專利名稱：冷卻電子單元的構件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子單元的構件的冷卻。
背景技術：
在離岸石油和天然氣生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，許多裝備安裝在海床上。這種海底裝備必須非常可靠并且在海面下的苛刻環(huán)境中操作，并且要求令人滿意地操作達直到25年的壽命。由于勘探和生產(chǎn)向更深的水中移動，海面下的海洋環(huán)境變得更苛刻并且與有故障的裝備的干預和修理或替換相關聯(lián)的成本和風險相當大地增加。對于未來的系統(tǒng)，作業(yè)者要求增加的可靠性和增加的裝備壽命從目前的25年到可能的50年?，F(xiàn)有設計將難以滿足這種很長地延長的壽命并且設計者將需要尋找替代物或延長裝備壽命的新方法。特別地，將需要尋找增加在海面下利用的電子裝備的壽命的方法。作為在電子單元的構件的冷卻的領域中的現(xiàn)有技術，可能有如下所述 US-A-3212564 ；US + 3784885 ；US + 4149219 ；US-A-4400858 ；US-A-4679250 ； US-A-4689720 ；US-A-4855870 ；US-A-4858068 ；US + 4962445 ；US + 5105337 ； US-A-5247425 ；US-A-5666457 ；US-A-5679457 ；US-A-7733651 ；US 2005/0180113A1 ； US2002/154487A1 ；DE-A-19925983 ；DE-A-10246577 ；DE-A-4004457 ；GB-A-2153151 ；WO 01/13692 ；WO 2007/041738 ；和 EP-A-2048928。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明從一方面，提供使電子單元的構件的冷卻能夠?qū)崿F(xiàn)的方法，包括提供與構件接觸的導熱液體或凝膠，其中單元是包括殼體的電子模塊，殼體包括金屬材料并且容納構件，方法包括在殼體中包括這種液體或凝膠，以填充殼體內(nèi)除了構件外的整個空間， 以便來自構件的熱可經(jīng)由液體或凝膠傳導到殼體。根據(jù)本發(fā)明從另一方面，提供帶有導熱液體或凝膠的電子單元，導熱液體或凝膠與單元的構件接觸用于冷卻構件，其中單元是電子模塊，其包括殼體，殼體包括金屬材料并且容納所述構件，所述液體或凝膠填充殼體內(nèi)除了構件外的整個空間，以便來自構件的熱可經(jīng)由液體或凝膠傳導到殼體。所述單元可用于在海底利用。在該情形中，所述電子單元可包括海底電子器件模塊，其用于碳氫化合物井設備的海底控制模塊或用于在碳氫化合物井設備的海底控制模塊中利用。所述構件可包括在電路板上的電子器件，該電路板可由與所述殼體熱接觸的金屬支撐裝置(諸如攜帶電路板的金屬插件邊框(card frame))攜帶。本發(fā)明還包括用于碳氫化合物井設備的海底控制模塊，包括根據(jù)本發(fā)明的海底電子器件模塊。存在充分證據(jù)示出電子裝備的壽命取決于構件的操作溫度，即使當它們在由生產(chǎn)商提出的操作溫度范圍內(nèi)操作時也是如此。設計者公認對每10°c的溫度升高，壽命降低大約50%并且類似地，降低操作溫度增加裝備的壽命。本發(fā)明的實施例涉及包括非導電的， 導熱的凝膠，以填充海底電子單元內(nèi)的空間。這種單元一般是密封單元并且到目前為止利用空氣或氮氣增壓。凝膠將具有高傳熱系數(shù)，以便相比于一般填充空間的空氣或增壓氮氣， 熱更有效率地從電子器件傳遞到電子單元的殼體。這將具有降低電子器件的操作溫度的效果，從而導致它們的壽命的增加并且因此裝備的可靠性的增加。因此，本發(fā)明特別地但不排它地適用于海底電子器件模塊(SEM)。


圖1是穿過根據(jù)本發(fā)明的SEM的縱截面；圖2是穿過SEM的橫截面。
具體實施例方式海底碳氫化合物井設備的海面下裝備通常裝配在安裝在海床的采油樹 (Christmas tree)上，并且諸如閥的打開和關閉的所有井控制過程的控制和監(jiān)控利用海底控制模塊(SCM)實現(xiàn)，SCM也通常裝配在采油樹上。SCM是獨立(self-contained)密封單元，其具有鋼殼體，并且未被裝備占據(jù)的殼體內(nèi)的空間利用絕緣油填充，其目的是為系統(tǒng)增壓對抗外部海水壓力并且為裝配在金屬基板上的內(nèi)部裝備提供適當環(huán)境。SCM容納海底電子器件模塊(SEM)，其主要目的是從水上接收電能和控制指令；提供驅(qū)動力用于控制閥促動器，其控制裝配在樹上和井處的閥；并且從裝配在樹上和井處的傳感器儀表接收模擬數(shù)據(jù)并且向水上傳送該數(shù)據(jù)。圖1中所示的SEM是帶有柱形金屬殼體1的密封獨立單元。到目前為止，殼體1 典型地用處于一個大氣的壓力的干燥空氣或氮氣填充，從而為內(nèi)部電氣器件和電子器件提供良好的環(huán)境。它基本上由如下三個區(qū)段組成前端組件2，其容納變換器(transformer)模塊；電能供應插件邊框3，配合進其中的是電能供應和雙工器電路板；和數(shù)據(jù)采集和控制插件邊框4，配合進其中的是與數(shù)據(jù)采集和閥促動器控制相關聯(lián)的印刷電路板5。在SEM中的各種構件包括為高密度集成電路的電子器件并且都是工業(yè)標準構件， 并且模塊設計成在_18°C到+70°C的溫度范圍內(nèi)操作。冷卻在電路板上的電子器件的主要方法是經(jīng)由由金屬制成的插件邊框和配合到單元的銅邊條直到外部殼體并且到SCM的基板，SEM裝配在基板上并且基板處于外部海水的溫度。通過利用具有高傳熱系數(shù)的非導電的、導熱的凝膠填充諸如在電路板之間的那些空間的SEM內(nèi)的空間6和所有其它空間，相比于當利用空氣或氮氣(其為熱的不良導體) 來填充空氣隙時，到SEM的金屬殼體1的熱的傳遞顯著增加。因而，除了構件自身外，殼體 1內(nèi)的整個空間利用凝膠填充。在SEM內(nèi)增加導熱凝膠為從例如電路板上裝配的電子器件到SEM殼體的熱的傳遞提供兩條路線，即通過金屬插件邊框和銅邊條以及通過導熱凝膠?，F(xiàn)有SEM的廣泛測試示出當配合在淹沒在處于4°C的預期海洋溫度的海水中的 SCM中時，電子器件的操作溫度是大約30°C。這是^TC的溫差?；赟EM上的該數(shù)據(jù)的熱計算已經(jīng)示出，當熱經(jīng)由金屬插件邊框和邊條以及通過適當凝膠傳導時，電子器件的操作溫度可降低大約10°C，從而可能使它們的壽命加倍。各種形式的凝膠是適當?shù)?。一種特別適當?shù)哪z由Netherlands，3755 BT Eemmes, Bramenberg 9a ^ Bergquist Company L^l "Gap Filler ( ^WM^t^ ) 1100SF( M 部分)”的名稱制備，該凝膠是導熱的、無硅膠液態(tài)間隙填充材料?；旧希摬牧祥_始為凝膠并且固化成具有正常粘性的軟的、可變形的彈性體。它易于施加但一旦固化，它有些像橡膠狀物質(zhì)，即它不加壓力于構件但不像液體流動，從而使得處理和組裝更容易。它作為導熱材料的預期用途典型地是消除電子器件與它的散熱片之間的缺陷(其在微觀水平具有帶有所形成的氣囊的粗糙邊緣)。該類型的材料填充在空氣間隙中，從而提供更好的傳熱。 與此相反，根據(jù)本發(fā)明所用的凝膠填充電子單元的殼體內(nèi)的整個空間。作為對凝膠的替換物，可利用適當非導電的、導熱的液體，諸如非導電的油。利用本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明的利用可導致如下技術優(yōu)勢電子器件的操作溫度的降低；和海底電子器件的增加的預期壽命和可靠性。由本發(fā)明產(chǎn)生的商業(yè)優(yōu)勢是維護計劃可簡化并且壽命周期成本降低；并且更長的油田開采期規(guī)劃(field life project)變得可行。
權利要求
1.一種使電子單元的構件的冷卻能夠?qū)崿F(xiàn)的方法，包括提供與所述構件接觸的導熱液體或凝膠，其中，所述單元是包括殼體的電子模塊，所述殼體包括金屬材料并且容納所述構件，所述方法包括在所述殼體中包括這種液體或凝膠，以填充所述殼體內(nèi)除了所述構件外的整個空間，以便來自所述構件的熱可經(jīng)由所述液體或凝膠傳導到所述殼體。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述單元在海底利用。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述電子單元包括海底電子器件模塊，其用于碳氫化合物井設備的海底控制模塊。
4.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述構件包括在電路板上的電子器件。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述電路板由與所述殼體熱接觸的金屬支撐裝置攜帶。
6.一種帶有導熱液體或凝膠的電子單元，所述導熱液體或凝膠與所述單元的構件接觸用于冷卻所述構件，其中，所述單元是電子模塊，其包括殼體，所述殼體包括金屬材料并且容納所述構件，所述液體或凝膠填充所述殼體內(nèi)除了所述構件外的整個空間，以便來自所述構件的熱可經(jīng)由所述液體或凝膠傳導到所述殼體。
7.根據(jù)權利要求6所述的單元，其特征在于，所述單元用于在海底利用。
8.根據(jù)權利要求7所述的單元，其特征在于，所述電子單元包括海底電子器件模塊，其用于在碳氫化合物井設備的海底控制模塊中利用。
9.根據(jù)權利要求6到8中的任一項所述的單元，其特征在于，所述構件包括在電路板上的電子器件。
10.根據(jù)權利要求9所述的單元，其特征在于，所述電路板由與所述殼體熱接觸的金屬支撐裝置攜帶。
11.一種用于碳氫化合物井設備的海底控制模塊，包括根據(jù)權利要求8或從屬于權利要求8的權利要求9和10中的任一項所述的海底電子器件模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及冷卻電子單元的構件。公開了一種使電子單元的構件(5)的冷卻能夠?qū)崿F(xiàn)的方法，包括提供與構件接觸的導熱液體或凝膠。在實例中，單元是包括殼體(1)的電子模塊，殼體(1)包括金屬材料并且容納構件，方法包括在殼體中包括這種液體或凝膠，以填充殼體內(nèi)除了構件外的整個空間，以便來自構件的熱可經(jīng)由液體或凝膠傳導到殼體。
文檔編號H05K7/20GK102573416SQ20111045282
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權日2010年12月20日
發(fā)明者M·斯托克斯 申請人:韋特柯格雷控制系統(tǒng)有限公司