CN115240724A - 固态硬盘及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种固态硬盘，包括PCB板、主控芯片、存储芯片和温度传感器，所述主控芯片和存储芯片分别设置在所述PCB板上，所述温度传感器设置在所述存储芯片的表面，用于检测所述存储芯片的工作温度，所述存储芯片和温度传感器分别与所述主控芯片电连接，所述主控芯片用于根据所述温度传感器的检测数据调节所述存储芯片的工作频率。本发明所提出的技术方案中，由于温度传感器设置在存储芯片的表面并与其直接接触，因此，温度传感器所检测到的温度与存储芯片的实际温度一致，提高了固态硬盘的温度采集的准确性，避免因温度误差而造成的误判，从而保证了固态硬盘的读写稳定性以及使用寿命。此外，本发明还公开一种固态硬盘的温度控制方法。

Description

固态硬盘及其温度控制方法

技术领域

本发明涉及硬盘技术领域，特别涉及一种固态硬盘及其温度控制方法。

背景技术

固态硬盘又称固态驱动器，是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，包括外壳、主控芯片和存储芯片(FLASH芯片、DRAM芯片)，其具备读写快以及轻便的优势，广泛应用于大型服务器、工作站等计算机设备。固态硬盘应用在计算机设备时，计算机设备运行时所产生的热量以及固态硬盘自身所产生的热量，会使得固态硬盘的工作温度急剧上升，如此将降低固态硬盘的可靠性，导致固态硬盘的存储失效。

现有技术中，在外壳上设置有温度传感器，用于检测存储芯片的工作温度并将其发送给主控芯片，以由主控芯片根据该工作温度对存储芯片的工作频率进行相应的调节。例如，存储芯片的当前工作温度超出预设阈值，主控芯片将存储芯片的工作频率从400Mhz调节至300Mhz，以降低存储芯片的功耗，从而减少存储芯片的散热。

但是，现有固态硬盘的温度传感器所检测到的工作温度与存储芯片的实际工作温度存在一定的偏差，容易造成误判，导致固态硬盘存在读写不稳定以及损坏的风险。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种固态硬盘，旨在解决现有固态硬盘的温度检测不准确的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种固态硬盘，该固态硬盘包括PCB板、主控芯片、存储芯片和温度传感器，所述主控芯片和存储芯片分别设置在所述PCB板上，所述温度传感器设置在所述存储芯片的表面，用于检测所述存储芯片的工作温度，所述存储芯片和温度传感器分别与所述主控芯片电连接，所述主控芯片用于根据所述温度传感器的检测数据调节所述存储芯片的工作频率，以使得所述存储芯片于预设温度范围内工作。

在一些实施例中，所述固态硬盘还包括用于对所述存储芯片进行散热的散热装置，所述散热装置位于所述存储芯片背向所述PCB板的一面，且所述散热装置与所述存储芯片之间相互贴合。

在一些实施例中，所述散热装置面向所述存储芯片的一面开设有安装槽，所述温度传感器嵌设于所述安装槽内，且所述温度传感器至少部分显露于所述安装槽外，以使得所述温度传感器与所述存储芯片接触。

在一些实施例中，所述散热装置面向所述存储芯片的一面凸设有第一安装部和第二安装部，所述安装槽开设于所述第一安装部，所述第一安装部和与之相对设置的存储芯片的总高度与所述第二安装部和与之相对设置的主控芯片的总高度一致，以使得所述主控芯片和存储芯片分别与所述散热装置相互贴合。

在一些实施例中，所述存储芯片包括多个，多个所述存储芯片间隔设置在所述PCB板上，所述第一安装部包括多个，多个所述第一安装部与多个所述存储芯片一一对应，每一个所述第一安装部和与之相对设置的存储芯片的总高度相同，以使得多个所述存储芯片分别与所述散热装置相互贴合。

在一些实施例中，所述散热装置包括导热基板和多个散热鳍片，多个所述散热鳍片间隔设置在所述导热基板上。

在一些实施例中，所述固态硬盘还包括用于对所述存储芯片进行加热的加热装置，所述加热装置设置在所述导热基板上并与其贴合，以使得所述加热装置产生的热量通过所述导热基板传递至所述存储芯片。

在一些实施例中，所述固态硬盘还包括设置在所述PCB板上的单片机，所述单片机与所述加热装置电连接，用于控制所述单片机的运行状态。

本发明进一步提出一种固态硬盘的温度控制方法，所述固态硬盘包括主控芯片、存储芯片、温度传感器、散热装置和加热装置，所述温度传感器设置在所述存储芯片的表面，用于检测所述存储芯片的实际工作温度，所述固态硬盘的温度控制方法包括：

主控芯片接收由温度传感器发送的实际工作温度；

若所述实际工作温度小于第一预设阈值，则控制所述加热装置上电，以对所述存储芯片进行升温，直至所述实际工作温度达到第二预设阈值；

若所述实际工作温度大于第三预设阈值，则控制所述存储芯片降低工作频率，并结合所述散热装置对所述存储芯片进行降温。

本发明还提出一种固态硬盘的温度控制方法，所述固态硬盘包括外壳、主控芯片、存储芯片、温度传感器、散热装置和加热装置，所述温度传感器设置在所述外壳上，用于检测所述存储芯片的工作温度，所述固态硬盘的温度控制方法包括：

主控芯片接收由温度传感器发送的工作温度；

根据所述工作温度和封装热阻计算所述存储芯片的结温；

若所述结温小于第一预设阈值，则控制所述加热装置上电，以对所述存储芯片进行升温，直至所述结温达到第二预设阈值；

若所述结温大于第三预设阈值，则控制所述存储芯片降低工作频率，并结合所述散热装置对所述存储芯片进行降温。

本发明所提出的技术方案中，由于温度传感器设置在存储芯片的表面并与其直接接触，因此，温度传感器所检测到的温度与存储芯片的实际温度一致，提高了固态硬盘的温度采集的准确性，避免因温度误差而造成的误判，从而保证了固态硬盘的读写稳定性以及使用寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例中固态硬盘的爆炸结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

图3为图1中散热装置背面的结构示意图；

图4为图3中B处的局部放大示意图；

图5为本发明一实施例中固态硬盘的温度控制方法的流程图；

图6为本发明另一实施例中固态硬盘的温度控制方法的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种固态硬盘，请参见图1和图2，该固态硬盘包括PCB板10、主控芯片20、存储芯片30和温度传感器40，主控芯片20和存储芯片30分别设置在PCB板10上，温度传感器40设置在存储芯片30的表面，用于检测存储芯片30的工作温度，存储芯片30和温度传感器40分别与主控芯片20电连接，主控芯片20用于根据温度传感器40的检测数据调节存储芯片30的工作频率，以使得存储芯片30于预设温度范围内工作。

本实施例中，主控芯片20是固态硬盘的控制中心，其作用之一是合理调配数据在各个存储芯片30上的负荷，二则是承担整个数据的中转，用于连接存储芯片30和外部STAT接口。PCB板10上除了主控芯片20外，其余大部分位置都是存储芯片30，例如NAND Flash闪存芯片，NAND Flash闪存芯片又分为SLC(Single-Level Cell，单层单元)、MLC(Multi-Level Cell，双层单元)、TLC(Trinary-Level Cell，三层单元)、QLC(Quad-Level Cell，四层单元)。

为提高温度传感器40检测结果的准确性，将温度传感器40设置在存储芯片30的表面并与其直接接触，如此，温度传感器40所检测到的温度即为存储芯片30的实际温度，提高了固态硬盘的温度采集的准确性，避免因温度误差而造成的误判，从而保证了固态硬盘的读写稳定性以及使用寿命。

固态硬盘在运行过程中，温度传感器40实时检测存储芯片30的实际工作温度，并将其发送给主控芯片20，以供主控芯片20根据存储芯片30的实际工作温度，控制存储芯片30的工作频率。例如，设定存储芯片30的工作温度阈值为80℃，当温度传感器40所检测到的实际工作温度大于80℃时，由主控芯片20将存储芯片30的工作频率调低(比如从300Mhz调节至200Mhz)，以降低固态硬盘的功耗，从而减少散热，达到降温的目的。

作为示例性地，本发明所提出的温度传感器40可采用接触式温度传感器40，也可采用非接触式温度传感器40，接触式温度传感器40例如为热电偶传感器或电阻传感器，非接触式温度传感器40例如为红外温度传感器40，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。

在一具体实施例中，本发明所提出的温度传感器40为接触式温度传感器40，其设置在存储芯片30的表面并与存储芯片30的表面接触，相较于非接触式温度传感器40，接触式温度传感器40的检测结果更加精准，能够进一步提高固态硬盘的温度检测的准确性。

在一具体实施例中，本发明所提出的温度传感器40与存储芯片30之间设有高导热系数的导热层(图未示)，例如为硅脂层，以降低热能在存储芯片30与温度传感器40之间的损耗，使得存储芯片30散发的热量几乎全部传递给温度传感器40，从而保证温度传感器40所检测到的温度更加接近于存储芯片30的实际工作温度。

在一些实施例中，请参见图1，本发明所提出的固态硬盘还包括用于对存储芯片30进行散热的散热装置50，散热装置50位于存储芯片30背向PCB板10的一面，且散热装置50与存储芯片30之间相互贴合。

本实施例中，为加快存储芯片30的散热，在存储芯片30背向PCB板10的一面设置有散热装置50，散热装置50与存储芯片30之间相互贴合，以通过热接触的方式将存储芯片30产生的热量散发至外部空气中，从而达到对存储芯片30进行降温的目的。具体的，固态硬盘运行时，若存储芯片30的工作温度大于存储芯片30的工作温度阈值，则可由主控芯片20降低存储芯片30的工作频率，以减少固态硬盘的热能产生，同时还可通过散热装置50对存储芯片30进行接触式的物理散热，从而达到对存储芯片30快速降温的目的。

在一些实施例中，请参见图3和图4，本发明所提出的散热装置50面向存储芯片30的一面开设有安装槽60，温度传感器40嵌设于安装槽60内，且温度传感器40至少部分显露于安装槽60外，以使得温度传感器40与存储芯片30接触。

本实施例中，在散热装置50上开设有用于安装温度传感器40的安装槽60，温度传感器40嵌设于安装槽60内，如此可充分利用散热装置50对温度传感器40进行装配，从而可降低固态硬盘的成本。作为示例性地，温度传感器40为接触式温度传感器40，因此，温度传感器40至少部分显露于安装槽60的外部，以使得温度传感器40能够与存储芯片30接触，从而能够实时检测存储芯片30的实际工作温度。

在一些实施例中，请参见图3，本发明所提出的散热装置50面向存储芯片30的一面凸设有第一安装部70和第二安装部80，安装槽60开设于第一安装部70，第一安装部70和与之相对设置的存储芯片30的总高度与第二安装部80和与之相对设置的主控芯片20的总高度一致，以使得主控芯片20和存储芯片30分别与散热装置50相互贴合。

本实施例中，存储芯片30与主控芯片20的高度可能不一致，在两者高度不一致的情况下，为使得两者能够分别与散热装置50很好的贴合，在散热装置50面向存储芯片30的一面设置有第一安装部70和第二安装部80。其中，第一安装部70和第二安装部80的高度不一致，其根据存储芯片30和主控芯片20的高度进行设计。

例如，存储芯片30的高度为0.9毫米，主控芯片20的高度为1.25毫米，此时，第一安装部70的高度为0.5毫米，第二安装部80的高度则为0.15毫米，存储芯片30与第一安装部70的总高度为1.4毫米，主控芯片20与第二安装部80的总高度也为1.4毫米，如此，存储芯片30与主控芯片20能够分别与散热装置50贴合在一起。

在一些实施例中，请参见图1和图3，本发明所提出的存储芯片30包括多个，多个存储芯片30间隔设置在PCB板10上，第一安装部70包括多个，多个第一安装部70与多个存储芯片30一一对应，每一个第一安装部70和与之相对设置的存储芯片30的总高度相同，以使得多个存储芯片30分别与散热装置50相互贴合。

本实施例中，多个存储芯片30之间的高度也可能不一致，在高度不一致的情况下，为使得多个存储芯片30能够分别与散热装置50很好的贴合，在散热装置50面向存储芯片30的一面设置有多个第一安装部70。其中，多个第一安装部70的高度不一致，其根据对应的存储芯片30的高度进行设计。

在一些实施例中，请参见图3，本发明所提出的散热装置50包括导热基板51和多个散热鳍片53，多个散热鳍片53间隔设置在导热基板51上。

本实施例中，散热装置50包括导热基板51和多个散热鳍片53，导热基板51和散热鳍片53均采用铝材质制成，也可采用其它具有较优导热性能的材质制成。作为示例性地，导热基板51呈矩形状设置，散热鳍片53凸设在导热基板51背向存储芯片30的一面，存储芯片30产生的热量先经由导热基板51传递至各个散热鳍片53，而后再经由散热鳍片53传递至外部空气，从而达到对存储芯片30进行散热的目的。

在一些实施例中，请参见图1，本发明所提出的固态硬盘还包括用于对存储芯片30进行加热的加热装置90，加热装置90设置在导热基板51上并与其贴合，以使得加热装置90产生的热量通过导热基板51传递至存储芯片30。

本实施例中，当存储芯片30的工作温度低于预设阈值时，例如为-40℃，由主控芯片20控制加热装置90上电，以通过电加热的方式对存储芯片30进行升温，从而保证存储芯片30稳定的读写数据。其中，加热装置90设置在导热基板51上并与其贴合，导热基板51的一侧预留有用于设置加热装置90的安装位，加热装置90上电后所产生的热量，通过导热基板51传递给存储芯片30。作为示例性地，加热装置90为电热膜(例如聚酰亚胺加热膜，其最高耐温可达到180℃)，电热膜粘接在导热基板51上。

在一些实施例中，请参见图1，本发明所提出的固态硬盘还包括设置在PCB板10上的单片机100，单片机100与加热装置90电连接，用于控制单片机100的运行状态。

本实施例中，为减少主控芯片20的数据处理量，提高主控芯片20的数据处理速度，在PCB板10上单独设置有一个单片机100，以由该单片机100控制加热装置90的运行。具体的，当存储芯片30的实际工作温度低于预设阈值时，主控芯片20发送指令给到单片机100，以由单片机100控制加热装置90的运行，包括加热装置90的电流以及电压等运行参数的控制。

本发明进一步提出一种固态硬盘的温度控制方法，请参见图1至5，固态硬盘包括主控芯片20、存储芯片30、温度传感器40、散热装置50和加热装置90，温度传感器40设置在存储芯片30的表面，用于检测存储芯片30的实际工作温度，固态硬盘的温度控制方法包括：

步骤S10，主控芯片20接收由温度传感器40发送的实际工作温度；

步骤S20，若实际工作温度小于第一预设阈值，则控制加热装置90上电，以对存储芯片30进行升温，直至实际工作温度达到第二预设阈值；

步骤S30，若实际工作温度大于第三预设阈值，则控制存储芯片30降低工作频率，并结合散热装置50对存储芯片30进行降温。

本实施例中，温度传感器40设置在存储芯片30的表面，其所检测到的温度即为存储芯片30的实际工作温度，温度传感器40所检测到温度会实时的发送给主控芯片20，以由主控芯片20根据该实际工作温度判断存储芯片30是否需要进行升温或降温。

具体的，若存储芯片30的实际工作温度小于第一预设阈值，例如为-40℃，则由主控芯片20控制加热装置90上电，以通过电加热的方式对存储芯片30进行升温，从而保证存储芯片30稳定的读写数据。若存储芯片30的实际工作温度大于第三预设阈值，例如为80℃，则由主控芯片20将存储芯片30的工作频率调低(比如从300Mhz调节至200Mhz)，以降低固态硬盘的功耗，从而减少散热，同时还可通过散热装置50对存储芯片30进行接触式的物理散热，从而达到对存储芯片30快速降温的目的。

需要说明的是，本实施例所提出的固态硬盘的温度控制方法基于前述各实施例所记载的固态硬盘的结构实现，固态硬盘的结构在前述各实施例中已有详细的记载，故在此不再赘述。

本发明还提出一种固态硬盘的温度控制方法，请参见图6，固态硬盘包括外壳(图未示)、主控芯片20、存储芯片30、温度传感器40、散热装置50和加热装置90，温度传感器40设置在外壳上，用于检测存储芯片30的工作温度，固态硬盘的温度控制方法包括：

步骤S100，主控芯片20接收由温度传感器40发送的工作温度；

步骤S200，根据工作温度和封装热阻计算存储芯片30的结温；

步骤S300，若结温小于第一预设阈值，则控制加热装置90上电，以对存储芯片30进行升温，直至结温达到第二预设阈值；

步骤S400，若结温大于第三预设阈值，则控制存储芯片30降低工作频率，并结合散热装置50对存储芯片30进行降温。

本实施例中，温度传感器40设置在外壳上，其所检测的工作温度与存储芯片30的实际工作温度存在偏差，为获取存储芯片30的较为准确的工作温度，通过仿真软件对存储芯片30进行封装热仿真处理，以得到存储芯片30的封装热阻，将封装热阻与温度传感器40测得的温度通过一定计算，得到存储芯片30的实际工作温度。

具体的，通过封装热仿真的方式获取存储芯片30的结温的具体步骤包括：

(1)、通过闪存的规格书，得到存储芯片30的实际功耗，存储芯片30的各封装材料的导热系数，基板的叠构图，layout文件；

(2)、建立存储芯片30的三维模型，模拟JEDEC标准热测试机箱环境，边界条件为自然对流；

(3)、进行Mesh-HD网格划分，判断结果是否收敛，并通过网格质量综合评判网格划分的精度；

(4)、通过仿真计算得到封装热阻Rjc，将Rjc＝(Tj-Tc)/P以程序的方式写入主控制器，能够实时得到存储芯片30的温度，其中，Tj为存储芯片30最大结温，Tc为封装上表面最大温度，P为从封装表面散到环境的总功率。

在获取到存储芯片30的结温后，以由主控芯片20根据该结温判断存储芯片30是否需要进行升温或降温。具体的，若存储芯片30的结温小于第一预设阈值，例如为-40℃，则由主控芯片20控制加热装置90上电，以通过电加热的方式对存储芯片30进行升温，从而保证存储芯片30稳定的读写数据。若存储芯片30的结温大于第三预设阈值，例如为80℃，则由主控芯片20将存储芯片30的工作频率调低(比如从300Mhz调节至200Mhz)，以降低固态硬盘的功耗，从而减少散热，同时还可通过散热装置50对存储芯片30进行接触式的物理散热，从而达到对存储芯片30快速降温的目的。

值得注意的是，本实施例所提出的固态硬盘的温度控制方法与前一实施例所提出的固态硬盘的温度控制方法的不同在于，本实施例采用软件算法计算得到存储芯片30的结温(也即存储芯片30的实际工作温度)，而前一实施例则是采用结构设计以获取存储芯片30的实际工作温度，具体是将温度传感器40设置在存储芯片30的表面并与其直接接触。

在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种固态硬盘，其特征在于，包括PCB板、主控芯片、存储芯片和温度传感器，所述主控芯片和存储芯片分别设置在所述PCB板上，所述温度传感器设置在所述存储芯片的表面，用于检测所述存储芯片的工作温度，所述存储芯片和温度传感器分别与所述主控芯片电连接，所述主控芯片用于根据所述温度传感器的检测数据调节所述存储芯片的工作频率，以使得所述存储芯片于预设温度范围内工作。

2.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，还包括用于对所述存储芯片进行散热的散热装置，所述散热装置位于所述存储芯片背向所述PCB板的一面，且所述散热装置与所述存储芯片之间相互贴合。

3.根据权利要求2所述的固态硬盘，其特征在于，所述散热装置面向所述存储芯片的一面开设有安装槽，所述温度传感器嵌设于所述安装槽内，且所述温度传感器至少部分显露于所述安装槽外，以使得所述温度传感器与所述存储芯片接触。

4.根据权利要求3所述的固态硬盘，其特征在于，所述散热装置面向所述存储芯片的一面凸设有第一安装部和第二安装部，所述安装槽开设于所述第一安装部，所述第一安装部和与之相对设置的存储芯片的总高度与所述第二安装部和与之相对设置的主控芯片的总高度一致，以使得所述主控芯片和存储芯片分别与所述散热装置相互贴合。

5.根据权利要求4所述的固态硬盘，其特征在于，所述存储芯片包括多个，多个所述存储芯片间隔设置在所述PCB板上，所述第一安装部包括多个，多个所述第一安装部与多个所述存储芯片一一对应，每一个所述第一安装部和与之相对设置的存储芯片的总高度相同，以使得多个所述存储芯片分别与所述散热装置相互贴合。

6.根据权利要求2所述的固态硬盘，其特征在于，所述散热装置包括导热基板和多个散热鳍片，多个所述散热鳍片间隔设置在所述导热基板上。

7.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，还包括用于对所述存储芯片进行加热的加热装置，所述加热装置设置在所述导热基板上并与其贴合，以使得所述加热装置产生的热量通过所述导热基板传递至所述存储芯片。

8.根据权利要求7所述的固态硬盘，其特征在于，还包括设置在所述PCB板上的单片机，所述单片机与所述加热装置电连接，用于控制所述单片机的运行状态。

9.一种固态硬盘的温度控制方法，所述固态硬盘包括主控芯片、存储芯片、温度传感器、散热装置和加热装置，所述温度传感器设置在所述存储芯片的表面，用于检测所述存储芯片的实际工作温度，其特征在于，所述固态硬盘的温度控制方法包括：

主控芯片接收由温度传感器发送的实际工作温度；

若所述实际工作温度小于第一预设阈值，则控制所述加热装置上电，以对所述存储芯片进行升温，直至所述实际工作温度达到第二预设阈值；

若所述实际工作温度大于第三预设阈值，则控制所述存储芯片降低工作频率，并结合所述散热装置对所述存储芯片进行降温。

10.一种固态硬盘的温度控制方法，所述固态硬盘包括外壳、主控芯片、存储芯片、温度传感器、散热装置和加热装置，所述温度传感器设置在所述外壳上，用于检测所述存储芯片的工作温度，其特征在于，所述固态硬盘的温度控制方法包括：

主控芯片接收由温度传感器发送的工作温度；

根据所述工作温度和封装热阻计算所述存储芯片的结温；

若所述结温小于第一预设阈值，则控制所述加热装置上电，以对所述存储芯片进行升温，直至所述结温达到第二预设阈值；

若所述结温大于第三预设阈值，则控制所述存储芯片降低工作频率，并结合所述散热装置对所述存储芯片进行降温。

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