[發明專利]壓電有源冷卻設備

有效

• 申請號: 201380024167.5
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN104272481B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: Q·李;J·J·安德森
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01L41/04
• 分類號: H01L41/04;F04B17/00;F04D33/00;G06F1/20;H01L23/467;H01L41/09;H05K7/20
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陳煒

背景

隨著移動計算設備變得更為集成且包括更多計算能力，它們可能產生越來更多熱量。例如，現代智能電話可以包括一個或多個高度集成的組件，這些組件被稱為片上系統(“SoC”)或系統級封裝(“SiP”)。每一SoC或SiP可以具有含有一個或多個處理器核的一個或多個集成電路(“IC”)、存儲器電路、圖形處理電路、射頻通信電路、以及其它數字和模擬電路。此外，多個SoC或SiP可以被堆疊在層疊封裝(“PoP”)配置中。常見的PoP配置包括具有處理電路和其它電路的一個SoC或SiP封裝以及包括易失性和/或非易失性存儲器組件的第二堆疊式封裝。

這些高度集成的處理組件可以在緊密集成的封裝結構中產生大量的熱量。附加地，許多制造商期望增大處理核的數目和處理器時鐘速度，這進一步增大了封裝中產生的熱量。尤其對于移動計算設備處理器而言，熱量可能成為計算性能的限制因素。

通常，移動計算設備可以包括將熱量從要求散熱的處理器封裝和/或其它組件轉移至移動計算設備的外表面的無源散熱組件(例如，散熱片等)。然而，將熱量從移動計算設備消散的總體能力可能受限于移動計算設備的外表面與環境(例如，空氣或者與外表面接觸的其它介質)之間的熱傳導路徑。隨著移動處理器的功耗持續增大，無源散熱技術可能不再能夠跟上由移動計算設備產生的熱量。盡管存在用于有源冷卻的已知技術(諸如冷卻風扇)，但這些技術可能難以集成到移動計算設備的有限封閉空間中。

概述

描述了用于使用壓電冷卻設備為移動計算設備提供有源冷卻的方法、系統和設備。所描述的各實施例提供了使用低功率的有源冷卻，其能夠被控制以提供可變冷卻，使用高度可靠的元件，并且能夠以低成本來實現。一些實施例利用使平面元件在空氣通道內振蕩以扇動該空氣通道內或其出口處的空氣的壓電致動器。空氣通道可以由與產生過多廢熱的移動設備組件熱接觸的至少一個散熱表面來限定。例如，空氣通道可以包括與移動計算設備的處理器熱接觸的表面。在各實施例中，壓電有源冷卻設備可被用于層疊封裝(PoP)處理器封裝中堆疊式封裝之間的空氣間隙中。在各實施例中，壓電致動器以低于用戶通常能夠聽見的頻率來致動。

在一些實施例中，壓電致動器是壓電雙晶片致動器。壓電雙晶片致動器可以在一端固定或在中間固定，而至少一個自由端在壓電雙晶片致動器致動時振蕩。壓電雙晶片致動器的自由端可以附連至可由壓電雙晶片致動器振蕩的平面元件。該平面元件可以是風扇狀的，其自由端具有半圓形和/或具有大于附連至壓電雙晶片致動器的端的寬度。壓電雙晶片致動器可以用AC驅動信號(諸如正弦波信號)以串聯或并聯配置來驅動。

在一些實施例中，壓電致動器用于建立平面元件中的行波。該行波可以推動空氣通過空氣通道以建立一般在空氣通道的入口與空氣通道的出口之間的空氣流。平面元件可以是彈性材料，諸如彈簧鋼、碳纖維、塑料、和/或其它材料。壓電致動器可以是在一端固定并且在第二端耦合至平面元件的壓電雙晶片。平面元件可以在另一端自由振動、固定、在位置上固定但自由旋轉、和/或通過彈簧耦合至移動計算設備和/或空氣通道。

一些實施例包括一種移動設備，該移動設備包括由至少第一散熱表面限定的空氣通道、至少部分地置于空氣通道內的平面元件、以及被配置成使平面元件振蕩以致使空氣在空氣通道內移動的壓電致動器。在一些實施例中，壓電致動器和平面元件包括壓電雙晶片致動器。移動設備可以包括具有上表面(該上表面包括第一散熱表面)的第一半導體封裝以及具有下表面(該下表面包括空氣通道的第二散熱表面)的第二半導體封裝，第二半導體封裝處于具有第一半導體封裝的層疊封裝(PoP)配置中。

在一些實施例中，空氣通道包括移動設備的外殼上的空氣入口端口以及移動設備的外殼上的空氣出口端口。一些實施例包括空氣通道的空氣出口，其中平面元件扇動空氣遠離空氣通道的空氣出口處的第一散熱表面。一些實施例包括空氣入口，該空氣入口具有基本與平面元件共面且在空氣通道中毗鄰平面元件的橫向邊緣的一側與空氣通道聯結的上表面和下表面。平面元件可以包括耦合至壓電致動器的第一端以及第二弓狀自由端。

在一些實施例中，平面元件在第一端處耦合至壓電致動器，并且壓電致動器的致動引起平面元件中從平面元件的第一端行進至第二遠側端的橫向波。壓電致動器可以包括壓電雙晶片，其中壓電雙晶片的第一端固定地附連至移動設備，而壓電雙晶片的第二端耦合至平面元件的第一端。彈簧元件可以耦合至平面元件的第二端，該彈簧元件有彈性地將平面元件的第二端附連至移動設備。替換地，可以將重物耦合至平面元件的第二端和/或平面元件的第二端可以固定地和/或旋轉式地附連至移動設備。