CN111669948A - 一种头戴式智能终端的散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种头戴式智能终端的散热结构，冷板与产品内部PCB板上的主芯片顶面相接触，冷板内部设置有适配冷却液流动的微通道，冷板的左右两端分别设置有与微通道相连通的左右转接头，并分别通过软管与微泵和散热部件相连通，共同形成适配冷却液在其中进行循环流动的散热结构；由于采用了具有微通道的冷板和相应的水冷结构，利用热阻更低的优点，更快速、更高效地将主芯片在工作时所产生的大量热量传递至采用常规散热方法都难以实现的局部冷区，有效解决了产品在高性能使用场景中主芯片发热和表壳发烫等缺陷，在明显提升了用户体验的同时，也有效解决了产品因高温导致的性能降低和寿命缩短等问题。
Description
技术领域
本发明涉及头戴式智能终端领域，尤其涉及的是一种头戴式AR或VR智能终端的散热结构。
背景技术
为提高用户对移动智能终端产品的功能体验效果，各大厂商在不断给智能终端产品开发各类新功能、提升性能的同时，不断轻薄化、紧凑化产品结构，这也给产品带来很严峻的散热挑战；随着5G时代的到来，剧增的数据处理任务，更是加剧了智能终端产品的散热问题。
智能终端产品现有的散热方式一般是利用导热界面材料、热管或者均温板把芯片热量导出到外壳，利用外壳及石墨片进行散热、均温，再配以过热保护程序来实现对移动智能终端产品整体温度的控制。
而对于一些结构复杂、形状不规整的头戴式智能终端产品如AR/VR，由于其内部构造复杂，其外壳也不像手机一样规整，现有热管、石墨片以及均温板等常规的散热方式，都难以将热源热量有效扩散至外壳进行均温和散热；再者AR/VR产品的外壳材质通常是塑胶，导热性能也较差，芯片所产生的热量较难以通过塑胶外壳快速散开；即便是改用金属外壳，其向外界散热的能力也是非常有限，这极可能在很短时间内造成芯片的温度上升超到过热点触发过热保护程序，触发降频降帧，同时也带来较差的感官体验，从而严重影响了用户的体验感。
现有技术中也有利用风扇进行散热的，例如公开号CN205958846U主题名称一种紧凑无线VR/AR头盔的专利文献，其就采用了风扇搭配热管散热器的散热结构，虽然该散热方式能够很好地解决产品的散热问题，但是仍然存在有噪音、粉尘等诸多问题。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种头戴式智能终端的散热结构，可有效提高散热效率，提升用户体验感；且结构紧凑、噪音小，并利于提高产品的防尘防水等级。
本发明的技术方案如下：一种头戴式智能终端的散热结构，包括冷板、微泵、软管、散热部件和冷却液；冷板与头戴式智能终端内部PCB板上的主芯片顶面相接触，冷板内部设置有适配冷却液流动的微通道，冷板的左右两端分别设置有与微通道相连通的左右转接头，并分别通过软管与微泵和散热部件相连通，共同形成适配冷却液在其中进行循环流动的散热结构。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：散热部件为头戴式智能终端的透明面罩；透明面罩的内部中空设置，用于充满冷却液；朝向PCB板一侧的透明面罩外侧壁上分别设置有连通其内部空间的进水接头和出水接头，用于分别通过软管与微泵和冷板相连通。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：在使用一个微泵的情况下，冷板的左转接头经由软管与微泵的出水端相连通，冷板的右转接头经由软管连通至透明面罩的进水接头，透明面罩的出水接头经由软管与微泵的进水端相连通。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：散热部件为外部带有翅片的后散热器，后散热器内部设置有贯穿所有翅片的管道，后散热器的左右两端分别为后散热器的进水口和出水口；后散热器经由头箍带连接在头戴式智能终端的后部，软管沿头箍带连通至后散热器。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：在使用一个微泵的情况下，冷板的左转接头经由软管与微泵的出水端相连通，冷板的右转接头经由软管连通至后散热器的进水口，后散热器的出水口经由软管与微泵的进水端相连通。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：后散热器的底部或顶部加装有微风扇。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：冷板由均为铜质或铝质的上盖板和下底板焊接而成，且下底板内均布有微型沟槽。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：冷板的厚度在0.3～0.8mm之间，微型沟槽的宽度在0.2～0.5mm之间，微型沟槽的深度在0.1-0.6mm之间。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：冷板与主芯片之间的接触面上涂抹有导热膏。
所述的头戴式智能终端的散热结构，其中：微泵的流量≥20ml/min，软管直径3～5mm。
本发明所提供的一种头戴式智能终端的散热结构，由于采用了具有微通道的冷板和相应的水冷结构，利用热阻更低的优点，更快速、更高效地将主芯片在工作时所产生的大量热量传递至采用常规散热方法都难以实现的局部冷区，有效解决了头戴式智能终端产品在高性能使用场景中主芯片发热和表壳发烫等缺陷，在明显提升了用户体验的同时，也有效解决了头戴式智能终端产品因高温导致的性能降低和寿命缩短等问题。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而非意图以任何方式来限制本发明公开的范围；图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并非是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸；本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1是本发明头戴式智能终端散热结构的核心零部件组成示意图；
图2是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一的分解图；
图3是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一的俯视图(无顶盖状态)；
图4是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一所用透明面罩的横向剖视图；
图5是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一所用透明面罩的纵向剖面示意图；
图6是本发明头戴式智能终端散热结构实施例二的分解图；
图7是本发明头戴式智能终端散热结构实施例二的俯视图(无顶盖状态)；
图8是本发明头戴式智能终端散热结构实施例二所用后散热器的主视和剖视放大示意图；
图9是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一和实施例二所用冷板的放大断面图；
图10是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一和实施例二所用冷板与主芯片处的放大切面图；
图中标号汇总：PCB板100、主芯片101、冷板110、上盖板111、下底板112、微型沟槽112a、左转接头113、右转接头114、微泵120、软管130、散热部件140、顶盖210、外壳220、透明面罩230、进水接头231a、出水接头231b、头箍带240、后散热器250、翅片251、基板252、管道252c、微风扇260。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
本文中涉及的AR(Augmented Reality，增强现实)，也被称为扩增现实技术；增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验；真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。
本文中涉及的VR(Virtual Reality，虚拟现实)，又称灵境技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来；因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。
如图1所示，图1是本发明头戴式智能终端散热结构的核心零部件组成示意图，该头戴式智能终端散热结构主要由冷板110、微泵120、软管130、散热部件140和冷却液组成；冷板110覆盖在头戴式智能终端产品内部PCB板100的主芯片101之上，并与主芯片101的顶面相接触；冷板110内部设置有适配冷却液流动的微通道(图未示出)，冷板110的左端(即进水端)通过与微通道相通的软管130与微泵120的出水端相连通，微泵120的进水端与散热部件140的出水端相连通，冷板110的右端(即出水端)通过与微通道相通的软管130与散热部件140的进水端相连通，共同形成适配冷却液在其中进行循环流动的散热结构。
冷板110与主芯片101相接触，主芯片101在工作时产生的热量通过冷板110传递给微通道里的冷却液，被加热后的冷却液在微泵120的驱动下经过软管130流动到散热部件140，并将热量传递到散热部件140，散热部件140通过空气对流和热辐射方式将热量散至空气中，随着冷却液温度降低，再次被微泵120驱动至冷板110处，如此反复从而达到不断给主芯片101散热降温的目的。
因为在相同的体积流量下，水带走热量的能力是空气的3700倍，因此水冷却比空气冷却可以用更小的体积和温升带走热量；而本发明的头戴式智能终端散热结构，由于采用了带有微通道的冷板110和相应的水冷结构，由此具有更低的热阻，能够更快速、更高效地将主芯片101在工作时所产生的热量传递至液体工质中，从而保证主芯片101的正常工作，以及提高主芯片101周边与人体接触外壳部位的舒适性。
与现有技术中的自然散热方式相比，在相同热耗、相同温度情况下，本发明的头戴式智能终端产品体积可以设计得更小，使得整个智能终端产品可以达到结构紧凑、轻便的效果。
而与现有技术中的风冷散热方式对比，本发明的头戴式智能终端散热结构还具有噪音低，无须在外壳上开孔，可以做到更高等级的防尘防水的优点。
较好的是，散热部件140可以是头戴式智能终端产品结构件的一部分，例如外壳部分的顶盖，又如透明面罩，这样能使产品结构更加紧凑轻便，且能避免开设通风孔，利于产品能做到更高的防尘防水等级；当然，散热部件140也可以是额外设置的散热器部件。
实施例一、结合图2和3所示，图2是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一的分解图，图3是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一的俯视图(无顶盖状态)；该头戴式智能终端包括顶盖210、外壳220、PCB板100和透明面罩230，PCB板100上设置有主芯片101；PCB板100水平放置在外壳220内的中上部，微泵120固定在外壳220内的左端；透明面罩230位于外壳220的前侧壁上，且透明面罩230的进水接头231a和出水接头231b均位于外壳220内；冷板110位于PCB板100的主芯片101之上，且冷板110的底面与主芯片101的顶面相接触导热。
在实施例一中，图1中的散热部件140为头戴式智能终端的透明面罩230；该透明面罩230的内部中空设置，用于充满冷却液；结合图4所示，图4是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一所用透明面罩的横向剖视图，朝向PCB板100一侧的透明面罩230外侧壁上分别设置有连通其内部空间的进水接头231a和出水接头231b，透明面罩230的进水接头231a通过软管130与冷板110的出水端相连通，冷板110的进水端通过软管130与微泵120的出水端相连通，微泵120的进水端通过软管130与透明面罩230的出水接头231b相连通。
在具体实施过程中，透明面罩230呈空心板状(也可以是蛇形凹槽液路，本实施例中以空心板为例)，材质采用高透光度材质例如PMMA，透明面罩230的整体厚度为1.8～2.5mm，壁厚0.5～1mm；结合图5所示，图5是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一所用透明面罩的纵向剖面示意图；分为内板231和外板232，进水接头231a和出水接头231b位于内板231上，内板231和外板232通过压合或其它固接工艺粘合在一起，透明面罩230内充满冷却液(也可以是蛇形凹槽液路内充满冷却液)。
实施例一的优点在于，能够快速、高效地将主芯片101工作时产生的大量热量传递至用常规散热方式难以实现的大面积面罩区域，在降低主芯片101温度的同时，外壳220外表整体温度也会有所下降，从而提高与人体接触部位的舒适性及用户体验感；同时，通过合理使用微泵120，实施例一的水冷散热系统能够提供4W以上的额外散热能力，使得头戴式智能终端产品结构可以做得更轻便、更紧凑，并达到轻薄化的目的。
实施例二、结合图6和7所示，图6是本发明头戴式智能终端散热结构实施例二的分解图，图7是本发明头戴式智能终端散热结构实施例二的俯视图(无顶盖状态)；该头戴式智能终端包括顶盖210、外壳220、PCB板100、透明面罩230和头箍带240；与实施例一不同的是，后散热器250经由头箍带240连接在头戴式智能终端的后部；后散热器250由翅片251和基板252组成，翅片251及基板252的材质可均采用铝合金或镁合金或其它高导热轻质金属，翅片251焊接在基板252上，基板252连接在头箍带240上。
为了进一步提高实施例二的散热效果，在后散热器250的底部或者顶部，可以依据散热功率的大小增加微风扇260，微风扇260位于翅片251底部时对着翅片251吹风(即图示状态)，微风扇260位于翅片251顶部时从翅片251间隙抽风，以进一步提高散热效率；具体的，微风扇260可优先选用轴流风扇，长宽尺寸为25～40mm，厚度尺寸为3～4mm，风量0.01～0.02m3/min，噪音≤25dB@0.3m(@0.3m代表在0.3米的空间范围内)。
在实施例二中，图1中的散热部件140为外部带有翅片251的后散热器250，结合图8所示，图8是本发明头戴式智能终端散热结构实施例二所用后散热器的主视和剖视放大示意图，(a)为主视放大图，(b)主视图中的A-A剖视放大图；后散热器250的基板252内部横向设置有贯穿所有翅片251的管道252c，管道252c的左右两端分别为后散热器250的进水口和出水口；后散热器250的进水口通过软管130沿头箍带240与冷板110的出水端相连通，冷板110的进水端通过软管130与微泵120的出水端相连通，微泵120的进水端通过软管130沿头箍带240与后散热器250的出水口相连通。
实施例二的优点在于，能够快速、高效地将主芯片101工作时产生的大量热量传递到后散热器250，保证主芯片101的正常工作以及与人体接触部位的舒适性；同时，通过合理使用微泵120，实施例二的水冷散热系统也能够提供4W以上的额外散热能力，可满足大多数头戴式智能终端产品的散热需求，使得产品的主体部分结构可以更加紧凑、轻便；此外，由于后散热器250有一定的重量，也实现了产品整体前后重量均衡，减少了佩戴者因主体部分过重而对前额部分产生向下拖拽的不适感。
在具体实施过程中，后散热器250的翅片251优选朝向竖直方向设置，以提高气流流动，利于对流散热。
在上述两个实施例中，还可以设置多个微泵120，以保证提供足够的驱动力；且各个部件的排列、组合、表现形式也不仅限于上述两个实施例；其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做作出的改变、修饰、替代、组合、简化，均应视为等效的置换方式，都应属于在本发明的保护范围之内。
在本发明头戴式智能终端散热结构的具体实施方式中，具体的，微泵120的长和宽尺寸均≤30mm，厚度尺寸≤8mm，流量≥20ml/min，噪音≤25dB@0.3m(@0.3m代表在0.3米的空间范围内)；微泵120的类型可选择压电微泵、形状记忆合金微泵或其它类型的微泵；冷却液可以选择去离子水、乙二醇或其它高比热容低粘度无毒无腐蚀性液体工质；液路内充满冷却液；考虑到产品整体重量及便利性，软管130材质可采用柔性PVC或软硅胶或其它柔性材料，软管130直径在3～5mm之间。
结合图9所示，图9是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一和实施例二所用冷板的放大断面图；冷板110由上盖板111和下底板112焊接而成，上盖板111和下底板112的材质均为铜质或铝质，也可以是其它导热性能好的材质，焊接方式可以采用钎焊、扩散焊、焊膏焊或其它形式的焊接固接方式；且下底板112内均布有微型沟槽112a，与上盖板111共同构成冷板110内部的微通道。
具体的，冷板110的厚度H在0.3～0.8mm之间，微型沟槽112a的宽度W在0.2～0.5mm之间，微型沟槽112a的深度在0.1-0.6mm之间。
结合图10所示，图10是本发明头戴式智能终端散热结构实施例一和实施例二所用冷板与主芯片处的放大切面图；冷板110与PCB板100上的主芯片101之间的接触面上涂抹有导热膏，以减小接触热阻。
在上述两个实施例中，为了提高冷板110的工艺合理性，较好的是，在冷板110的左右两端分别设置有与微通道相连通的左转接头113和右转接头114，左右转接头(113和114)均可以采用精密压铸、注塑、3D打印方法或者其它技术方法制作，左右转接头(113和114)与冷板110两端之间的固结均可以采用焊接方式，也可以均采用胶接或者其它形式的粘合方式。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种头戴式智能终端的散热结构，其特征在于，包括冷板、微泵、软管、散热部件和冷却液；冷板与头戴式智能终端内部PCB板上的主芯片顶面相接触，冷板内部设置有适配冷却液流动的微通道，冷板的左右两端分别设置有与微通道相连通的左右转接头，并分别通过软管与微泵和散热部件相连通，共同形成适配冷却液在其中进行循环流动的散热结构。
2.根据权利要求1所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：散热部件为头戴式智能终端的透明面罩；透明面罩的内部中空设置，用于充满冷却液；朝向PCB板一侧的透明面罩外侧壁上分别设置有连通其内部空间的进水接头和出水接头，用于分别通过软管与微泵和冷板相连通。
3.根据权利要求2所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：在使用一个微泵的情况下，冷板的左转接头经由软管与微泵的出水端相连通，冷板的右转接头经由软管连通至透明面罩的进水接头，透明面罩的出水接头经由软管与微泵的进水端相连通。
4.根据权利要求1所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：散热部件为外部带有翅片的后散热器，后散热器内部设置有贯穿所有翅片的管道，后散热器的左右两端分别为后散热器的进水口和出水口；后散热器经由头箍带连接在头戴式智能终端的后部，软管沿头箍带连通至后散热器。
5.根据权利要求4所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：在使用一个微泵的情况下，冷板的左转接头经由软管与微泵的出水端相连通，冷板的右转接头经由软管连通至后散热器的进水口，后散热器的出水口经由软管与微泵的进水端相连通。
6.根据权利要求4所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：后散热器的底部或顶部加装有微风扇。
7.根据权利要求1所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：冷板由均为铜质或铝质的上盖板和下底板焊接而成，且下底板内均布有微型沟槽。
8.根据权利要求7所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：冷板的厚度在0.3～0.8mm之间，微型沟槽的宽度在0.2～0.5mm之间，微型沟槽的深度在0.1-0.6mm之间。
9.根据权利要求1所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：冷板与主芯片之间的接触面上涂抹有导热膏。
10.根据权利要求1所述的头戴式智能终端的散热结构，其特征在于：微泵的流量≥20ml/min，软管直径3～5mm。
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