TWI407297B - 運算裝置與冷卻方法（二） - Google Patents

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Description

運算裝置與冷卻方法(二) 發明領域
本發明係有關運算部件的熱管理領域，且特別有關熱產生組件及行動運算部件的外壁之冷卻。
 發明背景
熱管理在許多應用中非常重要。過度熱量會對於部件造成損害或劣化其機械、化學、電性、及其他類型的效能。隨著科技進展且更新穎部件不斷變小並變得更複雜且因此以較高功率位準及/或功率密度運轉，熱管理變得更加關鍵。
現代電子電路因為其高密度及小尺寸所以常產生顯著的熱量。複雜積體電路(IC)特別是微處理器係產生很大熱量使其若沒有某種冷卻系統則無法操作。並且，即便IC能夠操作，過度熱量亦會劣化IC的效能且會隨時間經過而負面地影響其可靠度。不當的冷卻會造成個人電腦(PC)中所使用之中央處理單元(CPU)的問題，其會導致系統當機、鎖死、意外重新開機及其他錯誤。在行動電腦及其他可攜式運算及電子部件內部的緊密界限中，此等問題的風 險會變得特別嚴重。
隨著行動運算部件的處理能力不斷增大，行動運算部件的外壁之溫度將持續升高至不可接受的位準。溫度在記憶體、中央處理單元(CPU)、晶片組及電壓調節器(VR)之區域中變成最高。為了克服這些位置之熱量增加，已經將通口放置在策略性位置中來降低溫度。
先前對付此等冷卻問題之方法已經包括在一行動部件的外壁中使用簡單通口系統。但由於行動部件縮小尺寸而使行動運算部件內的可用冷卻氣體量減少，通口系統變得愈來愈不有效。
 發明概要
依據本發明之一實施例，係特地提出一種一種行動運算部件，包含：一組件，其能夠產生熱；一外壁；及一百葉式通口，其形成於該外壁內以生成一氣體簾幕於該外壁與該熱產生組件之間，其中該百葉式通口相對於該熱產生組件被定位以生成該氣體簾幕以撓曲來自該熱產生組件之該熱量的至少一部分使其不抵達該外壁。
100，300‧‧‧行動運算部件
102‧‧‧方形室的高度
104‧‧‧方形室百葉式通口的長度
105‧‧‧列
110‧‧‧百葉式通口
120，320‧‧‧外壁
130‧‧‧氣體簾幕
140，340‧‧‧熱產生組件
150‧‧‧平均氣流
160，365‧‧‧開口
305‧‧‧冷卻氣體
310‧‧‧噴嘴通口
312‧‧‧噴嘴通口的中心垂直軸線
315‧‧‧噴嘴噴注的中心垂直軸線及外壁之間的角度
350‧‧‧歧管
360‧‧‧開口的直徑
370‧‧‧基底
375‧‧‧基底開口
380‧‧‧歧管開口
400‧‧‧外壁的內側表面(第4A圖)
410‧‧‧外壁的外側表面
500‧‧‧電腦系統
503‧‧‧韌體
504‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)或其他動態儲存部件(主記憶體)
506‧‧‧唯讀記憶體(ROM)及/或其他靜態儲存部件
511‧‧‧通信機構或匯流排
512‧‧‧處理器
521‧‧‧顯示器部件
523‧‧‧游標控制部件
524‧‧‧硬複製部件
525‧‧‧有線式/無線式通信能力
528‧‧‧電源供應器
536‧‧‧晶片組
第1圖為一行動運算部件內之一百葉式通口的一橫剖視圖之一實施例的圖示；第1B-1D圖顯示百葉式通口的形狀之不同實施例的橫剖視圖；第2A圖為一具有一列百葉式通口之壁的內側表 面之一實施例的俯視圖之圖示；第2B圖為一具有一列百葉式通口之壁的外側表面之一實施例的俯視圖之圖示；第2C圖為一具有一系列的百葉式通口列之壁的內側表面之一實施例的俯視圖之圖示；第3A圖為一行動運算部件內之一噴嘴通口的一實施例之一橫剖視圖的圖示；第3B圖為噴嘴通口的一歧管之一實施例的一橫剖面之圖示；第4A圖顯示一具有噴嘴通口之壁的一內側視圖的一實施例；第4B圖為一具有噴嘴通口之壁的一外側視圖之一實施例的圖示；第5圖為一行動運算部件的一實施例之圖示，其可採用百葉式通口或噴嘴通口的實施例藉以冷卻該行動運算部件。
 較佳實施例之詳細說明
此處描述用以降低行動運算部件之壁及行動運算部件內之組件的溫度之方法及部件。下文描述中，提供許多特定細節。然而，一般熟習該技術者將瞭解實行本發明的實施例並不需要這些特定細節。雖然圖中描述及顯示本發明的特定示範性實施例，請瞭解此等實施例只供示範而未限制本發明，且因為一般熟習該技術者可作修改，本 發明不限於所顯示及描述的特定構造及配置。其他案例中，已經以特定細節提供熟知的半導體製程、技術、材料、設備等藉以不會不必要地模糊了本發明的實施例。
此處揭露的實施例係包括用以冷卻一行動運算部件之壁及冷卻行動運算部件的熱產生組件之部件。一實施例中，一百葉式通口係形成於一行動運算部件的一外壁內以生成一氣體簾幕於外壁及一熱產生組件之間以冷卻外壁。另一實施例中，一噴嘴通口係形成於一行動運算部件的外壁內以使冷卻氣體流動於一熱產生組件來冷卻該熱產生組件。
第1A圖顯示已經形成於一行動運算部件100的外壁120內之一百葉式通口110的一實施例以形成一氣體簾幕130於外壁120及一熱產生組件140之間來冷卻外壁。一氣體簾幕130係為沿著外壁120內側形成之一薄膜的氣體。氣體簾幕130係形成於行動運算部件100內側以補充行動運算部件100內側上可取得之平均氣流150。氣體簾幕130係由百葉式通口110的流體動力學形成。氣體簾幕130之目的係在於隔離外壁120與熱產生組件140。百葉式通口110的形狀係設計成可將氣體流自外壁120外側重新導引至行動運算部件100內。第1A圖所示的百葉式通口110係為一彎曲百葉式通口110。第1B、1C及1D圖顯示百葉式通口110的形狀之替代性實施例。
第1B圖，顯示一斜角狀百葉式通口110。第1B圖的斜角狀百葉式通口110可相對於外壁120具有足以形成一 簾幕的冷卻氣體130之任何角度，但更特別可相對於外壁120具有位於15度至45度近似範圍之一角度。
第1C圖顯示一方形室百葉式通口110。方形室的高度102可依據行動運算部件100內部維度而變，但在一其中行動運算部件100身為膝上型電腦之特定實施例中，方形室的高度102可位於1公厘(mm)至3公厘的近似範圍中。方形室百葉式通口110的長度104可為沿著外壁120足以形成氣體簾幕130之任何長度。
第1D圖顯示一篷罩式百葉式通口110。篷罩式百葉式通口110可為彎曲狀、斜角狀或方形並形成一包圍式百葉式通口110以更確切地聚焦氣體簾幕130。篷罩式百葉式通口110可具有足以生成能夠降低外壁120溫度之一氣體簾幕130的一寬度及一高度。
第2A及2B圖顯示一行動運算部件100的一外壁120中之一列105中所形成之斜角狀百葉式通口110的一實施例。第2A圖顯示外壁120的內側表面之一俯視圖。此圖中看見百葉式通口110的列105。一列105的百葉式通口110可用來形成沿著外壁120的內側表面之許多氣體簾幕130。多重氣體簾幕130實質上可形成一連續氣體簾幕130。第2B圖顯示外壁120外側表面之一仰視圖以顯示百葉式通口110的開口160。一未圖示的替代性實施例中，可形成一與外壁120的一顯著寬度或長度相交之百葉式通口110。可依據熱產生組件140在行動運算部件內的置放及依據多少氣體簾幕足以冷卻外壁120而使用百葉式通口110的長度、寬度及定位 之許多變異。
第2C圖顯示其中定位一系列的百葉式通口110列105以在大致整體外壁120上方生成一由經合併系列的氣體簾幕130所形成之氣體簾幕之一實施例。該等百葉式通口列105可定位為近似分開10公厘至30公厘。百葉式通口110列105之間的距離係由氣體簾幕開始破裂之距離所決定，故下一列105百葉式通口110可接手以形成一氣體簾幕於外壁120上方來冷卻外壁120。
一實施例中，百葉式通口110的定位可由熱產生組件在行動運算部件100內之置放所決定。此實施例中，百葉式通口110可定位至熱產生組件140的一側故使一氣體簾幕130形成於大致位居熱產生組件140下方，如第1A圖所示。這些實施例中所描述的百葉式通口110可將外壁120的溫度減低近似20%至25%或更多。外壁120溫度的降低量係可能依據百葉式通口110的類型、百葉式通口110的數量、及百葉式通口110的定位而變。
百葉式通口110可譬如藉由機械加工、衝壓或模製形成於外壁120內。百葉式通口110可由諸如塑料聚合物或金屬等任何材料形成。一實施例中，百葉式通口110係由金屬形成且具有一足以提供電磁干擾(EMI)屏蔽之長度。
第3A圖顯示一具有一噴嘴通口310之行動運算部件300的一實施例。行動運算部件300具有一熱產生組件340及一接近熱產生組件340之外壁320。噴嘴通口310係形成於外壁320內以使冷卻氣體流動於熱產生組件340處。藉 由將冷卻氣體305流導引經過噴嘴通口310，可達成冷卻氣體305及熱產生組件340之間的顯著熱傳率。此外，可使可取用冷卻氣體之利用達到最大。一實施例中，第3A圖之噴嘴通口310的中心垂直軸線312可相對於外壁320呈一90度角且直接地指向於熱產生組件340。一替代性實施例中，噴嘴通口310的中心垂直軸線312可相對於外壁320呈斜角狀。形成於噴嘴噴注的中心垂直軸線312及外壁320之間的角度315可能位於近似30度與90度之間、更特別為近似45度。噴嘴通口310可為斜角狀以將冷卻氣體305導引於熱產生組件340以帶領冷卻氣體305接觸熱產生組件340之盡可能大的表面積。
第3B圖顯示一行動運算部件300的一實施例，其中使用噴嘴通口310的一歧管350將冷卻氣體305分佈至一熱產生組件340的特定位置。歧管350亦可用來將冷卻氣體305導引至不只一個熱產生組件340。身為歧管350一部分之噴嘴通口310亦可相對於外壁320配置為各種不同角度以將冷卻氣體305導引至策略性位置以使熱產生組件340的冷卻達到最大。
第4A及4B圖顯示一行動運算部件300的一外壁320。第4A及4B圖的外壁320具有兩個別噴嘴通口310及噴嘴通口310的兩歧管350。這些圖式顯示一外壁的一實施例之一部分且不代表任何限制性意義。第4A圖顯示一外壁320的內側表面400。依據行動運算部件300內之熱產生組件340的佈局而定，外壁320的內側表面可具有任何配置之可能的 個別噴嘴310及噴嘴歧管350。
第4A圖顯示具有噴嘴通口310的一可能佈局之外壁320的一外側表面410之一範例。一實施例中，行動運算部件內之各噴嘴通口310可具有相同維度。另一實施例中，行動運算部件300內之噴嘴通口310的維度可依據熱產生組件340尺寸而改變。噴嘴通口310之開口365的直徑360及基底370的直徑可依據將熱產生組件冷卻至一足以防止行動運算部件的外壁320過度加熱之溫度所需要的冷卻氣體305量而變。噴嘴通口310之開口365的直徑360及噴嘴通口310之基底370的直徑可依據熱產生組件340尺寸及所需要的冷卻氣體305量而變。一實施例中，噴嘴通口之開口365的直徑可位於2公厘(mm)至5公厘的近似範圍中且噴嘴通口之基底370的直徑可位於5公厘至10公厘的近似範圍中。
或者，可利用噴嘴通口310的一歧管350來提供所需要的冷卻氣體305量。第4A圖顯示噴嘴通口310之一歧管350的兩範例。歧管350可依據行動運算部件內之熱產生組件340的尺寸及/或數量而具有任何數量的噴嘴通口310。身為一歧管350的一部分之噴嘴通口310的維度係可類似於或不同於一行動運算部件300的外壁之內側表面上之個別噴嘴通口310的維度。第4B圖顯示外壁320的外側，顯示出噴嘴通口310的基底開口375及歧管開口380。一替代性實施例中，外壁320可進一步包括一或多個百葉式通口110以形成一氣體簾幕於外壁320與熱產生組件340之間來生成冷卻器氣體之一緩衝於外壁320及熱產生組件340之間。
第5圖顯示一範例電腦系統的方塊圖，其可使用百葉式通口100或噴嘴通口310的一實施例來冷卻一行動運算部件的外壁或熱產生組件。一實施例中，電腦系統500係包含一通信機構或匯流排511以導通資訊，及一諸如與匯流排511耦合的處理器512等積體電路組件以處理資訊。電腦系統500中諸如處理器512或一晶片組536等熱產生組件或部件的一或多者係可被噴嘴通口310的一實施例連同百葉式通口110作冷卻以冷卻行動運算部件的外壁。
電腦系統500進一步包含一耦合至匯流排511之隨機存取記憶體(RAM)或其他動態儲存部件504(稱為主記憶體)以儲存將由處理器512執行之資訊及指令。主記憶體504亦可用來在處理器512執行指令期間儲存暫時性變數或其他中間資訊。
韌體503可為軟體及硬體之一組合，諸如在EPROM上記錄有例行常式的操作之可電程式化唯讀記憶體(EPROM)等。韌體503可嵌入有基礎碼(foundation code)、基本輸入/輸出系統碼(BIOS)、或其他類似的碼。韌體503可以使電腦系統400將自身開機。
電腦系統500亦包含一耦合至匯流排511之唯讀記憶體(ROM)及/或其他靜態儲存部件506以儲存用於處理器512之靜態資訊及指令。靜態儲存部件506可儲存OS級及應用程式級軟體。
電腦系統400可進一步耦合至一諸如陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(LCD)等顯示器部件521，其耦合至匯流 排511以對於一電腦使用者顯示資訊。一諸如晶片組536等晶片組可與顯示器部件521互動。
一英數輸入部件(鍵盤)522且包括英數及其他鍵亦可耦合至匯流排511以將資訊及命令選擇導通至處理器512。一額外的使用者輸入部件係為游標控制部件523，諸如一滑鼠、軌跡球、軌跡墊、觸筆、或游標導向鍵，其耦合至匯流排511以將導向資訊及命令選擇導通至處理器512，且用以控制一顯示器部件512上的游標運動。一諸如晶片組536等晶片組可與輸入輸出部件互動。
可耦合至匯流排511之另一部件係為一硬複製部件524，其可用來列印指令、資料、或其他資訊於一諸如紙、膜片、或其他類型媒體等媒體上。尚且，一諸如揚聲器及/或麥克風等聲音記錄及回播部件(未圖示)可選擇性地耦合至匯流排511以與電腦系統500作聽覺式互動。可耦合至匯流排511之另一部件係為一有線式/無線式通信能力525。
電腦系統500具有一諸如電池、AC電源插頭連接部及整流器等電源供應器528。
已經藉此描述本發明之數項實施例。然而，一般熟習該技術者將瞭解本發明並不限於所描述的實施例，而是可以在申請專利範圍的精神與範疇內作修改及變更來實行。
100‧‧‧行動運算部件
110‧‧‧百葉式通口
120‧‧‧外壁
130‧‧‧氣體簾幕
140‧‧‧熱產生組件
150‧‧‧平均氣流

Claims (17)

  1. 一種行動運算裝置，其包含：能夠產生熱的一組件；一外壁；及形成於該外壁內的一固定百葉式通口，用以利用該固定百葉式通口的流體動力學特性而生成一氣體簾幕，該氣體簾幕包含延著包括有該固定百葉式通口之該外壁之一內側表面形成的一氣體薄膜，該氣體薄膜與該內側表面直接接觸且實質上與包括有該固定百葉式通口之該外壁平行，該氣體簾幕係形成於該外壁與產生熱的該組件之間並與該外壁和產生熱的該組件直接接觸，其中該百葉式通口係定位在產生熱之該組件的一側並係配置來生成該氣體簾幕，其中該氣體簾幕所具有之區域實質上與產生熱之該組件所生成的熱之區域相仿，該氣體簾幕係用於補充在該行動運算裝置內的平均氣流，並係用於使來自產生熱之該組件的至少一部分的熱轉向而不抵達該外壁。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該行動運算裝置為一膝上型電腦。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中產生熱之該組件為一中央處理單元。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該百葉式通口的形狀係設計來自該外壁的外側抽取氣體至該行動運算裝 置內以形成該氣體簾幕。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該百葉式通口自該外壁之該內側表面延伸至該行動運算裝置內。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中產生熱之該組件為一晶片組。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該百葉式通口係由金屬形成以提供電磁干擾保護。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該百葉式通口具有方形室形狀。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該百葉式通口具有彎曲形狀。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該百葉式通口係以一角度形成，該角度係於與該外壁夾30度至60度之間的一近似範圍中。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該百葉式通口為被設置來沿著該外壁生成一氣體簾幕的一列百葉式通口之一部分。
  12. 一種冷卻方法，其包含下列步驟：藉由一熱產生組件在一行動運算裝置內產生熱；經由一固定百葉式通口而自該行動運算裝置外側抽取氣體，該固定百葉式通口係形成於該行動運算裝置之一外壁內並係定位在該熱產生組件之一側，且係配置來利用該固定百葉式通口的流體動力學特性而生成一氣體簾幕，該氣體簾幕包含延著包括有該固定百葉式通口之 該外壁之一內側表面形成的一氣體薄膜，該氣體薄膜與該內側表面直接接觸且實質上與包括有該固定百葉式通口之該外壁平行，該氣體簾幕所具有之區域實質上與由該熱產生組件所生成的熱之區域相仿，該氣體簾幕係配置來補充在該行動運算裝置內的平均氣流，並係配置來使該熱產生組件的一部分的熱轉向而不抵達該外壁；及利用該氣體簾幕而以抽取自該行動運算裝置外側的氣體來冷卻與該熱產生組件相對之該外壁。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包含下列步驟：形成沿著該行動運算部件之該外壁的一實質上連續氣體簾幕。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包含下列步驟：關聯於該熱產生組件而定位該百葉式通口，以對該外壁提供最大冷卻。
  15. 一種運算裝置，包含：一熱產生組件；含容該熱產生組件的一殼體，該殼體具有一外壁，該外壁具有形成在內的一固定百葉式通口，該固定百葉式通口係定位在該熱產生組件之一側，並係配置來利用該固定百葉式通口的流體動力學特性而形成一氣體簾幕，該氣體簾幕包含延著包括有該固定百葉式通口之該外壁 之一內側表面形成的一氣體薄膜，該氣體薄膜與該內側表面直接接觸且實質上與包括有該固定百葉式通口之該外壁平行，該氣體簾幕所具有之區域實質上與由該熱產生組件所生成之熱之區域相仿，該氣體簾幕係形成於該外壁與該熱產生組件之間，以補充在該殼體內的平均氣流；及一電池，用以對該運算裝置供電。
  16. 如申請專利範圍第15項之運算裝置，其中該熱產生組件為一晶片組。
  17. 如申請專利範圍第15項之運算裝置，其中該殼體具有形成於該外壁中之不只一個百葉式通口。
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