CN110121925B - 散热装置及其终端设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于终端设备的散热装置，包括相变材料(PCM，Phase Change Material)和传热单元。传热单元与相变材料接触，用于将终端设备的热量传导到相变材料上。由于相变材料在相变过程中保持温度基本不变，可以在吸收热量的同时使得散热装置的温度不致过高，具有良好的用户体验。

Description

散热装置及其终端设备
技术领域
本发明实施例涉及一种散热装置，尤其涉及用于终端设备上的散热装置。
背景技术
终端设备如平板、笔记本电脑等要求轻薄便携，同时具备高性能和良好的温度体验，因此产品的散热性能越来越重要。
在当前的终端领域，平板和笔记本产品为提升产品性能，CPU或GPU芯片的功耗普遍采用动态控制，根据运行程序需要和产品温度动态调节运行功耗。例如在一些大型程序或文档启动时，会采用瞬间超频短时间大幅提升运行功耗来获得更高性能，缩短程序开启时间，提升用户体验。这种瞬态场景对散热提出了更高的要求，业界目前缺乏有效的解决方案，从而限制了终端的性能提升。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种散热装置，其能够有效应对终端设备短时的功耗提升带来的散热需求。
一方面，本发明实施例提供了一种用于终端设备的散热装置，包括相变材料(PCM，Phase Change Material)和传热单元。传热单元与相变材料接触，用于将终端设备的热量传导到相变材料上。由于相变材料在相变过程中保持温度基本不变，可以在吸收热量的同时使得散热装置的温度不致过高，具有良好的用户体验。对于处理器可以动态调节运行功耗的终端产品，根据本发明实施例提供的散热装置可以延长处理器工作在高功耗模式下的时间。
在一种可能的实施方式中，传热单元与终端设备的处理器接触，以将处理器的热量传导到相变材料上。处理器通常是终端设备热量的主要来源，将传热单元与处理器直接接触可以提高散热装置的散热效率。
在一种可能的实施方式中，相变材料具有预定的相变点和热容量，以吸收终端设备产生的热量，并保持相变材料温度不超过相变点。
在一种可能的实施方式中，传热单元具有散热结构，用于将热量散发到外部环境中，以提高散热效果，并在处理器工作在低功耗模式下时将相变材料吸收的热量加快散发出去。
在一种可能的实施方式中，相变材料的相变点为10-70℃，以在用户正常生活的环境中使用。
进一步的，相变材料的相变点为30-45℃，以平衡热容量和温度。
在一种可能的实施方式中，相变材料的热容量为100-10000焦。以平衡热容量和占用的体积。
在一种可能的实施方式中，相变材料的热容量为1-200g。以平衡热容量和占用的体积。
在一种可能的实施方式中，相变材料包括固-固、或固-液相变材料，相变时体积变化小，便于生产和安装。
在另一种可能的实施方式中，相变材料包括固-气、或液-汽相变材料，并具有足够强度的外壳，以维持相变材料相变时的形状和体积基本不变。
在一种可能的实施方式中，相变材料可以包括复合相变材料。
进一步的，在一种可能的实施方式中，复合相变材料的形态包括：微胶囊，定形相变材料，纳米复合相变材料，或多孔复合相变材料。
在一种可能的实施方式中，相变材料与传热单元通过粘接或机械固定的方式连接，以防止在使用中脱落。
在一种可能的实施方式中，传热单元由金属，或者非金属材料中的一种或多种材料制成，以提高散热效率。
在一种可能的实施方式中，相变材料铺满整个传热单元，从而可以减小相变材料的厚度，使得终端设备的内部更紧凑。
在一种可能的实施方式中，散热装置进一步包括均温单元。均温单元设置于相变材料和传热单元之间，用于将传热单元上的热量更均匀地传导到相变材料上，提高散热效率。
在一种可能的实施方式中，传热单元上可以设置有与均温单元形状相匹配的凹槽，均温单元设置于凹槽中，以减少散热装置的厚度。
在一种可能的实施方式中，均温单元可以为热管或VC。
在一种可能的实施方式中，相变材料上具有与均温单元形状相匹配的空隙，均温单元设置于空隙中，在提高了散热装置效能的同时，保持了散热装置的厚度。
在一种可能的实施方式中，相变材料具有一层保护膜，用于维持相变材料的形状，并有利于生产过程中对相变材料进行防护。
在一种可能的实施方式中，保护膜可以是PET、PI等有机薄膜，或金属薄膜，进一步的，厚度大约为总厚度的5％～15％，可根据需要调整。
在一种可能的实施方式中，传热单元内部有空腔，相变材料嵌于传热单元的空腔内。
另一方面，本发明实施例提供了一种终端设备，包括：处理器，壳体和相变材料。处理器可以动态调整工作模式，设置于壳体内部。相变材料与壳体接触，用以吸收终端设备的热量。在本实施方式中，平板或者手机等终端设备的结构得以更紧凑，而且相变材料的应用可以直接降低平板或手机产品的外表面的温度，也不改动现有的散热结构。
在一种可能的实施方式中，相变材料设置于壳体的内表面或者外表面，或者壳体的壁具有空腔，相变材料设置于空腔内。
在一种可能的实施方式中，终端设备进一步包括均温单元。均温单元设置于壳体内表面、外表面、或者壳体的空腔内，并与相变材料接触。
在一种可能的实施方式中，相变材料与处理器之间还设置有空气层，以先对处理器散发的热量进行均温。
另一方面，本发明实施例提供了一种具有上述散热装置的终端设备。终端设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、桌面电脑、车载终端、电视、机顶盒、VR设备等。
又一方面，本发明实施例提供了一种具有上述散热装置的终端设备。终端设备包括计算芯片和散热装置。计算芯片动态调节运行功耗。散热装置具有预定的热容量，以吸收终端设备的热量，延长计算芯片在高功耗模式下的工作时间。
以上各实施方式可以任意进行组合，以达到不同的实施效果。
通过上述方案，本发明的实施例能够应对终端设备短时的功耗提升，有效散热的同时保持终端设备外表面的温度不致过高，或者减缓终端设备外表面的温度上升速度，具有良好的用户体验。
附图说明
图1为根据本发明一种可能的实施方式提供的终端设备的示意图。
图2示出的是本发明一种可能的实施方式提供的终端设备的部分结构的框图。
图3为固-液相变材料的吸热和温度变化曲线图。
图4为根据本发明一种可能的实施方式提供的散热装置的示意图。
图5为图4中散热装置的结构示意图。
图6为根据本发明另一种可能的实施方式提供的散热装置的示意图。
图7为图6中散热装置的结构示意图。
图8为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的示意图。
图9为图8中散热装置的结构示意图。
图10为根据本发明一种可能的实施方式提供的PCM材料的结构示意图。
图11为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。
图12为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。
图13为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。
图14为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。
图15为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。
图16为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。
图17为根据本发明一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。
图18为根据本发明另一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。
图19为根据本发明又一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。
图20为根据本发明又一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
图1为根据本发明一种可能的实施方式提供的终端设备的示意图。
本发明实施例涉及的终端设备100可以包括手机、平板电脑、PDA(PersonalDigital Assistant，个人数字助理)、POS(Point of Sales，销售终端)、车载电脑等。
以终端设备100为手机为例，图2示出的是与本发明实施例相关的手机100的部分结构的框图。参考图2，手机100包括、RF(Radio Frequency，射频)电路110、存储器120、其他输入设备130、显示屏140、传感器150、音频电路160、I/O子系统170、处理器180、以及电源190等部件。本领域技术人员可以理解，图2中示出的手机结构并不构成对手机的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。本领领域技术人员可以理解显示屏140属于用户界面(UI，User Interface)，且手机100可以包括比图示或者更少的用户界面。
下面结合图2对手机100的各个构成部件进行具体的介绍：
RF电路110可用于收发信息或通话过程中，信号的接收和发送，特别地，将基站的下行信息接收后，给处理器180处理；另外，将设计上行的数据发送给基站。通常，RF电路包括但不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器)、双工器等。此外，RF电路110还可以通过无线通信与网络和其他设备通信。所述无线通信可以使用任一通信标准或协议，包括但不限于GSM(Global System of Mobilecommunication，全球移动通讯系统)、GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务)、CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)、WCDMA(Wideband CodeDivision Multiple Access，宽带码分多址)、LTE(Long Term Evolution，长期演进)、电子邮件、SMS(Short Messaging Service，短消息服务)等。
存储器120可用于存储软件程序以及模块，处理器180通过运行存储在存储器120的软件程序以及模块，从而执行手机100的各种功能应用以及数据处理。存储器120可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图象播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机100的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器120可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其他输入设备130可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与手机100的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。具体地，其他输入设备130可包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆、光鼠(光鼠是不显示可视输出的触摸敏感表面，或者是由触摸屏形成的触摸敏感表面的延伸)等中的一种或多种。其他输入设备130与I/O子系统170的其他输入设备控制器171相连接，在其他设备输入控制器171的控制下与处理器180进行信号交互。
显示屏140可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及手机100的各种菜单，还可以接受用户输入。具体的显示屏140可包括显示面板141，以及触控面板142。其中显示面板141可以采用LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、OLED(OrganicLight-Emitting Diode，有机发光二极管)等形式来配置显示面板141。触控面板142，也称为触摸屏、触敏屏等，可收集用户在其上或附近的接触或者非接触操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板142上或在触控面板142附近的操作，也可以包括体感操作；该操作包括单点控制操作、多点控制操作等操作类型。)，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。可选的，触控面板142可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位、姿势，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成处理器能够处理的信息，再送给处理器180，并能接收处理器180发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板142，也可以采用未来发展的任何技术实现触控面板142。进一步的，触控面板142可覆盖显示面板141，用户可以根据显示面板141显示的内容(该显示内容包括但不限于，软键盘、虚拟鼠标、虚拟按键、图标等等)，在显示面板141上覆盖的当触控面板142上或者附近进行操作，触控面板142检测到在其上或附近的触摸操作后，通过I/O子系统170传送给处理器180以确定触摸事件的类型以确定用户输入，随后处理器180根据触摸事件的类型在显示面板根据用户输入通过I/O子系统170在显示面板141上提供相应的视觉输出。虽然在图2中，触控面板142与显示面板141是作为两个独立的部件来实现手机100的输入和输入功能，但是在某些实施例中，可以将触控面板142与显示面板141集成而实现手机100的输入和输出功能。
手机100还可包括至少一种传感器150，比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示面板141的亮度，接近传感器可在手机100移动到耳边时，关闭显示面板141和/或背光。作为运动传感器的一种，加速计传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别手机姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；至于手机100还可配置的陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。
音频电路160、扬声器161，麦克风162可提供用户与手机100之间的音频接口。音频电路160可将接收到的音频数据转换后的信号，传输到扬声器161，由扬声器161转换为声音信号输出；另一方面，麦克风162将收集的声音信号转换为信号，由音频电路160接收后转换为音频数据，再将音频数据输出至RF电路108以发送给比如另一手机，或者将音频数据输出至存储器120以便进一步处理。
I/O子系统170用来控制输入输出的外部设备，可以包括其他设备输入控制器171、传感器控制器172、显示控制器173。可选的，一个或多个其他输入控制设备控制器171从其他输入设备130接收信号和/或者向其他输入设备130发送信号，其他输入设备130可以包括物理按钮(按压按钮、摇臂按钮等)、拨号盘、滑动开关、操纵杆、点击滚轮、光鼠(光鼠是不显示可视输出的触摸敏感表面，或者是由触摸屏形成的触摸敏感表面的延伸)。值得说明的是，其他输入控制设备控制器171可以与任一个或者多个上述设备连接。所述I/O子系统170中的显示控制器173从显示屏140接收信号和/或者向显示屏140发送信号。显示屏140检测到用户输入后，显示控制器173将检测到的用户输入转换为与显示在显示屏140上的用户界面对象的交互，即实现人机交互。传感器控制器172可以从一个或者多个传感器150接收信号和/或者向一个或者多个传感器150发送信号。
处理器180是手机100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个手机的各个部分，通过运行或执行存储在存储器120内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器120内的数据，执行手机100的各种功能和处理数据，从而对手机进行整体监控。可选的，处理器180可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器180可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器180中。
手机100还包括给各个部件供电的电源190(比如电池)，优选的，电源可以通过电源管理系统与处理器180逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗等功能。
尽管未示出，手机100还可以包括摄像头、蓝牙模块等，在此不再赘述。
终端设备100可以动态调节处理器180等部件的工作状态来优化工作效率。在系统负载较低，如当前运行的程序占用的内存和处理器资源较低的情况下，终端设备100将处理器180置于低功耗模式，从而延长电池的使用寿命，降低终端设备100的温度。当系统负载较高，例如当用户启动系统或者打开APP时，处理器180可以被置于高功耗模式，例如通过超频等手段来提升运行功耗，从而获得更高性能，缩短程序开启时间，提升用户体验。可以理解，处理器180的工作状态也可以通过开启和停止处理器180，或开机和关机来实现。
在一种可能的实施方式中，终端设备1000可以设置传感器监测其外表面的温度，并保持其外表面的温度不超过一个阈值，以提供给用户良好的体验。处理器180处于高功耗模式的时间可以取决于终端设备100外表面的温度。
例如，当处理器180处在低功耗模式下，以1w的功率工作，终端设备100外表面的温度为30度。当处理器180处在高功耗模式下，以3w的功率工作。10秒钟后，终端设备100外表面的温度上升到阈值40度。则处理器180被切换回低功耗模式，即以1w的功率工作。可见，终端设备100外表面的温度到达阈值的时间越长，则处理器180可以提供越长时间的高性能输出，从而优化用户体验。
在一种可能的实施方式中，处理器180可以为CPU、GPU、FPGA、基带芯片或者MCU等发热元件。
在一种可能的实施方式中，当处理器180在高功耗模式下工作时，为有效将热量散发出去，防止处理器180过热而烧坏，同时防止终端设备100外表面温度过高而给用户带来不好的体验，并延长处理器180处于高功耗模式下的工作时间，本发明实施例使用具有预定相变点和热容量的相变材料(PCM，Phase Change Material)来为处理器180散热。
图3为固-液PCM材料的吸热和温度变化曲线图。相变材料(PCM-Phase ChangeMaterial)是指随温度变化而改变形态，并能提供潜热的物质。相变材料因受外界条件变化影响而在固、液、汽不同存在状态间相互改变，或在同一存在状态下物相发生改变的过程，称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。如图3所示，以固-液PCM材料为例，横轴为吸收热量，纵轴为PCM材料温度，PCM材料初始为固态，吸收热量温度升高；温度升高到相变点时开始相变，吸收潜热，此时PCM材料温度保持不变，为固-液的混合状态；全部变为液态后，吸收热量PCM材料温度继续升高。
可见，在PCM材料处于相变状态时，即使继续吸收热量，温度也不会升高，而是一直保持在相变点温度。因此，根据处理器180的功耗和应用场景，可以设置预定相变点和热容量的PCM材料，使得PCM材料在吸收了处理器180在高功耗模式下散发的热量后，仍能够在一定时间内保持温度不超过相变点。一方面，处理器180散发的热量可以被PCM材料有效地吸收；另一方面，终端设备100外表面的温度被控制不超过相变点温度，避免了过烫，从而提供给用户良好的体验。PCM材料吸收的热量可以直接散发到空气中，或者通过其它散热结构散发到空气中。
值得一提的是，PCM材料即使完成了相变后，温度继续升高，也延长了处理器180工作在高功耗模式下的时间，提供了良好的用户体验。
此外，传热单元除了将热量从处理器180传导到PCM材料上之外，自身也可以起到将热量散发到外界环境中的作用。在处理器180从高功耗模式切换到低功耗模式工作后，处理器180发出的热量减少，温度降低，PCM材料吸收的热量可以通过传热单元加快散发到空气中，并发生反向相变，恢复吸收热量的能力。
值得一提的是，图3所示的是固-液PCM材料的理想吸热和温度变化曲线图，根据本发明实施例，PCM材料因为存在杂质、或者受热不均、或者本身是混合物等，有可能在融化阶段温度会有一定幅度的上升，例如在40-45℃。针对这种情况，本发明实施例将相变点温度定义为PCM材料在融化阶段的最高温度，PCM材料在融化阶段基本一直保持在相变点温度附近，仍然能够起到减缓终端设备100外表面温度升高的作用。
在一种可能的实施方式中，传热单元可以为现有的散热结构，方便改造及降低成本。
例如，当处理器180工作在低功耗模式下时，打开一个excel文档需要10s，当处理器180工作在高功耗模式下时，打开同一个excel文档只需要5s。如果3s后终端设备100的外表面温度就已达到阈值，则处理器180要么切换回低功耗模式，从而延长打开文档的时间，要么继续在高功耗模式下工作，从而使得终端设备100的外表面温度高于阈值，给用户带来不好的体验。本发明实施例通过设置预定相变点和热容量的PCM材料，即设置了预定用量的PCM材料，吸收了处理器180在高功耗模式下发出的大量热量，可以使得处理器180在高功耗模式下工作5s后，PCM材料的温度仍未超过相变点，从而使得终端设备100的外表面温度低于阈值，给用户良好的体验。
在一种可能的实施方式中，PCM材料的相变点为10-70℃。以在用户正常生活的环境中使用。
进一步的，PCM材料的相变点为30-45℃，以平衡热容量和温度。
在一种可能的实施方式中，PCM材料的热容量为100-10000焦。以平衡热容量和占用的体积。
在一种可能的实施方式中，PCM材料的热容量为1-200g。以平衡热容量和占用的体积。
在一种可能的实施方式中，PCM材料的热容量根据以下公式计算：
Q＝W*t＝H*m其中，
Q-吸收或者放出的热量，即热容量；
W-通过PCM材料的功耗；
t-需要持续吸热的时间；
H-PCM材料的相变潜热值；
m-所需要PCM材料的质量。
例如，PCM材料焓值为145J/g，设计需要PCM材料吸收10W热量，处理器180需要持续发热3min(即PCM材料需要持续吸热3min)，则需要PCM材料为10*3*60/145＝12.4g。
在一种可能的实施方式中，PCM材料只需满足需求即可，形状大小可以根据具体需要设置。
在一种可能的实施方式中，PCM材料根据终端设备100在高功耗模式下的使用场景来确定用量。例如，终端设备100开机需要一分钟，处理器180散发的热量为2000J。例如，用户打开一个APP需时五秒钟，处理器180散发的热量为200J。例如，用户运行游戏《愤怒的小鸟》一小时，终端设备100在未运行游戏的正常散热的基础上额外多散发3000J的热量。
在一种可能的实施方式中，PCM材料的用量可以根据用户的使用频率和/或习惯来确定，例如根据用户习惯或者大数据，确定用户短时内连续打开多个APP的场景，累加的处理器180在高功耗模式下散发的热量来确定。
在一种可能的实施方式中，PCM材料的用量可以设置为热容量多于所有高功耗下的使用场景的发热量，从而使得PCM材料的温度始终不超过相变点；也可以在某些场景下，使得PCM材料的温度高于相变点，仍然能够延长处理器180工作在高功耗模式下的时间，以取得散热效果和节约成本的平衡。
在本发明的实施方式中，可以使用现有的多种PCM材料。常见的PCM材料的介绍如下。
相变材料种类很多，从化学组成看可以分为无机材料、有机材料及复合相变材料3大类。从储能的温度范围看可以分为高温、中温和低温等类型。储能过程中，按材料相态的变化可以分为固-液相变储能，固-固相变储能。固-气、液-液、液-气相变储能材料。
1、无机相变材料
无机相变材料主要有金属合金(Mg-Cu)、金属盐的水合物(Na2SO4.4H2O、MgCl.6H2O)、碱金属的水合物、活性白土及矿棉等。其相变机理为：材料受热时脱去结晶水，吸收热量；反之，吸收水分，放出热量。相变温度高、储热能力大，应用于高温热环境中。
表1常见无机相变材料参数
Figure GPA0000268528050000151
2、有机相变材料
有机相变材料固-液相变、固-固相变应用价值高，研究比较广泛。其中固-液相变应用广泛的材料主要包括：棕榈酸乙酯、硬脂酸丁酯、十二烷酸、短环酸、山羊酸、石蜡、十二醇、十四酰、丁基硬脂酸等。
表2固-液相变材料参数
Figure GPA0000268528050000152
固-固相变材料主要通过晶体的有序变成无序的结构转变进行储能和释放过程。主要包括多元醇、交联聚乙烯及层状锌钙矿。固-固相变材料相变过程无宏观状态变化。
3、复合相变材料
复合相变材料在相变时会从液体变成固体或发生固液相变化，容易与其他被掺和的材料发生作用。解决方法主要包括：1)制备微胶囊；2)制备定形PCM；3)制备成纳米复合PCM；4)制备成多孔复合PCM。
1)、微胶囊技术
微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包裹形成具有核壳结构(粒径大小2-1000μm，壳的厚度一般在0.2-10μm)的微小粒子技术。微胶囊的主要制备方法界面聚合法和原位聚合法。
采用原位聚合法制备微胶囊的研究较多，通常使用的石蜡微胶囊的壳层包括三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯、聚丙烯和酚醛树脂等。
界面聚合法具有反应速度快、反应条件温和、对反应单体纯度要求不高、原料配比要求不严、形成的壁膜可透性较高和成本低。
2)、定形PCM
定形PCM是以高分子材料为基体，石蜡分散在其中形成PCM。将石蜡和高分子聚合物(聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙丙橡胶等)进行熔融共混，石蜡均匀地分散在已固化的高分子聚合物中。聚乙烯是常用的基体包覆材料，一般通过交联和接枝等方法改善石蜡渗漏。
3)、纳米复合PCM
将纳米级或金属氧化物粒子按一定的方式和比例添加到基液中，制备纳米复合PCM，可应用于热能工程领域的创新性研究。
4)、多孔复合PCM
无机多孔材料(凹凸棒土、蛋白土、膨胀石墨、膨润土和珍珠岩等)利用真空吸附、渗流法、熔融插层法和共混等方法吸附有机PCM，控制和固定PCM在一定的空间范围内进行相变，制备稳定相变温度和相变焓的多孔石蜡PCM。
在一种可能的实施方式中，PCM材料包括固-固、或固-液相变材料。固-固、或固-液相变材料在相变过程中可以维持形状和体积基本不变，应用于终端设备中，可以使得安装和使用过程更可靠，不会因为PCM材料在相变时的体积变化而导致终端设备的其它元件受到挤压而损坏。
在另一种可能的实施方式中，PCM材料包括固-气、或液-汽相变材料，并具有足够强度的外壳，以维持PCM材料相变时的形状和体积基本不变。
在一种可能的实施方式中，可以将多种相变材料混合来获得设计的热容量和相变点。本领域内技术人员无须付出创造性劳动，通过有限次实验可以得出配比。
在一种可能的实施方式中，PCM材料可以包括复合相变材料。
进一步的，在一种可能的实施方式中，复合相变材料的形态包括：微胶囊，定形PCM，纳米复合PCM，或多孔复合PCM。
图4为根据本发明一种可能的实施方式提供的散热装置的示意图。图5为图4中散热装置的结构示意图。如图4和图5所示，散热装置200与处理器180接触，用于吸收处理器180散发出的热量，然后再散发到空气中，或者传导给别的散热元件。
在一种可能的实施方式中，散热装置200包括PCM材料210和传热单元220。传热单元220用于和处理器180直接接触，PCM材料210与传热单元220接触。
在一种可能的实施方式中，PCM材料210与传热单元220通过粘接或机械固定的方式连接，以防止在使用中脱落。
在一种可能的实施方式中，传热单元220由传热系数良好的材料制成，例如金、银、铜、铁、铝等金属，或者石墨等非金属材料，或者其它传热系数良好的复合材料。传热单元220可以由一种或多种材料制成。
在一种可能的实施方式中，PCM材料210铺满整个传热单元220，从而可以减小PCM材料210的厚度，使得终端设备100的内部更紧凑。
在一种可能的实施方式中，当处理器180从高功耗模式切换到低功耗模式时，传热单元220用于将PCM材料210吸收的热量散发到空气中，或者传导给别的散热元件。
图6为根据本发明另一种可能的实施方式提供的散热装置的示意图。图7为图6中散热装置的结构示意图。如图6和图7所示，散热装置200进一步包括均温单元230。均温单元230设置于PCM材料210和传热单元220之间，用于将传热单元220上的热量更均匀地传导到PCM材料210上，提高散热效率。在本发明实施例中，均温单元230和传热单元220中的一者或两者的结合都可以称为均温模组。
在一种可能的实施方式中，传热单元220上可以设置有与均温单元230形状相匹配的凹槽221，均温单元230设置于凹槽221中，以减少散热装置200的厚度。
在一种可能的实施方式中，均温单元230可以为热管或VC(Vapor Chamber，利用液体的蒸发潜热和凝结潜热，使热量快速传导)。热量从处理器180传导到传热单元220与处理器180接触区域，再通过热管或VC等均温单元230将热量扩散到整个传热单元220。在一种可能的实施方式中，均温单元230使得整个传热单元220任意两点温差＜5℃，而后PCM材料210从传热单元220表面吸收并储存热量，延缓终端设备100表面温度达到相变点的时间，使得处理器180取得尽量多的高性能工作时间。
在一种可能的实施方式中，热管可以为导热金属管，例如铜管、铝管等。
在一种可能的实施方式中，VC为中空的密封金属管，例如铜管、铝管等。VC内部密封有少量PCM材料，一般为0.01g～0.1g。VC内部的PCM材料由于用量少，热容量非常低，使得VC的表面温度远高于VC内部的PCM材料的相变点，仅用于加速VC的传热，不用于储热。
进一步的，在一种可能的实施方式中，VC内部的PCM材料包括固-气、或液-汽相变材料，并具有足够强度的金属外壳，以维持PCM材料相变时的形状和体积基本不变。
图8为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的示意图。图9为图8中散热装置的结构示意图。如图8和图9所示，与图6中所示的实施方式不同的是，PCM材料210上与均温单元230重叠区域材料被去除，具有与均温单元230形状相匹配的空隙，均温单元230设置于空隙中。因此，散热装置200的厚度仅为均温单元230与传热单元220的组合的厚度。在本实施方式中，PCM材料210在提高了散热装置200效能的同时，保持了散热装置200的厚度。
以上各可能的实施方式中，PCM材料210，传热单元220，与均温单元230的位置可以任意调整，例如PCM材料210或均温单元230可以直接接触处理器180。
图10为根据本发明一种可能的实施方式提供的PCM材料的结构示意图。如图10所示，PCM材料210具有一层保护膜211，用于维持PCM材料210的形状，并有利于生产过程中对CM材料210进行防护。
在一种可能的实施方式中，保护膜211可以是PET、PI等有机薄膜，或金属薄膜，进一步的，厚度大约为总厚度的5％～15％，可根据需要调整。
图11为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。如图11所示，针对低功耗平板或手机产品，或者具有金属外壳的终端设备，可以直接将PCM材料210贴在平板或手机的中框或后壳上，也可以设置在其它模组上，例如传热单元上。在本实施方式中，平板或者手机等终端设备的结构得以更紧凑，而且PCM材料210的应用可以直接降低平板或手机产品的外表面的温度，也不改动现有的散热结构。
在一种可能的实施方式中，传热单元、中框或外壳中间可以嵌入热管或VC等均温单元230进行均温。
在一种可能的实施方式中，如果中框或外壳厚度较薄，无法嵌入热管或VC，可在PCM材料210上复合一层高导热系数材料作为均热层，起到均温单元230的作用，提高均温性，如石墨和铜箔等。均热层可以在PCM材料210外，也可在PCM材料210与外壳之间。
图12为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。如图12所示，模组/中框/外壳中间包含空腔，PCM材料210填充在空腔中，不改变终端设备100的内部结构，以便利生产和降低成本。
在一种可能的实施方式中，PCM材料210相变时体积变化不大，应力较小，模组/中框/外壳可以使用具有一定强度的材料，或者预留部分空间，以保证PCM材料210相变时不影响终端设备的外观或损坏模组/中框/外壳。
图13为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。如图13所示，热管或高导热均热层等均温单元230可以被设置于模组/中框/外壳内，接触PCM材料210，以提供均温性。
图14为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。如图14所示，均温单元230也可以设置在模组/中框/外壳外，不直接接触PCM材料210，以提供均温性，降低外壳厚度。
图15为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。如图15所示，PCM材料210与处理器180等热源之间不直接接触，而设置空气层，以先进行均温。在本实施方式中，空气层使得PCM材料210的温度可以更均匀。
图16为根据本发明又一种可能的实施方式提供的散热装置的结构示意图。如图16所示，终端设备中存在着局部热点，PCM材料210可以在局部热点位置不设置，而设置空气层先进行均温。在本实施方式中，空气层使得PCM材料210的温度可以更均匀，又可以尽可能多地利用空间来设置PCM材料210。
图17为根据本发明一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。PCM材料210可以设置在散热结构的外侧，接近外壳的位置，便于在现有的散热结构上改造来加装PCM材料210。
图18为根据本发明另一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。PCM材料210可以设置在散热结构的内部，均温模组可以设置在PCM材料210与外壳之间，便于实现散热结构的紧凑。
图19为根据本发明又一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。散热结构的外侧，接近键盘的位置，可以给用户提供良好的体验。
图20为根据本发明又一种可能的实施方式提供的终端设备的结构示意图。PCM材料210可以设置在外壳上，不与其它散热结构直接接触，便于生产和制造。
本发明实施例可以实现以下效果。
PCM材料与均热模组组合应用的散热解决方案，组合形式可以多种多样。例如：
PCM材料可以贴在散热模组的凹槽间隙内，不增加产品厚度；
PCM材料位置除了贴在模组表面外，还可贴在模组背面，也可以贴在设备的外壳内壁上，贴在键盘背面等，不同区域根据需要可以同时贴PCM；
在低功耗平板和手机应用中，可以不使用传热单元，PCM可贴在中框或后壳上，中框或后壳可用热管均温，如无法使用热管，可增加均热层；
PCM也可嵌入在模组/中框/外壳中的空腔中，同时可使用热管、高导热均热层提高均温性。
在以上各实施方式中，PCM材料210和/或散热装置200也可以为处理器180以外的元件散热，例如内存、电池、屏幕等。
以上各实施方式可以任意进行组合以实现不同的效果。
总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种终端设备，包括：
壳体；
处理器，可以动态调整工作模式，设置于所述壳体内部；及
相变材料，用以吸收所述终端设备的热量；
均温单元，设置于所述壳体的空腔内，并与所述相变材料接触；
传热单元，与所述处理器和所述相变材料接触，以将所述处理器的热量传导到所述相变材料上；
所述传热单元上设置有与所述均温单元形状相匹配的凹槽，所述均温单元设置于所述凹槽中；
所述相变材料上具有与所述均温单元形状相匹配的空隙，所述均温单元同时还位于所述空隙中。
2.如权利要求1所述的终端设备，其中，所述壳体的壁具有空腔，所述相变材料设置于所述空腔内。
3.如权利要求1所述的终端设备，其中，所述相变材料与所述处理器之间设置有空气层。
4.如权利要求1所述的终端设备，其中，所述相变材料的相变点为10-70℃。
5.如权利要求4所述的终端设备，其中，所述相变材料的相变点为30-45℃。
6.如权利要求1所述的终端设备，其中，所述相变材料的热容量为100-10000焦。
7.如权利要求1任一项所述的终端设备，其中，所述相变材料的热容量为1-200g。
8.如权利要求1-7任一项所述的终端设备，其中，所述相变材料包括固-固、或固-液相变材料。
9.如权利要求8所述的终端设备，其中，所述相变材料包括复合相变材料，所述复合相变材料的形态包括：微胶囊，定形PCM，纳米复合PCM，或多孔复合PCM。
10.如权利要求1-7任一项所述的终端设备，其中，所述相变材料包括固-气、或液-汽相变材料，并具有足够强度的外壳，以维持所述相变材料相变时的形状和体积基本不变。
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