CN111755398A - 激活加载机构 - Google Patents
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Abstract
本文所描述的特定实施例提供了一种可被配置用于启用主动加载机构的电子设备。该电子设备可包括印刷电路板、位于印刷电路板上的热源以及固定到印刷电路板的主动加载机构。主动加载机构位于热源上方并且包括形状记忆材料。当形状记忆材料未被激活时,主动加载机构在热源上施加第一负载,而当形状记忆材料被激活时,主动加载机构在热源上施加第二负载。
Description
技术领域
本公开总体上涉及计算和/或设备冷却的领域,并且更具体地涉及激活(activate)加载机构。
背景技术
系统中的新兴趋势对系统的性能提出了越来越高的要求。需求的增加可以导致系统中的热量增加。热量的增加可以导致设备性能下降、设备使用寿命减少以及数据吞吐量延迟。
附图说明
为提供对本公开以及其特征和优点的更完整的理解,结合所附附图来引用以下描述,在所附附图中,相同的参考编号表示相同的部件,其中:
图1是根据本公开的实施例的用于启用主动(active)加载机构的系统的简化框图;
图2A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图2B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图2C是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图3A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图3B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图4A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图4B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图5A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图5B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图5C是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图5D是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图5E是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图6A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图6B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图6C是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图7A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图7B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图7C是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图8A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图8B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的部分的简化框图;
图8C是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图8D是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图9A是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图9B是根据本公开的实施例的用于启用主动加载机构的系统的简化框图;
图10是根据实施例的示出可以与系统相关联的潜在操作的简化流程图;以及
图11是根据实施例的示出可以与系统相关联的潜在操作的简化流程图。
附图中的各幅附图不一定是按比例绘制的,因为它们的尺寸可显著改变而不背离本公开的范围。
具体实施方式
示例实施例
以下详细描述陈述了涉及启用主动加载机构的设备、方法和系统的示例。例如,出于方便,参考一个实施例来描述诸如(诸)结构、(诸)功能和/或(诸)特性之类的特征,各实施例可用所述特征中的任何合适的一个或多个特征来实现。
在下列描述中,将使用由本领域技术人员通常采用以将他们的工作实质传达给本领域的其他技术人员的术语来描述说明性实现方式的各方面。然而,对本领域技术人员将显而易见的是,仅采用所描述方面中的一些也可实施本文所公开的实施例。出于解释的目的,阐述了具体的数字、材料和配置,以便提供对说明性实现方式的透彻理解。然而,本领域技术人员将明了,在没有这些具体细节的情况下也可实现本文所公开的实施例。在其他实例中,省略或简化了公知的特征,以免使说明性实现方式模糊。
本文使用的术语“在…上方”、“在…下方”、“在...下”、“在…之间”和“在…上”指的是一个层或组件相对于其它层或组件的相对位置。例如,置于一个层上方或下方的另一个层可与该一个层直接接触或者可具有一个或多个中介层。此外,置于两个层之间的一个层可直接接触这两个层,或者可具有一个或超过一个中介层。相反,“在第二层上”的第一层与该第二层直接接触。类似地,除非另有显式说明,否则布置在两个特征之间的一个特征可以与相邻特征直接接触或者可以具有一个或多个中介层。
本文公开的实施例的实现方式可以在基板(诸如非半导体基板或半导体基板)上形成或执行。在一个实现方式中,非半导体基板可以是二氧化硅、由二氧化硅、氮化硅、氧化钛和其他过渡金属氧化物组成的层间电介质。尽管在此描述了可以形成非半导体基板的材料的一些示例,但是可以用作可以在其上构建非半导体器件的基础的任何材料都落入本文公开的实施例的精神和范围内。
在另一实现方式中,半导体基板可以是使用体硅或绝缘体上硅子结构形成的晶体基板。在其他实现方式中,可以使用可与硅结合或不与硅结合的替代材料形成半导体基板,该替代材料包括但不限于锗、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓、砷化铟镓、锑化镓或III-V组或IV组材料的其他组合。在其他示例中,基板可以是柔性基板,包括2D材料(诸如石墨烯和二硫化钼)、有机材料(诸如并五苯)、透明氧化物(诸如铟镓锌氧化物)、多/非晶(低温DEP)III-V半导体和锗/硅,以及其他非硅柔性基板。尽管在此描述了可以形成基板的材料的一些示例,但是可以用作可以在其上构建半导体设备的基础的任何材料都落入本文公开的实施例的精神和范围内。
在下列具体实施方式中,参考了形成本文一部分的所附附图,其中,自始至终,同样的参考标号表示同样的部分,并且其中通过可实施的说明性实施例来示出。应理解,可利用其他实施例,并且可作出结构或逻辑的改变而不背离本公开的范围。因此,下列具体实施方式不应当被认为是限制意义的。出于本公开的目的,短语“A和/或B”意指(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的,短语“A、B和/或C”意指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)。
图1是根据本公开的实施例的配置有主动加载机构的电子设备的简化框图。在示例中,电子设备可包括一个或多个热源。该一个或多个热源中的每一个可具有相对应的主动加载机构。例如,如图1所示,电子设备102a包括热源104a、相对应的激活加载机构106a和一个或多个电子器件108。此外,电子设备102b包括热源104b和104c、分别相对应的主动加载机构106b和106c,以及一个或多个电子器件108。此外,电子设备102c包括热源104d和104e、主动加载机构106d以及一个或多个电子器件108。主动加载机构106d可以对应于两个热源104d和104e。此外,电子设备102d包括热源104f和104g、主动加载机构106e以及一个或多个电子器件108。热源104f可以不具有相对应的主动加载机构,并且主动加载机构106e可以对应于热源104g。电子设备102a-120d中的每一个可以使用网络116与彼此、云服务112和/或网络元件114进行通信。在一些示例中,电子设备102a-102d中的一个或多个可以是独立设备并且不连接到网络116或另一设备。
热源104a-104g中的每一个可以是生热设备(例如,处理器、逻辑单元、现场可编程门阵列(FPGA)、芯片组、集成电路(IC)、图形处理器、图形卡、电池、存储器或一些其他类型的生热设备)。主动加载机构106a-106e中的每一个可以被配置为热冷却设备,用于帮助从一个或多个相对应的热源去除热能(例如,主动加载机构106a与热源104a对应,主动加载机构106d与两个热源104d和104e对应等)。主动加载机构106a-106e中的每一个可以是被动冷却设备或主动冷却设备,用于帮助减少一个或多个相对应热源的热能或温度。电子器件108中的每一个可以是可用于协助包括电子器件108的电子设备的操作或功能的设备或设备组。
在示例中,主动加载机构(例如,主动加载机构106a)可以耦合到热源(例如,热源104a),使得当热源的热特性达到阈值时,主动加载机构中的形状记忆材料被激活并改变形状。形状记忆材料的形状改变可以对热源和/或支撑热源的结构产生所施加的负载。所施加的负载可使系统帮助将热量或热能从热源中汲取并冷却热源。
在特定示例中,热源可以是印刷电路板(PCB)上的集成电路(IC)。主动加载机构可包括形状记忆材料和散热器,该形状记忆材料和散热器可以响应于施加的热量或施加的电流而在热源上施加负载。当施加热量或电流时,形状记忆材料改变形状并将主动加载机构推到热源上。所施加的负载基于所使用的材料,并取决于包括主动加载机构的设备的形状因子。负载可以是一磅负载或更少到多于一百磅负载,并且取决于所使用的形状记忆材料、形状因子、设计约束等。
在示例中,激活加载机构可以使用形状记忆材料来帮助将热源刚性地固定到PCB,使得减小主动加载机构、热源和PCB的位移中的振荡,并且主动加载机构、热源和PCB的耦合能承受冲击和振动。在其他示例中,当被激活时,主动加载机构106可以在制造过程和/或后期生产期间将散热器固定到热源。
应理解,可利用其他实施例,并且可作出结构的改变而不背离本公开的范围。因为可以提供任何合适的布置和配置而不背离本公开的教导,所以提供了相当大的灵活性。
如本文中所使用,术语“在……时”可用于指示事件的时间性质。例如,短语“事件‘A'在事件‘B'发生时发生'应被解释为指事件A可以在事件B的发生之前、之中或之后发生,但是仍然与事件B的发生相关联。例如,如果事件A响应于事件B的发生或响应于指示事件B已经发生、正在发生或将要发生的信号而发生,则事件A在事件B发生时发生。本公开中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。短语“在一个实施例”或“在实施例中”的出现不一定全部指代同一实施例。此外,短语“在一个示例中”或“在示例中”的出现不一定全部指代同一示例。
图1的元件可以通过采用任何合适的(有线或无线)连接的一个或多个接口彼此耦合,这提供了用于网络(例如,网络116等)通信的可行的路径。另外,可以基于特定配置需要来将图1的这些元件中的任何一个或多个组合或从架构中移除。网络116可包括能够进行传输控制协议/网际协议(TCP/IP)通信以用于网络中的分组的传输或接收的配置。电子设备102a-102d中的每一个还可以在适当的情况下并基于特定需要来与用户数据报协议/IP(UDP/IP)或任何其他合适的协议结合进行操作。
出于例示某些示例技术的目的,可将以下基础信息视为可以适当地解释本公开的基础。终端用户具有比从前多的介质和通信选择。当前正在出现数个突出的技术趋势(例如,更多的计算元素、更多的在线视频服务、更多的网络流量、更复杂的处理等),并且随着设备和系统预期提高性能和功能,这些趋势正在改变设备的预期性能。然而,性能和/或功能的增加导致设备和系统的热挑战增加。
例如,高性能移动客户端系统中当前的性能提升大大地依赖于使用短持续时间、高功率突发工作负荷。这些功率水平2(PL2)尖峰的瞬态性质使得将热源与相关联的热解决方案之间的热阻最小化比以往任何时候都更加重要,因为通常其他热解决方案组件(例如,热交换器、风扇等)距离热源太远,无法在所需的时间范围内产生有意义的变化。分解和管芯划分加剧了该挑战,特别是当两个或多个高功率或高功率密度管芯/小芯片彼此紧邻时。独立的管芯/小芯片高度在10-20μm的范围内变化,并且变化的高度能够很大程度上改变热界面材料(TIM)的可实现的薄度和均匀性。更具体地,通常优选大约三十(30)微米(μm)的TIM厚度,但是传统的冷板和加载机构无法适应阶梯状或不规则的SoC表面。通常,通过增加SoC上的热解决方案负载/压力来降低TIM热阻。然而,超薄的消费者形状因子正推动着对极薄主板(最小至0.5毫米(mm))上的高性能SoC的需求,该主板在传统的热解决方案负载下弯曲得更多,并且因此表现出令人无法接受的球栅阵列(BGA)焊点失效高发生。PL2和分解热挑战要求在SoC接口处的电阻最小,但是对于0.5mm的超薄板,仅通过增加热解决方案负载无法解决。
通常实现瞬态热性能目标的一种当前方法是通过减小SoC与热解决方案之间的热阻。通常,通过增加SoC上的热解决方案负载(这可以增加BGA焊点失效风险)或通过使用在相同压力下表现出降低的热阻的TIM(这可能接近最先进的润滑脂TIM的收益递减点,和/或对于根本上新型的TIM(例如,液态金属)的大批量制造会成本过高),来降低SoC与热解决方案之间的热阻。另外,可以实现瞬态热性能目标的当前使用的另一种方式是通过增加SoC附近的系统的热容。SoC附近的系统的热容的增加通常是通过增加冷板或散热器的厚度来实现的,这可以对整个系统的厚度产生直接影响。然而,这些当前解决方案在所有操作条件期间在SoC上生成恒定的负载。所需要的是一种系统和方法,用于在需要时增加热源上的热负载,并在不需要时降低热负载,以便帮助保持SoC(尤其是焊球阵列)的完整性。
如图1中所概述的用于启用主动加载机构的系统可解决这些问题(和其他问题)。在示例中,可以使用形状记忆材料来构造主动加载机构。形状记忆材料可以使得能够利用来自热源的热量或电信号来触发主动加载机构中形状记忆材料的可逆形状改变。主动加载机构中的形状记忆材料的形状改变可以允许增加或减少热源上的散热器负载。本质上,形状记忆材料起机械节流阀的作用,暂时增加了热源上的散热器负载,从而在高工作负荷期间增加了从热源流出的热通量,并稍后在工作负荷减少时减小了热源上的散热器负载。更一般地,主动加载机构可以涵盖多种设备,这些设备可被设计为使用外部或电阻加热,并将热解决方案附接到SoC和/或一旦热解决方案负载被组装,对其进行控制。通过在最需要保证的时候施加高的热解决方案负载,可以最小化高的力/压力的累积时段,从而降低BGA焊点失效的风险,并在超薄板上实现较高的PL2值。主动加载机构本身不增加整个系统的厚度,并且可以使用在大多数当前热解决方案中发现的当前弹簧几何形状(例如,钢板弹簧、螺旋弹簧、夹子等)来实现。使用形状记忆材料以创建激活加载机构涵盖了各种各样的实例化。
大多数当前的热解决方案系统之间的一个共同特征在于,热解决方案本身被设计为在设备的所有操作条件期间在SoC上生成恒定负载。相比之下,主动加载机构可以引入响应于特定位置处温度的临时尖峰,来向上或向下调节热源上的散热器负载的能力。这使系统设计人员能够在瞬态热需求与长期产品可靠性之间实现故意的、经调整的平衡。可以通过为形状记忆材料选择的形状记忆效应(SME)或形状记忆“温度”进行调整。
SME发生在“AF”温度下,该温度经由材料成分中的小变化来控制。AF可以设置在大约-20℃至110℃的范围内,公差为±1℃。因此,热源本身是用于激活形状记忆材料的可行的热源。
一种类型的形状记忆材料是镍钛合金(“镍钛诺”)。在SME期间,镍钛诺从马氏体相转变为奥氏体相。该改变在AS温度下开始,并在AF或“转变”温度下完成。由于该相变,杨氏模量增加了大约2.5倍。在特定示例中,用于薄的移动客户端系统的热解决方案使用四个专用钢板弹簧作为加载机构。通过使用两个常见厚度的典型钢板弹簧尺寸可以实现热源加载,并且当弹簧受热并从马氏体转变为奥氏体时,所得到的负载增加。增加(从大约5lbf到大约12lbf以及从大约3lbf到大约7lbf)可以被配置成落在平衡PL2热挑战的竞争需求与薄板BGA焊点可靠性所需的负载范围。
已知传统的润滑脂TIM在极端温度循环的条件期间“排出”管芯与热解决方案之间的界面,从而导致热阻的灾难性增加。该现象很难通过分析来预测,并且被认为是由于设计中各种材料(例如,铜冷板、聚合物TIM、硅管芯、层压基板、焊料BGA等)的热膨胀系数(CTE)之间不匹配而产生的。因此,润滑脂TIM可能不适合与主动加载机构一起使用。然而,存在不显示这种故障模式的其他类型的商用高性能TIM,诸如固化聚合物TIM和金属箔TIM。
在制造过程期间使用主动加载机构的示例中,可以将主动加载机构直接附接到SoC封装,并且消除对主系统板中的通孔的需要,从而允许使用较窄的系统板并且因此允许较大的电池容量。主动加载机构可以作为SoC封装的一部分被实现,并具有独立于客户热解决方案设计来控制负载的能力。电阻加热通过接通激活形状记忆材料加载机构的施加电路来允许自动化组装热解决方案。这也允许可以通过软件设置来控制或更新的热解决方案负载。通过消除螺钉拧紧的顺序性质,可以消除作为热附接件一部分的螺钉,并且主动加载机构可以自然地生成更均匀的负载,这可以限制系统组装期间的热解决方案倾斜以及相关联的管芯破裂风险。
转到图1的基础结构,网络116表示用于接收和传输信息分组(packet)的经互连的通信路径的一系列点或节点。网络116在节点之间提供可通信接口、并且可配置为任何局域网(LAN)、虚拟局域网(VLAN)、广域网(WAN)、无线局域网(WLAN)、城域网(MAN)、内联网、外联网,虚拟私有网络(VPN)、以及促进网络环境中的通信的任何其他合适的架构或系统、或上述各项的任何合适的组合(包括有线和/或无线的通信)。
在网络116中,可以根据任何合适的通信消息传送协议来发送和接收网络通信量,此网络通信量包括分组、帧、信号、数据等。合适的通信消息传送协议可包括多层式方案(诸如,开放系统互连(OSI)模型),或多层式方案的任何衍生或变体(例如,传输控制协议/网际协议(TCP/IP)、用户数据报协议/IP(UDP/IP))。可以根据各种网络协议(例如,以太网、Infiniband、OmniPath等)制作通过网络的消息。另外,还可提供通过蜂窝网络的无线电信号通信。可提供合适的接口和基础结构以实现与蜂窝网络的通信。
本文使用的术语“分组”指的是可在分组交换型网络上的源节点与目的节点之间路由的数据单元。分组包括源网络地址和目的地网络地址。这些网络地址可以是TCP/IP消息传送协议中的网际协议(IP)地址。如本文中所使用的术语“数据”是指可以从电子设备和/或网络中的一个点传递到另一点的任何类型的二进制文件、数值、语音、视频、文本、或脚本数据、或任何类型的源或目标代码,或任何适当格式的任何其他合适的信息。
在示例实现方式中,电子设备102a-102d旨在涵盖计算机、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机或电子笔记本、蜂窝电话、iPhone、IP电话、网络元件、网络设备、服务器、路由器、交换机、网关、网桥、负载均衡器、处理器、模块或任何其他包括热源的设备、组件、元件或对象。电子设备102a-120d中的每个可包括助益其操作的任何合适的硬件、软件、组件、模块或对象,以及用于在网络环境中接收、传输和/或以其他方式传送数据或信息的合适接口。这可包括允许数据或信息的有效交换的适当的算法和通信协议。电子设备102a-120d中的每个可包括虚拟元件。
关于内部结构,电子设备102a-120d中的每个可包括用于存储要在本文概述的操作中使用的信息的存储器元件。电子设备102a-120d中的每个可以将信息保存在任何合适的存储器元件(例如,随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、专用集成电路(ASIC)等)、软件、硬件、固件、或者在适当的情况下并基于特定需要的任何其他合适的组件、设备、元件或对象。本文中所讨论的存储器项中的任何一个都应当解释为被涵盖在广义的术语‘存储器元件’内。此外,可在任何数据库、寄存器、队列、表、高速缓存、控制列表、或其他存储结构(所有的这些都可在任何合适的时间框架处引用)中提供正被使用、跟踪、发送或接收的信息。任何此类存储器选项还可以被包括在如本文中所使用的广义的术语‘存储器元件’内。
在某些示例实现方式中,功能可由被编码在一个或多个有形介质中的逻辑来实现(例如,在ASIC中提供的嵌入式逻辑、数字信号处理器(DSP)指令、将由处理器或其他类似机器执行的软件(可能包括目标代码和源代码)等),该有形介质可包括非暂态计算机可读介质。在这些实例中的一些实例中,存储器元件可存储用于本文描述的操作的数据。这包括能够存储被执行以执行本文描述的活动的软件、逻辑、代码或处理器指令的存储器元件。
另外,热源104a-104g中的每一个可以是或可包括一个或多个可以执行软件或算法的处理器。在一个示例中,处理器可以将元件或制品(例如,数据)从一种状态或事物转换为另一种状态或事物。在另一示例中,活动可以用固定逻辑或可编程逻辑(例如,处理器执行的软件/计算机指令)来实现,并且本文标识出的元素可以是某种类型的可编程处理器、可编程数字逻辑(例如,现场可编程门阵列(FPGA)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、或包括数字逻辑、软件、代码、电子指令的ASIC、或其任何合适的组合)。本文中所描述的潜在的处理元件、模块和机器中的任何一个都应该解释为被涵盖在广义的术语‘处理器’内。
转到图2A,图2A是激活加载机构106a的简化框图。如图2A所示,主动加载机构106a可包括延伸部122、主体124和散热器126。延伸部122和主体124可由形状记忆材料组成。在示例中,延伸部122由形状记忆材料组成,而主体124由不同的材料组成。主动加载机构106a可具有记忆形状,其中来自主体124的延伸部122被向上偏置(图2A中示出的形状)。在主动加载机构106a变形(例如,如图2C和3A所示)然后被加热时,主动加载机构106a将尝试返回到图2A所示的形状。
转到图2B和2C,图2B和2C是固定到热源104的激活加载机构106a的简化框图。可以将TIM 128施加在散热器126下方。在一些示例中,TIM 128可以具有大约三十(30)μm的厚度。热源104可以在基板130上方。可以使用一个或多个焊球134将基板130耦合到PCB 132,或使用一些其他手段将基板130耦合到PCB 132。PCB 132可包括固定柱136。固定柱136可以与固定机构138耦合以帮助将主动加载机构106(和散热器126)固定在热源104上方。
转到图3A,图3A是耦合到散热器126的主动加载机构106a的简化框图。在示例中,散热器126可以位于热源104上方,在散热器126与热源104之间具有TIM 128。热源104可以在基板130上。可以使用焊球134将基板130耦合到PCB 132。在设备组装期间,主动加载机构106a可被配置(例如,变形)成用于在散热器126和热源104上生成相对低的负载。相对低的负载有助于减少热源104、TIM 128、基板130、PCB 132和/或焊球134上的应力,并且可以有助于减少焊点失效。
转到图3B,图3B是耦合到散热器126的主动加载机构106a的简化框图。在示例中,主动加载机构106a允许在峰值性能时间期间或当热源104的温度满足阈值时,在热源104上启用负载。
更具体地,在峰值性能时间期间或当热源104的温度满足阈值时,触发激活加载机构106a的形状改变。形状改变是由激活加载机构106a中的形状记忆材料引起的,该材料在特定温度(形状记忆材料的可选属性)下改变形状。激活形状记忆材料的特定温度可以是来自热源104的热量。当激活加载机构106a尝试回复到其编程的形状(如图2A所示)时,激活加载机构106a受到固定柱136处附接件的约束并且引起PCB 132的暂时弯曲,并临时增加热源104上的散热器负载以及TIM 128、基板130、PCB 132和/或焊球134上的应力。向下推到散热器126和热源104上的力以及向上拉动或弯曲PCB 132的力导致散热器126与热源104之间的压力增加,并且允许散热器126从热源104汲取更多的热能并帮助冷却热源104。
转到图4A,图4A是电子设备102e的简化框图。电子设备102e可包括处理器140、存储器142、热机144和一个或多个电子组件148。每个电子组件148可包括主动加载机构106g,该主动加载机构106g包括散热器126。在示例中,散热器126可以位于热源104上方,在散热器126与热源104之间具有TIM 128。热源104可以在基板130上。可以使用焊球134将基板130耦合到PCB 132。在设备组装期间,主动加载机构106g可被配置(例如,变形)成用于在散热器126和热源104上生成相对低的负载。相对低的负载有助于减少热源104、TIM 128、基板130、PCB 132和/或焊球134上的应力,并且可以有助于减少焊点失效。
转到图4B,图4B是电子设备102a的简化框图。电子设备102e可包括处理器140、存储器142、热机144和一个或多个电子组件148。每个电子组件148可包括主动加载机构106g。在示例中,热机144可以激活主动加载机构106g以允许在热源104上启用负载。
更具体地,在峰值性能时间期间或当热源104的温度满足阈值时,通过热机144触发激活加载机构106g的形状改变。形状改变是由激活加载机构106g中的形状记忆材料引起的,该材料在特定温度(形状记忆材料的可选属性)下改变形状。激活形状记忆材料的特定温度可以由流过激活加载机构106g的电流引起,该电流在激活加载机构106a中产生电阻加热。流过主动加载机构106g的电流可以是由热机144引起或触发的。当激活加载机构106g尝试回复到其编程的形状(如图2A所示)时,激活加载机构106a受到固定柱136处附接件的约束并且引起PCB 132的暂时弯曲,并临时增加热源104上的散热器负载以及TIM 128、基板130、PCB 132和/或焊球134上的应力。向下推到散热器126和热源104上的力以及向上拉动或弯曲PCB 132的力导致散热器126与热源104之间的压力增加,并且允许散热器126从热源104汲取更多的热能并帮助冷却热源104。
在另一示例中,在电子组件148的冲击和/或振动期间,激活加载机构106g的形状改变可以由热机144触发。当激活加载机构106g由热机144触发时,向下推到散热器126和热源104上的力以及向上拉动或弯曲PCB 132的力可以帮助将热源104、散热器126、基板130和PCB 132固定在X、Y和Z方向上以创建刚体(不同于一些仅利用弹簧力保持在适当位置的当前解决方案)。创建刚体减小了热源104、散热器126、基板130与PCB 132之间的振荡,并且减小了散热器126相对于热源104和PCB 132的位移,从而允许TIM 128和焊球134承受冲击和振动。外壳(例如,金属薄板外壳)可以密封热源104、散热器126、基板130和PCB 132并创建嵌入式系统。
转到图5A,图5A是耦合到PCB 132的至少一部分的主动加载机构106i的简化框图。在示例中,主动加载机构106i可包括散热器固定机构150。主动加载机构106i可被配置为耦合到PCB 132的两用加强件和加载机构。可以在表面安装技术(SMT)组装过程之后将主动加载机构106i耦合到PCB 132。
转到图5B,图5B是耦合到PCB 132的至少一部分的主动加载机构106i的简化框图。在SMT组装过程之后,由于SMT组装过程期间通常使用的高温,散热器固定机构150最初可以是平坦的。可以通过施加外部热量或通过施加电流(电阻加热)来打开或向上弯曲散热器固定机构150(如图5A和5C所示)。
转到图5C,图5C是耦合到PCB 132的至少一部分的主动加载机构106i的简化框图。在通过施加外部热量或通过施加电流(电阻加热)打开或向上弯曲散热器固定机构150之后,可以将散热器126定位在主动加载机构106i上方。散热器126可包括一个或多个弯曲的或钩状的端部146。在示例中,可以将热管172耦合到散热器126或定位在散热器126上方。热管172可为主动式热管或被动式热管。
转到图5D,图5D是耦合到PCB 132的至少一部分的主动加载机构106i的简化框图。如图5D所示,可以将散热器126a定位在主动加载机构106i上方,使得散热器固定机构150在弯曲的或钩状的端部146的内部。在示例中,在将散热器126a定位在主动加载机构106i上方之前,TIM层(例如,TIM 128)可以在散热器126a下方。
转到图5E,图5E是耦合到PCB 132的至少一部分的主动加载机构106i的简化框图。在将散热器126a定位在主动加载机构106i上方,使得散热器固定机构150在弯曲的或钩状的端部146内部之后,散热器固定机构150被激活。可以通过施加外部热量或通过施加电流(电阻加热)来激活散热器固定机构150。散热器固定机构150的激活使散热器固定机构150回复到图5B所示的其初始形状,并利用压力将散热器126a向下拉动到热源104上。当外部热量或电流被去除时,散热器固定机构150可以保持其平坦形状和相对应的压力。通过向上弯曲散热器固定机构150可以拆卸或移除散热器126a,并且可以执行多次组装/拆卸操作。
转到图6A,图6A是耦合到散热器126b的主动加载机构106j的简化框图。在示例中,散热器126b可包括附接装置154,该附接装置154可以由各种几何形状(例如,轮缘(rim)、凸缘(ledge)、唇缘、臂、夹子、齿等)组成。主动加载机构106j可被配置成围绕附接装置154延伸。
转到图6B,图6B是耦合到散热器126b的主动加载机构106j的简化框图。在示例中,可以将主动加载机构106j和散热器126b定位在热源104上方。热源104可以在基板130上方。基板130可以在PCB 132上方并且通过焊球134耦合到PCB 132。PCB 132可包括PCB附接装置152。附接装置154可被配置成降至PCB附接装置152上方,PCB附接装置152类似地可以由各种几何形状(例如,环、夹子、支柱、凸缘、唇缘、臂、齿等)组成。
转到图6C,图6C是耦合到散热器126b的主动加载机构106j的简化框图。在示例中,当主动加载机构106j被激活时,由于附接装置154和PCB附接装置152的斜面或凸轮面之间的相互作用,激活加载机构106j将附接装置154拉到PCB附接装置152中并且引起将散热器126b推到TIM 128和热源104上的力。
转到图7A,图7A是主动加载机构106k的简化框图。在示例中,主动加载机构106k可包括固定臂156。当未被激活时,固定臂156可具有“S”形轮廓。
转到图7B,图7B是主动加载机构106k的简化框图。在示例中,当被激活时,固定臂156可具有镜像的“C”形轮廓。固定臂156可以由形状记忆材料构成并且可以通过施加外部热量或通过施加电流(电阻加热)来激活。
转到图7C,图7C是在散热器126b上方的主动加载机构106k的简化框图。在示例中,可以将散热器126以未激活轮廓定位在TIM 128和热源104上方,其中固定臂156具有“S”形轮廓(如图7A所示)。热源104可以在基板130上方。基板130可以在PCB 132上方并且通过焊球134耦合到PCB 132。PCB 132可包括PCB固定臂158。PCB固定臂158可具有一轮廓,使得当固定臂156被激活并且从图7A所示的“S”形轮廓转变到图7B所示的镜像“C”形轮廓时,向下的力被施加到散热器126。在示例中,主动加载机构106k可以是或至少部分地包括能够帮助屏蔽或减少(EMI)的电磁干扰(EMI)屏蔽件。
转到图8A,图8A是记忆弹簧160的简化框图。记忆弹簧160可具有初始的编程的形状高度162。记忆弹簧160可以由形状记忆材料构成并且可以通过施加外部热量或通过施加电流(电阻加热)来激活。
转到图8B,图8B是记忆弹簧160的简化框图。当足够的压缩负载被施加到记忆弹簧160时,由于弹性变形和塑性变形的结合,其长度减小到减小的高度164。当记忆弹簧160中的形状记忆材料被激活时,记忆弹簧160回复到图8A所示的其初始的编程的形状高度162。
转到图8C,图8C是在带肩螺钉和负载框架热附接过程中使用的记忆弹簧160的简化框图。在示例中,可将加载框架166定位在散热器126、TIM 128、热源104、基板130和PCB132上方。可使用带肩螺钉168将加载框架166固定至PCB 132。带肩螺钉168可包括带肩螺钉头176。记忆弹簧160可以被压缩(如图8B所示)并被定位成使得记忆弹簧160的一端向下压在负载框架166上,而记忆弹簧160的另一端向上压在带肩螺钉头176上。在示例中,焊球层可以在基板130与PCB 132之间。
转到图8D,图8D是在带肩螺钉和负载框架热附接过程中使用的记忆弹簧160的简化框图。在示例中,可以通过施加外部热量或通过施加电流来激活记忆弹簧160中的形状记忆材料,并且在激活时,记忆弹簧160尝试回复到其初始的编程的形状高度162(如图8A所示)。由于记忆弹簧160被压缩在负载框架166与带肩螺钉头176之间,因此记忆弹簧160尝试回复到其初始的编程的形状高度162的力产生或增加从散热器126施加到TIM 128和热源104上的力。
转到图9A,图9A是主动加载机构106l的简化透视框图。在示例中,散热器126可以在一个或多个热源104上方。每个热源104可以在PCB 132上方。PCB 132可包括多个形状记忆材料连接点170。主动加载机构106l可以在散热器126上方并且以线包裹或网格类型配置穿过多个形状记忆材料连接点170的至少一部分。当主动加载机构106l被激活时,线包裹或网格类型配置可以收紧并在散热器126和一个或多个热源104中的每一个上产生加载。
转到图9B,图9B是主动加载机构106l的简化剖面框图。在示例中,主动加载机构106l的包裹密度或配置可以改变,以在散热器126和每个热源上提供不同量的加载。更具体地,如图9B所示,热源104a和热源104c处于相对低的包裹密度下,而热源104b处于相对高的包裹密度下。当主动加载机构106l被激活时,热源104b上的负载相对高于热源104a和104c上的负载。在一些示例中,包裹密度可以局部地(在一个或多个特定热源上方)增加,和/或与被设计成在特定位置弯曲的带槽的冷板组合,以将负载引导至特定的热源。这可以解决由增加的管芯功率和/或管芯功率密度引起的热挑战,以及由管芯的分解和/或管芯划分引起的热和机械公差挑战。
转到图10,图10是根据实施例的示出流程1000的可能操作的示例流程图,这些操作与基于设备的热响应来启用工作负荷的布置相关联。在1002,热源位于PCB上。在1004,将TIM添加到热源的顶表面。在1006,将主动加载机构定位在热源上的TIM层上方。在1008,主动加载机构被固定到PCB。例如,主动加载机构可如图2、图6、图7、图8所示被固定到PCB,或者通过一些其他方式被固定到PCB。在示例中,主动加载机构包括散热器。在另一示例中,外壳可以将系统密封并形成嵌入式系统。
转到图11,图11是根据实施例的示出流程1100的可能操作的示例流程图,这些操作可以与基于设备的热响应来启用工作负荷的布置相关联。在1102,将包括形状记忆材料的主动加载机构定位在PCB上的热源上方。在示例中,主动加载机构包括形状记忆材料。在1104,将主动加载机构固定到PCB,其中主动加载机构在热源上施加第一压力或负载。在示例中,热源上的压力或负载在主动加载机构与热源之间的TIM,热源下方的基板以及将基板耦合到PCB的焊球,和/或PCB上产生第一应力量。在1106,系统确定热源的温度是否满足阈值。阈值可以取决于系统,并且可以是其中热源可能经历加速的降级的温度(例如,对于CPU为一百摄氏度(100℃))。在示例中,形状记忆材料的温度被动地确定热源的温度是否满足阈值(例如,直到形状记忆材料达到阈值温度,形状记忆材料才激活并且形状改变在AS温度开始并在AF或“转变”温度下完成)。在另一示例中,热机(例如,热机144)确定热源的温度是否满足阈值。
如果系统确定热源的温度不满足阈值,则系统返回到1106,并再次确定热源的温度是否满足阈值。如果系统确定热源的温度满足阈值,则如1108中那样激活主动加载机构中的形状记忆材料。在1110,主动加载机构在热源上施加第二压力。在1112,系统确定热源的温度是否满足阈值。如果系统确定热源的温度满足阈值,则系统返回到1112,并再次确定热源的温度是否满足阈值。如果系统确定热源的温度不满足阈值,则如1114中那样去激活主动加载机构中的形状记忆材料。当形状记忆材料被去激活时,形状记忆材料返回其原始形状。在1116,主动加载机构在热源上施加第一压力,且系统返回到1106,并再次确定热源的温度是否满足阈值。
虽然已参照特定的布置和配置详细地描述了本公开,但是可以显著更改这些示例配置和布置而不背离本公开的范围。而且,可基于特定需求和实现来组合、分开、除去或添加某些组件。此外,虽然已参照特定元件和操作例示了电子设备102a-102d,但是,这些元件和操作可以由实现电子设备102a-102d的预期功能的任何合适的架构、协议和/或过程替换。
众多其他改变、替换、变体、更改和修改对本领域技术人员可以是确定的,并且本公开旨在将所有此类改变、替换、变体、更改和修改涵盖为落在所附权利要求书的范围内。为了辅助美国专利商标局(USPTO)以及另外辅助在本申请中发布的任何专利的任何读者解读所附的权利要求,申请人希望指出,本申请人:(a)申请人不希望所附权利要求中的任一项因为美国法典第35篇第112条(35U.S.C.section 112)第(6)段在其申请日存在而援引该段,除非在具体权利要求中特别使用了单词“用于……的装置”或“用于……的步骤”;以及(b)申请人不希望本申请文件中的任何声明以未在所附权利要求中另外反映的任何方式限制本公开。
其他注释和示例
在示例A1中,电子设备可包括印刷电路板、位于该印刷电路板上的热源以及固定到该印刷电路板的主动加载机构,其中主动加载机构在热源上方并且包括形状记忆材料,其中主动加载机构在形状记忆材料未被激活时将第一负载施加在热源上,而在形状记忆材料被激活时将第二负载施加在热源上。
在示例A2中,示例A1的主题可任选地包括:其中主动加载机构包括散热器。
在示例A3中,示例A1-A2中任一项的主题可任选地包括在热源与散热器之间的热界面材料,其中该热界面材料的厚度为大约三十(30)微米。
在示例A4中,示例A1-A3中任一项的主题可任选地包括:其中在热源的温度满足阈值时主动加载机构被激活。
在示例A5中,示例A1-A4中任一项的主题可任选地包括:其中主动加载机构通过来自热源的热量激活。
在示例A6中,示例A1-A5中任一项的主题可任选地包括:其中主动加载机构通过来自电流的电阻加热激活。
在示例A7中,示例A1-A6中任一项的主题可任选地包括:其中形状记忆材料是镍钛合金。
示例M1是一种方法,包括:确定热源的温度是否满足阈值,其中热源位于印刷电路板上,以及在热源的温度满足阈值时激活主动加载机构,其中主动加载机构在热源上方并被固定到印刷电路板,其中主动加载机构包括形状记忆材料,并且当形状记忆材料未被激活时将第一负载施加在热源上而当形状记忆材料被激活时将第二负载施加在热源上。
在示例M2中,示例M1的主题可任选地包括:其中主动加载机构包括散热器。
在示例M3中,示例M1-M2中任一项的主题可任选地包括:其中热界面材料在热源与散热器之间。
在示例M4中,示例M1-M3中任一项的主题可任选地包括:其中热界面材料的厚度为大约三十(30)微米。
在示例M5中,示例M1-M4中任一项的主题可任选地包括:其中主动加载机构通过来自热源的热量激活。
在示例M6中,示例M1-M5中任一项的主题可任选地包括:其中主动加载机构通过来自电流的电阻加热激活。
在示例M7中,示例M1-M6中任一项的主题可任选地包括:其中形状记忆材料是镍钛合金。
在示例M8中,示例M1-M7中任一项的主题可任选地包括:当热源的温度不满足阈值时,去激活主动加载机构。
示例AA1是一种主动加载机构。主动加载机构可包括形状记忆材料、在热源上方的散热器、和固定机构,其中固定机构将主动加载机构固定到印刷电路板,其中主动加载机构在形状记忆材料未被激活时将第一负载施加在热源上,而在形状记忆材料被激活时将第二负载施加在热源上。
在示例AA2中,示例AA1的主题可任选地包括:其中热界面材料在热源与散热器之间,并且该热界面材料的厚度为大约三十(30)微米。
在示例AA3中,示例AA1-AA2中任一项的主题可任选地包括:其中在热源的温度满足阈值时主动加载机构被激活。
在示例AA4中,示例AA1-AA3中任一项的主题可任选地包括:其中主动加载机构通过来自热源的热量激活。
在示例AA5中,示例AA1-AA4中任一项的主题可任选地包括:其中主动加载机构通过来自电流的电阻加热激活。
在示例AA6中,示例AA1-AA6中任一项的主题可任选地包括:其中形状记忆材料是镍钛合金。
Claims (20)
1.一种电子设备,包括:
印刷电路板;
位于所述印刷电路板上的热源;以及
固定到所述印刷电路板的主动加载机构,其中所述主动加载机构在所述热源上方并且包括形状记忆材料,其中所述主动加载机构在所述形状记忆材料未被激活时将第一负载施加在所述热源上,而在所述形状记忆材料被激活时将第二负载施加在所述热源上。
2.如权利要求1所述的电子设备,其中所述主动加载机构包括散热器。
3.如权利要求1和2中任一项所述的电子设备,进一步包括:
在所述热源与所述散热器之间的热界面材料,其中所述热界面材料的厚度为大约三十(30)微米。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电子设备,其中在所述热源的温度满足阈值时所述主动加载机构被激活。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电子设备,其中所述主动加载机构通过来自所述热源的热量激活。
6.如权利要求1-5中任一项所述的电子设备,其中所述主动加载机构通过来自电流的电阻加热激活。
7.如权利要求1-6中任一项所述的电子设备,其中所述形状记忆材料是镍钛合金。
8.一种方法,包括:
确定热源的温度是否满足阈值,其中所述热源位于印刷电路板上;以及
在所述热源的温度满足阈值时激活主动加载机构,其中所述主动加载机构在所述热源上方并被固定到所述印刷电路板,其中所述主动加载机构包括形状记忆材料,并且当所述形状记忆材料未被激活时将第一负载施加在所述热源上而当所述形状记忆材料被激活时将第二负载施加在所述热源上。
9.如权利要求8所述的方法,其中所述主动加载机构包括散热器。
10.如权利要求8和9中任一项所述的方法,其中热界面材料在所述热源与所述散热器之间,并且所述热界面材料的厚度为大约三十(30)微米。
11.如权利要求8-10中任一项所述的方法,进一步包括:
当所述热源的温度不满足阈值时,去激活所述主动加载机构。
12.如权利要求8-11中任一项所述的方法,其中所述主动加载机构通过来自所述热源的热量激活。
13.如权利要求8-12中任一项所述的方法,其中所述主动加载机构通过来自电流的电阻加热激活。
14.如权利要求8-13中任一项所述的方法,其中所述形状记忆材料是镍钛合金。
15.一种主动加载机构,包括:
形状记忆材料;
在热源上方的散热器;以及
固定机构,其中所述固定机构将所述主动加载机构固定到印刷电路板,其中所述主动加载机构在所述形状记忆材料未被激活时将第一负载施加在所述热源上,而在所述形状记忆材料被激活时将第二负载施加在所述热源上。
16.如权利要求15所述的主动加载机构,其中热界面材料在所述热源与所述散热器之间,并且所述热界面材料的厚度为大约三十(30)微米。
17.如权利要求15和16中任一项所述的主动加载机构,其中在所述热源的温度满足阈值时所述主动加载机构被激活。
18.如权利要求15-17中任一项所述的主动加载机构,其中所述主动加载机构通过来自所述热源的热量激活。
19.如权利要求15-18中任一项所述的主动加载机构,其中所述主动加载机构通过来自电流的电阻加热激活。
20.如权利要求15-19中任一项所述的主动加载机构,其中所述形状记忆材料是镍钛合金。
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