TWI770899B - 可攜式電子裝置的散熱系統 - Google Patents

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李環蓉
陳正隆
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微星科技股份有限公司
大陸商恩斯邁電子（深圳）有限公司
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Abstract

一種可攜式電子裝置的散熱系統，包括第一處理元件、第二處理元件、散熱模組、第一熱傳件以及第二熱傳件。第一處理元件具有區域一與區域二，散熱模組位於第一處理元件與第二處理元件之間，第一熱傳件熱接觸區域一、第二處理元件與散熱模組，第二熱傳件熱接觸區域二與散熱模組。

Description

可攜式電子裝置的散熱系統
本發明是有關於一種散熱系統，且特別是有關於一種可攜式電子裝置的散熱系統。
一般而言，為了預防可攜式電子裝置內部之電子元件發生因為過熱而導致電子元件發生暫時性或永久性的失效的問題，通常會在電腦主機之電源供應器、中央處理單元(CPU)及繪圖處理單元(GPU)等溫度容易升高之電子元件上配置風扇來對電子元件進行散熱，以迅速移除電子元件於高速運作時所產生的熱能，因而降低電子元件本身的溫度。
然而，在現有可攜式電子裝置朝向輕薄化的設計趨勢下，機殼的內部空間不斷縮小，進而導致電子元件必須相當緊密的排列，同時用以散熱的風扇也受限於機殼的內部空間而使其散熱能力受限，進而導致散熱問題也日益嚴重。
本發明提供一種可攜式電子裝置的散熱系統，其提供熱管與熱源、散熱模組之間的對應配置，而達到熱量分流及緩衝暫存的效果。
本發明的可攜式電子裝置的散熱系統，包括第一處理元件、第二處理元件、散熱模組、第一熱傳件以及第二熱傳件。第一處理元件具有區域一與區域二，散熱模組位於第一處理元件與第二處理元件之間，第一熱傳件熱接觸區域一、第二處理元件與散熱模組，第二熱傳件熱接觸區域二與散熱模組。第一處理元件在負載模式一時，第一處理元件由區域一產生熱量。第一處理元件在負載模式二時，第一處理元件同時由區域一與區域二產生熱量。第一處理元件在負載模式一所產生的熱量小於在負載模式二所產生的熱量。當第一處理元件在負載模式一而第二處理元件未啟動時，從區域一產生的熱量通過第一熱傳件傳送至散熱模組與第二處理元件。當第一處理元件在負載模式二而第二處理元件未啟動時，從區域一產生的熱量通過第一熱傳件傳送至散熱模組與第二處理元件，從區域二產生的熱量通過第二熱傳件傳送至散熱模組。
基於上述，可攜式電子裝置的散熱系統通過將第一熱傳件熱接觸於第一處理元件的區域一、第二處理元件與散熱模組，而將第二熱傳件熱接觸於區域二與散熱模組，以使第一處理元件、第二處理元件及散熱模組之間以第一熱傳件、第二熱傳件特定的配置手段，而讓第二處理元件在未啟動時能作為貯存來自第 一處理元件的熱量之用。對於第一處理元件而言，此舉無疑提供了額外的熱量分流與貯存處，同時也減輕散熱模組的負擔並延緩可攜式電子裝置內部溫度的急遽升高，進而能達到散熱能力提高的效果。
100:可攜式電子裝置的散熱系統
110:第一處理元件
111、121:晶片
111a:區域一
111b:區域二
112a:區域三
112、122:本體
120:第二處理元件
123a:區域四
123b:區域五
130:散熱模組
131:風扇
131a:開口
132:鰭片
MB:電路板
P1:第一熱傳件
P2:第二熱傳件
P3:第三熱傳件
P4:第四熱傳件
圖1是依據本發明一實施例的可攜式電子裝置的散熱系統的示意圖。
圖2是依據本發明另一實施例的可攜式電子裝置的散熱系統的示意圖。
圖1是依據本發明一實施例的可攜式電子裝置的散熱系統的示意圖，在此僅繪示可攜式電子裝置的局部作為例示。請參考圖1，在本實施例中，可攜式電子裝置的散熱系統100包括第一處理元件110、第二處理元件120、散熱模組130、第一熱傳件P1以及第二熱傳件P2。第一處理元件110具有區域一111a與區域二111b，散熱模組130位於第一處理元件110與第二處理元件120之間，第一熱傳件P1熱接觸區域一111a、第二處理元件120與散熱模組130，第二熱傳件P2熱接觸區域二111b與散熱模組130，但未熱接觸第二處理元件120。第一處理元件110與第二處理元件 120配置在可攜式電子裝置的電路板MB上，而散熱模組130包括風扇131與鰭片132，第一處理元件110與第二處理元件120產生的熱量能通過熱傳遞至散熱模組130而進一步地朝圖式上方散逸出可攜式電子裝置，如圖中箭號所示。再者，本案所述熱傳件，例如前述第一熱傳件P1、第二熱傳件P2以及後續提及者，其是由至少一熱管組成，以作為熱量傳送之用，在此並未限制其熱管形式及數量。還需說明的是，本實施例並未限制散熱模組130的鰭片132與風扇131的組成型式與數量，其能依據可攜式電子裝置的熱源產生總量而予以適當地調整。舉例來說，本實施例的散熱模組130是由兩個風扇131所組成，且兩個風扇131之間存在開口131a，以利於氣流共通或匯流。在另一未繪示的實施例中，也可以提供具備較大流速與流量的單一風扇。
簡單來說，本實施例的構件佈局是基於如下前提：散熱模組130的散熱能力大於第一處理元件110所能產生的最大熱量，散熱模組130的散熱能力大於第二處理元件120所能產生的最大熱量，而散熱模組130的散熱能力小於第一處理元件110所能產生最大熱量與第二處理元件120所能產生最大熱量之和。同時，在可攜式電子裝置的實際運作狀態，第一處理元件110與第二處理元件120並不會有同時處於重負載的狀態，故而在上述前提之下，本案的構件佈局能使熱量傳送達到分流的效果。舉例來說，第一處理元件110的最大產生功率是35W，第二處理元件120的最大產生功率是35W，而散熱模組130的解(散)熱能力為50W， 故而需如本實施例進行構件佈局以讓熱傳件(例如第一熱傳件P1與第二熱傳件P2)、熱源(第一處理元件110與第二處理元件120)與散熱模組130保持特定對應關係，方能順利地將前述非均等能力的三者予以適當地結合，而讓散熱模組130仍能順利地進行散熱。
進一步地說，在本實施例中，當第一處理元件110在負載模式一時，第一處理元件110僅由區域一111a產生熱量。第一處理元件110在負載模式二時，第一處理元件110同時由區域一111a與區域二111b產生熱量。第一處理元件110在負載模式一所產生的熱量小於在負載模式二所產生的熱量。當第一處理元件110在負載模式一而第二處理元件120未啟動時，從區域一111a產生的熱量通過第一熱傳件P1傳送至散熱模組130與第二處理元件120。當第一處理元件110在負載模式二而第二處理元件120未啟動時，從區域一111a產生的熱量通過第一熱傳件P1傳送至散熱模組130與第二處理元件120，從區域二111b產生的熱量通過第二熱傳件P2傳送至散熱模組130。
如圖1所示，本實施例的第一處理元件110包括晶片(die)111以及封裝且包覆晶片111的本體112(包括封裝結構與導熱外殼)，在此，第一處理元件110是具有多核心(core)的中央處理器(CPU)，其在晶片111的區域一111a與區域二111b各對應至少一核心。以雙核心的中央處理器(dual core processor)為例，其具有第一核心(例如core 0)與第二核心(例如core 1)，其中 第一核心即是對應圖1所示區域一111a，而第二核心即是對應圖1所示區域二111b。一般而言，當電腦系統進行文書處理或類似的低階功能時，中央處理器僅需讓第一核心投入所述工作中，而一旦需讓電腦系統進行多工處理或類似高階功能時，中央處理器方讓第一核心與第二核心同時投入工作。
在本實施例中，第二處理元件120是圖形處理器(GPU)，其能讓第一處理元件110通過控制手段，例如是輝達(nVidia)公司的優化(Optimus)的技術，而對第二處理元件120進行開啟狀態或關閉狀態的切換，以達到節能效果。一般而言，在電腦系統開啟時，第一處理元件110(CPU)通常恆常處於作動狀態，而第二處理元件120(GPU)則可視需求而予以開啟或關閉，因此並不會有第二處理元件120開啟但第一處理元件110關閉的狀態。
也就是如前述，在進行低階功能時即相當於第一處理元件110僅由區域一111a產生熱量，故其對應地啟動第一熱傳件P1而據以將熱量傳送至散熱模組130與第二處理元件120，此時若第二處理元件120處於未啟動狀態時，其即能順利地吸收從第一處理元件110傳送來的部分熱量，其中第二處理元件120的未啟動狀態即例如是由前述技術所達成。換句話說，此時未啟動的第二處理元件120可被視為是第一處理元件110的熱量分流與貯存對象，而額外提供可供熱量貯存的區域，進而相當於增益散熱模組130的散熱效果。
請再參考圖1，在本實施例中，可攜式電子裝置的散熱系 統100還包括第三熱傳件P3，熱接觸第一處理元件110的區域三112a、散熱模組130與第二處理元件120，與前述的第一熱傳件P1與第二熱傳件P2相較之下，第三熱傳件P3並未直接與第一處理元件110的熱量產生區存在直接熱接，也就是說，區域一111a與區域二111b對應的是第一處理元件110的晶片111處，而區域三112a對應的則是第一處理元件110的無晶片處，也相當於區域三112a對應的是中央處理器(第一處理元件110)的無核心處。因此如圖1所示，第一熱傳件P1與第三熱傳件P3實質上位於第二熱傳件P2的相對兩側，相當於區域二111b位於區域一111a與區域三112a之間。在另一側，第三熱傳件P3對應於第二處理元件120的無晶片處，而這也是相對於第一熱傳件P1是對應於第二處理元件120的晶片121處。在此，可將第一熱傳件P1的對應處視為區域四123a，而將無晶片處(第三熱傳件P3的對應處)視為區域五123b，其中區域四123a鄰接區域五123b。
基於上述，通過第一熱傳件P1、第二熱傳件P2與第三熱傳件P3的相對配置，其各存在與第一處理元件110與第二處理元件120的特定位置關係，進而使本實施例的散熱系統得以具備熱量分流的效果，其中第一處理元件110在負載模式一與負載模式二已如上述。接著，當第一處理元件110更進一步地因運作而產生更多熱量而在負載模式三時，此時區域一111a與區域二111b所產生的熱量已然傳遍第一處理元件110的整個結構體，而正因前述第三熱傳件P3的配置，因此使第一處理元件110還多了一條 傳送路徑，也就是通過第三熱傳件P3傳送至散熱模組130與第二處理元件120，此時第三熱傳件P3的熱量除了能在散熱模組130散逸部分外，其主要將熱量傳送至第二處理元件120，而讓第一處理元件110與第二處理元件120的溫度得以一致，此舉對於第一處理元件110而言，也相當於是提供額外降溫路徑。在此，第一處理元件110在負載模式三產生的熱量，大於第一處理元件110在負載模式二產生的熱量，且大於第一熱傳件P1與第二熱傳件P2的熱傳能力之和。
以上即是本實施例的散熱系統針對第一處理元件110在不同負載模式時的熱傳特徵，其中負載模式一與負載模式二的分界，是第一處理元件110所產生的功率相對於第一處理元件110的最大功率的40%。
另一方面，針對第二處理元件120，當其在負載模式五時，也就是相當於此時第二處理元件120的功率在其最大功率的0~15%時，有鑑於前述第一處理元件110是處於恆常作動狀態，而第一處理元件110的溫度與功率通常較第二處理元件120為低，因此第二處理元件120所產生的熱量得以通過第一熱傳件P1而傳送至散熱模組130與第一處理元件110。惟，此時對於第一熱傳件P1而言，其相對兩端的熱量傳送方向相反，因此除了不易產生熱傳送，同時反而容易快速積累熱量，而讓第二處理元件120切換至負載模式四(也就是第二處理元件120的功率達到其最大功率的15%以上)，此時第二處理元件120產生的熱量除了經由第一熱 傳件P1傳送至散熱模組130之外，由晶片121所產生熱量也會因傳送至第二處理元件120的本體122(本體122封裝且包覆晶片121)，故能進一步地啟動第三熱傳件P3，以將熱量經由第三熱傳件P3傳送至第一處理元件110後，再經由第二熱傳件P2傳送至散熱模組130。
在此，第二處理元件120在負載模式五所產生熱量小於在負載模式四所產生熱量，且第二處理元件120在負載模式五所產生熱量僅通過第一熱傳件P1傳送至散熱模組130與第一處理元件110，且因第二熱傳件P2的存在，使得第二處理元件120在負載模式四時所產生的熱量在通過第一熱傳件P1與第三熱傳件P3傳至第一處理元件110後得以進一步地通過第二熱傳件P2傳送至散熱模組130，以避免第一處理元件110處的熱量積累而導致溫度急遽升高。
圖2是依據本發明另一實施例的可攜式電子裝置的散熱系統的示意圖。請參考圖2，本實施例可視為前述實施例的部分改變，也就是散熱系統增加了第四熱傳件P4，其熱接觸於第二處理元件120與散熱模組130。更進一步地說，第四熱傳件P4的相對兩端分別對應第二處理元件120的無晶片處以及鰭片132。在此，第四熱傳件P4用以將第二處理元件120處的熱量傳送至散熱模組130，而第二處理元件120處的熱量可以是自身所產生的，也可以是由第一處理元件110通過第一熱傳件P1所傳達者，在此並未限制第二處理元件120處的熱量來源。
綜上所述，在本發明的上述實施例中，可攜式電子裝置的散熱系統通過將第一熱傳件熱接觸於第一處理元件的區域一、第二處理元件與散熱模組，而將第二熱傳件熱接觸於區域二與散熱模組，以使第一處理元件、第二處理元件及散熱模組之間以第一熱傳件、第二熱傳件特定的配置手段，而讓第一處理元件與第二處理元件可互為彼此的暫時熱量貯存區，藉由提供額外的熱貯存區而使第一處理元件或第二處理元件不致積累熱量。
舉例來說，在第二處理元件未啟動時，即能作為貯存來自第一處理元件的熱量之用。對於第一處理元件而言，此舉無疑提供了額外的熱量分流與貯存處，同時也減輕散熱模組的負擔並延緩可攜式電子裝置內部溫度的急遽升高，進而能達到散熱能力提高的效果。同時，也因第三熱傳件的存在，一旦第二處理元件處的熱量過多，還能進一步地通過第三熱傳件傳送至第一處理元件後，再經由第二熱傳件將熱量傳送至散熱模組。
如此一來，上述的熱量傳送路徑有效地避免熱量停留並積累於特定位置，而避免電子元件溫度急遽升高的狀態。再者，通過上述的構件配置佈局，便足以讓解(散)熱能力較低的散熱模組也能順利地對產熱較高的處理元件進行散熱。
100:可攜式電子裝置的散熱系統
110:第一處理元件
111:晶片
111a:區域一
111b:區域二
112a:區域三
112:本體
120:第二處理元件
121:晶片
122:本體
123a:區域四
123b:區域五
130:散熱模組
131:風扇
131a:開口
132:鰭片
MB:電路板
P1:第一熱傳件
P2:第二熱傳件
P3:第三熱傳件

Claims (14)

  1. 一種可攜式電子裝置的散熱系統，包括：第一處理元件，具有區域一與區域二；第二處理元件；散熱模組，位於該第一處理元件與該第二處理元件之間；第一熱傳件，熱接觸該區域一、該第二處理元件與該散熱模組；以及第二熱傳件，熱接觸該區域二與該散熱模組；其中該第一處理元件在負載模式一時，該第一處理元件由該區域一產生熱量，該第一處理元件在負載模式二時，該第一處理元件同時由該區域一與該區域二產生熱量，該第一處理元件在該負載模式一所產生的熱量小於在該負載模式二所產生的熱量，當該第一處理元件在該負載模式一而該第二處理元件未啟動時，從該區域一產生的熱量通過該第一熱傳件傳送至該散熱模組與該第二處理元件，當該第一處理元件在該負載模式二而該第二處理元件未啟動時，從該區域一產生的熱量通過該第一熱傳件傳送至該散熱模組與該第二處理元件，從該區域二產生的熱量通過該第二熱傳件傳送至該散熱模組，該區域一與該區域二對應該第一處理元件的晶片(die)處。
  2. 如請求項1所述可攜式電子裝置的散熱系統，還包括第三熱傳件，熱接觸該第一處理元件的區域三、該散熱模組與該第二處理元件，該區域三對應該第一處理元件的無晶片處。
  3. 如請求項2所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該第一處理元件是具有多核心(core)的中央處理器(CPU)，該區域一與該區域二各對應至少一核心，該區域三對應該中央處理器的無核心處。
  4. 如請求項2所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該區域二位於該區域一與該區域三之間，該第二熱傳件位於該第一熱傳件與該第三熱傳件之間。
  5. 如請求項2所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該第一熱傳件熱接觸於該第二處理元件的區域四，該第三熱傳件熱接觸於該第二處理元件的區域五，該區域四對應該第二處理元件的晶片(die)處，該區域五對應該第二處理元件的無晶片處。
  6. 如請求項5所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該區域四鄰接該區域五。
  7. 如請求項2所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該第一處理元件在負載模式三時，該第一處理元件的該區域一與該區域二產生熱量且已傳遍該第一處理元件的整個結構體，該第一處理元件在該負載模式三產生的熱量，大於該第一處理元件在該負載模式二產生的熱量，且大於該第一熱傳件與該第二熱傳件的熱傳能力之和，當該第一處理元件在該負載模式三而該第二處理 元件未啟動時，該第一處理元件在該負載模式三產生的熱量分別經由該第一熱傳件與該第三熱傳件傳送至該第二處理元件，且經由該第二熱傳件傳送至該散熱模組。
  8. 如請求項2所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該第二處理元件在負載模式四時，該第二處理元件的功率達到其最大功率的15%以上，該第二處理元件產生的熱量經由該第一熱傳件傳送至該散熱模組，也經由該第三熱傳件傳送至該第一處理元件後經由該第二熱傳件傳送至該散熱模組。
  9. 如請求項8所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該第二處理元件在負載模式五所產生熱量小於在該負載模式四所產生熱量，且該第二處理元件在該負載模式五所產生熱量僅通過該第一熱傳件傳送至該散熱模組與該第一處理元件，當該第二處理元件在該負載模式五時，該第二處理元件的功率在其最大功率的0~15%。
  10. 如請求項2所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中在該第三熱傳件的熱傳路徑上，該散熱模組位於該第一處理元件與該第二處理元件之間。
  11. 如請求項1所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該第二處理元件是圖形處理器(GPU)。
  12. 如請求項1所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該散熱模組的散熱能力大於該第一處理元件所能產生的最大熱量，該散熱模組的散熱能力大於該第二處理元件所能產生的最大 熱量，而該散熱模組的散熱能力小於該第一處理元件所能產生最大熱量與該第二處理元件所能產生最大熱量之和。
  13. 如請求項1所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中該負載模式一與該負載模式二的分界，是該第一處理元件所產生的功率相對於該第一處理元件的最大功率的40%。
  14. 如請求項1所述可攜式電子裝置的散熱系統，其中在該第一熱傳件的熱傳路徑上，該散熱模組位於該第一處理元件與該第二處理元件之間。
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