CN109564907B - 用于电子设备的包括热存储能力的多层散热器件 - Google Patents

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Abstract

一种散热器件包括第一散热层、第二散热层、第一间隔物、第二间隔物、第一相变材料(PCM)和第二相变材料(PCM)。第一散热层包括第一散热器表面和第二散热器表面。第二散热层包括第三散热器表面和第四散热器表面。第一间隔物耦合到第一散热层和第二散热层。第二间隔物耦合到第一散热层和第二散热层。第一PCM位于第一散热层和第二散热层之间。第一PCM被第一间隔物包围。第二PCM位于第一散热层、第二散热层、第一间隔物和第二间隔物之间。

Description

用于电子设备的包括热存储能力的多层散热器件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年8月2日向美国专利商标局提交的非临时申请No.15/226,727的优先权和权益，其全部内容通过援引纳入于此。
背景
领域
各种特征涉及用于电子设备的多层散热器件，尤其涉及包括热存储能力的多层散热器件。
背景技术
电子设备包括产生热量的内部组件。这些内部组件中的某一些包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)和/或存储器。一些内部组件可产生大量的热。具体而言，电子设备的高性能CPU和/或GPU可产生大量热，尤其是在执行数据密集型操作(例如，游戏、处理视频)时。
为了抵消或消散CPU和/或GPU产生的热量，电子设备可包括散热器件(诸如散热器)。图1-3解说了包括用于消散芯片产生的热量的散热器的移动设备的示例。如图1和2中所示，移动设备100包括显示器102、背侧表面200、管芯202、以及散热器204。管芯202和散热器204(两者都用虚线示出)位于移动设备100内部。管芯202耦合到散热器204的第一表面。散热器204的第二表面耦合到背侧表面200的第一表面(例如，内表面)。
图3解说了包括散热器204的移动设备100的剖视图。如图3中所示，移动设备100包括显示器102、背侧表面200、前侧表面300、底侧表面302、和顶侧表面304。图3还解说了移动设备100内的印刷电路板(PCB)306、管芯202以及散热器204。
如在图3中进一步示出的，管芯202的第一侧耦合到PCB 306的第一表面。管芯202的第二侧耦合到散热器204的第一表面。散热器204的第二表面耦合到背侧表面200的第一表面(例如，内表面)。在该配置中，管芯202产生的大部分热量都通过移动设备的散热器204和背侧表面200消散。在许多情形中，这将导致背侧表面200发热到比对于拿着该移动设备的用户(例如，人)而言舒适和/或可接受的温度更高的温度。在一些情形中，移动设备的背侧表面200的温度可能甚至足够热以灼伤触摸和/或拿着移动设备100的用户。
因此，存在对用于高效地消散来自电子设备(例如，移动设备)的热量，而同时又将该电子设备的外表面的温度保持在对于该电子设备的用户而言可接受的阈值以内的改进的方法和设计的需求。
概述
本文描述的各种装备和方法提供了用于电子设备的多层散热装备。
一个示例提供了包括第一散热层、第二散热层、第一间隔物和第一相变材料(PCM)的散热器件。第一间隔物耦合到第一散热层和第二散热层。第一相变材料(PCM)位于第一散热层、第二散热层和第一间隔物之间。
另一示例提供了包括第一散热装置、第二散热装置、第一间隔物和第一储热装置的装备。第一间隔物被耦合到第一散热装置和第二散热装置。第一储热装置位于第一散热装置、第二散热装置和第一间隔物之间。
另一示例提供了包括被配置成产生热量的区域的设备，该区域包括集成器件。该设备还包括耦合到该区域的第一散热层、第二散热层、耦合到第一散热层和第二散热层的第一间隔器、以及位于第一散热层、第二散热层和第一间隔物之间的第一相变材料(PCM)。
附图
在结合附图理解下面阐述的详细描述时，各种特征、本质和优点会变得明显，在附图中，相同的附图标记始终作相应标识。
图1解说了移动设备的前视图。
图2解说了包括散热器的移动设备的后视图。
图3解说了包括散热器的移动设备的剖视图。
图4解说了包括多层散热器件的移动设备的剖视图，其中多层散热器件包括至少一种相变材料(PCM)。
图5解说了包括至少一种相变材料(PCM)的多层散热器件的剖视图。
图6解说了针对各种温度的示例性相变材料(PCM)的比热容的曲线图。
图7解说了包括多层散热器件的移动设备的剖视图，其中多层散热器件包括至少一种相变材料(PCM)。
图8解说了多层散热器件的第一层的视图。
图9解说了多层散热器件的第一层和第二层的装配视图。
图10解说了多层散热器件的第一层、第二层和第三层的装配视图。
图11解说了耦合到集成器件的包括至少一种相变材料(PCM)的多层散热器件。
图12解说了用于组装多层散热器件的方法的流程图。
图13解说了使用各种散热器件，随时间的集成器件的温度简档的曲线图。
图14解说了使用各种散热器件，随时间的后盖的温度简档的曲线图。
图15解说了使用各种散热器件，随时间的显示器的温度简档的曲线图。
图16解说了可集成本文描述的散热器件、半导体器件、集成器件、管芯、集成电路、PCB和/或多层散热器的各种电子设备。
详细描述
在以下描述中，给出了具体细节以提供对本公开的各个方面的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，没有这些具体细节也可实践这些方面。例如，电路可能用或不用框图示出以避免使这些方面湮没在不必要的细节中。在其他实例中，公知的电路、结构和技术可能不被详细示出以免湮没本公开的这些方面。
概览
本公开的一些示例性实施例涉及包括第一散热层、第二散热层、第一间隔物、第二间隔物、第一相变材料(PCM)和第二相变材料(PCM)的多层散热器件。第一散热层包括第一散热器表面和第二散热器表面。第二散热层包括第三散热器表面和第四散热器表面。第一间隔物耦合到第一散热层和第二散热层。第二间隔物耦合到第一散热层和第二散热层。第一相变材料(PCM)位于第一散热层、第二散热层和第一间隔物之间。第二相变材料(PCM)位于第一散热器层、第二散热器层、第一间隔物和第二间隔物之间。PCM被配置成为多层散热器件提供热存储能力，其存储从发热区域消散的热量并且延迟将所消散的热量释放到另一区域。在一些实现中，不同的PCM可具有不同的熔化温度。在一些实现中，第一PCM具有高于第二PCM的第二熔化温度的第一熔化温度。
包括相变材料(PCM)的示例性多层散热器件
图4解说了包括显示器402、前侧表面404、背侧表面406、底侧表面408和顶侧表面410的设备400(例如，移动设备)。设备400还包括印刷电路板(PCB)420、集成器件422(例如，芯片、管芯、管芯封装、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU))、以及多层散热器件430。集成器件422耦合到多层散热器件430和PCB 420。在一些实现中，集成器件422位于设备400的耦合到多层散热器件430的区域中。包括集成器件422和/或PCB 420的区域可以是设备400的被配置成产生热量的区域和/或发热区域。该区域可包括集成器件422和/或其他发热组件(例如，热源)。如将在图5中进一步描述的，多层散热器件430包括热存储能力(例如，储热装置、相变材料(PCM))，其允许多层散热器件430将热量从该设备的区域消散并且存储(例如，临时存储)一些所消散的热量。通过存储至少一些热量，该多层散热器件430提供用于延迟通过设备400的背侧或前侧消散的热量的机制。该机制允许降低设备400的前侧、背侧、集成器件和/或封装的峰值温度。
图4解说了与设备400(例如，电子设备、移动设备)的显示器402物理接触的多层散热器件430。在一些实现中，多层散热器件可以靠近(例如，紧邻)设备400的显示器402和/或顶侧表面402，但不与设备400的显示器402和/或顶侧表面402物理接触。然而，不同实现可以不同地将多层散热器件430放置在设备400中。下文图7中描述和解说了多层散热器件430可如何置于设备400中的另一示例。
图5解说了图4的多层散热器件430的特写视图。多层散热器件430通过热界面材料(TIM)530耦合到集成器件422。集成器件422耦合到PCB 420。在一些实现中，被配置成产生热量的设备区域(例如，发热区域、热源)可包括PCB 420、集成器件422和/或热界面材料(TIM)530。
多层散热器件430包括第一散热层502、第二散热层504、第三散热层506、第一间隔物510、第二间隔物512、第三间隔物514、第四间隔物516、第一相变材料(PCM)520、第二相变材料(PCM)522、第三相变材料(PCM)524和第四相变材料(PCM)526。在一些实现中，第一PCM520、第二PCM 522、第三PCM 524和/或第四PCM 526可被配置成用于为多层散热器件430存储热量(例如，热存储能力)的一个或多个装置。在一些实现中，PCM位于多层散热器件430中，以使得PCM不会彼此混合，这可以帮助优化多层散热器件430的热存储能力(例如，通过遵循器件内的温度梯度)。
在一些实现中，多层散热器件430可包括具有类似和/或不同熔化温度的PCM。图6和13-15解说了多层散热器件430的热存储能力如何帮助从包括集成器件的区域(例如，发热区域)散热，同时还有助于防止该器件的外表面到达对用户来说不舒服的温度。例如，PCM使得从集成器件422消散的热量能够被存储(例如，临时存储)于远离集成器件422处，但是该热量没有立即通过设备400的背侧表面和/或前侧(例如，显示器侧)释放。因此，PCM提供了如何散热的存储和延迟机制。下文的图13-15进一步解说和描述了一个或多个PCM如何影响包括热源(例如，CPU)、后盖和显示器(例如，LCD)的设备的各个位置处的瞬态温度。
如图5所示，第一散热层502可通过热界面材料530耦合到集成器件422。在一些实现中，第一散热层502包括第一散热器表面和第二散热器表面。第一散热层502的第一散热器表面通过热界面材料530耦合到集成器件422。应注意，热界面材料(TIM)530是可选的。
第一散热层502(例如，第一散热装置)耦合到第一间隔物510和第二间隔物512。第一间隔物510和第二间隔物512耦合到第二散热层504(例如，第二散热装置)。第一PCM 520(例如，第一储热装置)位于第一散热层502和第二散热层504之间。第一PCM 520被第一散热层502、第二散热层504和第一间隔物510围绕。第一散热层502、第二散热层504和第一间隔物510的耦合可以为第一PCM 520提供密闭的密封区域。在一些实现中，第一、第二和第三散热层(例如，502、504、506)可由相同材料或不同材料制成。
第二PCM 522(例如，第二储热装置)位于第一散热层502、第二散热层504、第一间隔物510和第二间隔物512之间(例如，被其围绕)。第一散热层502、第二散热层504、第一间隔物510和第二间隔物512的耦合可以为第二PCM 522提供密闭的密封区域。在一些实现中，第一PCM 520具有第一熔化温度，且第二PCM 522具有第二熔化温度。在一些实现中，选择第一PCM 520，以使得第一熔化温度大于第二PCM 522的第二熔化温度，以优化存储能力并遵循器件内(例如，靠近发热区域)的温度梯度。
第三间隔物514和第四间隔物516耦合到第二散热层504(例如，第二散热装置)和第三散热层506(例如，第三散热装置)。第三PCM 524(例如，第三储热装置)位于第二散热层504和第三散热层506之间。第三PCM524被第二散热层504、第三散热层506和第三间隔物514围绕。第二散热层504、第三散热层506和第三间隔物514的耦合可以为第三PCM 524提供密闭的密封区域。在一些实现中，第三PCM 524具有第三熔化温度。在一些实现中，选择第三PCM 524，以使得第三熔化温度小于第一PCM 520的第一熔化温度和/或第二PCM 522的第二熔化温度。如上所述，可以这样做以实现和优化良好的存储容量并遵循器件内(例如，靠近发热区域)的温度梯度。
第四PCM 526(例如，第四储热装置)位于第二散热层504、第三散热层506、第三间隔物514和第四间隔物516之间(例如，被其围绕)。第二散热层504、第三散热层506、第三间隔物514和第四间隔物516的耦合可以为第四PCM 526提供密闭的密封区域。在一些实现中，第四PCM 526具有第四熔化温度。在一些实现中，选择第四PCM 526，以使得第四熔化温度小于第一PCM 520的第一熔化温度、第二PCM 522的第二熔化温度和/或第三PCM 524的第三熔化温度。如上所述，可以这样做以实现和优化良好的存储容量并遵循器件内(例如，靠近发热区域)的温度梯度。
在一些实现中，第一间隔物510、第二间隔物512、第三间隔物514和/或第四间隔物516包括导热粘合剂。然而，在一些实现中，上述间隔物可包括低导电率材料(例如，绝缘材料)以帮助热量横向扩散而不是将热量快速转移到可能与皮肤接触的区域。
多层散热器件430以此方式配置，使得来自发热区域和/或被配置成产生热量的区域(例如，包括集成器件422的区域)的热量从多层散热器件430垂直和横向消散。例如，来自发热区域和/或被配置成产生热量的区域的热量可以从第一散热层502横向消散。
当热量从发热区域和/或被配置成产生热量的区域消散时，所消散的热量可存储在第一PCM 520、第二PCM 522、第三PCM 524和/或第四PCM 526中的一者或多者中。因此，热量可以从集成器件422消散并且所消散的热量中的一些可以存储在第一PCM 520、第二PCM522、第三PCM 524和/或第四PCM 526中。存储一些热量的地方将取决于用于第一PCM 520、第二PCM 522、第三PCM 524和/或第四PCM 526的配置(例如，大小、形状)和材料。不同实现可以将类似或不同的相变材料(PCM)用于第一PCM520、第二PCM 522、第三PCM 524和/或第四PCM 526。在一些实现中，可以选择PCM，以使得远离发热区域或热源(例如，CPU)的PCM具有比更靠近发热区域或热源的PCM更低的熔化温度，以便遵循器件内的温度梯度。例如，为了最佳的热存储，可以选择PCM，以使得具有从第一PCM520到第四PCM 526渐减的熔化温度，以遵循器件内的温度梯度。通过存储所消散的热量，有助于防止热量增加设备400的表面温度(或减慢热量到达表面温度)，从而有助于避免设备400的不舒适的表面温度。该办法从发热区域(例如，包括集成器件422的区域)带走热量，这允许集成器件422在期望温度下执行，且同时保持热量远离设备400的表面。随着热量从集成器件422消散，热量被存储在具有从第一PCM 520到第四PCM526逐渐降低的熔化温度的PCM中，这遵循了器件内的温度梯度。
相变材料(PCM)是具有高熔化热的材料，其在特定温度下熔化和凝固，能够存储和释放大量能量。当材料从固体变为液体或者反过来时，热量被吸收或释放；因此，PCM被分类为潜热储存(LHS)单元。当各PCM从固体变为液体时，它们具有各种熔化温度。
熔化热是由于向特定量的物质提供能量(通常是热量)以在恒压下将其状态从固态变为液态而导致其焓变化。该能量包括通过针对环境压力移位其环境来为任何相关联的体积上的变化腾出空间所需的贡献。发生相变的温度是熔点。
熔化的“焓”是潜伏热，因为在熔化期间，由于温度在熔化过程期间大致保持恒定，所以不能观察到随温度变化的热量的引入。潜伏的熔化热是任何量的物质在其熔化时的焓变化。当熔化热参照质量单位时，它通常称为特定熔化热，而摩尔熔化热指的是每摩尔物质量的焓变化。
液相具有比固相更高的内能。这意味着必须将能量提供给固体以使其熔化，并且当液体凝固时能量从液体中释放能量，因为液体中的分子经历较弱的分子间作用力，因此具有较高的势能(一种用于分子间作用力的键离解能)。
相变材料(PCM)可如何有助于热存储的一个示例可通过比热容相对于温度标绘来解说。图6解说了比热容(Cp)相对于示例性相变材料(PCM)的温度的曲线图。具体地，图6解说了对于各种温度的镓1(其为相变材料(PCM)的一示例)的比热容的曲线图。如图6中所示，对于约小于30摄氏度的温度，镓1的比热容约为370，对于约大于31摄氏度的温度，镓1的比热容约为360，且对于约30摄氏度和31摄氏度之间的温度，镓1的比热容约为80,000。材料中的相变通过材料在30摄氏度和31摄氏度之间的比热容的激增来捕获，并且由此表现得像大型储热器。下文进一步描述不同相变材料的不同材料和属性的示例。
不同实现可以将相同或不同的材料用于第一散热层502、第二散热器层504、第三散热层506、第四散热层508、第一间隔物510、第二间隔物512、第三间隔物514和第四间隔物516。例如，第一散热层502、第二散热层504、第三散热层506、第四散热层508、第一间隔物510、第二间隔物512、第三间隔物514和第四间隔物516可以由包括至少金属、碳、石墨和/或铝之一的材料制成。类似地，第一散热层502、第二散热层504、第三散热层506、第四散热层508、第一间隔物510、第二间隔物512、第三间隔物514和第四间隔物516可以具有相似或不同的导热率值。特定材料的特定导热率值量化特定材料导热有多好或有多差。
在一些实现中，间隔物(例如，第一间隔物510)通过粘合材料(例如，导热粘合层)耦合到它们相应的散热层(例如，第一散热层502)。类似地，在一些实现中，散热层(例如，第一散热层502)通过粘合材料(例如，导热粘合层)耦合到它们相应的散热层(例如，第二散热层504)。不同实现可以将不同的材料用于间隔物(例如，第一间隔物510)和/或粘合材料。用于间隔物的材料和/或粘合材料(例如，导热粘合层)的示例包括环氧树脂或多孔材料(例如，具有气隙的材料)。
在一些实现中，间隔物、相变材料(PCM)和/或粘合材料被配置成为多层散热器件430提供机械支撑。
多层散热器件430具有第一维度、第二维度和第三维度。在一些实现中，第一维度是多层散热器件的高度，其可以沿Z方向。在一些实现中，Z方向是纵向方向。在一些实现中，纵向方向是沿着多层散热器件430的行进通过(例如，垂直地)(诸)散热器层以及间隔物的方向。在一些实现中，纵向方向是与散热器的具有最大表面面积的表面垂直或正交的方向。在一些实现中，纵向方向与集成器件(例如，管芯、芯片)和/或印刷电路板(PCB)的顶表面垂直或正交。
在一些实现中，第二维度是多层散热器件的长度，其可以沿Y方向。在一些实现中，Y方向是横向方向。在一些实现中，第二维度是多层散热器件的半径，其可以沿Y方向。
在一些实现中，第三维度是多层散热器件的宽度，其可以沿X方向。在一些实现中，X方向是横向方向。
多层散热器件的X、Y、Z维度和/或方向的示例在至少图8、9和10中示出。
总之，图4和5解说了包括散热装置(例如，第一散热层502)和储热装置(例如，第一PCM 520)的装备(例如，多层散热器件430、器件400)的示例。应注意，不同实现可使用(诸)散热层、(诸)间隔物和/或相变材料(PCM)的不同组合或配置。例如，一些实现可包括更多或更少的(诸)散热层、更多或更少的(诸)间隔物、和/或更多或更少的(诸)相变材料(PCM)。此外，一些实现可将不同大小和形状用于(诸)散热层、(诸)间隔物和/或(诸)相变材料(PCM)。因此，图5仅是多层散热器件的示例。其他散热器件可以不包括一个或多个散热层、一个或多个隔离物和/或一个或多个相变材料(PCM)。在一些实现中，由PCM占据的一个或多个空间可以留空或处于真空中。
图7解说了如何在设备400中实现多层散热器件430的另一示例。如图7中所示，多层散热器件430耦合到集成器件422，使得多层散热器件430更靠近设备400的背侧表面406。图7的实现与图4的实现形成对比，其解说了多层散热器件430耦合到集成器件422，使得多层散热器件430更靠近设备400的显示器402。
已经描述了包括一种或多种相变材料(PCM)的多层散热器件的各种实现，现在将在下文描述材料的各种示例及其对应属性。
示例性材料和导热率值
如上所述，不同实现可以将相似或不同的材料用于相变材料(PCM)、散热层、间隔物、热界面层和/或粘合材料(例如，导热粘合层)。
在一些实现中，选择相变材料(PCM)以便存储尽可能多的热量并将其从发热区域(例如，集成器件422)传递到尽可能远处，且同时保持热量远离设备400的表面，以防止热量产生对于使用者而言不舒服的背侧或显示器侧的表面温度。
在一些实现中，第一相变材料(PCM)520由熔化热约为200,000J/kg且熔点/熔化温度约为37摄氏度的材料制成。第一相变材料(PCM)520的示例包括石蜡。在一些实现中，第二相变材料(PCM)522由熔化热约为200,000J/kg且熔点/熔化温度约为35摄氏度的材料制成。第二相变材料(PCM)522的示例包括高性能蜡。在一些实现中，第三相变材料(PCM)524由熔化热约为80,000J/kg且熔点/熔化温度约为31摄氏度的材料制成。第三相变材料(PCM)524的示例包括镓。在一些实现中，第四相变材料(PCM)526由熔化热约为80,000J/kg且熔点/熔化温度约为29摄氏度的材料制成。第四相变材料(PCM)526的示例包括镓。上文列出的材料和属性仅仅是示例性的。
下文表1解说了各种相变材料(PCM)及其相关联的属性的示例。
石蜡 高性能蜡 镓1 镓2
导热率(W/mk) 0.25 5 35 30
相变温度(C) 37 35 31 29
潜伏热熔化(J/kg) 200000 200000 80000 80000
特定热量(J/kg K) 2500 2500 370 370
密度(kg/m^3) 900 900 6000 6000
热扩散率(m^2/s) 1.11E-07 2.22E-06 1.58E-05 2.5E-05
表1–示例性相变材料(PCM)
应注意，上述材料仅是示例性的。不同实现可以使用不同的相变材料(PCM)和/或其不同的组合。另外，不同实现可以选择和利用散热器件中PCM的不同布置。
在一些实现中，至少一个散热层由包括至少金属、碳、石墨和/或铝之一的材料制成。在一些实现中，这些散热层中的至少一者由具有高导热率值的材料制成。在一些实现中，至少一个散热层具有约300W/m·K或更高的导热率值。在一些实现中，至少一个散热层具有约500W/m·K或更高(例如，石墨)的导热率值。在一些实现中，高导热率值是约300W/m·K或更高。在一些实现中，散热层可具有约300W/m·K或更高的导热率值。
在一些实现中，热界面层是用于耦合散热层和集成器件的材料。热界面层的示例包括焊料、环氧树脂、金属填充附着等。在一些实现中，至少一个热界面层具有约1.5W/m·K或更小的导热率值。在一些实现中，至少一个热界面层具有约0.7-1.5W/m·K之间的导热率值。在一些实现中，热界面层可具有约7W/m·K的导热率值以用于增强型存储能力。
在一些实现中，粘合材料(例如，导热粘合层)是用于耦合散热层和间隔物的材料。在一些实现中，至少一个热界面层具有约等于或大于间隔物的导热率值的导热率值。在一些实现中，至少一个热界面层具有约等于或小于该热界面层的导热率值的导热率值。
应注意，上述热熔化、熔化温度、导热率值仅仅是示例，且多层散热器件中所使用的材料不限于具有这些值的材料。
包括相变材料(PCM)的示例性多层散热器件
已经描述了包括一种或多种相变材料(PCM)的多层散热器件的各种实现，现在将在下文描述制造或组装多层散热器件的过程。图8-11解说了用于制造和组装多层散热器件并将多层散热器件耦合到设备(例如，移动设备)中的集成器件的序列和过程。
图8解说了在第一间隔物510和第二间隔物512耦合到第一散热层502的第二表面之后的状态。粘合剂(例如，导热粘合剂、绝缘粘合剂)可用于将第一间隔物510和第二间隔物512耦合到第一散热层502。在一些实现中，第一间隔物510和第二间隔物512可包括粘合剂。第一间隔物510和第二间隔物512各自可具有正方形形状。第二间隔物512大于第一间隔物510。然而，第一间隔物510和第二间隔物512可具有不同的形状和大小。
图8还解说了在由第一间隔物510和第一散热层502定义的空间和/或区域中提供(例如，形成)第一PCM 520之后的状态。第二PCM 522被提供(例如，形成)在由第一间隔物510、第二间隔物512和第一散热层502定义的空间和/或区域中。不同实现可以对第一PCM520和第二PCM 522使用类似或不同的材料。例如，在一些实现中，第一PCM 520具有比第二PCM 522的熔化温度更高的熔化温度。如上所述，在一些实现中，可以选择第一PCM 520，使得第一PCM 520具有比散热器件中的其他PCM更高的第一熔化温度，以便遵循器件内(例如，靠近发热区域)的温度梯度。
图9解说了在第三间隔物514和第四间隔物516耦合到第二散热层504的第二表面之后的状态。粘合剂(例如，导热粘合剂、绝缘粘合剂)可用于将第三间隔物514和第四间隔物516耦合到第二散热层504。在一些实现中，第三间隔物514和第四间隔物516可包含粘合剂。第三间隔物514和第四间隔物516各自可以具有正方形形状。第四间隔物516大于第三间隔物514。然而，第三间隔物514和第四间隔物516可以具有不同的形状和大小。
图9还解说了在由第三间隔物514和第二散热层504定义的空间和/或区域中提供(例如，形成)第三PCM 524之后的状态。第四PCM 526被提供(例如，形成)在由第三间隔物514、第四间隔物516和第二散热层504定义的空间和/或区域中。不同实现可以对第三PCM524和第四PCM 526使用类似或不同的材料。例如，在一些实现中，第三PCM 524具有比第四PCM 526的熔化温度更高的熔化温度。如上所述，在一些实现中，可以选择第三PCM 524，使得第三PCM 524具有高于第四PCM 526但小于散热器件中的其他PCM(例如，第一PCM 520、第二PCM 522)的第三熔化温度，以遵循器件内(例如，靠近发热区域)的温度梯度。
图9进一步解说了耦合到第一间隔物510和第二间隔物512的第二散热层504。粘合剂(例如，导热粘合剂、绝缘粘合剂)可用于将第二散热层504耦合到第一间隔物510和第二间隔物512。
图10解说了第三散热层506耦合到第三间隔物514和第四间隔物516的状态。粘合剂(例如，导热粘合剂、绝缘粘合剂)可用于将第三散热层506耦合到第三间隔物514和第四间隔物516。
图11解说了多层散热器件430通过热界面材料(TIM)530耦合到集成器件422的状态。如所示出的，第一散热层502的第一表面通过热界面材料(TIM)530耦合到集成器件422。在一些实现中，热界面材料(TIM)530是可选的。
用于制造包括相变材料(PCM)的多层散热器件的示例性方法
图12解说了用于提供/制造包括至少一种相变材料(PCM)的多层散热器件的示例性方法1200。图12的方法可被用于制造本公开中所描述的任何多层散热器件。注意，可以改变方法1200的次序和/或能将该过程中的一些或全部在其他过程中组合或分离。在一些实现中，可省略或替代一个或多个组件(例如，第三散热层、间隔物、PCM)。
如图12中所示，该方法提供(在1205处)第一散热层(例如，第一散热层502、第一散热装置)。第一散热层包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面。在一些实现中，提供第一散热层包括制作/制造第一散热层。在一些实现中，第一散热层是高导热率散热层。
该方法将第一间隔物(例如，第一间隔物510)和第二间隔物(例如，第二间隔物512)耦合(在1210处)到第一散热层的第二表面。在一些实现中，耦合第一间隔物和第二间隔物包括制作/制造并将第一间隔物和第二间隔物耦合(例如，放置)到第一散热层的第二表面。在一些实现中，使用粘合层(例如，导热粘合剂、绝缘粘合剂)来将第一间隔物和第二间隔物耦合到第一散热层。在一些实现中，第一间隔物和/或第二间隔物是导热粘合层。
该方法在第一散热层上提供(在1215处)第一相变材料(PCM)(例如，第一PCM 520、第一储热装置)和第二相变材料(PCM)(例如，第二PCM 522、第二储热装置)。第一PCM在由第一间隔物定义的空间和/或区域中在第一散热层的第二表面上提供。第二PCM在由第一间隔物和第二间隔物定义的空间和/或区域中在第一散热器的第二表面上提供。不同实现可以将类似或不同的材料用于第一PCM和/或第二PCM。在一些实现中，仅提供PCM中的一者。在一些实现中，在第一散热层上不提供PCM。
该方法将第二散热层(例如，第二散热层504、第二散热装置)耦合(在1220处)到第一间隔物和第二间隔物。例如，第二散热层的第一表面可以耦合到第一间隔物和第二间隔物。粘合层(例如，导热粘合剂、绝缘粘合剂)可用于将第二散热层耦合到第一间隔物和第二间隔物。在一些实现中，第一间隔物和/或第二间隔物是导热粘合层。
该方法将第三间隔物(例如，第三间隔物514)和第四间隔物(例如，第四间隔物516)耦合(在1225处)到第二散热层504的第二表面。在一些实现中，粘合层(例如，导热粘合剂)用于将第三间隔物和第四间隔物耦合到第二散热层。在一些实现中，第三间隔物和/或第四间隔物是导热粘合层。
该方法在第二散热层上提供(在1230处)第三相变材料(PCM)(例如，第三PCM 524、第三储热装置)和第四相变材料(PCM)(例如，第四PCM 526、第四储热装置)。在由第三间隔物定义的空间和/或区域中在第二散热层的第二表面上提供第三PCM。在由第三间隔物和第四间隔物定义的空间和/或区域中在第二散热器的第二表面上提供第四PCM。不同实现可以将类似或不同的材料用于第三PCM和/或第四PCM。在一些实现中，仅提供PCM中的一者。在一些实现中，在第二散热层上不提供PCM。
该方法将第三散热层(例如，第三散热器层506、第三散热装置)耦合(在1235处)到第三间隔物和第四间隔物。例如，第三散热器层的第一表面可以耦合到第三间隔物和第四间隔物。粘合层(例如，导热粘合剂、绝缘粘合剂)可用于将第三散热层耦合到第三间隔物和第四间隔物。在一些实现中，第三间隔物和/或第四间隔物是导热粘合层。
在一些实现中，该方法可进一步将多层散热器件430的第一散热层(例如，第一散热层502)的第一表面耦合(在1240处)到一个或多个发热组件、发热区域和/或配置成产生热量的区域。在一些实现中，发热组件包括集成器件(例如，管芯、管芯封装、CPU、GPU)和/或印刷电路板(PCB)。在一些实现中，发热区域包括集成器件(例如，管芯、管芯封装)和/或印刷电路板(PCB)。
电子设备的瞬态温度
图13、14和15解说了对于电子设备的各个位置处的各种配置的各种瞬态温度的三个曲线图。注意，图13、14、15仅是可能的瞬态温度的示例。不同实现和配置可能导致不同的瞬态温度。
图13解说了集成器件处的各种配置的各种瞬态温度的曲线图(例如，瞬态结温)。更具体地，图13解说了针对散热器件的三种配置的集成器件处的瞬态温度；(1)散热层和间隔物；(2)散热层、间隔物和PCM；以及(3)散热层、间隔物和塑料(其取代PCM)。如图13中所示，包括散热层、间隔物和PCM的散热器件提供远离集成器件的更好散热，并且由此在集成器件处相对于具有空气且没有PCM的配置具有较低的结温。图13解说了在集成器件的大约275秒的操作之前，包括塑料的配置和包括PCM的配置提供类似的散热能力。然而，大约275秒的操作之后，包括PCM的配置开始提供更好的散热能力，直到超过700秒。
图14解说了针对散热器件的三种配置的设备的背侧表面(例如，背侧盖)处的瞬态温度；(1)散热层和间隔物；(2)散热层、间隔物和PCM；以及(3)散热层、间隔物和塑料(其取代PCM)。如图14中所示，包括散热层、间隔物和PCM的散热器件提供更好的散热，并且由此设备的背侧表面(例如，背侧盖)相对于没有PCM的(仅有空气的)设备的背侧具有更低的温度。图14解说了在集成器件的大约250秒的操作之前，包括塑料的配置和包括PCM的配置提供类似的散热能力。然而，大约250秒的操作之后，包括PCM的配置开始提供更好的散热能力，直到超过700秒。更好的性能可归因于PCM能够从集成器件带走热量并将其存储(例如，临时存储)而非立即将其通过设备的背侧表面消散。
图15解说了针对散热器件的三种配置的设备的前侧表面(例如，显示器侧)处的瞬态温度；(1)散热层和间隔物；(2)散热层、间隔物和PCM；以及(3)散热层、间隔物和塑料(其取代PCM)。如图15中所示，包括散热层和间隔物的散热器件提供远离前侧表面的更好的散热，并由此提供设备的前侧表面(例如，显示器侧)处较低的温度。然而，包括PCM的散热器件的设计被设计成远离集成器件消散尽可能多的热量，但也限制通过设备的背侧所消散的热量。因此，远离集成器件所消散的热量指向设备的前侧(例如，显示器侧)。由于用户通常在设备的背侧持握设备，因此显示器侧的温度升高可能不会像背侧表面的温度升高那样成问题。图15解说了包括散热层和间隔物的配置在降低前侧温度方面做得更好。然而，这是因为这种配置通过背侧表面消散更多的热量(如图14中所示)，如上所述，这是不期望的。如图15中所示，在超过700秒的实例中包括PCM的配置比包括塑料壳的配置更好，并且在约450秒的实例中与包括空气的配置相当。
图15解说了在大约200秒的操作之前，包括塑料的配置和包括PCM的配置提供类似的散热能力。这是因为在大约200秒之前，PCM中尚未开始熔化。然而，在200秒的操作之后，包括PCM的配置提供比包括塑料的配置更好的散热能力，例如超过700秒时，这是由于PCM材料的熔化。
图13、14和15解说了一个或多个PCM的使用如何能帮助改善散热并提供受控的定向散热，以及由此通过PCM的存储热量和延迟释放所消散的热量的能力来降低设备的各个位置处的峰值温度的示例。
示例性电子设备
图16解说了可集成有前述散热器件、集成器件、半导体器件、集成电路、管芯、中介体、封装或层叠封装(PoP)中的任意者的各种电子设备。例如，移动电话设备1602、膝上型计算机设备1604、固定位置终端设备1606、可穿戴设备1608可包括如本文中所描述的集成器件1600。集成器件1600可以是例如本文描述的集成电路、管芯、集成器件、集成器件封装、集成电路器件、器件封装、集成电路(IC)封装、层叠封装器件中的任一者。图16中所解说的设备1602、1604、1606、1608仅是示例性的。其他电子设备也能以集成器件1600为其特征，此类电子设备包括但不限于设备(例如，电子设备)组，该设备组包括移动设备、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数字助理)、启用全球定位系统(GPS)的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置数据单元(诸如仪表读取装备)、通信设备、智能电话、平板计算机、计算机、可穿戴设备(例如，手表、眼镜)、物联网(IoT)设备、服务器、路由器、机动车(例如，自主车辆)中实现的电子设备、或者存储或检索数据或计算机指令的任何其它设备，或者其任何组合。
图4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、和/或16中所解说的一个或多个组件、过程、特征和/或功能可被重新安排和/或组合成单个的组件、过程、特征或功能，或者可被实施在若干组件、过程、或功能中。也可添加附加的元件、组件、过程、和/或功能而不会脱离本公开。还应当注意，本公开中的图4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15和/或16及其相应描述不限于管芯和/或IC。在一些实现中，图4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15和/或16及其相应描述可被用于制造、创建、提供、和/或生产集成器件。在一些实现中，器件可包括管芯、集成器件、管芯封装、集成电路(IC)、器件封装、集成电路(IC)封装、晶片、半导体器件、层叠封装(PoP)器件、和/或中介体。
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例、或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实现或方面不必被解释为优于或胜过本公开的其他方面。同样，术语“方面”不要求本公开的所有方面都包括所讨论的特征、优点或操作模式。术语“耦合”在本文中用于指代两个对象之间的直接或间接耦合。例如，如果对象A物理地接触对象B，且对象B接触对象C，则对象A和C可仍被认为是彼此耦合的——即便它们并非彼此直接物理接触。
还注意到，本文中所包含的各种公开可能是作为被描绘为流程图、流图、结构图或框图的过程来描述的。尽管流程图可能会将各操作描述为顺序过程，但是这些操作中的许多操作能够并行或并发地执行。另外，这些操作的次序可被重新安排。过程在其操作完成时终止。
本文中所描述的本公开的各种特征可实现于不同系统中而不会脱离本公开。应当注意，本公开的以上各方面仅是示例，且不应被解释成限定本公开。对本公开的各方面的描述旨在是解说性的，而非限定所附权利要求的范围。由此，本发明的教导可以现成地应用于其他类型的装置，并且许多替换、修改和变形对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (27)

1.一种多层散热器件，包括：
第一散热层，其被配置成耦合到被配置成产生热量的区域；
第二散热层；
第一间隔物，其耦合到所述第一散热层和所述第二散热层；
第一相变材料，其位于所述第一散热层、所述第二散热层和所述第一间隔物之间，其中所述第一相变材料包括第一熔化温度；
第二间隔物，其耦合到所述第一散热层和所述第二散热层；以及
第二相变材料，其位于所述第一散热层、所述第二散热层、所述第一间隔物和所述第二间隔物之间，其中所述第二相变材料包括第二熔化温度，
其中所述第一相变材料比所述第二相变材料离所述被配置成产生热量的区域更近，
其中所述第一相变材料具有比所述第二相变材料更高的熔化温度。
2.如权利要求1所述的多层散热器件，其特征在于，进一步包括：
第三散热层；
第三间隔物，其耦合到所述第二散热层和所述第三散热层；以及
第三相变材料，其位于所述第二散热层和所述第三散热层之间，其中所述第三相变材料被所述第三间隔物包围。
3.如权利要求2所述的多层散热器件，其特征在于，进一步包括：
第四间隔物，其耦合到所述第二散热层和所述第三散热层；以及
第四相变材料，其位于所述第二散热层、所述第三散热层、所述第三间隔物和所述第四间隔物之间。
4.如权利要求3所述的多层散热器件，其特征在于，所述第三相变材料包括第三熔化温度，并且所述第四相变材料包括第四熔化温度，并且其中所述第一相变材料的所述第一熔化温度大于所述第二熔化温度、所述第三熔化温度和所述第四熔化温度。
5.如权利要求1所述的多层散热器件，其特征在于，所述第一间隔物包括导热粘合层和/或热绝缘层。
6.如权利要求1所述的多层散热器件，其特征在于，所述第一散热层通过热界面材料耦合到发热组件。
7.如权利要求1所述的多层散热器件，其特征在于，所述多层散热器件被纳入到从包括以下各项的组中选择的设备中：娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、个人数字助理、固定位置终端、计算机、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、服务器、以及机动车中的设备。
8.如权利要求1所述的多层散热器件，其特征在于，所述第一相变材料提供储热机制以及延迟散热机制。
9.如权利要求1所述的多层散热器件，其特征在于，所述第一散热层、所述第二散热层和所述第一间隔物为所述第一相变材料提供密闭的密封区域。
10.如权利要求4所述的多层散热器件，其特征在于，离所述被配置成产生热量的区域较近的特定相变材料具有比离所述被配置成产生热量的区域较远的另一相变材料更高的熔化温度。
11.一种装备，包括：
第一散热装置，其被配置成耦合到被配置成产生热量的区域；
第二散热装置；
第一间隔物，其耦合到所述第一散热装置和所述第二散热装置；
第一储热装置，其位于所述第一散热装置、所述第二散热装置和所述
第一间隔物之间，其中所述第一储热装置包括第一熔化温度；
第二间隔物，其耦合到所述第一散热装置和所述第二散热装置；以及
第二储热装置，其位于所述第一散热装置、所述第二散热装置、所述第一间隔物和所述第二间隔物之间，其中所述第二储热装置包括第二熔化温度，
其中所述第一储热装置比所述第二储热装置离所述被配置成产生热量的区域更近，
其中所述第一储热装置具有比所述第二储热装置更高的熔化温度。
12.如权利要求11所述的装备，其特征在于，进一步包括：
第三散热装置；
第三间隔物，其耦合到所述第二散热装置和所述第三散热装置；以及
第三储热装置，其位于所述第二散热装置和所述第三散热装置之间，其中所述第三储热装置被所述第三间隔物包围。
13.如权利要求12所述的装备，其特征在于，进一步包括：
第四间隔物，其耦合到所述第二散热装置和所述第三散热装置；以及
第四储热装置，其位于所述第二散热装置、所述第三散热装置、所述第三间隔物和所述第四间隔物之间。
14.如权利要求13所述的装备，其特征在于，所述第三储热装置包括第三熔化温度，并且所述第四储热装置包括第四熔化温度，并且其中所述第一储热装置的所述第一熔化温度大于所述第二熔化温度、所述第三熔化温度和所述第四熔化温度。
15.如权利要求11所述的装备，其特征在于，所述第一间隔物包括导热粘合层和/或热绝缘层。
16.如权利要求11所述的装备，其特征在于，所述第一散热装置通过热界面材料耦合到发热组件。
17.如权利要求11所述的装备，其特征在于，所述装备被纳入到从包括以下各项的组中选择的设备中：娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、个人数字助理、固定位置终端、计算机、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、服务器、以及机动车中的设备。
18.如权利要求11所述的装备，其特征在于，对于所述第一散热装置和所述第二散热装置之间的储热装置，离所述被配置成产生热量的区域较近的特定储热装置具有比离所述被配置成产生热量的区域较远的另一储热装置更高的熔化温度。
19.一种设备，包括：
被配置成产生热量的区域，所述区域包括集成器件；
耦合到所述区域的第一散热层；
第二散热层；
第一间隔物，其耦合到所述第一散热层和所述第二散热层；
第一相变材料，其位于所述第一散热层、所述第二散热层和所述第一间隔物之间，其中所述第一相变材料包括第一熔化温度；
第二间隔物，其耦合到所述第一散热层和所述第二散热层；以及
第二相变材料，其位于所述第一散热层、所述第二散热层、所述第一间隔物和所述第二间隔物之间，其中所述第二相变材料包括第二熔化温度，
其中所述第一相变材料比所述第二相变材料离所述被配置成产生热量的区域更近，
其中所述第一相变材料具有比所述第二相变材料更高的熔化温度。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，进一步包括：
第三散热层；
第三间隔物，其耦合到所述第二散热层和所述第三散热层；以及
第三相变材料，其位于所述第二散热层和所述第三散热层之间，其中所述第三相变材料被所述第三间隔物包围。
21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，进一步包括：
第四间隔物，其耦合到所述第二散热层和所述第三散热层；以及
第四相变材料，其位于所述第二散热层、所述第三散热层、所述第三间隔物和所述第四间隔物之间。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述第三相变材料包括第三熔化温度，并且所述第四相变材料包括第四熔化温度，并且其中所述第一相变材料的所述第一熔化温度大于所述第二熔化温度、所述第三熔化温度和所述第四熔化温度。
23.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述第一间隔物包括导热粘合层和/或热绝缘层。
24.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述第一散热层通过热界面材料耦合到所述集成器件。
25.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述区域包括耦合到所述集成器件的印刷电路板(PCB)。
26.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述设备是选自由以下各项构成的组的设备：娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、个人数字助理、固定位置终端、计算机、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、服务器、以及机动车中的设备。
27.如权利要求19所述的设备，其特征在于，对于所述第一散热层和所述第二散热层之间的相变材料，离所述被配置成产生热量的区域较近的特定相变材料具有比离所述被配置成产生热量的区域较远的另一相变材料更高的熔化温度。
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