CN113543475B - 一种封装结构、电子设备及散热方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种封装结构、电子设备及散热方法，封装结构包括主动散热系统、基板、设置在所述基板上的芯片及散热盖，所述主动散热系统包括：散热结构，与所述芯片或所述散热盖热传递连接；电流检测模块，与所述散热结构电性连接且形成第一闭合回路，所述电流检测模块用于检测所述第一闭合回路的电流；电源，与所述散热结构电性连接且形成第二闭合回路；控制器，与所述电流检测模块和所述电源电性连接，所述控制器被设置为根据所述电流检测模块反馈的电流信号控制所述电源的开闭，以调节所述芯片温度。本申请通过将主动散热结构与芯片或散热盖热传递连接，实现芯片温度的降低，结构简单，节约设备能耗，有利于电子设备的小型化设计。

Description

一种封装结构、电子设备及散热方法
技术领域
本发明一般涉及芯片技术领域，具体涉及一种封装结构、电子设备及散热方法。
背景技术
电子设备，如笔记本，手机，可穿戴式电子设备等中内置的处理器芯片主要依靠铜管进行被动式散热，这种散热方式具有占用面积大，散热效果不佳等问题，易造成处理器芯片过热发生降频，影响电子设备的使用性能。
在相关技术中，采用风冷或水冷散热器可以有效地为芯片散热，但是风冷或水冷散热器需要占用较大的纵向高度，导致电子设备无法用于小型化。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，具体涉及一种封装结构、电子设备及散热方法。
本发明提供一种封装结构，包括主动散热系统、基板、设置在所述基板上的芯片及散热盖，其特征在于，所述主动散热系统包括：
散热结构，与所述芯片或所述散热盖热传递连接；
电流检测模块，与所述散热结构电性连接且形成第一闭合回路，所述电流检测模块用于检测所述第一闭合回路的电流；
电源，与所述散热结构电性连接且形成第二闭合回路；
控制器，与所述电流检测模块和所述电源电性连接，所述控制器被设置为根据所述电流检测模块反馈的电流信号控制所述电源的开闭，以调节所述芯片温度。
作为可实现的最优方式，所述电流检测模块被配置为当所述第一闭合回路中的电流高于设定的第一阈值时，所述电流检测模块反馈第一电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源开启。
作为可实现的最优方式，所述电流检测模块被配置为当所述第一闭合回路中的电流低于设定的第二阈值时，所述电流检测模块反馈第二电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源关闭。
作为可实现的最优方式，所述散热结构包括依次层叠设置的第一电极层、热释电层及第二电极层。
作为可实现的最优方式，所述第一电极层和所述第二电极层的材料为导电聚合物，所述热释电层的材料为氧化锌或偏聚二氟乙烯。
作为可实现的最优方式，所述芯片与所述散热结构通过散热材料实现热传递连接，所述散热材料为导热硅脂、铟、锡中的一者。
作为可实现的最优方式，所述第一闭合回路的电流方向与所述第二闭合回路的电流方向相反。
本发明还提供一种采用上所述封装结构的散热方法，其包括以下步骤：
将芯片与散热结构热传递连接；
将电流检测模块与所述散热结构电性连接，以形成第一闭合回路，所述电流检测模块检测所述第一闭合回路的电流；
将电源与所述散热结构电性连接，以形成第二闭合回路；
将控制器与所述电流检测模块、所述电源电性连接；
所述控制器被设置为根据所述电流检测模块反馈的电流信号控制所述电源的开闭，以调节所述芯片温度。
作为可实现的最优方式，当所述第一闭合回路中的电流高于设定的第一阈值时，所述电流检测模块反馈第一电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源开启。
当所述第一闭合回路中的电流低于设定的第二阈值时，所述电流检测模块反馈第二电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源关闭。
本发明还提供一种电子设备，其包括上述的封装结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本申请中的封装结构通过将主动散热结构与芯片或散热盖热传递连接，提高芯片或散热盖与主动散热结构之间的热量传递效率，实现芯片温度的降低。结构简单，节约设备能耗，有利于电子设备的小型化设计。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本申请的实施方式中的一种主动散热系统的结构示意图；
图2是根据本申请的实施方式中的一种散热结构示意图；
图3是根据本申请的实施方式中的一种采用封装结构的散热方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参图1所示为本发明主动散热系统的结构示意图。
本申请中的封装结构(图中未示出)，包括主动散热系统、基板(图中未示出)、设置在基板上的芯片20及散热盖(图中未示出)，其中，主动散热系统用于为芯片20或散热盖散热。
主动散热系统包括：散热结构10、电流检测模块30、电源40及控制器(图中未示出)。散热结构10与芯片20或散热盖热传递连接；电流检测模块30与散热结构10电性连接形成第一闭合回路，电流检测模块30用于检测第一闭合回路的电流；电源40与散热结构10电性连接形成第二闭合回路；控制器与电流检测模块30、电源40电性连接，控制器被设置为根据电流检测模块30反馈的电流信号控制电源40的开闭，以调节所述芯片20的温度控制器。
结合图2所示，散热结构10包括依次层叠设置的第一电极层11、热释电层13及第二电极层12，第一电极层11和第二电极层12的极性相反。
优选地，热释电层13采用的是自极化强度高的材料，例如，热释电层13为氧化锌、偏聚二氟乙烯中的一者，热释电层13的厚度为0.1mm～1mm。
第一电极层11和第二电极层12的材质可以相同，也可以不同，第一电极层11和第二电极层12为导电聚合物，具体可以是：聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，聚苯撑、聚苯撑乙烯、聚双炔中的一者。
上述散热结构10整体厚度小，占用空间小，有利于电子设备的小型化设计，此外，因具有自极化强度高的材料，散热结构10的散热效果好。
在本实施方式中，以散热结构10与芯片20热传递连接为例进行说明，散热结构10与芯片20热传递连接，散热结构10与芯片20之间是通过散热材料(图中未示出)实现热传递连接的，该散热材料为导热硅脂、铟、锡中的一者。
优选地，散热材料是通过气相沉积、喷涂或印刷方式设置于散热结构10与芯片20之间，以实现二者的热传递连接，散热材料有助于二者之间的热量传递，提高散热效率。
在芯片20工作时，由于结温上升导致其表面温度逐渐升高，芯片20通过散热材料(图中未示出)将其自身热量传递至散热结构10。散热结构10中的热释电层能够产生热释电效应，热释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变使材料的两端出现电压或产生电流。散热结构10将接收到的热能转化为电能，芯片20的热量持续传递至散热结构10，从而使芯片20温度有效降低，保证芯片20始终处于正常工作温度范围内。
详细地，电流检测模块30与散热结构10电性连接形成第一闭合回路，第一闭合回路对应第一电流。电流检测模块30可以为电流表，电流表时时检测第一电流大小。第一电流越大说明芯片20温度越高。
电源40与散热结构10电性连接形成第二闭合回路，第二闭合回路对应第二电流，第二电流方向与第一电流方向相反，从而抑制热释电效应的极化强度，进而对热释电材料温降。
控制器与电流检测模块30、电源40电性连接，控制器与电流检测模块30、电源40电性连接进行信息传递，控制器被设置为根据电流检测模块30反馈的电流信号控制电源40的开闭控制器控制器。
优选地，控制器可以是包括微控制器(Micro Controller Unit，MCU)的集成电路。本领域技术人员所熟知的是，微控制器可以包括中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)、只读存储模块(Read-Only Memory，ROM)、随机存储模块(Random AccessMemory，RAM)、定时模块、数字模拟转换模块(A/D Converter)、以及若干输入/输出端口。当然，控制装置也可以采用其它形式的集成电路，如特定用途集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)或现场可编程门阵列(Field-programmable GateArray，FPGA)等。
在该主动散热系统工作时，芯片20产生热量，散热结构10吸收芯片20的热量，散热结构10将热能转化为电能，电流检测模块30时时获取第一电流；电流检测模块30时时发送电流信号至控制器。
当第一闭合回路中的第一电流高于设定的第一阈值时，电流检测模块30反馈第一电流信号至控制器，控制器控制电源40开启，第二闭合回路产生第二电流，第二电流方向与第一电流方向相反，热释电效应的极化强度受到抑制，热释电材料温度降低，散热结构10温度降低，同时第一电流逐渐减小。此时的散热结构10吸收更多热量至芯片20，进而提高芯片20与散热结构10之间的热量传递效率，实现芯片20温度的降低。
在芯片20的温度降低后，当第一闭合回路中的第一电流低于设定的第二阈值时，电流检测模块30反馈第二电流信号至控制器，控制器控制电源40关闭，主动散热系统完成散热作用，待下一个循环开启。
图3示出了一种本发明中采用上述封装结构的散热方法，其包括以下步骤：
S10，将芯片20与散热结构10热传递连接；
S20，将电流检测模块30与散热结构10电性连接，以形成第一闭合回路，电流检测模块30检测第一闭合回路的第一电流；
S30，将电源40与散热结构10电性连接，以形成第二闭合回路，第二闭合回路形成第二电流，其中，第二电流方向与第一电流方向相反；
S40，将控制器与电流检测模块30、电源40电性连接，
S50，控制器被设置为根据电流检测模块30反馈的电流信号控制电源40的开闭，以调节所述芯片温度。
详细地，当第一闭合回路中的第一电流高于设定的第一阈值时，电流检测模块30反馈第一电流信号至控制器，控制器控制电源40开启，第二闭合回路产生第二电流，第二电流方向与第一电流方向相反，热释电效应的极化强度受到抑制，热释电材料温度降低，散热结构10温度降低，同时第一电流逐渐减小。此时的散热结构10吸收更多热量至芯片20，进而提高芯片20与散热结构10之间的热量传递效率，实现芯片20温度的降低。
在芯片20的温度降低后，当第一闭合回路中的第一电流低于设定的第二阈值时，电流检测模块30反馈第二电流信号至控制器，控制器控制电源40关闭，主动散热系统完成散热作用，待下一个循环开启。
散热结构10与散热盖(图中未示出)热传递连接与散热结构10与芯片20热传递连接原理及功效相似，在此不做赘述。
此外，本申请还提供一种电子设备，电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、电子穿戴设备等，通过在该电子设备内设置上述的封装结构，该封装结构中的主动散热系统有助于实现电子设备的芯片20散热，且有利于电子设备的小型化设计。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种封装结构，包括主动散热系统、基板、设置在所述基板上的芯片及散热盖，其特征在于，所述主动散热系统包括：
散热结构，与所述芯片或所述散热盖热传递连接；
电流检测模块，与所述散热结构电性连接且形成第一闭合回路，所述电流检测模块用于检测所述第一闭合回路的电流；
电源，与所述散热结构电性连接且形成第二闭合回路；
控制器，与所述电流检测模块和所述电源电性连接，所述控制器被设置为根据所述电流检测模块反馈的电流信号控制所述电源的开闭，以调节所述芯片温度；
所述第一闭合回路的电流方向与所述第二闭合回路的电流方向相反。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述电流检测模块被配置为当所述第一闭合回路中的电流高于设定的第一阈值时，所述电流检测模块反馈第一电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源开启。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述电流检测模块被配置为当所述第一闭合回路中的电流低于设定的第二阈值时，所述电流检测模块反馈第二电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源关闭。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述散热结构包括依次层叠设置的第一电极层、热释电层及第二电极层。
5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层的材料为导电聚合物，所述热释电层的材料为氧化锌或偏聚二氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述芯片与所述散热结构通过散热材料实现热传递连接，所述散热材料为导热硅脂、铟、锡中的一者。
7.一种散热方法，其特征在于，包括：
将芯片与散热结构热传递连接；
将电流检测模块与所述散热结构电性连接，以形成第一闭合回路，所述电流检测模块检测所述第一闭合回路的电流；
将电源与所述散热结构电性连接，以形成第二闭合回路；
将控制器与所述电流检测模块、所述电源电性连接；
所述控制器被设置为根据所述电流检测模块反馈的电流信号控制所述电源的开闭，以调节所述芯片温度；
所述第一闭合回路的电流方向与所述第二闭合回路的电流方向相反。
8.根据权利要求7所述的散热方法，其特征在于，
当所述第一闭合回路中的电流高于设定的第一阈值时，所述电流检测模块反馈第一电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源开启；
当所述第一闭合回路中的电流低于设定的第二阈值时，所述电流检测模块反馈第二电流信号至所述控制器，所述控制器控制所述电源关闭。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的封装结构。
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