專利名稱：用電子器件進(jìn)行通信的裝置和電子器件之間的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上來說涉及電子器件間的互連，更具體地說，涉及一種用電子器件進(jìn)行通信的裝置和一種在電子器件間進(jìn)行通信的方法。
背景技術(shù)：
電子器件(比如印刷電路板、多片集成模塊、電子混合組件)和各種的組分級(jí)設(shè)備(比如集成電路、無源元件和有源元件)都是熱源，在正常工作過程中都需要冷卻。
兩階段噴射冷卻法(Two-phase spray cooling)的特點(diǎn)是霧化的液滴直接或者間接的噴射到熱源(比如一個(gè)電子器件)的表面。當(dāng)液滴撞到設(shè)備的表面時(shí)在設(shè)備上形成一層液體薄膜，熱量主要通過液體的蒸發(fā)從設(shè)備表面被帶走。
盡管兩階段噴射冷卻法在很多時(shí)候是一種優(yōu)選的去熱方法，但受噴射冷卻設(shè)備的外殼通常需要特別的密封。一般來講，在一個(gè)大氣壓差的情況下，為了保證系統(tǒng)具有5年內(nèi)正常工作性能所需的足夠液體，外殼的最大允許泄漏率為每秒10-6立方厘米。
噴射冷卻的一個(gè)優(yōu)勢是電子系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)的集成程度高。但是，系統(tǒng)的集成程度越高，電子器件間通信所需的互連便越多、越復(fù)雜，而且電子器件間互連的傳統(tǒng)方法(象電導(dǎo)體或光纖的物理連接)不能夠完全防止受噴射冷卻系統(tǒng)中液體的損失，每一個(gè)通過一外殼外邊緣的物理的、電子的、光纖的引線在一定時(shí)間后都會(huì)造成液體的損失。
盡管可以用防止過多液體損失的密封連接器，不過這種密封比較昂貴，并且可能包含很多部分(象密封條、固定螺絲和夾子)的組件。
因此就需要一種裝置和一種方法來完成電子器件間的通信，這種裝置和方法不造成密封邊緣處過多的液體損失，而且不需要大量的密封工作。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，前面所提到的需要可以通過一個(gè)裝置來達(dá)到，這個(gè)裝置通過一個(gè)電子器件進(jìn)行通信，該電子器件包括限定一第一腔(chamber)的第一外殼，第一腔的大小可以容得下一個(gè)電子器件。第一外殼具有一個(gè)內(nèi)表面和外表面，并且第一外殼至少有一部分是透明的。一個(gè)發(fā)光器件至少有一部分放置在第一外殼透明部分的內(nèi)外表面之間。發(fā)光器件有第一端和第二端。第一端響應(yīng)電信號(hào)，第二端響應(yīng)光信號(hào)。當(dāng)?shù)谝浑娮悠骷胖迷诘谝磺焕锩鏁r(shí)，第一電子器件發(fā)送電信號(hào)到第一端，第二端將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并將光信號(hào)通過外表面?zhèn)鬏敗?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在電子器件間通信的方法包括提供一個(gè)限定一腔的外殼，這個(gè)外殼具有一個(gè)內(nèi)表面和外表面，并且該外殼至少有一部分是透明的；將第一和第二電子器件放置在這個(gè)腔里；將一個(gè)發(fā)光器件的至少一部分放置在外殼透明部分的內(nèi)外表面之間，發(fā)光器件有第一端和第二端，第一端響應(yīng)電信號(hào)，第二端響應(yīng)光信號(hào)；提供一個(gè)接口板響應(yīng)發(fā)光器件，接口板和外殼的透明部分通信；通過第一電子器件將電信號(hào)傳送到第一端；將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；再將光信號(hào)通過外表面?zhèn)鬟f到接口板；通過接口板和第二個(gè)電子器件通信。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，在電子器件間通信的方法包括提供限定第一腔的第一外殼，第一外殼具有一內(nèi)表面和一外表面，并且第一外殼至少有一部分是透明的；將第一電子器件放置在第一腔里；將一發(fā)光器件至少一部分放置在第一外殼透明部分的內(nèi)外表面之間；發(fā)光器件有第一端和第二端，第一端響應(yīng)電信號(hào)，第二端響應(yīng)光信號(hào)；設(shè)置限定第二腔的第二外殼，第二外殼至少有一部分是透明的；放置第二電子器件在第二個(gè)腔里；并且通過發(fā)光器件在第一和第二電子器件間通信。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)通過下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得更加清楚，這在后面將通過說明形式進(jìn)行顯示和描述?？梢岳斫猓景l(fā)明可以采用其他不同的實(shí)現(xiàn)方式，其細(xì)節(jié)可以在各個(gè)方面加以修改。相應(yīng)地，附圖和說明書應(yīng)當(dāng)認(rèn)為只是示例性的，而并非是限制性的。
附圖的簡要說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的液體密封外殼的透視圖，該外殼內(nèi)嵌有一發(fā)光器件。
圖2為沿圖1中線2-2的剖面圖，說明外殼內(nèi)安置發(fā)光器件的一種方法。
圖3說明在圖1所示外殼內(nèi)安置發(fā)光器件的第一代替方法。
圖4說明在圖1所示外殼內(nèi)安置發(fā)光器件的第二代替方法。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)裝電子器件的液體密封外殼的透視圖，電子器件由一個(gè)中心接口互連。
圖6為兩個(gè)液體密封外殼的透視圖，內(nèi)有電子器件，它們通過由圖4所示的中心接口互連。
圖7為兩個(gè)液體密封外殼的透視圖，內(nèi)有以視線形式互連的電子器件。
圖8為兩個(gè)液體密封外殼的另外一個(gè)透視圖，內(nèi)有以視線形式互連的電子器件。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明現(xiàn)在參見附圖，其中類似的數(shù)字表示類似的元件，圖1是一液體密封外殼10的透視圖。外殼10最好是塑料的，也可以是其他材料比如金屬。如圖所示，外殼10有內(nèi)表面22和外表面24，內(nèi)有腔26和電子器件45，電子器件可以是印刷電路板等等。外殼10的形狀最好能使用典型的噴射冷卻系統(tǒng)冷卻電子器件45。
一個(gè)適合噴射冷卻電子器件45的閉環(huán)噴射冷卻系統(tǒng)可包括液體泵50，液體泵50通過管52和液體輸入口46連接，液體泵向外殼10輸送冷卻液。管52可通過有倒鉤的裝置53和液體輸入口46連接，或者使用其他任何適合的裝置連接。
噴嘴(未畫出)根據(jù)已知的技術(shù)將冷卻液霧化，并將霧化的液體注入到腔26中的電子器件45上。當(dāng)霧化的液體碰撞到電子器件45時(shí)，在電子器件45上形成一層液體薄膜，熱量主要通過電子器件上的液體蒸發(fā)被帶走。
多余的液體通過液體排放口47排出外殼10。冷凝器53通過管54連接到泵50，通過管56連接到液體排放口47，并且通過液體排放口47搜集液體。管56可通過有倒鉤的裝置和液體排放口47連接，或者使用其他任何適合的裝置連接。冷凝器53將液體中的熱量釋放，將它還原成最初的液相?？梢允褂蔑L(fēng)扇(未標(biāo)注)來提高冷凝器53的制冷能力。冷卻后的液體由冷凝器53提供給泵50。這樣冷卻劑的閉路循環(huán)就形成了?？梢岳斫獾氖抢鋮s液在任何一個(gè)給定點(diǎn)都可以是氣體、液體或者氣液混合物。
冷卻液可以是任何的非導(dǎo)電冷卻劑，這類冷卻劑為大家所熟知并被廣泛使用，或者在特定環(huán)境下可以使用導(dǎo)電冷卻劑比如水。例如一種適合的非導(dǎo)電介質(zhì)冷卻劑是3M公司的FluorinertTM，定貨號(hào)是FC-72。另外一種類似于3M公司的FluorinertTM碳氟化合物的非導(dǎo)電液體，由Ausimont Galden公司提供。
我們也考慮到了以下情況，任何傳統(tǒng)的提供冷卻液體流的裝置都可以和所述本發(fā)明的具體實(shí)施例結(jié)合起來，例如為了冗余的目的，可以不只是一個(gè)外殼10和一個(gè)冷卻源連接，一個(gè)或更多的冷卻源可以和一個(gè)外殼10相連。為了更好的減少液體的泄漏，我們也考慮將泵和冷凝器組件集中裝入外殼10，這樣就沒有伸到外殼10邊緣外面的液體饋送裝置。
液體泵50和冷凝器53的大小可以基于熱量排出和液體流速的需要選擇。例如為排出500到1000瓦的熱量，一個(gè)典型的閉環(huán)液體流速為每分鐘500到1000毫升。各種大小的泵和冷凝器組件可以從Isothermal Systems Research公司得到，并且合格的管和固定裝置可以從位于Vernon Hills,Illinois的Cole-Parmer公司得到。
根據(jù)圖1，外殼10有一個(gè)蓋(cover)12，蓋至少有一個(gè)部分是透明的。蓋12和外殼10一樣，有內(nèi)表面22和外表面24。蓋12的材料可以是在預(yù)定波長透明的材料比如光學(xué)級(jí)聚碳酸脂(optical-gradepolycarbonate)，或者是其他的光學(xué)透明材料。蓋12的一種合適材料為模制聚合物，例如LexanTM聚碳酸脂，可以從GE Plastics得到。蓋12可以用墊圈16(比如密封圈)連接和密封到外殼10上。將蓋12密封或連接到外殼10可以有多種方法，比如用螺絲、超聲波焊接、銅焊或錫焊等等其他的已有方法。
許多發(fā)光器件14置于蓋12中。發(fā)光器件14使電子器件45能和外殼10外面的電子器件通信。連接電子器件45的導(dǎo)電線(下面將進(jìn)一步討論)上的電子信號(hào)被發(fā)送到發(fā)光器件14，發(fā)光器件激發(fā)一光源并將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)20。光信號(hào)20通過蓋12傳遞到光接收器件(未畫出)。光接收器件也可以置于蓋12內(nèi)，這樣就可以通過電子器件45進(jìn)行雙向通信。
發(fā)光器件14可以是例如半導(dǎo)體激光器件比如帶有光學(xué)驅(qū)動(dòng)電路的激光二極管，也可以是其他把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的器件。BCP公司有合適的發(fā)光器件和光接收器件。
圖2為沿圖1的線2-2方向的剖視圖，說明一種置發(fā)光器件14于蓋12中的方法。如圖所示，發(fā)光器件14整體置于蓋12的內(nèi)表面22和外表面24之間。內(nèi)插模制法(Insertion molding)是一種較好的安置發(fā)光器件14于蓋12中的方法，也可以采用其他的方法。當(dāng)發(fā)光器件14內(nèi)插模制于蓋12中時(shí)，和電子器件45連接的導(dǎo)電線18也可以內(nèi)插模制于蓋12的內(nèi)表面22內(nèi)。另一方面，導(dǎo)電終端也可以采用根據(jù)公知技術(shù)的過度模制彈性電路(over-molded flex circuit)完成。
可知，如圖2所示將發(fā)光器件14置于蓋12內(nèi)的方法使用來冷卻電子器件45的冷卻液保持在腔26內(nèi)，并保證光信號(hào)20不被外殼10外的冷卻液弄失真而自由向外傳輸。使冷卻液對(duì)光信號(hào)產(chǎn)生的失真最小在高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中非常重要。此外，蓋12可以為發(fā)光器件14產(chǎn)生的光信號(hào)聚焦。
圖3說明將發(fā)光器件14置于蓋12中的第一替代方法。如圖所示，在蓋12的內(nèi)表面22有一凹處(recess)30。密封發(fā)光器件14的透鏡28緊緊固定在凹處30中。這種結(jié)構(gòu)在冷卻流對(duì)光信號(hào)20的傳輸干擾比較小比如低速率應(yīng)用時(shí)非常有效。
圖4說明在外殼10內(nèi)安置發(fā)光器件的第二替代方法。如圖所示，發(fā)光器件14置于電子器件45之上，于是光信號(hào)20通過蓋12的內(nèi)表面22和外表面24傳輸。
圖5為外殼10的透視圖，外殼10內(nèi)含第一需噴射冷卻的電子器件45和第二需噴射冷卻的電子器件46。外殼10有一個(gè)蓋(未畫出)，內(nèi)含和兩個(gè)電子器件45和46聯(lián)系的發(fā)光器件和光接收器件(未畫出)。發(fā)光器件和光接收器件具有圖2、3、4中說明的技術(shù)的結(jié)構(gòu)。接口板32使設(shè)備45與46間的通信和設(shè)備45、46與外部設(shè)備(未畫出)間的通信更為方便，這些需要光接收器件16接收置于外殼10內(nèi)的發(fā)光器件發(fā)出的光信號(hào)，和發(fā)光器件14把光信號(hào)發(fā)送到外殼10內(nèi)的光接收器件來完成。電子器件45和46間的通信鏈路也可以用硬件鏈路連接，因?yàn)檫@些器件都處于外殼10內(nèi)。
圖6為兩個(gè)液體密封的外殼10和11的透視圖，它們分別內(nèi)含受噴射冷卻的電子器件45和46。外殼10和11都有蓋(未畫出)，內(nèi)有發(fā)光器件和光接收器件(未畫出)。發(fā)光器件和光接收器件具有圖2、3、4中說明的技術(shù)的結(jié)構(gòu)。接口板使電子器件45、46和外部設(shè)備(未畫出)間的通信更方便，圖5的說明已經(jīng)對(duì)此作了描述。
圖7為兩個(gè)液體密封的外殼10和11的透視圖，它們分別內(nèi)含電子器件45和46。外殼10和11都包含一個(gè)部分，這些部分內(nèi)含發(fā)光器件和光接收器件(未畫出)，它們具有圖2、3、4中說明的結(jié)構(gòu)。外殼10中的發(fā)光器件優(yōu)選以視線方式和外殼11中的光接收器件對(duì)齊，反過來也一樣。在這種方式下，電子器件45和46在外殼10和11間可以不通過一公共接口板通信。
圖8為兩個(gè)液體密封的外殼10和11的另外一個(gè)透視圖，它們分別內(nèi)置受噴射冷卻的電子器件45和46。外殼10和11有蓋12，內(nèi)含具有圖2、3、4中說明的技術(shù)的結(jié)構(gòu)發(fā)光器件和光接收器件(與外殼11有關(guān)的蓋12中的發(fā)光器件14和光接收器件16可見)。外殼11中的發(fā)光器件14優(yōu)選以視線方式和外殼10中的光接收器件對(duì)齊，反過來也一樣。在這種方式下，設(shè)備45和46在外殼10和11間可以不通過一公共接口板通信。
這兒描述的裝置和方法使外殼的密封性能良好，這種外殼使得受液體冷卻系統(tǒng)(比如受噴射冷卻系統(tǒng))中在用電子器件和在電子器件之間通信的同時(shí)液體損失減少。因?yàn)殡娮悠骷g的互連不是通過機(jī)械方式完成的，所以沒有會(huì)在運(yùn)輸中或工廠操縱或野外運(yùn)輸操縱中易損和突出來的專用導(dǎo)體。
我們還考慮到，整個(gè)外殼或者其中的任何一部分可以是透明的；而且發(fā)光器件和光接收器件可以置于外殼之中或周圍的任何一部分。我們還考慮到現(xiàn)在描述的本發(fā)明的具體實(shí)施例并不限于受液體冷卻的系統(tǒng)，它們可以適用于任何需要在電子模塊間通信的系統(tǒng)。
應(yīng)當(dāng)明白，在不偏離所附權(quán)利要求書及其等同物的精神和范圍的情況下，可以作出本發(fā)明的其它形式，并且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明決不以任何方式限于上述特定的實(shí)施例，而只能由下面的權(quán)利要求書及其等同物限定。
權(quán)利要求
1．一種用一電子器件進(jìn)行通信的裝置，包括第一外殼，限定一第一腔，第一腔具有容納至少一部分電子器件的大小，第一外殼具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面，并且第一外殼的至少一部分是透明的；一個(gè)發(fā)光器件，它至少有一部分置于第一外殼的透明部分內(nèi)表面和外表面之間，發(fā)光器件具有第一和第二端，第一端響應(yīng)電信號(hào)，第二端響應(yīng)光信號(hào)，其中當(dāng)?shù)谝浑娮悠骷辽僖幸徊糠种糜诘谝磺恢袝r(shí)，第一電子器件發(fā)送電信號(hào)到第一端，第二端將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并將光信號(hào)通過外表面?zhèn)鬏敗?br> 2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的發(fā)光器件包括一個(gè)半導(dǎo)體激光器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一端包含一個(gè)導(dǎo)電體。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中當(dāng)?shù)谝浑娮悠骷仓迷诘谝磺恢袝r(shí)，第一電子器件與冷卻液接觸。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括第二外殼，限定一第二腔，第二腔的大小容得下一個(gè)電子器件，第二外殼至少有一部分是透明的，其中當(dāng)?shù)诙娮悠骷糜诘诙恢袝r(shí)，第二電子器件響應(yīng)光信號(hào)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一個(gè)響應(yīng)光信號(hào)的接口板。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一外殼包含塑料。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中發(fā)光器件被內(nèi)插模制在第一外殼中。
全文摘要
電子器件的通信裝置和電子器件之間的通信方法本裝置包括限定一第一腔26的第一外殼10，第一腔的大小能內(nèi)裝一電子器件。第一外殼有一內(nèi)表面(22)和外表面(24)，并且第一外殼至少有一部分是透明的。一個(gè)發(fā)光器件(14)至少有一部分處于第一外殼透明部分的內(nèi)表面和外表面之間。該發(fā)光器件有第一端和第二端。第一端響應(yīng)電信號(hào)(18)，第二端響應(yīng)光信號(hào)(20)。當(dāng)?shù)谝浑娮悠骷?45)置于第一腔中時(shí)，第一電子器件發(fā)送電信號(hào)到第一端，第二端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并且通過外表面?zhèn)鬏敼庑盘?hào)。
文檔編號(hào)H04B10/22GK1238082SQ97199872
公開日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1997年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月31日
發(fā)明者凱文·J·邁克鄧恩, 杰拉爾德·W·巴拉德 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司