DE102020200061A1

DE102020200061A1 - Ultradünne zweiphasen-wärmetauscher mit strukturdocht

Info

Publication number: DE102020200061A1
Application number: DE102020200061.1A
Authority: DE
Inventors: Doug Vanderwees
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2020-07-09
Also published as: US20200221605A1; CN111414056A; US11582884B2; US20230060439A1; CN111414056B

Abstract

Es werden Verfahren und ein System für einen Wärmetauscher bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst eine mobile elektronische Vorrichtung, umfassend eine vordere Abdeckung und eine hintere Abdeckung, einen zwischen der vorderen Abdeckung und der hinteren Abdeckung angeordneten Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher eine zwischen einer inneren Oberfläche einer ersten Platte und einer inneren Oberfläche einer zweiten Platte angeordnete Fluidkammer und ein innerhalb der Fluidkammer angeordnetes Dochtmaterial umfasst, wobei das Dochtmaterial ein gesintertes Material umfasst, das konfiguriert ist, um einer Vielzahl von Fluidpassagen zu erlauben, dort hindurch zu strömen.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/789,778 mit dem Titel „Ultra Thin Two Phase Heat Exchangers with Structural Wick“, eingereicht am 8. Januar 2019, in Anspruch. Der gesamte Inhalt der oben aufgeführten Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Wärmemanagement von wärmeerzeugenden elektronischen Bauteilen, beispielsweise Computerchips in persönlichen elektronischen Vorrichtungen, beispielsweise Smartphones, Tablets und Computer, und insbesondere auf ultradünne Wärmeübertragungsvorrichtungen für persönliche elektronische Vorrichtungen, sowie auf Verfahren zu ihrer Herstellung.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
Die von Computerchips und/oder anderen wärmeerzeugenden Bauteilen in persönlichen elektronischen Vorrichtungen erzeugte Wärme kann abgeführt werden, um hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten und hohe Temperaturen, die eine Verschlechterung der Vorrichtung oder Unannehmlichkeiten für den Benutzer bewirken können, zu vermeiden. Als maximale Hautkontakttemperatur für eine Handvorrichtung ist zum Beispiel 43 °C vorgegeben, und für Computerchips können Temperaturen oberhalb von etwa 75-85 °C Lebensdauer und Leistungsfähigkeit signifikant beeinflussen. Wärmeableitung ist von größerem Interesse, da Chipgrößen weiterhin abnehmen und Verarbeitungsgeschwindigkeiten zunehmen, was zu erhöhten Leistungsdichten und einer größeren Wärmeerzeugung pro Einheitsfläche führt.
Einige persönliche elektronische Vorrichtungen beinhalten dünne wärmeverteilende Vorrichtungen, beispielsweise planare Lagen aus Graphit und/oder Kupfer oder auf planaren Lagen montierte Wärmerohre, um die von dem Computerchip erzeugte Wärme über die Fläche der Vorrichtung zu verteilen und abzuleiten. Es wird angenommen, dass die Effizienz dieser bestehenden Technologien möglicherweise nicht ausreichend ist, um die erhöhten Leistungsdichten zukünftiger Generationen von Computerchips zu handhaben.
Es sind kompakte Kühlvorrichtungen bekannt, bei denen die Wärme des Computerchips als latente Verdunstungswärme von dem Chip weg transportiert wird. Diese Vorrichtungen sind als „Dampfkammern“ bekannt und weisen eine flache, planare, tafelartige Struktur mit einer ein Arbeitsfluid enthaltenden inneren Kammer auf. Die Dampfkammer verteilt an einer lokalen Fläche aufgenommene Wärmeenergie möglichst gleichmäßig über ihre gesamte Fläche und fungiert dadurch als eine erweiterte Lamellenoberfläche zum Leiten oder Konvektieren der Energie weg von dem Computerchip.
Die lokale Fläche der Dampfkammer, die mit dem Computerchip und/oder einem anderen wärmeerzeugenden Bauteil in Kontakt steht, enthält Arbeitsfluid im flüssigen Zustand. Wärme von dem Computerchip wird auf das Arbeitsfluid übertragen, das verdampft und durch innere Gasstrompassagen zu kühleren Flächen der Dampfkammer zirkuliert wird, wo seine Temperatur fällt und es die größere Lamellenfläche verwendet, um zu kondensieren, wodurch die Kondensationswärme in von dem Chip entfernten Flächen freigesetzt wird. Das kondensierte Arbeitsfluid wird dann mittels Dochtwirkung durch Kapillarströmung zurück zu der Fläche des Chips befördert, um den Zyklus zu wiederholen.
Ein Beispiel für eine Dampfkammer ist in der gemeinsam abgetretenen US-Patentanmeldung Nr. 16/047,484 von Vanderwees et al. offenbart, deren Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird. Gemäß der von Vanderwees et al. vorgeschlagenen Struktur umfasst eine Dampfkammer ein zwischen einem Paar Lagen eingebettetes Dochtwirkungselement, wobei das Dochtwirkungselement eine oder mehrere Drahtgeflechtschichten umfasst. Jedes Dochtwirkungselement ist aus einer größeren Materiallage ausgeschnitten und beinhaltet eine erste Vielzahl von Ausschnitten, die Gasstrompassagen definieren, und kann zudem eine zweite Vielzahl von Ausschnitten beinhalten, die Zwischenräume definieren, in denen Verstärkungsrippen bereitgestellt sind, wobei die Verstärkungsrippen die Höhe der Fluidkammer überspannen, um die Lagen der Dampfkammer strukturell zu stützen. Das Zurechtschneiden des Dochtwirkungselements und die Bildung von Ausschnitten darin erzeugen signifikante Mengen an Ausschuss während des Prozesses, bis zu 50-80 Prozent des Drahtgeflechtmaterials, und die Verstärkungsrippen können zudem signifikante Mengen an Platz einnehmen.
Es besteht nach wie vor ein Bedarf an verbesserten Wärmetauschern, die ausreichend steif, dünn, haltbar und kostengünstig in der Herstellung sind, sowie an Herstellungsverfahren, um diese Ziele zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt wird ein Wärmetauscher für das Wärmemanagement eines wärmeerzeugenden Bauteils bereitgestellt. Der Wärmetauscher weist eine erste Oberfläche, die für den Wärmekontakt mit dem wärmeerzeugenden Bauteil angepasst ist, eine gegenüberliegende zweite Oberfläche und ein Inneres, dass eine ein Arbeitsfluid enthaltende Fluidkammer definiert, auf. Der Wärmetauscher umfasst eine erste Platte, eine zweite Platte und ein Dochtmaterial.
Die erste Platte des Wärmetauschers weist eine Innenseite, die zum Inneren der Fluidkammer zeigt, eine Außenseite, die entweder die erste oder zweite Oberfläche des Wärmetauschers definiert, und eine äußere periphere Versiegelungsoberfläche auf der Innenseite der ersten Platte auf.
Die zweite Platte des Wärmetauschers weist eine Innenseite, die zum Inneren der Fluidkammer zeigt, eine Außenseite, die entweder die obere oder untere Oberfläche
des Wärmetauschers definiert, und eine äußere periphere Versiegelungsoberfläche auf der Innenseite der zweiten Platte auf, wobei die äußeren peripheren Versiegelungsoberflächen der ersten und zweiten Platte versiegelnd zusammengefügt sind.
Das Dochtmaterial des Wärmetauschers ist im Inneren der Fluidkammer zwischen der Innenseite der ersten Platte und der Innenseite der zweiten Platte aufgenommen, wobei eine Dochtmateriallage erste und gegenüberliegende zweite äußere Oberflächen aufweist. Die erste äußere Oberfläche des Dochtmaterials steht mit der Innenseite der ersten Platte in Kontakt und die zweite äußere Oberfläche des Dochtmaterials steht mit der Innenseite der zweiten Platte in Kontakt.
Gemäß einem Aspekt umfasst das Dochtmaterial gesinterte Partikel, die Kupfer oder Nickel umfassen können.
Gemäß einem Aspekt ist die erste äußere Oberfläche des Dochtmaterials metallurgisch an die Innenseite der ersten Platte gebunden und/oder die zweite äußere Oberfläche des Dochtmaterials ist metallurgisch an die Innenseite der zweiten Platte gebunden.
Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher weiter eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen zum Zirkulieren des Arbeitsfluid in einem flüssigen Zustand. Jede der Flüssigkeitsstrompassagen ist durch eine hydrophile Fläche des Dochtmaterials definiert, in der die gesinterten Metallpartikel bereitgestellt sind; und jede der Flüssigkeitsstrompassagen umfasst eine Vielzahl von durch Zwischenräume zwischen den gesinterten Metallpartikeln definierten Poren.
Gemäß einem Aspekt weist das Dochtmaterial eine Porosität von etwa 25-75 Prozent in der Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen auf.
Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher weiter eine Vielzahl von primären Gasstrompassagen zum Zirkulieren des Arbeitsfluid in einem gasförmigen Zustand. Die primären Gasstrompassagen können durch die Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen voneinander beabstandet sein.
Gemäß einem Aspekt ist jede der primären Gasstrompassagen mindestens teilweise durch eine Leerstellenfläche in dem Dochtmaterial definiert oder mindestens teilweise durch eine Fläche reduzierter Höhe in dem Dochtmaterial definiert.
Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher weiter mindestens eine sekundäre Gasstrompassage zum Zirkulieren des Arbeitsfluid in einem gasförmigen Zustand. Jede der sekundären Gasstrompassagen verbindet zwei oder mehr der primären Gasstrompassagen miteinander.
Gemäß einem Aspekt ist jede der Vielzahl von primären Gasstrompassagen und/oder jede der mindestens einen sekundären Gasstrompassage mindestens teilweise durch eine Leerstellenfläche in dem Dochtmaterial definiert oder mindestens teilweise durch eine Fläche reduzierter Höhe in dem Dochtmaterial definiert.
Gemäß einem Aspekt ist jede der Vielzahl von primären Gasstrompassagen durch eine Leerstellenfläche in dem Dochtmaterial definiert. Jede der mindestens einen sekundären Gasstrompassagen kann durch eine Fläche reduzierter Höhe in dem Dochtmaterial definiert sein.
Gemäß einem Aspekt umfasst jede Fläche reduzierter Höhe eine Fläche, in der das Dochtmaterial bezüglich seiner Dicke relativ zu der Flüssigkeitsstrompassage reduziert ist, um einen Gasstrom oberhalb und/oder unterhalb der Fläche reduzierter Höhe zu erlauben.
Gemäß einem Aspekt kann jede Fläche reduzierter Höhe die gesinterten Metallpartikel oder einen nicht porösen Streifen eines Metalls umfassen.
Gemäß einem Aspekt umfasst der Wärmetauscher eine Dampfkammer und das wärmeerzeugende Bauteil ist ein wärmeerzeugendes Bauteil einer persönlichen elektronischen Vorrichtung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Smartphone, einem Tablet und einem Computer.
Gemäß einem Aspekt ist eine Verdunstungszone im Inneren der Fluidkammer zwischen der ersten und zweiten Platte definiert, wobei die Verdunstungszone einer Fläche der oberen Oberfläche, die mit dem wärmeerzeugenden Bauteil in Kontakt steht, direkt gegenüberliegt. Der Wärmetauscher kann weiter eine Vielzahl von beabstandeten primären Gasstrompassagen zum Zirkulieren des Arbeitsfluids in einem gasförmigen Zustand umfassen, wobei jede der primären Gasstrompassagen ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die ersten Enden der Vielzahl von primären Gasstrompassagen in der Verdunstungszone in offener Strömungskommunikation miteinander stehen und sich das zweite Ende jeder primären Gasstrompassage distal von dem ersten Ende befindet. Der Wärmetauscher kann zudem eine Vielzahl von beabstandeten Flüssigkeitsstrompassagen zum Zirkulieren des Arbeitsfluids in einem flüssigen Zustand und mindestens eine sekundäre Gasstrompassage, von denen jede eine Strömungskommunikation zwischen dem zweiten Ende einer der primären Gasstrompassagen und mindestens einer anderen der primären Gasstrompassagen bereitstellt, umfassen. Das zweite Ende jeder primären Gasstrompassage kann durch die mindestens eine sekundäre Gasstrompassage in Strömungskommunikation mit mindestens einer anderen der primären Gasstrompassagen stehen. Einige oder alle der primären Gasstrompassagen in der Vielzahl von primären Gasstrompassagen können zudem durch mindestens eine sekundäre Gasstrompassage, wahlweise durch eine oder mehrere der primären Gasstrompassagen, miteinander verbunden sein.
Gemäß einem Aspekt befindet sich die Verdunstungszone an oder nahe einem ersten Ende des Wärmetauschers und die zweiten Enden mindestens einiger der primären Gasstrompassagen befinden sich nahe einem zweiten Ende des Wärmetauschers, von der Verdunstungszone längs beabstandet. Die quer verlaufende Gasverteilungszone kann sich quer über den Wärmetauscher nahe dem zweiten Ende davon erstrecken, wobei die quer verlaufende Wärmeverteilungszone
in offener Strömungskommunikation mit den zweiten Enden aller der primären Gasstrompassagen, deren zweite Enden sich nahe dem zweiten Ende des Wärmetauschers befinden, steht.
Gemäß einem Aspekt umfasst das Dochtmaterial weiter einen leitenden Patch mit einer ersten Oberfläche, die metallurgisch an die Innenseite der ersten Platte gebunden ist, wobei der leitende Patch mindestens einen Abschnitt der Verdunstungszone einnimmt.
Gemäß einem Aspekt kann der leitende Patch eine solide, nicht poröse Struktur oder eine gesinterte Struktur aufweisen.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers wie hierin beschrieben bereitgestellt, aufweisend eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen zum Zirkulieren eines Arbeitsfluids in einem flüssigen Zustand und einer Vielzahl von primären Gasstrompassagen zum Zirkulieren des Arbeitsfluids in einem gasförmigen Zustand. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Sinterform, die eine Vielzahl von Vertiefungen und eine Vielzahl von erhabenen Flächen aufweist, wobei die Vielzahl von Vertiefungen die Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen definiert und die Vielzahl von erhabenen Flächen die äußere Peripherie des Dochtmaterials und die Vielzahl von primären Gasstrompassagen definiert.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Bereitstellen einer Vielzahl von Metallpartikeln. Das Verfahren kann weiterhin das Füllen der Vielzahl von Vertiefungen mit der Vielzahl von Metallpartikeln umfassen. Die Vielzahl von in den Vertiefungen sinternden Metallpartikeln kann durch Anwendung von Wärme und/oder Ausübung von Druck zur Bildung der Dochtmateriallage gesintert werden, wobei die Dochtmateriallage zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte platziert ist, wobei die erste und zweite Platte mit ihren Innenseiten zueinander zeigend positioniert sind und die periphere Versiegelungsoberfläche der ersten Platte in direktem Kontakt mit der peripheren Versiegelungsoberfläche der zweiten Platte steht. Das Verfahren umfasst weiterhin das versiegelnde Zusammenfügen der peripheren Versiegelungsoberfläche der ersten Platte mit der peripheren Versiegelungsoberfläche der zweiten Platte.
Gemäß einem Aspekt beinhaltet das Dochtmaterial mindestens eine Fläche reduzierter Höhe, von denen jede durch Bereitstellen des ersten Sinterformabschnitts mit einem entsprechenden Abschnitt reduzierter Höhe, der eine oberhalb der Vertiefungen und unterhalb der erhabenen Flächen der Sinterform beabstandete obere Oberfläche aufweist, gebildet ist.
Gemäß einem Aspekt ist die mindestens eine Fläche reduzierter Höhe durch die gleichen Partikel gebildet, aus denen ein Rest des Dochtmaterials gebildet ist, sodass die mindestens eine Fläche reduzierter Höhe die gleiche Zusammensetzung und Porosität aufweist wie das die Flüssigkeitsstrompassagen umfassende Dochtmaterial.
Gemäß einem Aspekt ist die mindestens eine Fläche reduzierter Höhe aus Partikeln gebildet, die eine andere Zusammensetzung und/oder einen anderen Durchmesser aufweisen als die einen Rest des Dochtmaterials umfassenden Partikel, sodass die mindestens eine Fläche reduzierter Höhe eine andere Zusammensetzung und/oder Porosität aufweist als das die Flüssigkeitsstrompassagen umfassende Dochtmaterial.
Gemäß einem Aspekt ist die mindestens eine Fläche reduzierter Höhe aus einem nicht porösen Streifen eines Metallmaterials gebildet, der in dem Sinterformhohlraum auf eine Fläche reduzierter Höhe platziert ist.
Gemäß einem Aspekt umfasst das Verfahren weiter einen Kompressionsschritt entweder während oder nach dem Formvorgang, um mindestens einen Abschnitt des Dochtmaterials zu komprimieren und dadurch seine Dicke und/oder seine Porosität anzupassen.
Gemäß einem Aspekt ist das Dochtmaterial mit einem dickeren Bereich bereitgestellt, aufweisend eine Dicke, die bis zu drei Mal größer ist als die eines Restes des Dochtabschnitts, wobei der dickere Bereich durch den Kompressionsschritt auf eine Dicke komprimiert wird, die die gleiche ist wie die des Restes des Dochtabschnitts, sodass der komprimierte dickere Bereich eine geringere Porosität aufweist als der Rest des Dochtmaterials.
Gemäß einem Aspekt beinhaltet das Dochtmaterial mindestens eine Fläche reduzierter Höhe, die jeweils durch den Kompressionsschritt gebildet wird.
Gemäß einem Aspekt umfasst das Verfahren weiter das metallurgische Binden des Dochtmaterials an die Innenseite der ersten Platte und/oder die Innenseite der zweiten Platte.
Gemäß einem Aspekt umfasst das Verfahren weiter das metallurgische Binden eines leitenden Metallpatches an die Innenseite der ersten Platte vor dem Schritt des Platzierens der Dochtmateriallage zwischen die erste Platte und die zweite Platte, wobei sich der leitende Patch mindestens teilweise in der Verdunstungszone befindet.
Gemäß einem Aspekt umfasst das Verfahren weiter den Schritt des Füllens der Fluidkammer mit dem Arbeitsfluid, wobei der Füllschritt unter einem Teilvakuum durchgeführt wird.
Es ist davon auszugehen, dass die Zusammenfassung oben bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine wesentlichen oder entscheidenden Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Umfang einzig durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungen beschränkt, die beliebige der oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung aufgeführte Nachteile lösen.
Figurenliste
Nun werden nur anhand von Beispielen spezielle Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine perspektivische Draufsicht eines Wärmetauschers gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform ist;
2 ein Grundriss ist, der das Innere des Wärmetauschers von 1 darstellt, wobei die zweite Platte entfernt ist;
3 ein Grundriss der zweiten Platte des Wärmetauschers von 1 ist;
4 ein Querschnitt entlang der Linie 4-4' von 1 ist;
5 ein Querschnitt entlang der Linie 5-5' von 2 ist;
6A eine Mikrofotografie eines Drahtgeflecht-Dochtmaterials in 63-facher Vergrößerung ist;
6B eine Mikrofotografie eines 100 Mikrometer großen gesinterten dendritischen Kupfer-Dochtmaterials in 500-facher Vergrößerung ist;
6C eine Mikrofotografie eines 10-30 Mikrometer großen gesinterten Kupferkugel-Dochtmaterials in 500-facher Vergrößerung ist;
7 eine schematische Abbildung einer Sinterform zum Formen eines gesinterten Dochtmaterials ist;
8 eine Draufsicht eines in der Sinterform von 7 produzierten gesinterten Dochtmaterials ist;
9 eine Untersicht des in 8 dargestellten gesinterten Dochtmaterials ist;
10 eine vergrößerte Teilnahaufnahme einer modifizierten Version der Sinterform von 7 ist;
11 ein Teilquerschnitt eines in der Sinterform von 10 produzierten gesinterten Dochtmaterials ist; und
12 ein Querschnitt entlang der Linie 12-12' von 2 ist, wobei der Wärmetauscher weiter einen leitenden Patch gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet.

Die 1-12 sind maßstabsgetreu dargestellt, es können aber, falls gewünscht, auch andere relative Abmessungen verwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden Beschreibung ist eine Anzahl von Ausführungsformen von Wärmetauschern beschrieben, zusammen mit Beschreibungen von Verfahren für die Herstellung der Wärmetauscher. Zwar sind die hierin speziell offenbarten Ausführungsformen Dampfkammern zum Kühlen von elektronischen Vorrichtungen, die hierin offenbarten strukturellen Details und Herstellungsverfahren können aber auch auf andere Arten von Wärmetauschern anwendbar sein.
Die Zeichnungen veranschaulichen einen Zweiphasen-Wärmetauscher 10 gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei der Wärmetauscher 10 eine Dampfkammer ist, die eine erste Platte 12, eine zweite Platte 14 und ein Dochtmaterial 16 umfasst.
Der Wärmetauscher 10 weist eine solche äußere periphere Größe und Gestalt auf, dass er in das Gehäuse einer persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 passt, wobei das Gehäuse einen Hauptkörper 2 umfasst, der eine vordere Abdeckung 4 und eine hintere Abdeckung 6 aufweist, wobei die hintere Abdeckung 6 über eine offene Rückseite der vorderen Abdeckung 4 passt. Das heißt, die offene Rückseite der vorderen Abdeckung 4 kann zu der hinteren Abdeckung 6 zeigen und sie aufnehmen. Die persönliche elektronische Vorrichtung 18 kann ein Smartphone, ein Tablet, ein Laptop oder eine andere persönliche Computer- und/oder Kommunikationsvorrichtung sein. Der Wärmetauscher 10 ist im Allgemeinen flach und planar, aufweisend eine obere Oberfläche 20 und eine untere Oberfläche 22 und aufweisend eine von etwa 100-2000 Mikrometer reichende Dicke, die abhängig von der speziellen Beschaffenheit der persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 innerhalb des Bereichs angepasst werden kann. Ist die persönliche elektronische Vorrichtung 18 zum Beispiel eine relativ kleine Vorrichtung, beispielsweise ein Smartphone, kann die Dicke des Wärmetauschers10 etwa 100-400 Mikrometer, zum Beispiel 100-300 Mikrometer, betragen. Die Wärmetauscher 10 größerer Vorrichtungen, beispielsweise Tablets oder Laptops, können dicker sein als die eines Smartphones. Der Wärmetauscher 10 kann einen oder mehrere Ausschnitte 24 beinhalten, um Elemente der persönlichen elektronischen Vorrichtung 18, beispielsweise eine Kameralinse 8, die in der in 1 dargestellten hinteren Abdeckung 6 bereitgestellt ist, unterzubringen. Auf diese Weise kann der Ausschnitt des Wärmetauschers konfiguriert sein, um die Kameralinse 8 aufzunehmen.
Zwar ist der Wärmetauscher 10 in den Zeichnungen als dünn und allgemein flach, planar und rechtwinklig dargestellt, die hierin offenbarten und beanspruchten Wärmetauscher müssen jedoch diese Konfiguration nicht aufweisen. Die Konfiguration des Wärmetauschers 10 kann je nach der speziellen Anwendung, für die er verwendet werden soll, variieren. Wie bereits oben diskutiert, hängt zum Beispiel die Dicke des Wärmetauschers 10 von der Beschaffenheit und Größe der persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 ab. Der Wärmetauscher 10 kann mindestens teilweise abhängig von der Gestalt und Größe des zu kühlenden wärmeerzeugenden Bauteils und/oder der Größe und Beschaffenheit der persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 nicht rechtwinklig, nicht planar und/oder von nicht gleichmäßiger Dicke sein.
Bei Verwendung ist mindestens ein wärmeerzeugendes Bauteil 26 auf der oberen Oberfläche 20 des Wärmetauschers 10 aufgenommen, entweder direkt oder über ein Substrat, auf dem das wärmeerzeugende Bauteil 26 montiert ist. Die veranschaulichte persönliche elektronische Vorrichtung 18 weist ein solches wärmeerzeugendes Bauteil 26 auf. Das wärmeerzeugende Bauteil 26 kann die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) der persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 umfassen, wobei die CPU einen oder mehrere Prozessoren aufweist, wobei jeder Prozessor einen Computerchip umfasst. Die elektronische Vorrichtung 18 kann einen oder mehrere Prozessoren beinhalten und kann andere wärmeerzeugende Bauteile, beispielsweise eine wiederaufladbare Lithiumionenbatterie, beinhalten. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das von dem Wärmetauscher 10 gekühlte wärmeerzeugende Bauteil 26 ein einzelner, einen Computerchip umfassender Prozessor (CPU), und daher wird das wärmeerzeugende Bauteil 26 hierin zuweilen als „Computerchip“ bezeichnet. Das wärmeerzeugende Bauteil 26 ist in 1 als ein flaches, rechtwinkliges Prisma dargestellt, aufweisend eine Oberfläche von etwa 100-225 mm², d. h. mit Abmessungen von etwa 10 × 10 mm² bis 15 × 15 mm², das direkt auf der oberen Oberfläche 20 des Wärmetauschers 10 aufgenommen ist. Die lokale Fläche des Wärmetauschers 10, auf der das wärmeerzeugende Bauteil 26 aufgenommen ist, ist in 2 durch gestrichelte Linien dargestellt.
Die erste Platte 12 weist eine Innenseite 28, die zum Inneren des Wärmetauschers 10 zeigt, und eine Außenseite 30, die entweder die obere oder untere Oberfläche 20, 22 des Wärmetauschers 10 definiert, auf. Die äußere Oberfläche 30 kann die innere Oberfläche 28 abdecken, wobei die äußere Oberfläche 30 mit der offenen Rückseite der vorderen Abdeckung 4 und der hinteren Abdeckung 6 über die gleiche Seite in Kontakt stehen kann. Insbesondere steht die untere Oberfläche 22 mit der offenen Rückseite der vorderen Abdeckung 4 über die gleiche Seite in Kontakt und die obere Oberfläche 20 steht mit der hinteren Abdeckung 6 über die gleiche Seite in Kontakt. Wie veranschaulicht, liegen die obere Oberfläche 20 und die untere Oberfläche 22 einander entlang der Außenseite 30 gegenüber. Ein äußerer peripherer Rand der ersten Platte 12 ist mit einer peripheren Versiegelungsoberfläche 32 versehen, die auf einem erhabenen peripheren Flansch 33 gebildet ist, wobei die periphere Versiegelungsoberfläche 32 flach und planar ist und der Flansch 33 relativ zu anderen Flächen der Innenseite 28 erhöht ist, wobei die Höhe des Flansches 33 im Wesentlichen die gleiche ist wie die Höhe der Fluidkammer 34, sodass die Fläche der Innenseite 28, die von dem Versiegelungsflansch 32 umfasst ist, teilweise eine von der ersten und zweiten Platte 12, 14 umschlossene Fluidkammer 34 definiert. Zwar ist diese Beschreibung auf die erfindungsgemäße Ausführungsform anwendbar, es ist jedoch davon auszugehen, dass die Höhe der Fluidkammer 34 nicht notwendigerweise die gleiche ist wie die Höhe des Flansches 33. Dies kann zum Beispiel nicht der Fall sein, wenn die erste Platte 12 nicht planar oder von nicht gleichmäßiger Höhe ist.
Wie in 2 dargestellt, die beinhaltet, wo die äußere Oberfläche 30 weggelassen ist, beinhaltet die erste Platte 12 einen Erweiterungsabschnitt 36, in den sich der Versiegelungsflansch 32 erstreckt und der teilweise einen Fluidfüllkanal 38 definiert, der in Strömungskommunikation mit der Fluidkammer 34 steht. Der Fluidfüllkanal 38 erstreckt sich außerhalb des Umrisses der persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 und ist nur zum Zweck des Füllens des Arbeitsfluids in die Fluidkammer 34 während der Herstellung vorhanden. Sobald die Fluidkammer 34 gefüllt ist, wird der Erweiterungsabschnitt 36 entlang der Versiegelungslinie 40 abgeschnitten, wodurch die Fluidkammer 34 versiegelt wird, um ein Entweichen des Arbeitsfluids aus der Fluidkammer 34 zu verhindern. Die Versiegelungslinie 40 ist in 2 durch eine gestrichelte Linie angegeben. Das Arbeitsfluid kann Wasser sein, es können aber auch andere Fluide verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die zweite Platte 14 kann die gleiche Größe und Gestalt aufweisen wie die erste Platte 12, aufweisend eine Innenseite 42, die zum Inneren des Wärmetauschers 10 zeigt, und eine Außenseite 44, die entweder die obere oder untere Oberfläche 20, 22 des Wärmetauschers 10 definiert. Ein äußerer peripherer Rand der zweiten Platte 14 ist flach und planar, um eine periphere Versiegelungsoberfläche 46 auf der Innenseite 42 bereitzustellen, die angepasst ist, um mit der Versiegelungsoberfläche 32 der ersten Platte 12 versiegelt zu werden. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die periphere Versiegelungsoberfläche 46 mit dem Rest der Innenseite 42 co-planar sein, wobei die Flächen der Innenseite 42, die von der Versiegelungsoberfläche 46 umfasst sind, teilweise die Fluidkammer 34 definieren.
Einige der Zeichnungen stellen dar, dass das wärmeerzeugende Bauteil 26 auf der Außenseite 30 der ersten Platte 12 aufgenommen ist, die daher die obere Oberfläche 20 des Wärmetauschers 10 definiert. Da beide Platten 12, 14 in der erfindungsgemäßen Ausführungsform allgemein flach und planar sind, kann das wärmeerzeugende Bauteil 26 jedoch stattdessen auf der Außenseite 44 der zweiten Platte 14 aufgenommen sein, entweder direkt oder über ein Substrat, auf dem es montiert ist, wobei in diesem Fall die Außenseite 44 der zweiten Platte 14 die obere Oberfläche 20 des Wärmetauschers 10 definiert, auf der das wärmeerzeugende Bauteil 26 gestützt ist.
Die hierin beschriebene Ausführungsform beinhaltet eine im Wesentlichen planare Platte 14, die an eine Platte 12 gebunden ist, die einen erhabenen peripheren Versiegelungsflansch 33 aufweist, der sich von einem planaren Abschnitt der äußeren Oberfläche 30 erstreckt. In einigen Ausführungsformen kann die hierin dargestellte Anordnung zusätzlich oder alternativ umfassen, wo sowohl die erste als auch die zweite Platte 12, 14 jeweils mit erhabenen peripheren Versiegelungsflanschen 33, die Spiegelbilder voneinander sind, gebildet sein könnten, wobei die kombinierten Höhen der Flansche 33 der ersten und zweiten Platte 12, 14 im Wesentlichen die gleichen sind wie die Höhe der Fluidkammer 34.
Die zweite Platte 14 beinhaltet einen Erweiterungsabschnitt 48, der die gleichen äußeren Abmessungen aufweist wie der Erweiterungsabschnitt 36 der ersten Platte 12. Der Erweiterungsabschnitt 48 der zweiten Platte 14 kann flach sein und ist angepasst, um den Erweiterungsabschnitt 36 der ersten Platte 12 zu versiegeln, und definiert teilweise den Fluidfüllkanal 38. Der Erweiterungsabschnitt 48 der zweiten Platte 14 weist ein Loch 50 auf, durch das das Fluid in den Kanal 38 injiziert wird, wobei das Loch 50 am Ende des Fluidfüllkanals 38 ausgerichtet ist, der wahlweise eine vergrößerte bauchige Form aufweisen kann.
Die erste und zweite Platte 12, 14 können aus rostfreiem Stahl bestehen, der steifer und weniger teuer als herkömmliche Materialien (z. B. in bisherigen Beispielen verwendetes Material), beispielsweise Kupfer, ist. Wie in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 16/047,484 näher beschrieben, umfassen die erste und zweite Platte 12, 14 jeweils eine Kernschicht aus rostfreiem Stahl mit durchgängigen inneren und äußeren Ummantelungsschichten aus anderen Metallen entlang ihrer Innenseite 28, 42 und wahlweise entlang ihrer Außenseite 30, 44. Die innere Ummantelungsschicht umfasst ein Metall, das eine Schmelztemperatur aufweist, die niedriger ist als die der Kernschicht aus rostfreiem Stahl und die gegenüber dem Arbeitsfluid inert ist, beispielsweise Kupfer oder Nickel. Die innere Ummantelungsschicht kann sehr dünn sein, etwa 2-10 Dickeprozent, typischerweise etwa 3-4 Dickeprozent, jeder der ersten und zweiten Platte 12, 14. Zum Beispiel kann die Dicke jeder Ummantelungsschicht in der Größenordnung von etwa 1-10 Mikrometern liegen. Die optionale äußere Ummantelungsschicht kann sich bezüglich der Zusammensetzung von der inneren Ummantelungsschicht unterscheiden und kann aus einem korrosionsbeständigen Metall, beispielsweise Kupfer oder Nickel, ausgewählt sein. Die äußere Ummantelungsschicht kann die gleiche oder eine ähnliche Dicke aufweisen wie die innere Ummantelungsschicht, d. h. etwa 2-10 Dickeprozent, typischerweise etwa 3-4 Dickeprozent, jeder der ersten und zweiten Platte 12, 14.
Das Dochtmaterial 16 ist im Inneren der Fluidkammer 34 zwischen der Innenseite 28 der ersten Platte 12 und der Innenseite 42 der zweiten Platte 14 aufgenommen. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Dochtmaterial 16 ein gesintertes Strukturdochtmaterial, das aus einem Metall besteht, das gegenüber dem Arbeitsfluid inert ist, beispielsweise Kupfer oder Nickel. Das Dochtmaterial 16 kann eine Dicke von etwa 100-300 Mikrometer aufweisen und ist wünschenswerterweise möglichst dünn, um die Dicke des Wärmetauschers 10 zu minimieren. Wie unten weiter diskutiert, stehen mindestens einige Flächen des Dochtmaterials 16 mit den Innenseiten 28, 42 der ersten und zweiten Platte 12, 14 in Kontakt.
Der Wärmetauscher 10 und das Dochtmaterial 16 beinhalten eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen 72, in denen das Dochtmaterial 16 hydrophil ist und eine große Anzahl von kleinen Poren umfasst, in denen Kapillarkräfte erzeugt werden, um das Zirkulieren des flüssigen Arbeitsfluids durch das Dochtmaterial 16 zu bewirken. Das Dochtmaterial 16 kann zum Beispiel in den Flüssigkeitsstrompassagen 72 zu etwa 25-75 %, zum Beispiel zu etwa 60-75 %, porös sein. Die Flüssigkeitsstrompassagen 72 sind über die Fläche des Wärmetauschers 10 beabstandet und queren entweder die Fläche 68 des Wärmetauschers 10, auf der das wärmeerzeugende Bauteil 26 gestützt ist und die durch Leiten durch die erste Platte 12 Wärmeenergie von dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 direkt aufnimmt, hierin als „Verdunstungszone 68“ bezeichnet, oder enden in ihr (in 2 durch gestrichelte Linien angegeben). Die Flüssigkeitsstrompassagen 72 befördern das kondensierte Arbeitsfluid von anderen Flächen des Wärmetauschers 10 zu der Verdunstungszone 68. In einem Beispiel erstreckt sich eine Achse direkt durch jedes des wärmeerzeugenden Bauteils 26 und der Verdunstungszone 68.
Mindestens in den Flüssigkeitsstrompassagen 72 ist die Dicke des Dochtmaterials 16 dergestalt, dass es sich durch die vollständige Höhe der Fluidkammer 34 erstreckt, wobei die obere und untere Oberfläche des Dochtmaterials 16 mit den Innenseiten 28, 42 der ersten und zweiten Platte 12, 14 in Kontakt stehen, wodurch die erste und zweite Platte 12, 14 strukturell gestützt werden und die Notwendigkeit von Stützrippen und/oder Stützsäulen entfällt, wie unter weiter beschrieben. Darüber hinaus wird die Wärmeleitung von dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 durch die erste Platte 12 in das Dochtmaterial 16 durch Kontakt zwischen dem Dochtmaterial 16 und der Innenseite 28 der ersten Platte 12 in den Flüssigkeitsstrompassagen 72 verstärkt.
Der Wärmetauscher 10 und das Dochtmaterial 16 beinhalten zudem eine Vielzahl von primären Gasstrompassagen 66 und sekundären Gasstrompassagen 70 zum Zirkulieren des gasförmigen Arbeitsfluids. Die primären Gasstrompassagen 66 sind über die Fläche des Wärmetauschers 10 beabstandet und queren entweder die Verdunstungszone 68 oder enden in ihr und sind konfiguriert, um zu erlauben, dass das gasförmige Arbeitsfluid von der Verdunstungszone 68 weg in Richtung der äußeren Peripherie des Wärmetauschers 10 strömt, um die von dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 erzeugte Wärme durch die gesamte Oberfläche der Vorrichtung 18 hindurch effektiv zu verteilen und abzuleiten. In dem erfindungsgemäßen Beispiel beinhaltet der Wärmetauscher 10 fünf primäre Gasstrompassagen 66, von denen jede ein offenes erstes Ende in Strömungskommunikation mit der Verdunstungszone 68 und mit den offenen ersten Enden der anderen primären Gasstrompassagen 66 aufweist.
Jede der sekundären Gasstrompassagen 70 verbindet zwei oder mehr primäre Gasstrompassagen 66 miteinander, wodurch eine verbesserte Strömungsverteilung des gasförmigen Arbeitsfluids über die Fläche des Wärmetauschers 10 bereitgestellt wird.
Bei dieser Konfiguration strömt das in der Verdunstungszone 68 erzeugte gasförmige Arbeitsfluid weg von der Verdunstungszone 68 durch die primären und sekundären Gasstrompassagen 66, 70 in Richtung der äußeren Ränder des Wärmetauschers 10. Wenn das gasförmige Arbeitsfluid von dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 weg in kühlere Flächen des Wärmetauschers 10 strömt, fällt seine Temperatur. Sobald die Temperatur des Arbeitsfluids auf die Kondensationstemperatur fällt, kondensiert das gasförmige Arbeitsfluid in den flüssigen Zustand und setzt über die Oberfläche des Wärmetauschers 10 die Kondensationswärme frei. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid in den Gasstrompassagen 66, 70 wird in die Flüssigkeitsstrompassagen 72 gezogen und zirkuliert zurück in Richtung der Verdunstungszone 68. In einem Beispiel kann sich die Verdunstungszone 68 in einer ähnlichen Position befinden wie das wärmeerzeugende Bauteil 26. Zusätzlich oder alternativ kann sich die Verdunstungszone 68 in einer Position befinden, die an einer anderen Lokation an dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 ausgerichtet ist (siehe 12).
Aufgrund der länglichen Gestalt der persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 und der Lokation des wärmeerzeugenden Bauteils 26 nahe einem Ende erstrecken sich die Gasstrompassagen 66, 70 und die Flüssigkeitsstrompassagen 72 hauptsächlich in eine Richtung, die parallel zu den langen Seiten des Wärmetauschers 10 ist, d. h. in die von dem Doppelpfeil 200 dargestellte Längsrichtung.
Einige Abschnitte der Gasstrompassagen 66, 70 und der Flüssigkeitsstrompassagen 72 erstrecken sich jedoch quer zu den langen Seiten des Wärmetauschers 10, um den Gasstrom und den Flüssigkeitsstrom über die Breite des Wärmetauschers 10 zu verteilen. Ein Paar quer verlaufender sekundärer Gasstrompassagen 70 ist zum Beispiel nahe dem Ende des Wärmetauschers 10 entfernt von der Verdunstungszone 68 bereitgestellt. Die quer verlaufenden sekundären Gasstrompassagen 70 verbinden die Enden der primären Gasstrompassagen 66, die sich längs durch den Wärmetauscher 10 erstrecken, um zur effektiven Bildung einer quer verlaufenden Gasverteilungszone 90, die sich quer über den Wärmetauscher 10 nahe dem Ende des Wärmetauschers 10, das distal zu der Verdunstungszone 68 ist, erstreckt, eine gleichmäßige Fluidverteilung und Wärmeverteilung durch die gesamte Oberfläche des Wärmetauschers 10 hindurch bereitzustellen. Es ist davon auszugehen, dass die Muster der Gasstrompassagen 66, 70 und der Flüssigstrompassagen 72 von der Gestalt der Vorrichtung 18 und der speziellen Lokation des wärmeerzeugenden Bauteils 26 innerhalb der Vorrichtung 18 abhängig sind und daher variabel sind.
Die primären und sekundären Gasstrompassagen 66, 70 können Leerstellenflächen umfassen und/oder eine oder mehrere Flächen 64 beinhalten, in denen die Höhe oder Dicke des Dochtmaterials 16 geringer ist als die Höhe der Fluidkammer 34, sodass zwischen der oberen Oberfläche des Dochtmaterials 16 und der Innenseite 28 der ersten Platte 12 und/oder zwischen der unteren Oberfläche des Dochtmaterials 16 und der Innenseite 42 der zweiten Platte 14 eine Lücke existiert. Diese Flächen 64 werden hierin als „Flächen reduzierter Höhe“ bezeichnet. In jeder der Flächen reduzierter Höhe 64 ist ein Gasstrom oberhalb und/oder unterhalb der Fläche reduzierter Höhe 64 erlaubt. Der Querschnitt von 5 stellt zum Beispiel eine der Flächen reduzierter Höhe 64 dar, die in einer sekundären Gasstrompassage 70 bereitgestellt ist und sich zwischen einem Paar Flüssigkeitsstrompassagen 72 erstreckt.
Das Bereitstellen von Flächen reduzierter Höhe 64 in den primären und/oder sekundären Gasstrompassagen 66, 70 erlaubt, dass das Dochtmaterial 16 in Form einer einzelnen Lage bereitgestellt wird, was die Platzierung und die ordnungsgemäße Lokation des Dochtmaterials 16 zwischen den Platten 12, 14 während der Herstellung vereinfacht. Wie unten weiter diskutiert wird, können die Flächen reduzierter Höhe 64 durch verschiedene Elemente gebildet sein, zum Beispiel durch Formen, Kompression und/oder Einarbeitung von nicht poröser Streifen oder Lagen von Metallmaterial in das Dochtmaterial 16.
Mindestens teilweise aufgrund der Lokation des wärmeerzeugenden Bauteils 26 und der Gesamtgestalt des Wärmetauschers 10 können die primären Gasstrompassagen 66 unterschiedliche Längen und Breiten aufweisen. Die primären Gasstrompassagen 66 können zudem unterschiedliche Gesamtgestalten aufweisen, wobei eine oder mehrere der primären Gasstrompassagen 66 gerade sein können und eine oder mehrere der primären Gasstrompassagen 66 eine oder mehrere gewinkelte oder gekrümmte Knicke aufweisen können. In Ausführungsformen, in denen jede der primären Gasstrompassage 66 nur ein offenes Ende (d. h. das erste offene Ende) aufweist, an dem sie miteinander kommunizieren, zum Beispiel in der Verdunstungszone 68, sind die Mengen an in die primären Gasstrompassagen 66 strömendem Gas aufgrund der unterschiedlichen Längen, Breiten und Abmessungen der primären Gasstrompassagen 66 unterschiedlich. Anders ausgedrückt wird die Menge an Gas, die in jede primäre Gasstrompassage 66 eintritt, gemäß dem für diese Passage spezifischen Druckabfall gemessen. Die Unterschiede bezüglich des Druckabfalls und Fluidstroms in unterschiedlichen Flächen des Wärmetauschers 10 kann zu einer verringerten Effizienz und einer verringerten Temperaturgleichmäßigkeit über die Oberfläche des Wärmetauschers 10 führen.
Die sekundären Gasstrompassagen 70 verbinden jede der primären Gasstrompassagen 66 mit einer oder mehreren anderen primären Gasstrompassagen 66, sodass alle der primären Gasstrompassagen 66 an Flächen, die distal von der Verdunstungszone 68 liegen, miteinander verbunden sind. In dem Wärmetauscher 10 weist zum Beispiel jede der primären Gasstrompassagen 66 ein erstes und gegenüberliegendes zweites Ende auf, wobei sich das erste Ende in der Verdunstungszone 68 befindet, wo es in offener Strömungskommunikation mit den ersten Enden der anderen primären Gasstrompassagen 66 steht, und sich das zweite Ende durch eine der sekundären Gasstrompassagen 70 in offener Strömungskommunikation mit mindestens einer anderen primären Gasstrompassage 66 befinden kann, um den Strom und Druckabfall in den primären Gasstrompassagen 66 auszugleichen.
Ähnlich weisen die Flüssigkeitsstrompassagen 72 erste und zweite Enden auf, wobei sich das erste Ende jeder Flüssigkeitsstrompassage 72 in der Verdunstungszone 68 befindet. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform können die ersten Enden mindestens einiger der Flüssigkeitsstrompassagen 72 innerhalb oder angrenzend an die Verdunstungszone 68 miteinander kombiniert werden und das zweite Ende jeder Flüssigkeitsstrompassage 72 befindet sich in Strömungskommunikation mit mindestens einer der Flüssigkeitsstrompassagen 66 und/oder mindestens einer der sekundären Gasstrompassagen 70.
Daher gleicht die Bereitstellung von sekundären Gasstrompassagen 70, die mit den zweiten Enden der primären Gasstrompassagen 66 und den Flüssigkeitsstrompassagen 72 kommunizieren, den Gas- und Flüssigkeitsstrom über den Wärmetauscher 10 aus und gleicht zudem den Druckabfall aus. Dies reduziert den Gesamtdruckabfall und erlaubt eine effektivere Verwendung der gesamten Fläche des Wärmetauschers 10, wodurch eine bessere Effizienz und Temperaturgleichmäßigkeit bereitgestellt werden. Weiterhin hilft die Bereitstellung sekundärer Gasstrompassagen 70 in einem System mit zwei oder mehr wärmeerzeugenden Bauteilen 26 dabei, den Strom in den primären Gasstrompassagen 66 und den Flüssigkeitsstrompassagen 72 unabhängig von den Wärmebelastungen jeder der Verdunstungszonen 68 auszugleichen.
Wie oben erwähnt, geht die Bildung herkömmlicher Dochtwirkungselemente aus einer oder mehreren Drahtgeflechtschichten mit verstärktem Zuschneiden und Bilden von Ausschnitten einher, wodurch während des Prozesses große Mengen an Ausschuss erzeugt werden, was ineffizient und zeitaufwändig ist. Im Gegensatz dazu beinhaltet der hierin beschriebene Wärmetauscher 10 ein Dochtmaterial 16, das ein gesintertes Strukturdochtmaterial umfasst, das ein inertes Metall, beispielsweise Kupfer oder Nickel, umfasst. Das Dochtmaterial 16 steht mit den Innenseiten 28, 42 der ersten und zweiten Platte 12, 14 in Kontakt und weist eine Kompressionsbeständigkeit auf, um die erste und zweite Platte 12, 14 strukturell zu stützen und zum Beispiel während des Füllens und/oder der Verwendung des Wärmetauschers 10, wo die Fluidkammer 34 unter einem Teilvakuum stehen kann, eine konstante Beabstandung zwischen den Platten 12, 14 aufrechtzuerhalten.
Das Dochtmaterial 16 kann, wie in 7 dargestellt, in einer Form oder einer Sinterform 74 gebildet werden, die erste und zweite Sinterformabschnitte 76, 78 aufweist, zwischen denen das Dochtmaterial 16 geformt wird. Der erste Sinterformabschnitt 76 beinhaltet einen Sinterformhohlraum 80, der ein Muster aus erhabenen Flächen und Vertiefungen beinhaltet, die dem Muster von Flüssigkeitsstrompassagen 72 und Gasstrompassagen 68, 70 des Dochtmaterials 16 entsprechen. Diese erhabenen und vertieften Flächen sind mit Referenznummern mit Strichindex der entsprechenden Abschnitte des Dochtmaterials 16 markiert. Die Innenseite (in 7 nicht sichtbar) des zweiten Sinterformabschnitts 78 kann flach sein. Da es während des Sinterprozesses zu einer gewissen Menge an Schwindung kommt, ist die Sinterform 74 größer als das endgültige Dochtmaterial 16, zum Beispiel um etwa 10 %, entfallend auf die Schwindung.
Die Pulverpartikel werden in den Sinterformhohlraum 80 gegossen und durch Anwendung von Wärme und/oder Ausübung von Druck auf die Pulverpartikel in der Sinterform 74 gesintert. Die Partikel können zum Beispiel durch Erwärmen der Pulverpartikel in der Sinterform 74 in einer kontrollierten Atmosphäre gesintert werden, bis sich die Pulverpartikel aneinander binden, um eine Lage aus Dochtmaterial 16 zu bilden. Die Porosität und die Gestalt der Poren sind abhängig von der Größe und Gestalt der Partikel, die das Dochtmaterial 16 ausmachen, sowie von der Sinterzeit, der Sintertemperatur und dem Sinterdruck. Die Poren des Dochtmaterials 16 umfassen zum Beispiel Lücken zwischen den gesinterten Partikeln. Daher wird die Porengröße mindestens teilweise durch die Größe (Durchmesser) der Pulverpartikel bestimmt und nimmt mit steigendem Partikeldurchmesser zu. In einem Beispiel, in dem die Pulverpartikel kugelförmig sind, weisen sie einen Durchmesser von etwa 10-100 Mikrometer auf, und dendritische Pulverpartikel können einen Durchmesser von etwa 60-200 Mikrometer aufweisen.
Das Sintern der Metallpartikel blockiert sie gewissermaßen an Ort und Stelle relativ zueinander, wodurch dem Dochtmaterial 16 ausreichend Steifheit verliehen wird, sodass, wenn eine Lage von gesintertem Dochtmaterial 16 zwischen die erste und zweite Platte 12, 14 des Wärmetauschers 10 platziert wird, wobei die obere und untere Oberfläche des Dochtmaterials 16 mit den Innenseiten 28, 42 der Platten 12, 14 in Kontakt stehen, das Dochtmaterial 16 der Kompression des Wärmetauschers 10 standhält. Die Kompressionsfestigkeit des Dochtmaterials 16 verleiht dem Wärmetauscher 10 ausreichend Struktursteifigkeit, um die Notwendigkeit von Strukturstützrippen und/oder -stützsäulen zu reduzieren oder zu eliminieren.
In den 8 und 9 sind Draufsichten und Untersichten eines in der Sinterform 74 gebildeten gesinterten Strukturdochtmaterials 16 dargestellt. Ein Vorteil des Bildens des Dochtmaterials 16 durch Formen und Sintern ist, dass Leerstellenflächen des Dochtmaterials 16 durch Abwesenheit von Material in den Leerstellenflächen und nicht durch Entfernung von Material aus diesen Flächen produziert werden. Diese Leerstellenflächen entsprechen primären Gasstrompassagen 66 des Dochtmaterials 16 und den erhabenen Flächen 66' des ersten Sinterformabschnitts 76, dargestellt in 7. Darüber hinaus werden die äußeren Ränder des Dochtmaterials 16, wie sie durch die äußere Peripherie des Sinterformhohlraums 80 definiert sind, durch Formen und nicht durch Zuschneiden des Dochtmaterials 16 aus einer größeren Lage geschaffen. Daher geht mit der Bildung der hierin beschriebenen gesinterten Dochtmaterialien 16 wenig oder gar kein Zuschneiden oder Entfernen von Material einher, was Abfall und Materialkosten stark reduziert.
Der Wärmetauscher 10 und das Dochtmaterial 16 beinhalten mindestens eine Fläche reduzierter Höhe und enthalten in der erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Vielzahl von Flächen reduzierter Höhe 64, die in den 2 und 5 dargestellt sind und die mindestens teilweise die Vielzahl von sekundären Gasstrompassagen 70 in der erfindungsgemäßen Ausführungsformen definieren.
Um die Flächen reduzierter Höhe 64, die sekundären Gasstrompassagen 70 entsprechen, zu bilden, beinhaltet der erste Sinterformabschnitt 76 entsprechende Abschnitte reduzierter Höhe 70', von denen jeder eine obere Oberfläche aufweist, die oberhalb der vertieften Flächen 72' und unterhalb der erhabenen Flächen 66' beabstandet ist. In einigen Ausführungsformen können die Flächen reduzierter Höhe 64 des Dochtmaterials 16 aus dem gleichen Metallpulver gebildet sein wie der Rest des Dochtmaterials 16 und gleichzeitig mit dem Rest des Dochtmaterials 16 geformt werden. In solchen Ausführungsformen, wie zum Beispiel in 5 dargestellt, können die Abschnitte reduzierter Höhe 64 die gleiche Zusammensetzung und Porosität aufweisen wie die Flüssigstrompassagen 72, und daher kann das flüssige Arbeitsfluid durch die Abschnitte reduzierter Höhe 64 transportiert werden, während gasförmiges Arbeitsfluid oberhalb und/oder unterhalb der Abschnitte reduzierter Höhe 64 strömt.
Es ist davon auszugehen, dass die Abschnitte reduzierter Höhe 64 stattdessen oder zusätzlich durch Flächen der primären Gasstrompassagen 66 gebildet sein können, zum Beispiel durch Bereitstellen von Flächen reduzierter Höhe innerhalb einer oder mehrerer erhabener Flächen 66' des Sinterformhohlraums 80, beispielsweise der Fläche reduzierter Höhe 66', dargestellt in 10. Solche Flächen reduzierter Höhe 66" können in einer oder mehreren der erhabenen Flächen 66' bereitgestellt sein, die in Fläche 68', der Verdunstungszone 68 entsprechend, konvergieren, um die ersten Enden der multiplen Flüssigkeitsstrompassagen 72 zusammenzufügen. Das Bilden dieser Flächen reduzierter Höhe des Dochtmaterials 16 durch Formen kann die Notwendigkeit eines darauf folgenden Kompressionsschritts zur Bildung der Flächen reduzierter Höhe vermeiden.
In einigen Ausführungsformen können die Flächen reduzierter Höhe des Dochtmaterials 16 so gebildet sein, dass sie nicht porös sind. Zum Beispiel kann, wie in 10 dargestellt, ein nicht poröser Streifen 84 aus Metallmaterial in dem Sinterformhohlraum 80 auf eine Fläche reduzierter Höhe 70', wie in den 10 und 11 dargestellt, platziert werden, sodass die durch den nicht porösen Streifen 84 definierte Fläche reduzierter Höhe 64 nicht porös ist und keine Dochtwirkung besitzt. Alternativ kann die Fläche reduzierter Höhe 64 aus einem Metallpulver mit Partikeln eines unterschiedlichen (d. h. kleineren) Durchmessers im Vergleich zu dem die Flüssigkeitsstrompassagen 72 bildenden Metallpulver gebildet sein. Wie oben erläutert, resultieren Partikel mit kleinerem Durchmesser in einer kleineren Porengröße und geringeren Porosität.
In wieder anderen Ausführungsformen können die Dicke und/oder Porosität eines beliebigen Abschnitts des Dochtmaterials 16 durch einen Kompressionsschritt entweder während oder nach dem Formvorgang angepasst werden, wodurch mindestens ein Abschnitt des gesinterten Dochtmaterials 16 komprimiert wird, um seine Dicke zu reduzieren. Zum Beispiel kann der nicht poröse Streifen 84, wie in 11 dargestellt, durch einen dickeren Bereich des gesinterten Metallpulvers 86, zum Beispiel drei Mal dicker als der Rest des Dochtmaterials 16 und drei Mal größer als die Tiefe der Flächen 72', ersetzt werden. Der dickere Bereich des gesinterten Metallpulvers 86 kann die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie das den Rest des Dochtmaterials 16 umfassende gesinterte Metallpulver oder auch nicht. Die darauf folgende Kompression des dickeren Bereichs 86, zum Beispiel auf die gleiche Höhe wie die Flächen 66', reduziert seine Porosität relativ zu der von Abschnitten des Dochtmaterials 16, die entweder nicht komprimiert oder in einem geringeren Maße komprimiert sind.
Kompression während oder nach dem Formen kann auch verwendet werden, um Flächen des Dochtmaterials 16 mit einer reduzierten Dicke zu produzieren, wo zum Beispiel die Fluidkammer 34 des Wärmetauschers 10 durch ihre gesamte Fläche hindurch bezüglich ihrer Höhe variiert.
Nach Bildung des Dochtmaterials 16 durch Formen mit oder ohne einen darauf folgenden Kompressionsvorgang wird das Dochtmaterial 16 zwischen die erste und zweite Platte 12, 14 platziert. Die erste und zweite Platte 12, 14 werden dann wie unten beschrieben mit der oberen und unteren Oberfläche des Dochtmaterials 16 mindestens in den Dochtwirkungsflächen, die mit den Innenseiten 28, 42 der ersten und zweiten Platte 12, 14 in Kontakt stehen, versiegelnd zusammengefügt.
Während oder nach dem Fügeprozess kann das Dochtmaterial 16 metallurgisch an die Innenseite 28 der ersten Platte 12 und/oder die Innenseite 42 der zweiten Platte 14 gebunden werden. In einer Ausführungsform kann das Dochtmaterial 16 zum Beispiel an die Innenseite 28 oder 42 einer der Platten 12 oder 14 gesintert werden, bevor die Platten 12 und 14 zusammengefügt werden. Das Dochtmaterial 16 kann zum Beispiel auf diese Weise metallurgisch an die Innenseite 28 der ersten Platte 12 gebunden werden, um die Wärmeübertragung zwischen dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 und den in der Verdunstungszone 68 befindlichen Abschnitten des Dochtmaterials 16 zu verbessern.
Das metallurgische Binden kann dem Wärmetauscher 10 auch helfen, einer vertikalen Ausdehnung („ballooning“) infolge einer durch die Verdunstung des Arbeitsfluids bei hohen Temperaturen hervorgerufenen Druckbeaufschlagung standzuhalten.
In einer anderen Ausführungsform, in 12 im Querschnitt dargestellt, wird ein leitender Patch 88 bereitgestellt, der eine erste Oberfläche aufweist, die metallurgisch an die Innenseite 28 der ersten Platte 12 gebunden ist, wobei das wärmeerzeugende Bauteil 26 auf der Außenseite 30 der ersten Platte 12 gestützt ist und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche mit dem gesinterten Dochtmaterial 16 in Kontakt steht. Der leitende Patch 88 kann sich mindestens teilweise direkt gegenüber dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 befinden und kann sich in der Verdunstungszone 68 der Fluidkammer 34 befinden. In einem Beispiel ist der leitende Patch 88 direkt zwischen dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 und der Verdunstungszone 68 angeordnet. Die metallurgische Bindung zwischen dem leitenden Patch 88 und der Innenseite 28 der ersten Platte 12 kann durch Löten des leitenden Patches 88 an die Innenseite 28, die wie oben beschrieben mit einer inneren Ummantelungsschicht bereitgestellt sein kann, gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen kann der leitenden Patch 88 einen Teil oder die ganze Fläche der Verdunstungszone 68 einnehmen und kann im Wesentlichen die gesamte Fläche der Verdunstungszone 68 einnehmen. Der leitende Patch 88 kann metallurgisch an die erste Platte 12 gebunden werden, bevor die zwei Platten 12, 14 zusammengefügt werden und bevor der Rest des Dochtmaterials 16 (z. B. der durch Formen gebildete Abschnitt des Dochtmaterials 16) in die Fluidkammer 34 gelegt wird.
Der leitenden Patch 88 wir als dünner als der Rest des Dochtmaterials 16 dargestellt, auch wenn die Dicke des leitenden Patches 88 größer sein kann als in 12 dargestellt. Abhängig von der Dicke des leitenden Patches 88 kann der Abschnitt des gesinterten Dochtmaterials 16, der mit dem leitenden Patch 88 in Kontakt steht, durch Formen und/oder Kompression wie oben beschrieben bezüglich seiner Dicke reduziert werden. Der leitende Patch 88 besteht aus einem Metall, das gegenüber dem Arbeitsfluid inert ist, beispielsweise Kupfer oder Nickel, und kann eine solide, nicht poröse Struktur oder eine gesinterte Struktur wie der Rest des Dochtmaterials 16 aufweisen. Der Erfinder hat festgestellt, dass das Bereitstellen des Dochtmaterials 16 mit einem metallurgisch gebundenen leitenden Patch 88 wie hierin beschrieben eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem wärmeerzeugenden Bauteil 26 und dem Dochtmaterial 16 bereitstellt.
Die 6A, 6B und 6C sind Mikrofotografien, die ein Beispiel für ein Drahtgeflecht (6A) in 63-facher Vergrößerung im Vergleich zu gesinterten Materialien (6B und 6C) in 500-facher Vergrößerung darstellen. Die gesinterten Materialien sind 100 Mikrometer großes gesintertes dendritisches Kupfer (6B) und gesinterte 10-30 Mikrometer große Kupferkugeln (6C). Das Drahtgeflecht von 6A umfasst fünf Schichten aus 0,0045 Kupferdraht, umfassend 100 Drähte/Zoll, komprimiert auf 850 Mikrometer.
Wie in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 16/047,484 beschrieben, können die erste und zweite Platte 12, 14 des Wärmetauschers 10 durch Laserstrahlschweißen (Laser Beam Welding, LBW), einer Schweißtechnik, bei der die erste und zweite Platte 12, 14 durch Verwendung eines Lasers mit einer hohen Leistungsdichte (bis zu etwa 3 MW/cm², typischerweise mehr als etwa 0,7 MW/cm²) zusammengefügt werden, versiegelnd zusammengefügt werden, was in kleinen wärmebeeinflussten Zonen, hohen Erwärmungs- und Kühlraten resultiert und bewirkt, dass LBW für Hochvolumenanwendungen geeignet ist. Die Fleckgröße oder Strahlbreite des Lasers ist klein (zum Beispiel etwa 20-80 Mikrometer), um eine schmale Schweißnaht 82 zu produzieren, und die Leistung, Geschwindigkeit und Länge der Impulse können variiert werden, um Materialien unterschiedlicher Dicken zu schweißen, wobei zum Schweißen dünner Materialien niedrigere Leistung und höhere Geschwindigkeit verwendet werden. Schweißgeschwindigkeiten können von 100 bis 1000 mm/s reichen, und daher kann ein Wärmetauscher 10 mit einer Gesamtschweißlänge von 700 mm in weniger als 2 Sekunden geschweißt werden.
Der Wärmetauscher 10 ist hierin als flach und planar beschrieben. Es ist jedoch davon auszugehen, dass der Wärmetauscher 10 stattdessen abhängig von der speziellen Anwendung, für die er verwendet wird, nicht planar und/oder von variabler Dicke sein kann. In einem Beispiel wird der Wärmetauscher 10 in einer ersten Dicke geformt, wobei der Wärmetauscher 10 geprägt (z. B. komprimiert) wird, um seine Dicke auf eine zweite Dicke, die geringer ist als die erste Dicke, anzupassen. Die zweite Dicke kann einer gewünschten endgültigen Dicke des Wärmetauschers 10 entsprechen, wohingegen die erste Dicke einer Dicke entsprechen kann, die größer ist als eine Vielzahl von gewünschten endgültigen Dicken über eine Vielfalt an Verwendungszwecken des Wärmetauschers 10. Auf diese Weise ist eine Dicke des Wärmetauschers 10 anpassbar, um mit einer Vielfalt an Bedingungen übereinzustimmen.
Zwar umfasst das in der obigen Ausführungsform beschriebe wärmeerzeugende Bauteil 26 einen einzelnen Computerchip, es ist jedoch davon auszugehen, dass der hierin beschriebene Wärmetauscher 10 zum Kühlen einer großen Vielfalt an wärmeerzeugenden elektronischen Bauteilen verwendet werden kann und zum Kühlen von mehr als einem wärmeerzeugenden Bauteil in einer einzelnen persönlichen elektronischen Vorrichtung 18 verwendet werden kann. Der hierin beschriebene Wärmetauscher 10 kann zum Beispiel Wärmeableitung und Kühlung für Batterien persönlicher elektronischer Vorrichtungen 18 bereitstellen, für die 50 °C etwa die Höchsttemperatur ist, der eine Batterie standhalten kann, bevor sie anschwillt. Daher kann der Wärmetauscher 10 auch verwendet werden, um insbesondere während des schnellen Ladens eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Batterietemperaturen persönlicher elektronischer Vorrichtungen 18 bereitzustellen.
Es ist davon auszugehen, dass Bezugnahmen auf Kupfer und Nickel in der vorliegenden Offenbarung reines Kupfer und Nickel sowie Legierungen davon beinhalten. Es ist zudem davon auszugehen, dass Bezugnahmen auf Kupfer als ein in beliebigen Bauteilen des Wärmetauschers 10 enthaltendes Metall sauerstofffreies Kupfer beinhalten.
Zwar wurden bestimmte Ausführungsformen von Wärmetauschern hierin beschrieben, es ist jedoch davon auszugehen, dass bestimmte Anpassungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Daher gelten die oben beschriebenen Ausführungsformen als illustrativ und nicht als beschränkend.
Auf diese Weise kann ein Wärmetauscher für eine mobile elektronische Vorrichtung eine gewünschte Menge an Wärmeableitung und/oder - absorption bereitstellen, wodurch eine Benutzererfahrung verbessert wird und eine Langlebigkeit der mobilen elektronischen Vorrichtung erhöht wird. Der Wärmetauscher umfasst eine Fluidkammer, die zwischen inneren Oberflächen einer ersten Platte und einer zweiten Platte angeordnet ist, wobei die Fluidkammer mindestens ein Dochtmaterial umfasst, das gesintertes und strukturelles Kupfer oder Nickel umfasst. Als solches ist das Dochtmaterial kein Drahtgeflecht oder eine andere ähnliche Vorrichtung. Die Fluidkammer kann weiter eine Vielzahl von Fluidpassagen, die sich durch Abschnitte des Dochtmaterials erstrecken, zusammen mit einer oder mehreren alternativen Vorrichtungen zur Verbesserung des Wärmemanagements umfassen. In einem Beispiel können die alternativen Vorrichtungen einen leitenden Patch oder einen nicht porösen Streifen beinhalten, wobei jede der Vorrichtungen nicht porös sein und keine Dochtwirkung besitzen kann. Die technische Wirkung des Anordnens eines gesinterten Strukturdochtmaterials in der Fluidkammer ist die Verbesserung des Wärmemanagements bei gleichzeitiger Verringerung der Herstellungskosten und Erhöhung der Effizienz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62789778 [0001]
US 16047484 [0007, 0055, 0086]

Claims

Wärmetauscher, umfassend: eine Fluidkammer, die zwischen inneren Oberflächen einer ersten Platte und einer zweiten Platte angeordnet ist, eine Außenseite der ersten Platte, die eine erste Oberfläche des Wärmetauschers definiert, und eine äußere periphere Versiegelungsoberfläche auf der Innenseite der ersten Platte, wobei eine Außenseite der zweiten Platte eine zweite Oberfläche des Wärmetauschers definiert, wobei eine äußere periphere Versiegelungsoberfläche der zweiten Platte mit der äußeren peripheren Oberfläche der ersten Platte versiegelnd gekoppelt ist; und ein Dochtmaterial, das im Inneren der Fluidkammer zwischen der Innenseite der ersten Platte und der Innenseite der zweiten Platte angeordnet ist, wobei eine Lage des Dochtmaterials eine erste und gegenüberliegende zweite äußere Oberfläche aufweist und wobei die erste äußere Oberfläche des Dochtmaterials mit der Innenseite der ersten Platte in Kontakt steht und die zweite äußere Oberfläche des Dochtmaterials mit der Innenseite der zweiten Platte in Kontakt steht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei eine wärmeerzeugende Vorrichtung mit der Außenseite der ersten Platte über die gleiche Seite in Kontakt steht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei eine Verdunstungszone innerhalb der Fluidkammer angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Dochtmateriallage eine oder mehrere Flächen reduzierter Höhe umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, wobei ein Metall innerhalb der einen oder mehreren Flächen reduzierter Höhe angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei eine Verdunstungszone innerhalb der Fluidkammer angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei ein leitender Patch innerhalb der Fluidkammer angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei der leitende Patch mit der Innenseite der ersten Platte über die gleiche Seite in Kontakt steht.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, wobei der leitende Patch Kupfer oder Nickel umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die erste Platte und die zweite Platte rostfreien Stahl umfassen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Dochtmaterial gesintertes Material umfasst, das Kupfer oder Nickel beinhaltet, und wobei ein Nichtdochtmaterial einen nicht porösen Metallstreifen umfasst.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei sich eine Vielzahl von Fluidpassagen durch einen gesinterten Abschnitt des Dochtmaterials erstreckt, wobei die Vielzahl von Fluidpassagen konfiguriert ist, um ein Fluid durch die Fluidkammer zu befördern.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher innerhalb einer mobilen elektronischen Vorrichtung, beinhaltend einen Laptop, ein Smartphone, ein Mobiltelefon, ein Tablet, einen Pager und einen persönlichen digitalen Assistenten, angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers für eine Vorrichtung, wobei der Wärmetauscher weiter eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen zum Zirkulieren des Arbeitsfluid in einem flüssigen Zustand und eine Vielzahl von primären Gasstrompassagen zum Zirkulieren des Arbeitsfluids in einem gasförmigen Zustand umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Sinterform mit einer Vielzahl von Vertiefungen und einer Vielzahl von erhabenen Flächen, wobei die Vielzahl von Vertiefungen die Vielzahl von Flüssigkeitsstrompassagen definiert und die Vielzahl von erhabenen Flächen die äußere Peripherie eines Dochtmaterials und die Vielzahl von primären Gasstrompassagen definiert; Bereitstellen einer Vielzahl von Metallpartikeln; Füllen der Vielzahl von Vertiefungen mit der Vielzahl von Metallpartikeln; Sintern der Vielzahl von Metallpartikeln in den Vertiefungen durch Anwendung von Wärme und/oder Ausübung von Druck, um eine Lage des Dochtmaterials zu bilden; Anordnen der Dochtmateriallage zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte, wobei die erste und zweite Platte mit ihren Innenseiten zueinander zeigend positioniert sind und wobei die periphere Versiegelungsoberfläche der ersten Platte mit der peripheren Versiegelungsoberfläche der zweiten Platte in direktem Kontakt steht; und versiegelndes Zusammenfügen der peripheren Versiegelungsoberfläche der ersten Platte mit der peripheren Versiegelungsoberfläche der zweiten Platte.