CN109074140A - 具有相变材料的无源热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本文中描述了热管理系统。热管理系统包括计算设备的各组件。计算设备包括发热组件和被物理地连接到发热组件的散热器。散热器包括第一表面和第二表面。第二表面距离发热组件比第一表面距离发热组件更近。计算设备还包括在散热器的第一表面、第二表面、或第一表面和第二表面的至少一部分上的相变材料层。

Description

具有相变材料的无源热管理系统
附图简述
为更完全地理解本公开，参考以下详细描述和附图，在附图中，相同的参考标号可被用来标识附图中相同的元素。
图1描绘了包括热管理系统的示例的计算设备的顶视图。
图2描绘了包括无源热管理系统的示例的计算设备的一部分的顶视图。
图3描绘了包括图2的无源热管理系统的计算设备的截面。
图4描绘了包括无源热管理系统的另一示例的计算设备的一部分的顶视图。
图5描绘了包括图4的无源热管理系统的计算设备的截面。
图6描绘了包括无源热管理系统的又一个示例的计算设备的一部分的顶视图。
图7是根据用于实现所公开的方法或一个或多个电子设备的一个示例的计算环境的框图。
图8是根据一个示例的用于制造计算设备的方法的流程图。
尽管所公开的设备、系统和方法代表了具有各种形式的实施例，但在附图中解说了(并在下文描述了)各具体实施例，其中要理解，本公开旨在是说明性的，而并不旨在将权利要求范围局限于本文中所描述和解说的各具体实施例。
详细描述
当前微处理器设计趋势包括具有在功率方面增加、在尺寸方面减小以及在速度方面增加的设计。这在更小、更快的微处理器中导致更高的功率。另一个趋势是趋向于轻巧且紧凑的电子设备。随着微处理器变得更轻、更小并且功能更强大，微处理器也在更小的空间内产生更多的热量，使热管理比以前更受关注。
热管理的目的是将设备的温度保持在适中的范围内。在操作期间，电子设备将功率耗散为将从设备移除的热。否则，电子设备将变得越来越热，直到电子设备不能有效地执行。当过热时，电子设备运行缓慢且耗散功率能力差。这可导致最终的设备故障以及缩短的使用寿命。
随着计算设备变得更小(例如，更薄)，热管理变得更加成问题。可以使用强制和自然对流、传导和辐射作为整体冷却计算设备以及在计算设备内工作的处理器的方式来使热从计算设备消散。取决于设备的厚度，设备内可能没有足够的空间用于有源热管理组件，诸如举例而言，风扇。可以因此依赖于无源热管理来冷却设备。例如，可依靠浮力驱动的对流(即，自然对流)和向周围环境辐射来冷却设备。
假设计算设备的大小以及因此用于辐射传热的表面积是固定的，并且计算设备的外表面的最高温度由用户舒适性和安全限制来固定，则从计算设备优化地排热以及因此计算设备的最大稳态功率水平在计算设备的外表面的最高温度被恒定地保持时被提供。
一些计算设备受益于处置高于最大稳态功率水平的功率水平达一段持续时间的能力。计算设备可以在大于最大稳态功率水平的功率水平处工作的该段持续时间基于计算设备储存热的能力来被确定。该持续时间取决于计算设备的热容和对热容的低热阻访问两者。经优化的瞬态响应当计算设备在时间和空间上都均匀地改变温度时被提供，从而允许对所有可用的热容的瞬时访问。可通过增加计算设备内的热容来增加达到计算设备的外表面的最高温度的时间。
本文中所公开的是用于提供计算设备的等温表面以最大化从计算设备的无源传热(例如，在存在浮力驱动流的情况下)，同时还提供增加的热容以热处置计算设备的功率水平中的尖峰的装置、系统和方法。改进的从电子设备的无源传热可通过表面上或表面附近的恒温过程(例如，诸如水之类的纯流体的冷凝)来提供。例如，热连接到计算设备内的发热组件的相变设备(例如，蒸汽室(vapor chamber))可被定位成毗邻表面。相变材料(诸如举例而言，包括粘合剂的精制石蜡)层被设置在相变设备的至少一个表面上，以增加计算设备内的热容，并因此增加计算设备可以以大于最大稳态功率的功率运行的时间量。
作为示例，可通过提供被物理地连接到发热组件的散热器来实现改进的从计算设备散热。散热器包括第一表面和第二表面。第二表面比第一表面更靠近发热组件。相变材料层被提供在散热器的至少一部分上。
这种散热装置或系统具有若干潜在的最终用途或应用，包括具有无源或有源冷却组件(例如，风扇)的任何电子设备。例如，散热装置可并入到个人计算机、服务器计算机、平板或其他手持式计算设备、膝上型或移动计算机、游戏设备、通信设备(诸如移动电话)、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费者电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、或音频或视频媒体播放器中。在某些示例中，散热装置可并入可穿戴电子设备内，其中该设备可被穿戴在或附接到人的身体或服装。可穿戴设备可被附连到人的衬衫或夹克上；被穿戴在人的手腕、脚踝、腰部或头部；或被穿戴在他们的眼睛或耳朵上。这种可穿戴设备可包括手表、心率监测器、活动跟踪器、或头戴式显示器。
可以使用下面更详细描述的这些特征中的一个或多个来为电子设备提供改进的散热。当与不具有经改进的散热特征中的一个或多个特征的类似电子设备相比时，在利用改进的散热特征的情况下，可以为电子设备安装更强大的微处理器，可以设计更薄的电子设备，可以提供更高的处理速度，可以以更高的功率操作电子设备达更长时间段，或者可以提供其任何组合。换言之，本文中所描述的散热特征可以为诸如移动电话、平板计算机或膝上型计算机之类的电子设备提供改进的热管理。
图1示出了包括热管理系统102的示例的计算设备100的顶视图。计算设备100可以是任何数量的计算设备，包括例如个人计算机、服务器计算机、平板电脑或其他手持式计算设备、膝上型或移动计算机、诸如移动电话之类的通信设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、或音频和/或视频媒体播放器。
计算设备100包括外壳104，该外壳104至少支撑热管理系统102和发热组件106。发热组件106可以是任何数量的电动设备，包括例如处理器、存储器、电源、显卡、硬盘驱动器或其他电动设备。发热组件106(例如，处理器)可经由例如附接到外壳104和/或由外壳104支撑的印刷电路板(PCB)108被外壳104支撑。处理器106例如经由PCB 108与计算设备100的其他电子设备或组件进行通信。计算设备100可包括图1中未示出的多个组件(例如，硬盘驱动器、电源、连接器)。
处理器106被屏蔽件110电磁屏蔽。屏蔽件110可以是任何数量的形状(包括例如矩形)，并且可以由任何数量的材料(包括例如铜)制成。屏蔽件110可降低电磁场和无线电波的耦合。降低的量取决于例如所使用的材料、所使用材料的厚度和屏蔽件体积的大小。
热管理系统102包括无源热模块112(例如，诸如蒸汽室之类的散热器)和至少一个相变设备114。在图1所示的示例中，热管理系统102包括第一相变设备114和第二相变设备116。第一相变设备114和第二相变设备116的第一端分别与处理器106物理接触和/或毗邻。在一个示例中，第一相变设备114和第二相变设备116的第一端经由热粘合剂层来被物理地附接到处理器106的表面。
第一相变设备114通过屏蔽件110中的开口远离处理器106延伸到第一相变设备114的第二端处的散热器112。第一相变设备114将热从处理器106移开并移向散热器112。第二相变设备116通过屏蔽件110中的开口远离处理器106延伸到第二相变设备116的第二端处的风扇118(例如，风扇外壳120)。热管理系统102的一个或多个组件以任何数量的方式附接到外壳104，所述方式包括例如使用一个或多个连接器(例如，螺钉、凸缘、突片)。
第一相变设备114和第二相变设备116可各自是热管、蒸汽室或其组合。第一相变设备114和第二相变设备116可由任何数量的材料制成，包括例如铜、铝、钛、其他导热材料或其任何组合。热管或蒸汽室的内部结构对于相变性能而言是重要的。影响相变性能的特征包括蒸汽空间和毛细管特征。蒸汽空间是用于经蒸发的工作流体行进到冷凝器的路径，而毛细管特征是用于经冷凝的工作流体返回到蒸发器的路径。
第一相变设备114的第二端被物理地附接到散热器112。第一相变设备114的第二端可以以任何数量的方式来被物理地附接到散热器112，所述方式包括例如用粘合剂(例如，热粘合剂)、用焊料、通过压配、用一个或多个连接器(例如，螺钉、螺母/螺栓组合)或其任何组合。在一个示例中，第一相变设备114和散热器112被制造为单个组件(例如，被3D打印为单个组件)。在一个示例中，散热器112是第一相变设备114的延伸部，因为第一相变设备114的蒸汽空间延伸到散热器112中。在另一示例中，散热器112是实心的导热材料件。例如，散热器112可以是铜、铝或其他导热材料的实心件。
散热器112可以是任何数量的尺寸。散热器112的尺寸可以由其中散热器112被使用的设备的大小来确定。散热器112的表面积越大，与散热器毗邻的表面(例如，计算设备100的外壳的表面)的温度分布就越接近等温。散热器112可帮助防止热点和/或在计算设备100内提供更均匀的温度，因为与第一相变设备114相组合，散热器112有助于移动并保持热远离发热处理器106。
在图1所示的示例中，第二相变设备116的第二端被物理地附接到风扇外壳120。第二相变设备116的第二端可以以任何数量的方式来被物理地附接到风扇外壳120，所述方式包括例如用粘合剂(例如，热粘合剂)、用焊料、通过压配(例如，第二相变设备116与风扇外壳120中的凹槽之间的摩擦配合)、用一个或多个连接器(例如，螺钉、螺母/螺栓组合)或其任何组合。在一个示例中，第二相变设备116和风扇外壳120被制造为单个组件(例如，被3D打印为单个组件)。风扇外壳120可以由任何数量的导热材料制成，包括例如铜、铝或其他导热材料。在一个示例中，风扇外壳120由塑料制成。
第二相变设备116将热从处理器106移开并移向风扇118。风扇118有源地冷却第二相变设备116，经由计算设备100的外壳104中的通风孔将热移出计算设备100。在其他示例中，计算设备100包括附加的风扇，并且附加的相变设备分别从处理器106延伸到该附加的风扇的外壳。
计算设备100和/或热管理系统102可包括更多和/或不同的组件。在一个示例中，热管理系统102还包括一个或多个热沉。例如，散热器112、第一相变设备114、第二相变设备116、其他设备或其任何组合可包括远离该散热器112、第一相变设备114、第二相变设备116、其他设备或其组合延伸的多个翅片。该多个翅片可以由任何数量的导热材料制成，包括例如铜、铝或钛。该多个翅片可例如经由热粘合剂(例如，热膏)层被物理地连接到散热器112、第一相变设备114或第二相变设备116。
为了更好地热处置计算设备100内的高于稳态工作功率的脉冲，可以将相变材料层施加到热管理系统102的各组件(例如，散热器112、第一相变设备114、第二相变设备116和风扇外壳120)的一个或多个表面以增加计算设备内的热容。由于大小(例如，厚度)约束，计算设备可能不包括有源热管理组件，诸如举例而言，风扇。对于这样的计算设备，可通过不断地保持计算设备的外表面的最大温度来优化从计算设备的无源传热。与图1中所示的散热器112相比，这可通过使用被定位成毗邻计算设备的外壳的表面的更大的散热器(例如，蒸汽室)来近似或实现。图2-6示出了包括无源热管理系统的示例的计算设备。
图2描绘了包括被外壳204支撑的无源热管理系统202的示例的计算设备200的一部分的顶视图。在图2中，外壳204的一部分被移除，并且外壳204的内部(例如，外壳的最大截面)被示出。计算设备200还包括由外壳204支撑(例如，在外壳204内)的发热组件206。发热组件206可以是任何数量的电动设备，包括例如处理器、存储器、电源、显卡、硬盘驱动器或其他电动设备。发热组件206(例如，处理器)可经由例如被附接到外壳204和/或由外壳204支撑的印刷电路板(PCB)(参见图3)被外壳204支撑。处理器206例如经由PCB与计算设备200的其他电子设备或组件进行通信。计算设备200可包括图2中未示出的多个组件(例如，硬盘驱动器、电源、连接器)。
无源热管理系统202包括第一相变设备208和第二相变设备210。在图2所示的示例中，第一相变设备208是热管，而第二相变设备210是蒸汽室。热管208邻接或毗邻处理器206，而蒸汽室210邻接或毗邻热管208。
热管208有助于跨蒸汽室210来散布热，并且使蒸汽室210在高热负荷的时间段期间正确地发挥作用。如果向蒸汽室施加过多的热，则蒸汽室内的蒸汽压力可能不允许蒸汽室210内的工作流体(例如，水)返回到热源(例如，处理器206；蒸发器)。
热管208可以是任何数量的大小和/或形状。例如，如图2所示，热管208可以是矩形扁平热管(例如，具有圆角的边和/或角)。在其他示例中，热管208是圆形扁平热管或是圆柱形热管。可以基于其中安装了无源热管理系统202的计算设备200的厚度来定义热管208的厚度。
图2中所示的热管208纵向地远离处理器206并朝向蒸汽室210的相对侧延伸。例如，热管208包括第一端212和第二端214，并且蒸汽室210包括第一侧216和第二侧218。热管208纵向地远离处理器206延伸，使得热管208的第一端212比蒸汽室210的第二侧218更靠近蒸汽室210的第一侧216，并且热管208的第二端214比蒸汽室210的第一侧216更靠近蒸汽室210的第二侧218。在一个示例中，热管208纵向地远离处理器206延伸，使得热管208的第一端212和第二端214分别与蒸汽室210的第一侧216和第二侧218对齐或延伸超出蒸汽室210的第一侧216和第二侧218。热管208的其他取向和/或热管208的其他纵向延伸方向可被提供。
蒸汽室210可以是任何数量的大小和/或形状。例如，如图2所示，蒸汽室210可以是矩形扁平蒸汽室(例如，具有圆角)。可以基于其中安装了无源热管理系统202的计算设备200的厚度来定义蒸汽室210的厚度。蒸汽室210的最大外表面面积可大致匹配外壳204的内表面220的表面积。外壳204可包括显示器外壳和机架(参见图3)，并且外壳204的内表面220可例如由显示器外壳的外表面或机架的内表面形成。在一个示例中，蒸汽室的大小被设定成使得蒸汽室210的最大外表面面积与将配合在外壳204内部的面积一样大。在其他示例中，蒸汽室小一些(参见图1)。
相变材料层被设置在蒸汽室210的外表面的至少一部分上(例如，蒸汽室210的顶部、或者顶部和底部)。该相变材料可以是任何数量的材料。例如，相变材料是包括粘合剂的精制石蜡。粘合剂消除了相变之后的流动。可基于特定计算设备，且更具体而言基于特定计算设备内产生的温度而将不同的石蜡用于施加到蒸汽室210的外表面的相变材料层。不同的石蜡具有不同的熔融峰、不同的密度和不同的熔化潜热。例如，所使用的石蜡可被选择成使得石蜡的熔融峰在计算设备200的操作(例如，在最大稳态功率水平处和/或在大于最大稳态功率水平的功率水平处)期间与蒸汽室210处的温度相匹配。当达到熔点时，石蜡开始在相变期间储存热。取决于例如施加到蒸汽室210的相变材料的量和所使用的相变材料，计算设备200的充分冷却(例如，在不降低功率的情况下)可以例如在计算设备200工作在稳态功率之上的同时被提供达100秒或更多附加秒数。随着相变材料层的体积增加，计算设备200例如在高于稳态功率操作期间可被充分地冷却的附加时间量也增加。
图3描绘了包括图2的无源热管理系统202的计算设备300的截面。计算设备300还包括被支撑在外壳304内的PCB 302。PCB 302可以以任何数量的方式由外壳304支撑和/或被固定到外壳304，所述方式包括例如用凸片、凸缘、连接器、粘合剂或其任何组合。PCB 302支撑并且被电连接到发热组件306(例如，处理器)。
例如，热被从处理器306移开并且通过无源热管理系统302被移出计算设备300。处理器306包括第一侧308(例如，顶部或第一表面)、第二侧310(例如，底部或第二表面)以及从第一侧308向第二侧310延伸的至少一个第三侧312。处理器306的第二侧310邻接或毗邻PCB 302。处理器306的第一侧308邻接或毗邻无源热管理系统202的热管208。
热管208包括第一侧314(例如，顶部或第一表面)、第二侧316(例如，底部或第二表面)以及从第一侧314向第二侧316延伸的至少一个第三侧318。热管208的第二侧316邻接或毗邻处理器306的第一侧308。热管208的第二侧316可毗邻处理器306的第一侧308，因为一个或多个附加材料层可被设置在热管208的第二侧316和处理器306的第一侧308之间。例如，一个或多个热粘合剂层可被设置在热管208的第二侧316和处理器306的第一侧308之间。热管208的第一侧314邻接或毗邻无源热管理系统202的蒸汽室210。
蒸汽室210包括第一侧320(例如，顶部或第一表面)、第二侧322(例如，底部或第二表面)以及从第一侧320向第二侧322延伸的至少一个第三侧324。蒸汽室210的第二侧322邻接或毗邻热管208的第一侧314。蒸汽室210的第二侧322可毗邻热管208的第一侧314，因为一个或多个附加材料层可被设置在蒸汽室210的第二侧322和热管208的第一侧314之间。例如，一个或多个热粘合剂层可被设置在蒸汽室210的第二侧322和热管208的第一侧314之间。热管208和/或蒸汽室210可以以任何数量的方式来被物理地附接到PCB 302、外壳304、计算设备300内的另一表面或其任何组合，所述方式包括例如用凸片、凸缘、连接器、粘合剂或其任何组合。与不包括热管208的热管理系统(例如，参见图4和5)相比，在无源热管理系统202中包括和定位热管208允许更薄的蒸汽室210被使用。与发热组件(例如，处理器306)物理接触的热管208充当热通量变换器，其将高热通量变换成具有低阻的低热通量(例如，类似于热歧管)。
一个或多个相变材料层326被定位在蒸汽室210的外表面328的至少一部分上。在图3所示的示例中，三个分开的相变材料层326(例如，第一相变材料层326a、第二相变材料层326b和第三相变材料层326c)被设置在蒸汽室210的外表面326的相应部分上。而且，可例如将更多、更少或不同的相变材料层施加到蒸汽室210或计算设备300的其他组件。
第一相变材料层326a被设置在蒸汽室210的第一侧320上。第一相变材料层326a可以在一个方向上跨整个蒸汽室210或跨小于整个蒸汽室210延伸(例如，进入图3的页面中)。第一相变材料层326a由具有第一熔融峰、第一密度和第一熔化潜热(例如，第一属性)的第一材料制成。可以基于该第一属性和计算设备300内所产生的温度来选择第一材料。在一个示例中，第一材料是具有粘合剂的精制石蜡。第一相变材料层326a的体积越大，第一相变材料层326a添加到计算设备300的热容就越多。例如，如果表面积受到蒸汽室210的大小的约束，则第一相变材料层326a的厚度可被增加以向计算设备300提供附加的热容。
第二相变材料层326b被设置在蒸汽室210的第一侧320上。第二相变材料层326b可以在一个方向上跨整个蒸汽室210或跨小于整个蒸汽室210延伸(例如，进入图3的页面中)。第二相变材料层326b由具有第二熔融峰、第二密度和第二熔化潜热(例如，第二属性)的第二材料制成。可以基于该第二属性和计算设备300内所产生的温度来选择第二材料。例如，可以基于计算设备300内的热分布(thermal profile)将不同的材料设置在蒸汽室210的不同部分上，以在外壳304上提供等温表面。具有不同大小、形状、材料或其任何组合的任何数量的分开的相变材料层可以基于计算设备300内的热分布的轮廓来被提供。第二材料可以是具有粘合剂的精制石蜡。第二相变材料层326b的体积越大，第二相变材料层326b添加到计算设备300的热容就越多。例如，如果表面积受到蒸汽室210的大小的约束，则第二相变材料层326b的厚度可被增加以向计算设备300提供附加的热容。
第三相变材料层326c被设置在蒸汽室210的第二侧322上。第三相变材料层326c可以在一个方向上跨整个蒸汽室210或跨小于整个蒸汽室210延伸(例如，进入图3的页面中)。第三相变材料层326c由具有第一属性的第一材料制成。第三相变材料层326c相比第一相变材料层326a和第二相变材料层326b具有更大的厚度。在一个示例中，第三相变材料层326c由第三材料制成，该第三材料不同于第一材料和第二材料。
其他配置可被提供。例如，单个相变材料层可覆盖蒸汽室210的所有外表面328。在另一示例中，单个相变材料层可覆盖蒸汽室210的一侧的全部(例如，蒸汽室210的第一侧320的全部、第二侧322的全部或至少一个第三侧324的全部)。在又一个示例中，单个相变材料层可覆盖少于蒸汽室210的一侧的全部。在其他示例中，一个或多个附加的相变材料层被设置在计算设备300内的其他组件(例如，热管208和/或PCB 302)上。
蒸汽室210的第一侧320可处于距离外壳304的内表面330的一定距离处。处于距离外壳304的内表面330一定距离处的蒸汽室210的第一侧320，以及蒸汽室210和外壳304之间的所得到的气隙可进一步帮助散热以及因此提供等温表面。在替代示例中，蒸汽室210的第一侧320经由相变材料层次来被物理地连接到外壳304的内表面330。
外壳304包括机架332和显示器外壳334。机架332和显示器外壳334被物理地连接在一起以形成内体积336，在该内体积中容纳了计算设备300的各组件(例如，PCB 302、处理器306和无源热管理系统202)。在一个示例中，机架332和显示器外壳334是单个部件的各部分。显示器外壳334容纳用于显示器的组件。显示器组件经由PCB 302被电连接到处理器306。取决于计算设备，待冷却的等温表面(或近似等温表面)可以是机架332上的表面或显示器外壳334上的表面。换言之，蒸汽室210和至少第一相变材料层326a可毗邻由机架332或显示器外壳334形成的外壳304的内表面330。在一个示例中，相变材料层被设置在(例如，由机架332和/或显示器外壳334形成的)内表面330上。蒸汽室210的第一侧320可以与外壳304的内表面330相对和/或平行。
计算设备300还可包括有源热管理组件，诸如举例而言，一个或多个风扇。该一个或多个风扇帮助无源热管理系统202从计算设备300移除由处理器306产生的热。热坞(thermal dock)还可被用来帮助无源热管理系统202散热。例如，计算设备300可以与热坞对接，因为计算设备的外表面(例如，等温表面)与珀尔帖(Peltier)设备或热坞的另一传热设备物理接触。
图4描绘了包括被外壳404支撑的无源热管理系统402的另一示例的计算设备400的一部分的顶视图。在图4中，外壳404的一部分被移除，并且外壳404的内部(例如，外壳的最大截面)被示出。计算设备400还包括在外壳404内被支撑的发热组件406(例如，处理器)。处理器406可经由例如附接到外壳404和/或由外壳404支撑的PCB(参见图5)被外壳404支撑。处理器406例如经由PCB与计算设备400的其他电子设备或组件进行通信。计算设备400可包括图4中未示出的多个组件(例如，硬盘驱动器、电源、连接器)。
无源热管理系统402包括相变设备408。在图4所示的示例中，相变设备408是蒸汽室。图4的无源热管理系统402与图2和3中所示的示例的不同之处在于，无源热管理系统402不包括附加的相变设备(例如，热管)。蒸汽室408邻接或毗邻处理器406。无源热管理系统402可被安装在计算设备中，其中计算设备内的热通量不达到足够高的水平以防止蒸汽室408内的工作流体(例如，水)返回到热源(例如，干涸的)，诸如举例而言，处理器406(例如，蒸发器)。
蒸汽室408可以是任何数量的大小和/或形状。例如，如图4所示，蒸汽室408可以是矩形扁平蒸汽室(例如，具有圆角)。可以基于其中安装了无源热管理系统402的计算设备400的厚度来定义蒸汽室408的厚度。蒸汽室408的最大外表面面积可大致匹配外壳404的内表面410的表面积(例如，最大表面积)。在一个示例中，蒸汽室408的大小被设定成使得蒸汽室408的最大外表面面积与将配合在外壳404内部的面积一样大。在其他示例中，蒸汽室408是较小的(参见图1)。
至少一个相变材料层412(例如，具有粘合剂的精制石蜡)被设置在蒸汽室408的外表面上。在图4所示的示例中，两个相变材料层412(例如，第一相变材料层412a和第二相变材料层412b)被设置在蒸汽室408上。第一相变材料层412a和第二相变材料层412b各自的一个或多个属性(例如，熔化潜热)是不同的。第一相变材料层412a和第二相变材料层412b可具有不同或相同的大小和/或形状。在其他示例中，更多或更少的相变材料层被设置在蒸汽室408上。
图5描绘了包括图4的无源热管理系统402的计算设备500的截面。计算设备500还包括被支撑在外壳504内的PCB 502。PCB 502可以以任何数量的方式由外壳504支撑和/或被固定到外壳504，所述方式包括例如用凸片、凸缘、连接器、粘合剂或其任何组合。PCB 502支撑并且被电连接到发热组件506(例如，处理器)。
热被从处理器506移开，例如，通过无源热管理系统402而被移出计算设备500。处理器506包括第一侧508(例如，顶部或第一表面)、第二侧510(例如，底部或第二表面)以及从第一侧508向第二侧510延伸的至少一个第三侧512。处理器506的第二侧510邻接或毗邻PCB 502。处理器506的第一侧508邻接或毗邻无源热管理系统402的蒸汽室408。
蒸汽室408包括第一侧514(例如，顶部)、第二侧516(例如，底部)以及从第一侧514向第二侧516延伸的至少一个第三侧518。蒸汽室408的第二侧516邻接或毗邻处理器506的第一侧508。蒸汽室408的第二侧516可毗邻处理器的第一侧508，因为一个或多个附加材料层可被设置在蒸汽室408的第二侧516和处理器506的第一侧508之间。例如，一个或多个热粘合剂层可被设置在蒸汽室408的第二侧516和处理器506的第一侧508之间。蒸汽室408的第一侧514邻接或毗邻外壳504的表面。蒸汽室408可以以任何数量的方式来被物理地附接到PCB 502、外壳504、计算设备500内的另一表面或其任何组合，所述方式包括例如用凸片、凸缘、连接器、粘合剂或其任何组合。
一个或多个相变材料层412被定位在蒸汽室408的外表面520的至少一部分上。在图5所示的示例中，两个分开的相变材料层412(例如，第一相变材料层412a和第二相变材料层412b)被设置在蒸汽室408的外表面520的相应部分上。而且，可例如将更多、更少或不同的相变材料层412施加到蒸汽室408或计算设备500的其他组件。在图5所示的示例中，第一相变材料层412a和第二相变材料层412b的材料是不同的。在其他示例中，更多或更少的不同类型的材料可被使用。
图6描绘了包括被外壳604支撑的无源热管理系统602的又一个示例的计算设备600的一部分的顶视图。在图6中，外壳604的一部分被移除，并且外壳604的内部(例如，外壳的最大截面)被示出。计算设备600还包括在外壳604内被支撑的发热组件606(例如，处理器)。例如，无源热管理系统602被物理地连接且被热连接到处理器606。处理器606可经由例如附接到外壳604和/或由外壳604支撑的PCB被外壳604支撑。计算设备600可包括图6中未示出的多个组件(例如，硬盘驱动器、电源、连接器)。
在图6所示的示例中，无源热管理系统602包括第一相变设备608、第二相变设备610、第三相变设备612和散热器614。在图6所示的示例中，第一相变设备608、第二相变设备610和第三相变设备612是热管，并且散热器614是实心的导热材料件。例如，散热器614可以由导热金属制成，诸如铜或石墨。
相变材料层被设置在散热器614的外表面的至少一部分上(例如，散热器614的顶部、或者顶部和底部)。该相变材料可以是任何数量的材料。例如，相变材料是包括粘合剂的精制石蜡。可基于特定计算设备内产生的不同温度的位置而将不同的石蜡用于施加到散热器614的外表面的不同相变材料层。在其他示例中，作为散热器614的替换或补充，相变材料层可被设置在热管608、610、612和/或其他表面中的至少一者上。
第一热管608、第二热管610和第三热管612可以是任何数量的大小和/或形状，包括例如具有近似矩形截面的扁平热管。散热器614还可以是任何数量的大小和/或形状。例如，散热器614可以在形状上是矩形的，并且其大小可被设定成大致匹配例如计算设备600的最大截面。
第一热管608、第二热管610和第三热管612可以彼此堆叠。例如，第一热管608、第二热管610和第三相热管612中的每个热管具有第一侧(例如，顶部或第一表面)、第二侧(例如，底部或第二表面)以及从第一侧向第二侧延伸的至少一个第三侧。第一热管608的第二侧邻接或毗邻第二热管610的第一侧的一部分，并且第二热管610的第二侧邻接或毗邻第三热管612的第一侧的一部分。第一热管608可毗邻第二热管610，并且第二热管610可毗邻第三热管612，因为导热材料层(诸如举例而言，热粘合剂)可被设置在毗邻的热管之间。
第一热管608具有第一长度，第二热管610具有第二长度，并且第三热管612具有第三长度。第一热管608在第一纵长方向取向上延伸，第二热管610在第二纵长方向取向上延伸，并且第三热管612在第三纵长方向取向上延伸。例如，第一纵长方向取向可垂直于第二纵长方向取向，并且第一纵长方向取向可相对于第三纵长方向取向被旋转45度。在另一示例中，第二热管610相对于第一热管608被旋转60度，并且第三热管612相对于第二热管610被旋转60度。例如，第一热管608、第二热管610和第三热管612的角间距可帮助散布由处理器606产生的热。
其他配置可被提供。例如，更多或更少的热管可被提供。作为另一示例，第一相变设备608、第二相变设备610和第三相变设备612可以是单个热管或蒸汽室的各部分。例如，这样的单个热管可包括中央部分以及在共面方向上纵向地远离该中央部分延伸的三个或更多个延伸部。在一个示例中，散热器614可以是蒸汽室。
参考图7，如以上所描述的热管理系统可被纳入示例性计算环境700内。计算环境700可以与各种各样的计算设备之一相对应，这些计算设备包括但不限于，个人计算机(PC)、服务器计算机、平板以及其他手持式计算设备、膝上型或移动计算机、诸如移动电话之类的通信设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、或者音频或视频媒体播放器。例如，散热装置被结合在具有有源冷却源(例如，风扇)的计算环境内。
计算环境700具有足够的计算能力和系统存储器以允许基本的计算操作。在该示例中，计算环境700包括一个或多个处理单元702，其在本文中可被个体地或统称为处理器。计算环境700还可包括一个或多个图形处理单元(GPU)704。处理器702和/或GPU 704可包括集成的存储器和/或与系统存储器706进行通信。处理器702和/或GPU 704可以是专用微处理器(诸如数字信号处理器(DSP)、超长指令字(VLIW)处理器、或其他微处理器)，或者可以是具有一个或多个处理核的通用中央处理单元(CPU)。计算环境700的处理器702、GPU 704、系统存储器706、和/或任何其他组件可被封装或以其他方式被集成为片上系统(SoC)、专用集成电路(ASIC)或者其他集成电路或系统。
计算环境700还可包括其他组件，诸如举例而言，通信接口708。还可提供一个或多个计算机输入设备710(例如，定点设备、键盘、音频输入设备、视频输入设备、触觉输入设备、或用于接收有线或无线数据传输的设备)。输入设备710可包括一个或多个触敏表面，诸如跟踪板。还可提供各种输出设备712，包括触摸屏或(诸)触敏显示器714。输出设备712可包括各种不同的音频输出设备、视频输出设备、和/或用于传送有线或无线数据传输的设备。
计算环境700还可包括用于存储信息(诸如计算机可读或计算机可执行指令、数据结构、程序模块或其他数据)的各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是可经由存储设备716访问的任何可用介质，并且包括易失性和非易失性介质两者，而不论在可移动存储718和/或不可移动存储720中。计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质可包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块、或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备、或可被用来储存期望的信息且可由计算环境700的处理单元访问的任何其他介质。
图8示出了用于制造计算设备的方法800的一个示例的流程图。计算设备可以是图1-7中所示的计算设备，或者可以是其他计算设备。方法800以所示次序来实现，但是其他次序也可被使用。附加的、不同的或更少的动作可被提供。类似的方法可被用于传递热。
在动作802，第一相变材料层被施加到被设置在计算设备中的热管理设备的外表面。热管理设备可以是任何数量的热管理设备，包括例如相变设备、散热器、热沉、风扇外壳或其他热管理设备。例如，热管理设备是无源热管理系统的散热器或相变设备(例如，蒸汽室)。
第一相变材料层可以在相变材料处于熔化状态的情况下被施加到热管理设备的外表面。第一相变材料层可根据单个应用或多个分开的应用来被施加到热管理设备。例如，第一相变材料层的厚度可根据热管理设备的外表面上的相变材料的多个应用(一个在另一个之上)来被构建。第一相变材料层可以是具有粘合剂的精制石蜡。其他相变材料可被使用。
第一相变材料层可覆盖热管理设备的整个外表面。替代地，第一相变材料层可仅覆盖热管理设备的外表面的一部分。热管理设备的外表面的该部分可以是面向计算设备的外壳的待冷却的一部分(例如，外壳的有待等温的一侧)的一部分(例如，一侧)。
在动作804中，第二相变材料层被施加到热管理设备的外表面。第二相变材料层可以在相变材料处于熔化状态的情况下被施加到热管理设备的外表面。第二相变材料层可根据单个应用或多个分开的应用来被施加到热管理设备。例如，第二相变材料层的厚度可根据热管理设备的外表面上的相变材料的多个应用(一个在另一个之上)来被构建。
第二相变材料层可以是具有粘合剂的精制石蜡。其他相变材料可被使用。在一个示例中，第二相变材料层由与第一相变材料层相同的材料制成。在另一示例中，第一相变材料层由第一材料制成，而第二相变材料层由第二材料制成。第一材料和第二材料是不同的并且具有不同的属性。例如，第一材料和第二材料具有不同的熔融温度、不同的熔化潜热、不同的密度、不同的其他属性或其任何组合。
第二相变材料层可覆盖热管理设备的整个外表面。替代地，第二相变材料层可仅覆盖热管理设备的外表面的一部分。热管理设备的外表面的该部分可以是面向计算设备的外壳的该待冷却部分的一部分(例如，一侧)。第二相变材料层可至少部分地被施加在第一相变材料层上。替代地或附加地，第二相变材料层可被施加到热管理设备的外表面，居于第一层相变材料之后。
附加的或更少的相变材料层可被施加到热管理设备或计算设备内的其他组件。例如，仅单层的相变材料可被施加到热管理设备。作为另一示例，多于两个相变材料层被施加到热管理设备。不同尺寸、厚度、相变材料类型或其任何组合的不同的层可以在计算设备的操作(例如，在稳态功率和/或大于稳态功率处)期间基于计算设备内的温度分布来被施加到热管理设备。不同的相变材料层可以在计算设备的外壳上提供等温表面。
在动作806中，第三相变材料层被任选地施加到计算设备的外壳的内表面。第三相变材料层可以以熔化状态被施加到计算设备的外壳的内表面。第三相变材料层可根据单个应用或多个分开的应用来被施加到外壳。例如，第三相变材料层的厚度可根据外壳的内表面上的相变材料的多个应用(一个在另一个之上)来被构建。
第三相变材料层可以是具有粘合剂的精制石蜡。其他相变材料可被使用。在一个示例中，第三相变材料层由与第一相变材料层和/或第二相变材料层相同的材料制成。在另一示例中，第三相变材料层由第三材料制成，该第三材料不同于第一材料和第二材料。第三材料可具有与第一材料和/或第二材料不同的属性。例如，第一材料、第二材料和第三材料具有不同的熔融温度、不同的熔化潜热、不同的密度、不同的其他属性或其任何组合。
第三相变材料层可覆盖热管理设备的整个内表面。替代地，第三相变材料层可仅覆盖热管理设备的内表面的一部分(例如，面向热管理设备的外壳的内表面的部分)。如热管理设备那样，可以基于计算设备内所产生的温度来将多于一层的相变材料施加到计算设备的内表面。
尽管已经参考具体示例描述了本发明权利要求范围，其中这些示例旨在仅仅是说明性的而不是对权利要求范围的限制，但本领域普通技术人员将显见，可以对所公开的实施例作出改变、添加和/或删除而不背离权利要求的精神和范围。
前述描述只是出于清楚理解的目的给出的，并且不应从中理解出不必要的限制，因为权利要求的范围内的修改对本领域普通技术人员而言是显而易见的。
在第一实施例中，一种计算设备包括发热组件和被物理地连接到发热组件的散热器。散热器包括第一表面和第二表面。第二表面距离发热组件比第一表面距离发热组件更近。计算设备还包括在散热器的第一表面、第二表面、或第一表面和第二表面的至少一部分上的相变材料层。
在参考第一实施例的第二实施例中，散热器包括相变设备。
在参考第一实施例的第三实施例中，散热器包括实心的导热材料件。
在参考第一实施例的第四实施例中，计算设备进一步包括被定位在发热组件和散热器之间的相变设备。相变设备包括第一表面和第二表面。相变设备的第一表面被物理地连接到散热器，并且相变设备的第二表面被物理地连接到发热设备。
在参考第四实施例的第五实施例中，散热器包括蒸汽室，并且相变设备包括热管。
在参考第一实施例的第六实施例中，相变材料层覆盖散热器的整个第一表面。
在参考第一实施例的第七实施例中，相变材料层包括石蜡层，该石蜡层包括粘合剂。
在参考第一实施例的第八实施例中，相变材料层是第一相变材料层。计算设备进一步包括第二相变材料层。第一相变材料层由与第二相变材料层不同的材料制成。
在参考第八实施例的第九实施例中，第一相变材料层和第二相变材料层具有不同的熔融温度、不同的熔化潜热、不同的密度或其任何组合。
在参考第一实施例的第十实施例中，相变材料层是第一相变材料层。计算设备进一步包括第二相变材料层。第二相变材料层覆盖散热器的第二表面的至少一部分。
在参考第一实施例的第十一实施例中，计算设备进一步包括外壳，藉此发热组件被支撑。外壳包括内表面。相变材料层处于距离外壳的表面的一定距离处。
在第十二实施例中，一种计算设备包括外壳、由外壳支撑的发热组件、和热管。热管包括第一表面和第二表面。热管的第二表面邻接或毗邻发热组件。计算设备还包括散热器。散热器包括第一表面和第二表面。散热器被物理地连接到热管，并且散热器的第二表面距离热管的第一表面比散热器的第一表面距离热管的第一表面更近。计算设备还包括覆盖散热器的第一表面的至少一部分的相变材料层。
在参考第十二实施例的第十三实施例中，发热组件包括处理器。
在参考第十二实施例的第十四实施例中，散热器包括实心的金属或石墨件。
在参考第十二实施例的第十五实施例中，热管包括第一热管。计算设备进一步包括至少第二热管。第二热管包括第一表面和第二表面。第二热管的第二表面邻接或毗邻第一热管的第一表面的一部分，并且第二热管的第一表面邻接或毗邻散热器的第二表面。
在参考第十五实施例的第十六实施例中，第一热管具有一定长度并且在第一纵长方向取向上延伸。第二热管具有一定长度并且在第二纵长方向取向上延伸。第一纵长方向取向与第二纵长方向取向不同。
在参考第十二实施例的第十七实施例中，热管包括中央部分以及在共面方向上纵向地远离中央部分延伸的三个或更多个延伸部。
在参考第十二实施例的第十八实施例中，相变材料层覆盖散热器的整个第一表面。相变材料层包括石蜡层。
在第十九实施例中，热管理设备包括相变设备和被物理地附接到相变设备的散热器。散热器包括第一表面和第二表面。散热器的第二表面距离相变设备的散热器比散热器的第一表面距离相变设备更近。热管理设备还包括覆盖散热器的第一表面的第一部分的第一相变材料层。热管理设备还包括覆盖散热器的第一表面的第二部分的第二相变材料层。第一相变材料层的大小与第二相变材料层的大小不同。第一相变材料层由与第二相变材料层不同的材料制成，或其组合。
在参考第十九实施例的第二十实施例中，第一相变材料层和第二相变材料层具有不同的熔融温度。
结合前述实施例中的任一个，热管理设备或用于制造热管理设备的方法可替代地或另外地包括前述实施例中的一个或多个的任何组合。
前述描述只是出于清楚理解的目的给出的，并且不应从中理解出不必要的限制，因为权利要求的范围内的修改对本领域普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (15)

1.一种计算设备，包括：
发热组件；
被物理地连接到所述发热组件的散热器，所述散热器包括第一表面和第二表面，所述第二表面距离所述发热组件比所述第一表面距离所述发热组件更近；以及
在所述散热器的所述第一表面、所述第二表面、或所述第一表面和所述第二表面的至少一部分上的相变材料层。
2.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述散热器包括相变设备。
3.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述散热器包括实心的导热材料件。
4.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，进一步包括被定位在所述发热组件和所述散热器之间的相变设备，所述相变设备包括第一表面和第二表面，所述相变设备的第一表面被物理地连接到所述散热器，并且所述相变设备的第二表面被物理地连接到所述发热设备。
5.根据权利要求4所述的计算设备，其特征在于，所述散热器包括蒸汽室，并且所述相变设备包括热管。
6.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述相变材料层覆盖所述散热器的整个第一表面。
7.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述相变材料层包括石蜡层，所述石蜡层包括粘合剂。
8.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述相变材料层是第一相变材料层。
其中所述计算设备进一步包括第二相变材料层，并且
其中所述第一相变材料层由与所述第二相变材料层不同的材料制成。
9.根据权利要求8所述的计算设备，其特征在于，所述第一相变材料层和所述第二相变材料层具有不同的熔融温度、不同的熔化潜热、不同的密度或其任何组合。
10.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述相变材料层是第一相变材料层，
其中所述计算设备进一步包括第二相变材料层，并且
其中所述第二相变材料层覆盖所述散热器的第二表面的至少一部分。
11.根据权利要求1所述的计算设备，其特征在于，所述计算设备进一步包括外壳，藉此所述发热组件被支撑，所述外壳包括内表面，并且
其中所述相变材料层与所述外壳的内表面相对并且处于距离所述外壳的内表面的一定距离处。
12.一种热管理设备，包括：
相变设备；
被物理地附接到所述相变设备的散热器，所述散热器包括第一表面和第二表面，所述散热器的第二表面距离所述相变设备比所述散热器的第一表面距离所述相变设备更近；
覆盖所述散热器的第一表面的第一部分的第一相变材料层；以及
覆盖所述散热器的第一表面的第二部分的第二相变材料层，
其中所述第一相变材料层的大小与所述第二相变材料层的大小不同，所述第一相变材料层由与所述第二相变材料层不同的材料制成，或其组合。
13.根据权利要求12所述的热管理设备，其特征在于，所述第一相变材料层和所述第二相变材料层具有不同的熔融温度。
14.根据权利要求12所述的热管理设备，其特征在于，所述散热器包括实心的金属或石墨件。
15.根据权利要求12所述的热管理设备，其特征在于，所述散热器包括相变设备。
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