高功率便携装置和对接系统制造方法及图纸

一种系统包括高性能但非常紧凑的装置以及相关联的对接站。该装置可以包括被容纳在壳体内的处理器，该壳体限定热耦合到该处理器和其他发热部件上的热传输表面。该对接站包括用于接纳该装置的该壳体的一部分、限定受热表面的导热基底、以及将该热传输表面热耦合到该受热表面上的传导纤维阵列。这形成了能够进行重复热耦合和去耦合的干燥低压热耦合界面。这相对于需要高压或不可靠的重复热耦合和去耦合的传统半液态的或液态的热化合物或顺性热垫而言是有利的。该散热机构因此在很大程度上是与该装置分开的，并且因此它变得非常紧凑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本非临时专利申请要求于2014年1月8日提交的、题为“COMPUTER DOCKING STATION AND METHOD(计算机对接站和方法)”的美国临时专利序列号61/924,858的优先权，该临时申请在U.S.C.119(e)的权益下通过引用结合在此。
本专利技术总体上涉及高功率便携装置，诸如可以包括用于服务器的便携处理模块的便携计算机。更具体地说，本专利技术涉及一种利用到目前为止仅在高性能膝上计算机、台式计算机、服务器和工作站计算机中使用烦人处理芯片的非常紧凑的手掌式计算机。
技术介绍
个人计算机的最近进展已经在提高性能与提高便携性之间发生分歧。性能是典型地需要非常高性能的多核和多线程处理器的“台式”计算机和“膝上”计算机所追求的。这些处理器在操作过程中产生大量的热量，从而要求有大规模的冷却系统。此类冷却系统包括热导体，用于将热量从耦合到将空气运输越过冷却片阵列的主动式对流冷却系统(诸如风扇)的处理器移除。同时，对便携性的希望已经导致越来越薄且轻的计算装置。对于超薄膝上计算机、平板计算装置和智能电话，这已经达到了极限。此类系统总体上不能被设计成具有主动式冷却系统。然而同时，希望这些高度便携装置具有提高的性能。处理器设计师已经尝试通过尝试实现性能和低功耗两者的并行目标来解决此分歧。这已经导致适用于一些膝上计算机的一些高性能处理器。然而尽管有这些进展，也造成了危害。这些膝上计算机中的一些是由铝设计而成并且具有主动式冷却，但在操作过程中仍展现出高热偏差，这些高热偏差在操作过程中导致外部显著变热。此外，希望能够利用比甚至典型的膝上计算机更薄且更小的计算机。这可能排除主动式冷却系统的使用，这进而将此类计算机归入到低功率处理器。在过去，已经尝试了使用提供冷却的对接站来缩小性能与便携性之间的这种分歧。称之为“‘506专利”的专利5,473,506描述了这样一种系统。‘506专利描述了一种具有多个对接底座的模块化计算机，这些对接底座用于接纳具有产生废热的微处理器的多个功能模块。这些底座被示出为具有接合这些功能模块以便移除废热的多个冷却结构。关于这种系统的一个挑战是在将热量从处理器传递到对接站方面以及在移除废热方面的有效性。图1中示出了此挑战的一个方面。现有技术排热系统可以涉及界面2，该界面用于将热量从发热部分4传导到受热部分6。最佳地，发热部分4和受热部分6是由具有相对高的导热率的材料(诸如铝)形成。然而尽管这样，关键的困难在于界面2。在微观水平上，发热部分4典型地限定了非常粗糙的表面8，该表面还包括表面波度。同样地，受热部分10也限定了非常粗糙的表面10，该表面还包括表面波度。当这些表面8和10被按压在一起时，它们倾向于仅进行点接触，从而在其间产生大的热阻。这些表面之间在大部分表面区域上有空气间隙12。部分4和6可以由具有400瓦特每米-开氏温度的导热率的铜制成。然而，因为空气间隙12具有约0.02瓦特每米-开氏温度的导热率，该空气间隙支配热阻。因此，部分8和10的高传导率并未实现界面2处的有效传热。一种可能的解决方案是尝试使这些表面8和10是微观上完美的。这遗憾地就高成本而言并且在实际使用中是不切实际的。此外在这些部件的使用过程中，这些表面8和10可能受到污染并和划伤，从而重新造成这些粗糙表面的有害影响。对完美表面的依赖在表面完美性受到危害的情况下可能具有破坏性的结果。其他可能的解决方案包括使用跨越空气间隙12的顺性聚合物(诸如橡胶材料)。这样做的困难在于：为了使聚合物具有足够的顺性以便适形于两个表面10和12，厚度必须达到产生大的热阻的程度。所谓的“导热的”聚合物具有低一个(多个)数量级的导热率，并且因为它们填充有填充物材料所以更硬。如果聚合物层被制造成足够薄以便使热阻损耗是可容许的，使该聚合物层适形于这些表面所需要的夹紧力可能是不切实际的。橡胶材料也可以填充有导热填充物。包括聚合物垫和石墨垫的所谓的“热界面垫”展现出不适用于在对接和断开过程中分别重复进行可靠热耦合和去耦合循环的机械特性。另外的其他可能的解决方案涉及使用热油脂来跨越空气间隙12。这具有以下缺点：重复的热耦合和去耦合循环将倾向于耗尽热油脂或降低其有效性，从而要求重新涂覆热油脂。不能期望许多用户手头上此类热油脂或适当地涂覆热油脂。因此需要找到更好的热解决方案，以便能够使用高功率便携装置(诸如高性能便携计算机)。附图说明图1为被按压在一起的两个表面的示意性图示，示出了由于表面粗糙度而发生的点接触。图2为根据本专利技术的一种示例性系统的示意性图示。图3为将要安装到对接站的高性能便携计算机的示例性实施例的等距视图。图4为安装到对接站的高性能便携计算机的示例性实施例的等距视图。图5为利用接合顺性表面的导热纤维的低力热耦合器的第一实施例的示意性图示。图5A为撞击在粗糙表面上的单根传导纤维的示意性图示。图5B为撞击在包括顺性层的粗糙表面上的单根传导纤维的示意性图示。图6为利用导热纤维的相互接合重叠的低力热耦合器的示意性图示。图6A为比图6更详细地描绘传导纤维的相互接合重叠的示意性图示。图7为一种利用具有扩大端部几何形状的导热纤维的系统的示意性图示。图8描绘了一种系统，其中高性能便携计算机将被安装到对接站的插孔中，其中特别强调的是在安装过程中用于提供运动控制、对齐和稳定性的机械特征相互作用。图9为一种系统的替代性几何形状的等距图示，其中，高性能便携计算机被安装到对接站中。图10为一种系统的另一个替代性实施例的等距图示，其中该高性能便携计算机可以在不被安装在对接站中的情况下在低功率电平下运行。具体实施方式在本说明书中，任何方向介词，诸如上、向上、下、向下、前、后、顶部、上部、底部、下部、左、右和其他此类术语是指可以这样取向的装置或描绘，并且描述在附图中这样出现的装置并且仅是为了方便而使用的。此类方向和位置术语并不旨在是限制性的，或并不旨在暗示在此的装置或方法必须借助图形以任何特定取向来使用或定位。另外，计算机和网络术语，诸如网络、服务器、计算机、便携、装置、数据库、浏览器、媒体、数字文件和其他术语仅是为了说明性目的，并且由于在本领域中关于此类术语取决于正使用它们的从业者的广泛变化，不应当被认为是限制性的。在此的系统应当被认为是包括任何和所有种类的软件、固件、操作系统、可执行程序、文件和文件格式、数据库、计算机语言等，如本领域技术人员将以它们将被描述的任何方式所想到的。图2为根据本专利技术的示例性系统20的示意性图示。为了使示出和描述清晰而省略了细节。系统20总体上包括高功率便携装置，其在此被例示为高性能便携计算机(“模块”)22和对接站24。X轴和Z轴对应地被称为侧向轴和垂直轴，并且总体上是彼此正交的。该对接站可以是单机或可以形成另一种系统的一部分，该另一种系统包括服务器、现金收款机、销售点系统、信息亭、数字标牌、车辆、显示系统、机器人和工业系统。模块22包括安装到印刷电路板(PC板)28上的处理器(CPU)26。PC板28是发热设备的范例。模块22还包括壳体30，该壳体的一部分被描绘成是由导热材料(诸如高导热性金属或金属合金)形成。用于壳体30的适合材料包括铝、铜和镁合金。传热元件32将处理器26热耦合到壳体30上。传热元件32可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率便携装置和对接站系统(“系统”)，包括：高功率便携装置，包括：发热设备，该发热设备在满载操作过程中产生至少8瓦特的热量；壳体，该壳体的至少一部分区域具有用于热耦合到外部冷却设备上的导热表面；导热传热元件，该导热传热元件被热耦合到该壳体的该导热表面和该发热设备上，以用于有效地将热量从该发热设备传输到该壳体传导表面；以及热界面元件，该热界面元件被布置在该壳体的该导热表面上，该热界面元件包括用于热连接的装置，该热连接能够提供低于每平方厘米每瓦特热量10摄氏度的热阻，该热量被传输到在低压下并且在不需要使用任何凝胶、流体和油脂的情况下与该装置相接触的外部导热纤维阵列；以及对接站，该对接站具有用于散热的装置并且从而能够冷却该高功率便携装置，该对接站包括：导热基底，该导热基底被热耦合到该用于散热的装置上；以及第一导热顺性纤维阵列，所述第一导热顺性纤维阵列用于通过在一端处与该用于热连接的装置相接触来接收该热量，该第一导热顺性纤维阵列在另一端处被永久地布置在该导热基底上并且被热耦合到其上，从而能够冷却该高功率便携装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.08 US 61/924,8581.一种高功率便携装置和对接站系统(“系统”)，包括：高功率便携装置，包括：发热设备，该发热设备在满载操作过程中产生至少8瓦特的热量；壳体，该壳体的至少一部分区域具有用于热耦合到外部冷却设备上的导热表面；导热传热元件，该导热传热元件被热耦合到该壳体的该导热表面和该发热设备上，以用于有效地将热量从该发热设备传输到该壳体传导表面；以及热界面元件，该热界面元件被布置在该壳体的该导热表面上，该热界面元件包括用于热连接的装置，该热连接能够提供低于每平方厘米每瓦特热量10摄氏度的热阻，该热量被传输到在低压下并且在不需要使用任何凝胶、流体和油脂的情况下与该装置相接触的外部导热纤维阵列；以及对接站，该对接站具有用于散热的装置并且从而能够冷却该高功率便携装置，该对接站包括：导热基底，该导热基底被热耦合到该用于散热的装置上；以及第一导热顺性纤维阵列，所述第一导热顺性纤维阵列用于通过在一端处与该用于热连接的装置相接触来接收该热量，该第一导热顺性纤维阵列在另一端处被永久地布置在该导热基底上并且被热耦合到其上，从而能够冷却该高功率便携装置。2.一种高功率便携装置，包括：发热设备，该发热设备在满载操作过程中产生至少8瓦特的热量；壳体，该壳体的至少一部分区域具有用于热耦合到外部冷却设备上的导热表面；导热传热元件，该导热传热元件被热耦合到该壳体的该导热表面以及该发热设备上，以用于有效地将热量从该发热设备传输到该壳体传导表面；以及热界面元件，该热界面元件被布置在该壳体的该导热表面上，该热界面元件包括用于热连接的装置，该热连接能够提供低于每平方厘米每瓦特热量10摄氏度的热阻，该热量在外部导热纤维阵列在低压下并且在不需要使用任何凝胶、流体和油脂的情况下与该装置相接触时被传输到该外部导热纤维阵列。3.一种对接站，该对接站具有用于散热的装置并且从而能够冷却该高功率便携装置，该对接站包括：导热基底，该导热基底被热耦合到该用于散热的装置上；以及导热顺性纤维阵列，该导热顺性纤维阵列用于通过在一端处与该用于热连接的装置相接触来接收该热量，该导热顺性纤维阵列在另一端处被永久地布置在该导热基底上并且被热耦合到其上，从而能够冷却该高功率便携装置。4.如权利要求2所述的高功率装置，其中，该用于热连接的装置包括第二导热纤维阵列，该第二导热纤维阵列被永久地布置在该热界面元件上并且被热耦合到其上。5.如权利要求2所述的高功率装置，其中，该用于热连接的装置包括被永久地布置在该导热表面上的顺性涂层，该顺性涂层具有低涂层厚度从而使得该顺性涂层在低压接触下向外部顺性且导热纤维阵列提供更大的接触表面面积，从而在由于足够低的附加层而仍保持热阻增长的同时减小接触热阻，从而使得总热阻低于每瓦特每平方厘米10摄氏度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴威石·沙，
申请(专利权)人：探戈科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US