CN101529359B - 薄的被动冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种系统，包括功率源和包围所述功率源的隔热机构。所述隔热机构包括三维的壳体和板，所述壳体限定一腔室，所述功率源置于所述腔室中，所述板定位成覆盖由所述壳体的边缘限定的通入所述腔室的开口。注意到，所述壳体包含三个层，其中第二层被夹在第一层和第三层之间。所述第二层具有第一各向异性导热性。此外，所述板包括具有第二各向异性导热性的材料。

Description

薄的被动冷却系统
技术领域
本发明涉及传热技术。更具体地，本发明涉及用于在电子装置中使用的紧凑的被动冷却元件。
背景技术
近些年来，由电子装置提供的计算性能有了显著的增长。这已经导致了在这些产品中功耗的增大以及相关产热的增多。因此，处理这个热负荷以维持这些装置可接受的内部和外部运行温度已经变成了相当大的挑战。
诸如膝上型计算机(笔记本电脑)、移动电话以及个人数字助理的便携式装置造成附加的设计限制。具体地，在这些装置中的尺寸和重量限制会使其难以获得希望的运行温度。例如，在许多应用中，金属散热器的尺寸和重量可能是受到抑制的。此外，在这些装置中的电池的寿命会排除诸如风扇的主动冷却机构的使用。
因此，需要的是包括有紧凑的和被动的冷却机构的电子装置，该冷却机构克服以上所列的问题。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种系统，其包括功率源和包围所述功率源的隔热机构。所述隔热机构包括三维的壳体和板，所述壳体限定一腔室，所述功率源置于所述腔室中，所述板定位成覆盖由所述壳体的边缘限定的通入所述腔室的开口。注意，所述壳体包含三个层，其中第二层被夹在第一层和第三层之间。所述第二层具有第一各向异性导热性。此外，所述板包括具有第二各向异性导热性的材料。
在某些实施例中，所述第一层和所述第三层包括金属，比如铝、铜、镁、铝合金、铜合金和/或镁合金。
在某些实施例中，所述板由涂层覆盖。所述涂层可包括聚合物，比如
Figure G2007800392966D00021
在某些实施例中，所述板比如利用粘合剂结合至所述系统内部的表面。
在某些实施例中，所述第二层包括石墨，并且所述板包括石墨。
在某些实施例中，所述功率源与集成电路相关联。此外，在某些实施例中，所述隔热机构提供所述功率源的被动冷却。
在某些实施例中，所述系统包括便携式计算装置。
在某些实施例中，所述系统运行以确保所述系统的外表面上的温度小于第一预定值和/或所述隔热机构的内部的温度小于第二预定值。
在某些实施例中，所述壳体的重量小于预定值。
附图说明
图1A为示出了根据本发明的实施例的便携式计算装置的方块图；
图1B为示出了根据本发明的实施例的便携式计算装置的方块图；
图2为示出了根据本发明的实施例的壳体的方块图；
图3A为示出了根据本发明的实施例的壳体的方块图；
图3B为示出了根据本发明的实施例的壳体的方块图。
注意在全部附图中相同的附图标记指代相同的部件。
具体实施方式
以下的说明呈现为使得本领域技术人员能够实现和使用本发明，并且在一具体应用及其要求的情况下提供。对公开的实施例所作的各种修改对于本领于技术人员来说是容易地明显的，并且在此限定的一般原理可应用到其它实施例和应用中而不脱离本发明的精神和范围。从而，本发明并不限于所示的实施例，而是具有与在此公开的原理和特征相一致的最宽的范围。
公开了一系统的实施例，该系统包括功率源和包围所述功率源的隔热机构。该隔热机构提供可与集成电路相关联的所述功率源的被动冷却。注意该系统可包括固定的和/或便携式的电子装置(此后称为“便携式计算装置”)，比如桌上型计算机、膝上型计算机、移动电话、个人数字助理、游戏控制器和MP3播放器。
该隔热机构可包括三维的壳体和板，所述三维的壳体限定一腔室，功率源置于该腔室中，所述板定位成覆盖由壳体的边缘限定的通入腔室的开口。注意到，所述壳体包含三个层，其中第二层夹在第一层和第三层之间。所述第二层具有第一各向异性导热性。此外，所示板包括具有第二各向异性导热性的材料。例如，第二层和板可都包括石墨，并且第一和第三层可包括金属和/或金属合金。此外，所述板可由诸如聚合物的涂层保护。
隔热机构可以是非常紧凑的并且可以具有轻的重量。例如，第一和第三层的厚度可小于或等于0.1mm，第二层的厚度可小于或等于0.1mm。此外，壳体的重量可小于或等于5克。
这种薄的被动冷却元件可允许在便携式计算装置中获得希望的运行温度，而不使用主动冷却元件或者重的或大的元件，比如散热器。因而，在系统运行过程中，系统的外表面上的温度可小于第一预定值和/或隔热机构的内部的温度可小于第二预定值。例如，第一预定值可为50℃，并且第二预定值可小于80℃。
现在说明该系统和薄的被动冷却元件的实施例。图1A提供了示出根据本发明实施例的便携式计算装置100的剖视图的方块图，并且图1B提供了示出根据本发明实施例的便携式计算装置100的分解视图的方块图。便携式计算装置100包括被包围在三维的隔热机构中的电路板116。这个隔热机构包含在便携式计算装置100内的封闭区域中，该封闭区域由装置壳体110-1和装置壳体110-2限定。
注意到，电路板116包括一个或多个集成电路120，该一个或多个集成电路120在运行时为功率源(即，产生热量)。此外，隔热机构包括壳体114和板112，所述壳体114限定了一腔室，电路板116置于所述腔室中，所述板112覆盖通入所述腔室的开口。这个开口由壳体114的边缘限定。在某些实施例中，可选的涂层118覆盖板112并保护板112不被划伤和/或使板112电绝缘。例如，所述涂层118可包括诸如的聚合物。
板112可结合至便携式计算装置100中的表面。具体地，板112可通过粘合层(未示出)附连至装置壳体110-1的一部分。例如，装置壳体110-1可包括显示器、键盘套件或者后面板。
此外，板112可包括具有各向异性导热性的材料。例如，板112可包括石墨，所述石墨的面内(in-plane)导热性比面外(out-of-plane)导热性大50-100倍。这个各向异性可使得便携式计算装置110的外表面与辐射热隔离。具体地，板112可使得热量沿着装置壳体110-1的内表面传播或扩散，由此降低便携式计算装置110的一个或多个外表面上的温度。在示例性实施例中，热量被吸收并传播至前部屏幕表面或顶部屏幕表面，由此降低后面板上的温度和温度梯度。
隔热机构中的壳体114可包括多个叠层。这在图2中示出，图2提供了示出根据本发明的实施例的壳体200的方块图。所述壳体200包括3个层：具有厚度212的第一层210，具有厚度216的第二层214，以及具有厚度220的第三层218。注意到，第一层210和第三层218可包括金属和/或金属合金，比如铝、铜、镁、铝合金、铜合金和/或镁合金。这些层可给三维壳体114(图1A和1B)提供机械刚度，并且可给第二层214提供机械保护以防止其被划伤和/或使第二层电绝缘。此外，第一层210和第三层218可吸收并传播(扩散)从电路板116(图1A和1B)接收到的热量。此外，第二层214可包括具有各向异性导热性的材料，比如石墨。
在示例性实施例中，第一层210和第三层218为铝，第二层214为石墨。厚度212可为0.1mm，厚度216可为0.1mm，厚度220可为0.1mm。注意到，壳体114(图1A和1B)的总重可小于或等于5克。此外，板112(图1A和1B)可为石墨且厚度可为0.1mm，并且涂层118(图1)可为
Figure G2007800392966D00051
且厚度可为0.1mm。
使用商业性地获取的诸如IcepakTM(来自Ansys，Inc.，Canonsburg，Pennsylvania)的计算流体动力学软件，采用对应于这个示例性实施例的参数执行的热模拟表明，隔热机构将装置壳体110-1(图1A)的外表面上的温度从60-70℃降低至小于50℃。此外，计算出电路板116(图1A和1B)周围的温度从150℃降低至小于80℃。
从而，隔热机构可驱散由电路板116(图1A和1B)上的元件(比如一个或多个集成电路120)产生的热量。此外，这个机构可以是非常紧凑的(即，薄的)并且重量轻的，这可使其适合于具有显著的尺寸、重量和电池寿命限制的应用，所述限制会排除主动冷却机构(比如风扇)和/或金属散热器的使用。
如上所述，隔热机构中的壳体114(图1A和1B)是三维的，以便限定包围电路板116(图1A和1B)的腔室。图3A提供了示出根据本发明的实施例的壳体312(比如图1A和1B中的壳体114)的俯视图300的方块图，并且图3B提供了示出根据本发明的实施例的壳体312的侧视图350的方块图。注意到，壳体312具有字母L的形状，宽度314达到8.0cm和长度达到16.0cm，以合适地容纳电路板116(图1A和1B)。此外，壳体312包括边缘310。这些结构将壳体312电连接至且热锚固至隔热机构中的板112(图1A和1B)。
注意到，在某些实施例中，便携式计算装置100(图1A和1B)、壳体200(图2)和/或壳体300包括更少的或附加的元件，两个或多个元件组合为单个元件，和/或一个或多个元件的位置可以变化。例如，壳体200(图2)可包括更少的或附加的层。
仅仅为示例和说明的目的已经提出了前述本发明的实施例的说明。它们并不是排它性的，或者并不将本发明限制为所公开的形式。因此，许多修改和变化对于本领域技术人员来说是明显的。另外，上述公开并不是用于限制本发明。本发明的范围由所附的权利要求限定。

Claims (17)

1.一种被动冷却系统，包括：
功率源；以及
隔热机构，所述隔热机构包围所述功率源，
其中，所述隔热机构包括：
壳体，所述壳体是三维的，其中所述壳体限定具有开口的一腔室，所述功率源置于所述腔室中，所述开口由所述壳体的边缘限定，所述壳体包含三个层，第二层被夹在第一层和第三层之间，所述第二层具有第一各向异性导热性，所述第一层和所述第三层包括镁或镁合金；以及
板，所述板包括具有第二各向异性导热性的材料，其中所述板定位成覆盖通入所述腔室的所述开口，从而包围所述功率源。
2.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述第一层的厚度小于或等于0.1mm。
3.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述第二层的厚度小于或等于0.1mm。
4.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述第三层的厚度小于或等于0.1mm。
5.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述板由涂层覆盖。
6.根据权利要求5所述的被动冷却系统，其中所述涂层包括聚合物。
7.根据权利要求5所述的被动冷却系统，其中所述涂层包括
8.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述板结合至所述系统内部的表面。
9.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述第二层包括石墨，并且所述板包括石墨。
10.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述功率源与集成电路相关联。
11.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述系统包括便携式计算装置。
12.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述系统确保所述系统的外表面上的温度小于一预定值。
13.根据权利要求12所述的被动冷却系统，其中所述预定值小于50℃。
14.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述系统确保所述隔热机构内部的温度小于预定值。
15.根据权利要求14所述的被动冷却系统，其中所述预定值小于80℃。
16.根据权利要求1所述的被动冷却系统，其中所述壳体的重量小于或等于一预定值。
17.根据权利要求16所述的被动冷却系统，其中所述预定值为5克。
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