用于冷却计算设备内的集成电路的系统的制作方法
【专利说明】用于冷却计算设备内的集成电路的系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请号61/786，300的权益，该临时申请通过这个引用被全部并入。
[0003]本申请也与2008年I月4日提交的美国专利申请号11/969，848、2012年3月7日提交的美国专利申请号13/414，589、2012年4月35日提交的美国专利申请号13/456，010、2012年4月35日提交的美国专利申请号13/456，031(P04-US2)、2012年5月7日提交的美国专利申请号13/465，737、2012年5月7日提交的美国专利申请号13/465，772、2013年9月34日提交的美国专利申请号14/035，851和2013年11月15日提交的美国专利申请号14/081，519有关，所有专利申请通过这个引用被全部并入。
技术领域
[0004]本发明总体涉及计算设备，且更具体地涉及用于冷却计算设备中的集成电路302的新的和有用的系统。
[0005]附图的简要说明
[0006]图1是本发明的第一系统的不意性表不；
[0007]图3是第一系统的一个变形的示意性表示；
[0008]图3A和3B是第一系统的一个变形的不意性表不;
[0009]图4A和4B是第一系统的一个变形的不意性表不;
[0010]图5是第一系统的一个变形的示意性表示；
[0011]图6A、6B和6C是第一系统的变形的轴测图表不；
[0012]图7A和7B是是第一系统的一个变形的示意性表示；
[0013]图8是第一系统的一个变形的流程图表不；
[0014]图9A和9B是本发明的第二系统的示意性表示；
[0015]图10是第二系统的一个变形的示意性表示；
[0016]图11是第二系统的一个变形的示意性表示；
[0017]图12是第二系统的一个变形的示意性表示；以及
[0018]图13是第二系统的一个变形的示意性表示。
[0019]优选实施方式的描述
[0020]本发明的优选实施方式的下面的描述并不意欲将本发明限制到这些优选实施方式，而是更确切地使本领域中的技术人员能够制造和使用本发明。
[0021]1.第一系统和应用
[0022]如图1所示，用于冷却包含数字显示器330的计算设备中的集成电路302的第一系统100包括:内部热沉110，其热耦合到集成电路302并界定包括第一端和第二端的流体通路112 ;热交换层120，其横越数字显示器330的观看表面而布置，包括透明材料，并界定横越数字显示器330的一部分延伸的流体通道122，流体通道122包括耦合到流体通路112的第一端的流体入口和耦合到流体通路112的第二端的流体出口 ；透明流体130 ;以及移位设备140，其配置成使透明流体130在内部热沉110和流体通道122之间循环。
[0023]如图1和8所示，第一系统100的一个变形包括:内部热沉，其热耦合到计算设备内的电气部件302并界定包括第一端和第二端的流体通路；热交换层120，其布置在数字显示器330之上，包括透明材料，界定与内部热沉110协作来界定第一流体回路的第一流体通道，并界定与内部热沉110协作来界定第二流体回路的第二流体通道222 ;透明流体130 ;以及移位设备140，其配置成响应于检测到计算设备以第一位置定向而使透明流体130在第一回路内循环，并响应于检测到计算设备以第二位置定向而使透明流体130在第二回路内循环。
[0024]第一系统100用于通过将流体从内部热沉栗送到布置在计算设备的数字显示器330之上的透明表面热交换器来冷却在计算设备内的一个或多个电气部件(例如无源电路元件、集成电路302)。例如，第一系统100可通过使流体在内部热沉110和热交换层120之间循环来将热量从移动计算设备内的处理器、电源、电压调节器、显示驱动器和/或电池传递到设备的外表面。通常，第一系统100通过利用热连接到热沉和热交换器的闭合流体系统(即流体回路)来移位流体而将热量从计算设备内的局部热源(即集成电路、显示器、电池)主动传递到表面热交换器(即计算设备的一个或多个外表面上)。计算设备可以是蜂窝电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机、数字手表、个人数字助理(PDA)、个人音乐(例如MP3)播放器或包括显示器和在操作期间输出热量的电气电路的任何其它适当类型的设备。
[0025]1.2内部热沉
[0026]第一系统100的内部热沉110热耦合到集成电路302并界定包括第一端和第二端的流体通路。通常，内部热沉I1界定在一侧处连接到流体通道122的入口并在相对侧和/或上游侧处连接到流体通道122的出口的流体通路112，并且因此用于将热量从集成电路302(和/或计算设备内的其它电气部件)传递到通过流体通路112循环的流体。
[0027]在一个实现中，流体通路112界定横越计算设备内的电气部件302延伸的细长通道(例如具有不变的或变化的横截面)。例如，流体通路112在横截面上可以是线状的和正方形的。在这个实现中，内部热沉110也可界定多个流体通路，其合并到在一端连接到流体入口的入口歧管124内和在相对端或上游端连接到流体出口的出口歧管124内。可选地，流体通路112可界定由从近侧流体入口延伸到远测流体出口的鳍状物或壁划分的宽和/或深体积。例如，内部热沉110可界定在相邻于集成电路302的流体通道122内的一系列内部叶片，其中叶片实质上平行于穿过流体通路112的透明流体130的流动方向延伸。然而，内部热沉110可界定具有任何其它几何形状或横截面并以任何其它适当的方式直接或间接流体地耦合到流体通道122的一个或多个流体通路。
[0028]在集成电路302或电气部件(例如处理器、固态动态随机存取存储器(DRAM)或电池)界定平坦外表面的一个实现中，内部热沉110可横越电气部件302的外表面延伸并直接接触电气部件302的外表面，如图1所示，从而将热量从电气部件302传导出来并传导至流体内。内部热沉110可以可选地相邻于电气部件302而被封装或经由热界面材料(TH)例如热油脂或石墨烯膜热耦合到电气部件302。此外，对于安装在平坦印刷电路板(PCB) 350上的电气部件302，内部热沉110的一部分可布置在PCB 350上和/或热耦合到PCB 350，例如在与电气部件302相对和在电气部件302近侧的PCB 350的表面上，如图3所示。
[0029]内部热沉110可因此界定与电气部件302流体地隔离并配置成将热能从电气部件302的表面传递到电气部件302和/或从PCB 350传递到流体内的封闭流体通路。特别是，在这个实现中，内部热沉110可界定配置成接触或以其它方式热耦合到设备内的电气部件的封闭结构。例如，内部热沉110可包括在接合部处铜焊或焊接在一起以形成具有配置成流体地耦合到在热交换层120中的流体通道122的流体入口和流体出口的两个或多于两个口的封闭体积的冲压铜或铝蛤壳式结构。在这个例子中，蛤壳的一半或两半可包括冲压、模塑、焊接或以其它方式形成它们的内部结构的内部肋状物或叶片，其中肋状物或叶片形成在封闭体积内的分区以引导流体流穿过内部热沉110。内部热沉110可进一步界定配置成在计算设备内的一个或多个其它电气部件之上延伸、接触和/或热耦合到在计算设备内的一个或多个其它电气部件的几何形状，这些电气部件例如是布置在PCB 350上的相邻于(第一)电气部件的第二集成电路302或无源电气部件。例如，内部热沉110可界定交错的、“阶梯状的”或“凹进的”外表面，其中在内部热沉110的整个外表面上的不同垂直位置处的小平面接触(或热耦合到)在整个PCB 350上的不同高度处的电气部件，如图1所示。因此，在这个例子中，移位设备140可将流体从流体通道122的输出栗送到热沉110内，使得流体在相邻于第一电气部件的内部热沉110的外表面的第一小平面之上经过并随后在相邻于第二电气部件303的内部热沉110的外表面的第二小平面之上经过，以在返回到热交换层120中的流体通道122之前连续地从第一和第二电气部件吸收热量以经由流体入口将这些热能耗散到环境中。此外，在这个实现中，流体通路112可以是线状的、盘旋状的、蛇形的(在图6B中示出)，或具有任何其它几何形状以在计算设备内的一个或多个PCB之上的各个位置处的任何数量的电气部件之上引导流体。此外或可选地，内部热沉110可界定一个或多个内部肋状物或叶片以通过流体通路112引导或分离流体流。
[0030]内部热沉110也可界定配置成限制流体淤塞的内部几何形状。在一个例子中，内部热沉110界定内被动地引起流体中的湍流(即混合)的几何形状，例如叶片或内部表面网纹。在另一例子中，内部热沉110包括配置成主动混合在电气部件302附近的流体的有源部件，例如辅助栗。在另一例子中，内部热沉110界定沿着电气部件302和/或在电气部件302之上的室、通孔或通道，且移位设备140迫使流体穿过通道。然而，内部热沉110可包括任何其它几何形状和/或无源或有源混合系统以当流体穿过内部热沉110循环时限制淤塞。
[0031]在另一实现中，内部热沉110与在计算设备内的PCB 350 (或支承电气部件302的其它基底)协作来界定在电气部件302周围的封闭体积(具有入口和出口端口)。在这个实现中，内部热沉110和PCB 350可协作以界定流体通路112，使得当流体穿过流体通路112移动时流体沉浸电气部件302。例如，内部热沉110可界定布置在PCB 350 (或计算设备内的其它基底)之上的盖以包围电气部件302，电气部件302因此在流体通路112被注满时浸没在流体中。热量因此可从电气部件302直接传导到流体内。在这个实现中，内部热沉110的盖也可与PCB 350协作来包围并冷却布置在PCB 350上的各种其它有源或无源电气部件。此外，在这个实现中，连接PCB 350上的电气部件的迹线和/或通孔可被密封或涂覆有非导电涂层以防止当迹线和通孔暴露于流体例如包括水的流体时的短路。可选地或此夕卜，流体系统可填充有非导电流体，例如酒精、油或将不在迹线或PCB 350上的其它电连接之间引起短路的其它非离子流体。
[0032]类似地，内部热沉110可与计算设备的壳体物理地共同扩张，其中壳体界定包含PCB 350、处理器、电池、显示驱动器和/或计算设备的任何其它电子部件的封闭内腔(具有到热交换层120的入口和出口端口)。在这个实现中，腔可被注满流体，使得在计算设备内的电气部件浸没在流体中，当流体在内部热沉110和热交换层120之间循环时，流体因此从这些部件直接传导出热能。内部热沉110还可界定通过流体通路(即腔)引导流体流的内部肋状物或叶片。如上所述，在这个实现中，迹线、通孔和其它暴露的导电部件可使用非导电涂层涂覆和/或透明流体130可包括非导电流体以防止计算设备内的被暴露导电表面之间的短路。
[0033]然而，内部热沉110可具有任何其它几何形状并可以用任何其它适当的方式界定流体通路112且具有任何其它几何形状。
[0034]内部热沉110也可以可移除地或暂时布置在计算设备内。在一个例子中，内部热沉110布置在暂时安装在计算设备中的电池310上或集成到电池310中。在这个例子中，流体通路112可分别在入口和出口处开始和终止，入口和出口在电池310安装在设备中时耦合到流体通道122，并在电池310从设备移除时从流体通道122断开。在另一例子中，内部热沉110界定具有在分别暂时啮合流体通道122的流体入口和流体出口的快速拆卸活节头处起源和终止的流体通路112的分立(即独立)部件，使得内部热沉110可从设备移除、维修或修理并重新安装到设备内。
[0035]内部热沉110(和热交换层120)也可以是柔性的。例如，计算设备可包括柔性壳体，且内部热沉110因此也是柔性的，使得内部热沉110可形成有壳体的各种定向。
[0036]内部热沉110的壳体、盖、蛤壳等可进一步起电磁干扰(EMI)屏蔽的作用。例如，内部热沉110可包括薄金属(例如铜、铝、钢、锡)蛤壳，其被铜焊在一起以界定流体通路112，使得当布置在PCB 350之上时，内部热沉110屏蔽来自电气部件302的EMI发射使其免于传递到设备外部。在另一例子中，内部热沉110包括电气地接触从PCB 350之上的有小平面的盖延伸出的在PCB 350上的接地迹线的导电片或导电条。可选地，计算设备可包括介于电气部件302(和PCB 350)与内部热沉110之间的EMI屏蔽340，使得内部热沉110经由EMI屏蔽340将热量传导出电气部件302(和/SPCB 350)。同样可选地，内部热沉110可介于电气部件302 (SPCB 350)和EMI屏蔽340之间。同样可选地，透明流体130可以导电，使得穿过内部热沉110—在计算设备内的邻近集成电路和/或无源电路—的流体起EMI屏蔽的作用以屏蔽来自设备的向外的EMI发射。
[0037]1.3热交换层
[0038]热交换层120横越数字显示器330的观看表面而布置，包括透明材料，并界定横越数字显示器330的一部分延伸的流体通道122，其中流体通道122包括耦合到流体通路112的第一端的流体入口和耦合到流体通路112的第二端的流体出口。通常，热交换层120界定(表面)流体-空气热交换器，其穿过在计算设备的外表面之上的一个或多个封闭通道传递流体以将从在内部热沉110处的电气部件302吸收的热量耗散到环境中。特别是，移位设备140使流体穿过内部热沉110、横越电气部件302以吸收流体、然后穿过流体通道122 (其中热量被耗散到周围环境)移动，且流体一一现在被冷却一一这样返回到热沉110以再次从电气部件302吸收热。在热交换层中的流体通道122、在内部热沉110中的流体通路112和移位设备140可因此是封闭流体回路的设备。此外，在下面描述的第一系统100的一个实现中，热交换层120界定与内部热沉110协作以形成第一流体回路的第一流体通道122，并进一步界定与内部热沉1