温度控制单元100中。温度控制单元100中的局部真空区域也可将 真空密封垫116固定在适当的位置。由于传热模块110上方的部分真空区域，传热模块110 垂直方向的压力差使作用在传热模块110表面112的气压将在壳体102内的传热模块110 托起，因而使传热模块110悬置在壳体102内。由隔热材料制成的硬质填塞料114设置在 传热模块110与主壳体106之间以减少热传递，因而减少了局部冷区域，并将传热模块110 排列在壳体102内。在实施例中，低导热性材料例如不锈钢或高强度塑料例如聚碳酸酯用 于制造硬质填塞料114，其他低导热性材料可用于不同的实施例。为了确保温度控制单元100的密闭环境，实施例中壳体102应适当密封。真空密封 垫120塞在壳基体104和主壳体106之间，和导体块202加热器固定装置210之间以防止 空气漏进温度控制单元100内。如果故障设备沿着过程线将高压流体流进传热模块110，壳 体102被设计成传热模块110的加强件。经受住运行中的压力峰值，壳体102由能提供结 构刚性的高强度材料制成，在实施例中使用铝合金，但其他高强度材料可用于其他实施例。图2是图1中温度控制单元的传热模块的剖面示意图。传热模块110包括导体 块202，进流管205和出流管206，加热层208，加热器固定装置210。导体块202大致上为 T形并包括一主干部和一分支部，该分支部为宽度大于主干部的上部203，该主干部为下部 204。以方便热传递，导体块202由高导热性材料制成且为一体。在实施例中，使用铜合金，在其他实施例中，其他高导热性材料也可使用。为了尽量减少通过环境热流侵扰的热传递并避免在各进流管205，出流管206和 朝向外部环境的加热器固定装置210上管截面228，230，232的冷凝，进流管205，出流管 206和加热器固定装置210由导热性差的材料制成。使用低导热性材料例如不锈钢或高强 度塑料例如聚碳酸酯。进流管205和出流管206设置在导体块202的上部203两端。进流管205和出流 管206使用其各自的扣件固定在导体块202的上部203。导体块202的上部203被进流管 205和出流管206封闭。本领域技术人员可知，由于导体块，进流管和出流管被温度控制单 元100内部分真空环境所包围，上述的冷凝问题不发生在导体块202，进流管205和出流管 206。加热层208设置在导体块202的上部203的表面209，与导体块202的下部204的 表面112相对。加热层208通过加热器固定装置210使用扣件214和真空密封垫120固定 在导体块202的上部203。在实施例中，加热层208为市面上的平板式电阻加热器，但其他 加热层可用于不同的实施例。真空密封垫120设置在导体块202和加热器固定装置210之 间。加热器固定装置210由具有良好隔热的材料制成以减少热传递。在实施例中，使用低 导热性材料例如不锈钢或高强度塑料例如聚碳酸酯。但是其他的低导热性材料可以用于其 他不同的实施例。密封垫216设置在导体块202的上部203与进流管205，出流管206之间 以避免流体的泄露。密封垫216由耐受高低温的材料制成，在实施例中，使用氟橡胶或硅树 脂，其他的低导热性材料可以用于其他不同的实施例。一种装有弹簧的热电偶218温度传感器设置于腔220中，该腔大致处于导体块202 的中心位置。装有弹簧的热电偶218与外部控制器222耦合。装有弹簧的热电偶218检测 待测设备502的温度并将该温度反馈控制器222。控制器222同时监控流入传热模块110 的流体，在特定的压力、温度、和流速下，同时控制输入加热层208的功率以将待测设备502 的温度保持在规定的温度。控制器222与电源控制器224及贮液器控制器226耦合。控制 加热层208输入电源的电源控制器224与加热层208耦合。用于推动流体的贮液器控制器 226与进流管205，出流管206耦合。图3是当传热装置为温度控制单元时的另一剖面示意图，如图3所示，传热模块 110的导体块202包括复数个在导体块202的上部203为管302形式的通孔，管302在热电 偶218两侧以复数行列排列，该热电偶218设置在导体块202的腔220内。有两个因素影响到温度控制单元100的导体块202热传递，它们是有效的把热量 传递到流经导体块202的流体以及输送到导体块202的管302的流体量。管内的流动沸腾 具有非常高的传热能力，提高了流体的传热率，管302具有更小的水力直径，然而加工带有 管302的导体块202使其有更小的水力直径在常规机械加工中是个问题。纵向嵌入物例如金属丝插入导体块202的管302中以阻塞各管302内的流动区域 以减少管302截面积，因此，可得到一个更小的水力直径，流经管302的总流体传热率增加， 使得更有效地通过流体消除热量。使用例如金属丝可灵活的控制管302的水力直径，由于 管302直径的增加可使制造导体块202更为方便，因而常规机械加工可用于温度控制单元 100的导体块202的制造。设置在各管302内的嵌入物例如金属丝304，其并不限定于在各 管302内截面的中心。为了更进一步提高传热效率，嵌入物例如金属丝304由高导热性材料制成。在实施例中，嵌入物例如金属丝304为铜或铝合金线。但其他高导热性材料可用 于不同的实施例。通孔直径和金属丝的直径的较佳长度范围是0. 2毫米到3毫米。本领域技术人 员可知，在0. 2—3毫米，流通管通常被称为微型管，这是目前最适合于本实施例中的使用嵌 入物以减少截面的技术。在温度控制单元100中，金属丝与通孔的直径比较佳范围需超过 0.7，以减少截面超过50%，减少水力直径超过70%。在相同的压力梯度下，流动速率减少 超过85%。图4是图1中温度控制单元100的传热模块110的俯视剖面示意图。嵌入物例如 金属丝304的一端插入管302的一端，从同一管的另一端被拉出并插入相邻的同一行的管 302的相邻一端。如图4所示，热电偶218的各侧面的各行管302设置于导体块202的腔 220内，嵌入物例如金属丝304的穿线开始于起点402，并远离热电偶218结束于邻近热电 偶218的终点404。本领域技术人员可知，该穿线方法和或样式并不局限于上述的实施例 中。嵌入物例如金属丝304的两端通过焊接固定在起点402和终点404。管302和嵌入物 例如金属丝304被进流管205和出流管206围绕。图5是图1中温度控制单元的传热模块与待测设备接触的示意图。待测设备502 安装在安装层504上。可通过向上移动被测设备502或向下移动传热模块110，以便被测 设备502与导体块202的表面112接触进行测试。通过传动装置(未示出)实现被测设备 502与导体块202的表面112之间的正接触。测试中待测设备502与导体块202的表面112 之间的连接未示出。被测设备502具有发热能力。在降温过程中为了将待测设备502的温度保持在规 定温度，由待测设备502传向导体块202的热量由经过管302的冷介质流体消除。处于大致 上的饱和液态的流体被输入进流管205中如箭头506所示。流体流经导体块202的管302 如箭头508所制的方向。在热传递过程中管302内的流体由大致上的饱和液态转变为大致 上的气态。大致上为气态的流体由出流管206输出导体块202如箭头510所示。流经导体 块202管的流体消除了热量。在实施例中，制冷气体例如可使用R22，R404A和C02。其他 流体可用于不同的实施例。为了提高待测设备502在加热过程中的温度，打开加热层208为被测设备502供 热。热量由导体块202传到待测设备502。如上所述的温度控制单元100可轻易地达到想要的测试温度通过双相流过程并 能快速进行升降温。如上所述的温度控制单元100具有简单的结构易于拆装。温度控制单 元100的所有部件具有简单的设计无须专门的技术和设备进行生产。减少了生产成本。由 于温度控制单元100设计得紧凑可很容易的集成到测试处理器系统中。此外，温度控制单元100充分考虑了耐用性和可靠性。例如，快速加热和冷却，可 导致影响其整体性能材料的疲劳，可以通过选择适当的材料以将该疲劳降低到最小的程 度。该温度控制单元100的结构布置具有安全性以保证刚性能经得起任何高压峰值。因此， 该温度控制单元100的设计具有可靠性。此外，该温度控制单元100和冷却系统耦合以实现想要的结果并运用于要求测试 设备升降温的测试处理器系统中。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
一种传热装置其能使具有发热能力的待测设备的温度维持在规定的温度，该传热装置包括一进流管；一出流管；一具有复数个通孔的导体块，通孔接收来自进流管的流体并将流体输送到一出流管；设置在各通孔用以减少各通孔的横断面积以提高传热效率的嵌入物。
2.根据权利要求1所述的传热装置，其特征是设置在各通孔的嵌入物，其每个嵌入物 并不局限于一个相对于各通孔的横断面中心固定的位置。
3.根据权利要求1或2所述的传热装置，其特征是嵌入物大致上为纵向并可被设置 在各通孔内，各嵌入物的纵轴大致上和通孔平行。
4.根据权利要求1或2或3所述的传热装置，其特征是进流管和出流管与导体块的 两端连接以形成传热模块，其中热传递主要发生在传热模块。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的传热装置，其特征是传热模块设置在一壳体 内，传热装置还包括一设置在壳体上用于清除壳体内空气以在传热模块周围产生一局部真 空环境的阀，其中局部真空环境使传热模块易于悬置在壳体内，并使传热模块和壳体之间 传热隔离防止在壳体上发生冷凝。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的传热装置，其特征是导体块大致上为T形 并包括一主干部和一分支部，该分支部包括复数个通孔，该主干部包括一与待测设备接触 的表面。
7.根据权利要求6所述的传热装置，其特征是进流管和出流管与导体块分支部的两 端相连以易于流体在通孔内流动。
8.根据权利要求6或7所述的传热装置，其特征是传热装置还包括一加热层，该加热 层设置在导体块分支部的表面并与导体块主干部与测试设备接触的表面相对。
9.根据权利要求8所述的传热装置，其特征是加热层可通过加热器固定装置固定在 导体块上，其中真空密封垫设置在导体块和加热器固定装置之间。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的传热装置，其特征是 传热装置进一步包括一设置在导体块上用于测量待测设备温度的温度传感器。
11.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10所述的传热装置，其特 征是传热装置进一步包括一与所述温度传感器耦合并将测试设备的温度维持在规定温度 的控制器。
12.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11所述的传热装置， 其特征是该控制器可通过控制输入加热层的功率并且/或者控制流体的流动将测试设备 的温度维持在规定的温度。
13.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12所述的传热 装置，其特征是在操作中，流体进入通孔处于大致上的饱和液态，在来自待测设备热量的 作用下转变为大致上的气态，出通孔为大致上的气态。
14.根据权利要求5所述的传热装置，其特征是壳体由高强度材料制成以提供结构刚 性和壳体内的耐高压峰值的能力。
15.根据权利要求5或14所述的传热装置，其特征是壳体由高导热性材料制成以避免壳体上的局部发生冷凝。
16.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12或13或14 或15所述的传热装置，其特征是该通孔在导体块上按复数行列对齐编排。
17.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12或13或14 或15或16所述的传热装置，其特征是传热装置进一步包括一个或多个嵌入元件，各嵌入 元件穿过一个或多个通孔。
18.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12或13或14 或15所述的传热装置，其特征是该嵌入物由高导热性材料制成以提高传热效率。
19.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12或13或14 或15或16所述的传热装置，其特征是导体块为一体的由高导热性材料制成以提高传热效 率。
20.一种传热装置其能使具有发热能力的待测设备的温度维持在规定的温度，该传热 装置包括一进流管；一出流管；一具有复数个通孔的导体块，通孔接收来自进流管的流体并将流体输送到一出流管；其中导体块，进流管，出流管组成传热模块，传热模块设置在一壳体内，传热装置还包 括一设置在壳体上用于清除壳体内空气以在传热模块周围产生一局部真空环境的阀，其中 局部真空环境使传热模块易于悬置在壳体内，并使传热模块和壳体之间传热隔离防止在壳 体上发生冷凝。
全文摘要
本发明主要涉及一种传热装置其能使具有发热能力的待测设备的温度维持在规定的温度，该传热装置包括一进流管和一出流管；一具有复数个通孔的导体块，通孔接收来自进流管的流体并将流体输送到一出流管；设置在各通孔用以减少各通孔的横断面积以提高传热效率的嵌入物。
文档编号H01L23/34GK101842892SQ200780053654
公开日2010年9月22日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年7月6日
发明者彭修顺, 郑有量, 黄佩芳, 黄竟朝 申请人:黄竟朝