xMEMS lanserar miniatyriserad fast tillstånds kylchip för smarta glasögon

xMEMS Labs har introducerat XMC-1200, en fast tillstånds mikrofläkt designad för att lösa en av de mest ihållande hindren för smarta glasögon, nämligen att göra ramen tyngre, tjockare eller bullrigare.

Santa Clara-baserade halvledartillverkaren beskriver XMC-1200 som världens minsta aktiva mikrofläkt. Med en yta på 46 kvadratmillimeter och typisk effektförbrukning på cirka 70 milliwatt när den paras ihop med företagets Astra2-driv-ASIC, är chipet tillräckligt litet för att integreras i templets armar på förstärkt verklighet (AR), utökad verklighet (XR) och AI-drivna glasögon.

Under en termisk belastning på en watt kan systemet, enligt xMEMS, minska temperaturen med upp till 10°C. Tekniska prover är nu tillgängliga under sekretessavtal för kvalificerade tillverkare och tekniska partners, med produktionssättning planerad till fjärde kvartalet 2027. Smarta glasögon möter ett värmeproblem

Smarta glasögon utvecklas långsamt från relativt enkla kamera- och ljudtillbehör till kompakta datorplattformar som kan köra datorseende, realtidsöversättning, multimodala assistenter, navigation och högupplösta skärmar.

De funktionerna kräver alltmer kraftfulla processorer, bildsensorer, anslutningskomponenter och ljusmotorer. Var och en av dessa komponenter genererar värme i en enhet som måste förbli lätt, tyst och bekväm mot bärarens hud.

Traditionella passiva kylsystem, inklusive grafitark, termiska pad, värmeväxlare och ångkammare, kan fördela värme i en enhet. Men de kan inte skapa luftflöde. I tätt slutna höljen kan värmen bli instängd runt processorer och andra komponenter, vilket till slut tvingar enheten att minska prestandan eller överföra obekväma temperaturer till ramen. Termiska begränsningar kan påverka flera aspekter av användarupplevelsen. Processorer kan bromsa under långvariga AI-arbetsbelastningar, kameror kan införa inspelningsbegränsningar och skärmar kan minska ljusstyrkan för att kontrollera temperaturer. Värme som genereras i en templets arm kan också göra glasögonen obekväma under långvarig användning.

En mikrofläkt byggd med halvledarteknologi

XMC-1200 liknar inte de miniatyriserade roterande fläktarna som finns i bärbara datorer eller andra konsumentelektronik. Istället tillverkas den av kisel med hjälp av xMEMS piezoelektriska mikroelektromekaniska system, eller piezoMEMS-plattformen.

När spänning appliceras på en tunn piezoelektrisk film expanderar och kontraherar materialet vid ultraljudsfrekvenser. Den här rörelsen driver mikroskopiska membran som genererar kontinuerliga luftpulser genom precisionsventilsstrukturer. Det resulterande luftflödet kan riktas mot en processor, displaymotor, sensor eller en annan koncentrerad värmekälla. denna arkitektur undviker de roterande motorerna och lagren som används i konventionella fläktar. Detta tillåter kyl enheten att operera inom ett ungefär ett millimeter-tunt paket samtidigt som den minskar mekanisk komplexitet, hörbar buller och vibration.

XMC-1200 kan leverera luftflöde på upp till 10 kubikcentimeter per sekund och baktryck på upp till 1 100 pascal, enligt företagets aktuella produktspecifikationer. Den är också klassad IP68 för motstånd mot damm och vatten, ett viktigt övervägande för elektronik som är avsedd att bäras under hela dagen. istället för att ersätta värmeväxlare eller andra passiva komponenter, är chipet avsett att komplettera dem. Den aktiva luftströmmen stör det lager av stillastående varm luft som omger en het komponent, vilket tillåter värme att flytta mer effektivt in i enhetens bredare termiska struktur.

Riktad kylning för skärmar, processorer och kameror

En potentiell tillämpning är kylning av ljusmotorer som används i AR- och XR-skärmar.

Mikrodisplay ljus-emitterande dioder och laserbaserade system kan uppleva förändringar i våglängd och utmatning när temperaturen stiger. Dessa förändringar kan bidra till färgskift, minskad ljusstyrka eller inkonsekvent bildkvalitet under långvarig användning. Riktad luftström kan hjälpa till att hålla dessa komponenter inom en mer stabil driftsregion.

Processorkylning presenterar ett annat användningsfall. Realtidsöversättning, röstinteraktion, visuell igenkänning och AI-inferens på enheten kräver kontinuerlig beräkningsprestanda snarare än korta beräkningsstötar. Utan tillräckligt termiskt utrymme kan en system-on-chip snabbt minska sin klockfrekvens för att förhindra överhettning.

Kamerabaserade glasögon möter liknande begränsningar. Högupplösta bildsensorer, videoencoders och trådlösa anslutningar genererar värme samtidigt under inspelning. Aktiv kylning nära dessa komponenter kunde tillåta tillverkare att stödja längre inspelningssessioner utan att dramatiskt öka ramens storlek.

Samma teknik kan också hjälpa tillverkare att kontrollera den yttre temperaturen på glasögonen. Att flytta värme bort från elektronik innan den når templets yta kunde göra enheterna mer bekväma under förlängd användning.

Utvidgning av µCooling-portföljen

XMC-1200 är den minsta medlemmen i en bredare aktiv kylportfölj som utvecklas av xMEMS.

Företagets XMC-2400 är designad för högre effektapplikationer, inklusive XR-glasögon, personliga fast tillstånds-enheter och andra edge AI-system. Dess aktuella specifikationer inkluderar luftflöde på upp till 28 kubikcentimeter per sekund och typisk effektförbrukning på cirka 150 milliwatt.

En större XMC-4800-modell riktar sig till smartphones, datacenter-lagringssystem och andra applikationer som kräver större luftflöde. Företaget listar den produkten med upp till 48 kubikcentimeter per sekund, med typisk effektförbrukning på cirka 240 milliwatt. ektet visar en bred strategi för att tillämpa halvledartillverkningstekniker på termisk hantering över olika enhetskategorier. Istället för att använda en fläktkonstruktion för varje produkt, kunde tillverkare potentiellt välja chip baserat på höljets storlek, tillgänglig effekt, luftflödeskrav och varje varm punkts placering.

Grundat 2018 fokuserade xMEMS initialt på fast tillstånds MEMS-högtalare för hörlurar, smartklockor, hörlurar och glasögon. Företaget har sedan utvidgat samma underliggande piezoMEMS-plattform till termisk hantering och rapporterar att de har mer än 300 beviljade patent världen över. ommersiell antagande kommer att bero på systemnivåprestanda

Att göra en kylkomponent tillräckligt liten för smarta glasögon är bara en del av den tekniska utmaningen.

Tillverkare måste bestämma hur luftflödet ska röra sig genom ramar som kan vara tätade mot fukt och damm. De måste också utvärdera hur kylchippet påverkar batterilivslängd, intern komponentplacering, akustisk prestanda, hållbarhet och yttre temperaturer.

XMC-1200:s relativt låga effektförbrukning kunde göra den lämplig för selektiv drift. En enhet kunde aktivera kylning endast under videoinspelning, krävande AI-inferens, hög skärmlys eller andra långvariga arbetsbelastningar snarare än att köra chipet kontinuerligt.

Den längre produktionsplanen indikerar också att tekniken fortfarande är i ett tidigt skede. Även om tekniska prover är tillgängliga, är det osannolikt att konsumentenheter som använder XMC-1200 kommer att dyka upp förrän tillverkare har slutfört omfattande tester och inkorporerat chipet i framtida hårdvarukonstruktioner.

Den större XMC-2400 har redan gått in i massproduktion och stöder företagets första glasögonrelaterade distributioner, vilket ger tillverkare ett för närvarande tillgängligt alternativ för konstruktioner med mer utrymme eller högre termiska belastningar.

Aktiv kylning kan omforma bärbar AI

Smarta glasögon har traditionellt designats runt strikta termiska begränsningar. Tillverkare har hanterat dessa begränsningar genom programvarubegränsningar, intermittent arbetsbelastning, minskad skärmlys och konservativ processorkapacitet.

Mikroskala aktiv kylning skapar ett annat alternativ. Istället för att konstruera varje funktion runt en fast värme tak, kunde framtida bärbara enheter dynamiskt avlägsna värme under krävande uppgifter och återgå till passiv drift när arbetsbelastningen minskar.

Det kunde stödja längre inspelningssessioner, mer konsekvent skärmkvalitet och AI-funktioner som fungerar kontinuerligt snarare än i korta stötar. Det kan också tillåta mer bearbetning att förbli på enheten, minskar beroendet av smartphones eller molninfrastruktur.

Den bredare betydelsen sträcker sig bortom en enda kylchip. När bärbara datorer blir mer kapabla, kommer termisk hantering alltmer att påverka vilka AI-upplevelser som kan fungera tillförlitligt inuti enheter som är tillräckligt lätta för att bäras under hela dagen.