用于冷却计算设备内的集成电路的系统的制作方法_3

文档序号:9332853阅读:来源:国知局
。同样可选地,移位设备140可与内部热沉110协作来界定无源热管。移位设备140可与内部热沉110和热交换层120协作来形成热虹吸管,其使加热的流体从电气部件302近侧被动地循环到热交换层120并将冷却的流体从热交换层120返回到相邻于电气部件302的流体通路112。移位设备140可因此直接对流体起作用(即与流体接触)。可选地,移位设备140可例如通过操纵包含流体的储器在第一系统100内间接地移位流体。例如,移位设备140可使用单向(例如止回)阀在连接到气囊的两个端口处使气囊扩张和收缩以使流体从气囊循环回到流体通路112、再到流体通道122内,并回到气囊内,反之亦然。
[0056]然而,移位设备140可以是任何其它适当类型的主动或被动栗,并可使流体穿过第一系统100以任何其它适当的方式循环。第一系统100还可包括使流体穿过计算设备移动的任何数量的类似或不同的栗。
[0057]1.6动态触觉层
[0058]如在图3A、3B、7A和7B中所示的,第一系统100的一个变形还包括:由实质上透明的材料制成的基底164,其布置在与显示器330相对的热交换层120之上并界定第二流体通道222和流体地耦合到第二流体通道222的流体导管224,第二流体通道222流体地从流体通道122去耦;触觉层162,其由实质上透明的材料制成并包括耦合到基底164的外围区168和布置在流体导管224之上并从基底164断开的可变形区166 ;以及第二移位设备240,其耦合到第二流体通道222并配置成使流体穿过流体通道122移动以将可变形区166从收缩设置(在图3A中示出)转变到扩张设置(在图3B中示出),可变形区166在扩张设置中升高到外围区168之上。
[0059]通常,在这个变形中,第一系统100界定在计算设备的显示器330之上的可变形区166,其中可变形区166可间歇地并选择性地扩张以提供在显示器330之上的偶然的触觉引导,例如在美国专利申请号13/414,589中描述的。在一个实现中,基底164和触觉层162布置在热交换层120之上,使得热能在耗散到环境中(或耗散到用户或与计算设备接触的其它表面中)之前从流体传递到热交换层120内并接着到衬底164和触觉层162内,例如在图7A和7B中所示的。可选地,基底164和触觉层162可与热交换层120物理地共同扩张,其中耦合到内部热沉的流体通道122和与可变形区166连通的第二流体通道222都在基底164内被界定,例如在图3A和3B中所示的。在这个实现中,(第一)流体通道和第二流体通道222可以是分立的和流体地去耦的,第一流体通道122耦合到移位设备140以使流体在流体通道122和内部热沉110之间循环,而第二流体通道222耦合到第二移位设备240以朝着和远离可变形区166传递(分立体积的)流体以分别使可变形区166扩张和收缩。然而,基底164和触觉层162可以用任何其它适当的方式布置和/或界定在第一系统100 内。
[0060]1.7 阀
[0061]如在图3A和3B中所示的,第一系统100的一个变形还包括配置成控制穿过第一系统100的流体流的阀142。例如,在热交换层120界定两个分立流体通道组的上面所述的实现中,阀142可布置在这两个流体通道组的接合部处以选择性地切断进入一个或另一流体通道组内的流。
[0062]在如在美国专利申请号13/414,589中公开的计算设备包括动态触觉层162的一个实现中,第一系统100可包括在第一系统100的冷却部分和动态触觉层162的可配置按钮之间的阀142,如在图3A和3B中所示的。例如,热交换层120可与动态触觉层162物理地共同扩张,其中移位设备140产生使流体穿过封闭流体系统移动的压力差,并且其中第一对阀在流体通道的子集的每端处打开以允许流体穿过在显示器330的第一部分之上的流体通道的子集以耗散流体中的热量,且其中的第二对阀中的一个阀打开而另一阀闭合以使流体聚集在流体通道的相应子集中,从而使流体地耦合到流体通道的子集的动态触觉层162的可变形区166向外变形。在这个例子中,第一系统100的流体通道122可与动态触觉层162的流体通道物理地共同扩张。此外,在这个例子中,移位设备140可使流体在流体系统中移动以(例如同时)再分配穿过计算设备的热并操纵在数字显示器330上的动态触觉覆盖物。
[0063]在流体系统中的阀142可以是打开或闭合的双态阀、可在两个流体通路之间选择和完全关闭这两个流体通路的流体流的三态阀或任何其它适当类型的阀。然而,阀142也可实质上是功能不完备的,即将流体流减少小于100%或在阀142两端的压力差存在时泄漏。在一个示例实现中,热交换层120包括在数字显示器330之上的分立前热交换区、边框区域、分立侧热交换器和/或在计算设备的背部上的分立后热交换区(与数字显示器330相对),每个分立热交换区包括一个或多个流体通道。例如,前和后热交换区的入口可经由功能不完备的双态阀被连接,当计算设备面向上搁在表面上时,功能不完备的双态阀允许在第一位置中有80%的流体流进入前热交换区且有30%进入后热交换区。此外,在第二位置中,当数字显示器330在室外使用期间经历太阳加热(例如,如由热耦合到显示器330的热变电阻器180所测量的升高的显示温度确定的)时,功能不完备的双态阀可允许30%的流体流穿过前热交换区且80%穿过后热交换区,如在图5中所示的。如在这个示例实现中的,第一系统100可使用功能不完备的阀实现加热流体到流体系统的某些区的优先(例如80% )移位,并仍然实现实际的冷却功能。特别是,第一系统100将来自电气部件302的热量充分地分布到计算设备的表面而不需要能够抑制高达小数倍或整数倍Psi的流体压力的流体泄漏的昂贵和/或大的阀。
[0064]在如在美国专利申请号61/727,083中所述的移位设备140是间歇式栗的另一实现中,第一系统100可包括三态阀或两个反向控制的双态阀,当移位设备140在正压力和真空状态之间转变时这些阀在各个状态之间振荡,使得当移位设备140开启和关闭时,流体穿过闭合流体回路在单个方向上被抽出。然而,第一系统100可包括以任何其它适当的方式布置成控制穿过第一系统100的流体流的任何其它数量的阀。然而,第一系统100可包括在整个闭合流体回路中以任何方式布置的任何数量的阀。
[0065]1.8处理器
[0066]如图5所示,第一系统100的一个变形还包括控制穿过内部热沉110和热交换层120的流体的分配以冷却电气部件302的处理器170。通常,处理器170用于基于来在计算设备中的一个或多个传感器例如加速度计、陀螺仪、光传感器或摄像机、热变电阻器180或温度传感器180、比吸收率(SAR)传感器、功率计和/或近距离传感器的各种输出来控制在第一系统100中的移位设备140和/或一个或多个阀。基于传感器的冷却体系结构可因此能够实现人接近度和设备定向的直接实时检测,使得处理器170可动态地控制各种流体阀以远离当前与用户接触的计算设备的部分引导加热流体。处理器170可此外或可选地基于计算设备的设置(例如时钟速度)来控制第一系统100的部件。处理器170可以是独立控制器或与在计算设备内的电气部件(例如CPU)物理地共同扩张。
[0067]在使流体穿过第一系统100主动循环的移位设备140的一个实现中,移位设备140可配置成以不变的(即单个)流速或以可变的流速操作。例如,第一系统100可包括收集来自耦合到流体通道122的压力传感器的流体压力数据和/或来自连接到移位设备140的电机驱动器的功率消耗数据以确定在第一系统100内的流体压力的处理器170,且处理器170可因此实现反馈控制以通过修改被供应到移位设备140的功率的大小来使功率适合流体穿过第一系统100的流速。类似地,处理器170可与布置在整个设备中的一个或多个热传感器通过接口连接以实现闭合回路反馈来调节穿过第一系统100的流速(例如与移位设备140的功率消耗成比例)以在计算设备内的一个或多个位置处实现目标温度。例如,处理器170可实现比例积分微分(PID)控制以基于在电气部件302处的温度、在整个数字显示器330中的温度梯度和在流体回路内的流体压力来调节穿过流体回路的流速。特别是,在这个例子中,处理器170可控制移位设备140以使透明流体130在对应于所测量的电气部件302 (例如集成电路302)的温度的工作压力下在内部热沉110和流体通道122之间循环。
[0068]在一个实现中,热交换层120包括多个分立流体通道(或分立流体通道组),每个界定在数字显示器330之上的热交换区。例如,显示器330的观看区域可以是矩形的,且热交换层120可包括沿着界定具有内部热沉110的第一流体回路的观看区域的每个短端的热交换区,且热交换层120可包括沿着界定有内部热沉110的第二流体回路的观看区域的每个长端的热交换区。处理器170可因此与计算设备内的加速度计和/或陀螺仪(或其它运动或位置传感器)通过接口连接以检测计算设备的定向,且当处理器170检测到计算设备在竖排定向(在图4B中示出)中时,处理器170可设置在第一系统100内的一个或多个阀的状态以关闭穿过第二流体回路的流体流并打开穿过第一流体回路的流体流,从而限制在竖排定向中在可能与用户的手接触的数字显示器330之上的区处的热耗散。类似地,当处理器170检测到计算设备在横排定向(在图4A中示出)时,处理器170可设置第一系统100中的一个或多个阀的状态以关闭穿过第一流体回路的流体流并打开穿过第二流体回路的流体流,从而限制当计算设备在横排定向中时在可能与用户的手接触的数字显示器330之上的区处的热耗散。
[0069]此外或可选地,处理器170可与计算设备内的一个或多个传感器通过接口连接以确定设备的当前定向,且处理器170可随后设置在第一系统100内的一个或多个阀的状态以分配穿过那里的流体流以满足从计算设备的表面通过对流的目标热通量。例如,处理器170可设置在第一系统100内的阀状态以优先将流体分配到计算设备的实质上垂直和面向上的表面,例如当设备被保持实质上直立时设备的前和后表面以及当设备面向上放置在水平表面上时设备的前面和侧面。特别是,在这个例子中,第一系统100可包括例如在设备的数字显示器330之上、在设备的后表面之上和/或在设备的侧面之上的多个热交换层,例如上面所述的,其中所有热交换层可经由内部热沉和阀142流体地耦合到设备内的一个或多个电气部件,且处理器170可选择性地打开和闭合在第一系统100中的阀以根据期望温度分布和/或计算设备的整个表面上的热通量来分配在整个第一系统100中的流体。类似地,处理器170可与遍布计算设备布置的温度传感器通过接口连接以测量和/或估计在设备的全部表面上的温度分布,且处理器170可操纵阀和/或移位设备140以分配穿过第一系统100的流体流以实现在设备的全部表面上的实质上均匀的温度(或其它期望温度梯度)。
[0070]处理器170可进一步与设备内的触摸传感器320通过接口连接以检测在设备上的与用户接触的区,且处理器170可设置在第一系统100内的一个或多个阀以使加热的流体从内部热沉110穿过流体通道移动,流体通道移动从与用户接触的区被去除。例如,处理器170可与触摸传感器320、接近度传感器和/或在计算设备内的任何其它传感器通过接口连接以确定设备在用户的裤子口袋中,且显示器330面向用户的皮肤,处理器170可因此关闭到在显示器330之上的热交换层120的流体流并使来自内部热沉110的加热流体改变路线到布置在与显示器330相对的计算设备的背部之上的第二热交换层220。在另一例子中,处理器170可通过设备与各种接近度传感器通过接口连接以确定在计算设备上的用户的手和/或手指的放置,且处理器170可控制在第一系统100内的一个或多个阀以远离用户的手和/或手指按规定路线运送流体流,从而限制或防止来自电气部件302的热耗散到用户的手和/或手指内。处理器170也可存储和/或访问设备定向的历史和接近事件,并进一步实现机器学习以提高对特定的移动计算设备的各种使用情形的响应。
[0071]在前面的实现中,额外的流体通道和/或热交换层可例如经由一个或多个阀流体地耦合到公共内部热沉,且处理器170可操纵一个或多个阀的位置以在整个第一系统100上选择性地分配流体。可选地,每个额外的流体通道和/或热交换层可流体地耦合到分立内部热沉和分立移位设备,且处理器170可选择性地给各种移位设备供电以例如根据上面所述的任何方法或技术在整个第一系统100上选择性地分配流体。在一个例子中,内部热沉110布置在电气部件302的一侧上并与布置在数字显示器330之上的热交换层120和移位设备140协作来界定第一闭合流体回路,且在电气部件302的相对侧上的第二内部热沉与布置在计算设备的后表面上的热交换层220和第二移位设备240协作来界定第二闭合流体回路,其中第一闭合流体回路和第二闭合流体回路是分立的,并单独地由处理器170控制。在这个例子中,处理器170可例如基于计算设备定向或在计算设备上的用户手放置来独立地控制每个闭合流体回路的控制部件。然而,第一系统100可包括以任何其它适当的方式布置的任何数量的内部热沉、热交换层、传感器、阀和/或移位设备。
[0072]在另一实现中,第一系统100包括在数字显示器330之上的热交换层120、在与显示器330相反的计算设备的背部之上的第二热交换层220 (在图5中示出)和在计算设备的侧面上的第三热交换区。在这个实现中,处理器170与热耦合到数字显示器330的热变电阻器180通过接口连接以在设备的操作期间测量在整个数字显示器330上的温度增加。当处理器170识别出超过阈值温度的显示器温度时,处理器170操纵在第一系统100内的一个或多个阀以将加热流体从显示器330之上的第一热交换层移动到在设备的背部上的第二热交换层220,其中热被耗散到环境以冷却显示器330。在一个例子中,处理器170因此可控制在第一系统100内的一个或多个阀以在显示器330的太阳加热期间冷却数字显示器330,例如当计算设备在直接太阳光中被使用时。
[0073]在又一实现中,处理器170与热耦合到电气部件302的热变电阻器180通过接口连接以测量电气部件302的温度。在一个例子中,当电气部件302的温度超过阈
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