CN106031321A - 高功率便携装置和对接系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

高功率便携装置和对接系统

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 DOCKINGSTATION 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。

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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为根据本发明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为根据本发明的示例性系统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可以包括一个或多个部件。在示意性实施例中，传热元件32包括导热粘合剂34、铜热扩散器36和导热凝胶38。导热凝胶38帮助吸收冲击和振动并且填充由于机械公差变化造成的间隙。壳体30还在壳体30的优选地相对于处理器26大致对齐的一部分上限定热传输表面40，以便使传热最大化。在一些实施例中，热界面元件(未示出)被布置在热传输表面40上。这种传热元件的示例可以包括稍后将讨论的顺性层或导热纤维阵列。

对接站24包括导热基底42，该导热基底限定用于从热传输区域40接收热量的受热表面44。热传输表面40和受热表面44在传热区域45上重叠。在优选实施例中，导热基底42是由导热材料(诸如高导热性金属或金属合金)形成。举几个示例来说，用于外部导热基底42的适合材料包括铝、筒和镁合金。导热基底42被热耦合到导热路径46上。导热路径46可以是热管或实心热导体(诸如金属或金属合金)。在一个实施例中，导热基底42和导热路径46是由材料整体形成。导热路径被热耦合到热交换器48、诸如一组铝翼片上。风扇50被配置成用于鼓吹空气穿过热交换器48，以便提供对流排热。

低力热耦合器52位于热传输区域40与受热区域44之间，该低力热耦合器包括多根导热纤维，该多根导热纤维的横向伸展限定传热区域45。多根导热纤维在沿垂直轴Z传输热量方面总体上是非常有效的。这些纤维被取向成总体上与表面40和44限定至少约30度的一个平均角度。这些导热纤维可以是直的或屈曲的。典型地，它们以一种非线性方式屈曲。这些纤维可以从表面40和44中的任一者或两者伸出。当这些纤维从表面40或44伸出时，相对表面可以包括顺性特征，该顺性特征实现这些伸出的纤维与该相对表面之间的有效热耦合。这种顺性层的材料可以包括硅树脂或聚氨酯橡胶。尽管此类层具有典型地低于1瓦特每米开尔文的非常低的导热率，它们的厚度可以小于100微米并且在实施例中小于25微米。顺性层因此帮助显著地降低接触热阻，同时由于其低厚度而仅添加适中的热阻。在第一实施例中，这些纤维是碳纤维。在第二实施例中，这些纤维是聚合物纤维。在第三实施例中，每根纤维是具有薄导热涂层的聚合物纤维，该薄导热涂层改进在横向于该纤维的长轴的横向方向上的传热。

在优选实施例中，低力热耦合器52在不使用任何“湿”部件(诸如随着重复的热耦合和断开连接而将倾向于耗尽的热油脂)的情况下在其间提供传热。因此，壳体30与导热基底42之间的热连接优选地是不使用导热油脂或其他导热流体的“干燥”连接。这个“干燥”方面在无需用户维护的情况下促进较长的界面寿命。

在示例性实施例中，传热区域45的面积是至少约10平方厘米。在一个特定实施例中，该区域是约40平方厘米。区域45可以基于需要传递的热量的量以及表面40与44之间所希望的可允许温降来选择。

在使用中，在模块22的操作过程中由处理器26产生过热。该热量通过传热元件32被传输到壳体30。该热量随后由形成热耦合器52的至少一部分的纤维从热传输表面40传递到受热表面44。该热量随后通过传导基底42和导热路径46被传输到热交换器48并且使用风扇50来对流地排除。

在示例性实施例中，处理器26产生至少8瓦特的过热。在其他实施例中，处理器26产生至少10瓦特、至少15瓦特、至少20瓦特、至少25瓦特、约25瓦特、或大于25瓦特的过热。可以使用产生50瓦特废热的处理器26。考虑到希望保持计算机中的先进处理器性能，可能产生较高量的过热。

每平方厘米所传递的废热可以通过用以厘米度量的传热区域45的面积除所传递的热功率来限定。例如，考虑到产生40瓦特废热和40平方厘米的面积的处理器。这将导致跨区域45并穿过热耦合器52所传递的1瓦特每平方厘米的瓦特每平方厘米。

使用系统20，对于跨传热区域45所传输的每瓦特每平方厘米，从该热传输表面到该受热表面的温降被最小化到小于十摄氏度。在其他实施例中，对于跨传热区域45所传输的每瓦特每平方厘米，该温降小于六摄氏度、小于五摄氏度、小于四摄氏度、或小于三摄氏度。在一些实施例中，对于跨传热区域45所传输的每瓦特每平方厘米，该温降可以是在二至三摄氏度之间。

图3为系统20的示例性实施例的等距视图，其中模块22与对接站24是分开的。轴被示出为包括侧向轴X和Y以及垂直轴Z。+X的方向是将模块22安装到对接站24中的方向。+Z的方向是从模块22到对接站24的传热方向。

现在以示例性实施例形式说明相对于图2示意性地示出的不同特征。如所指示的，传热元件32位于模块22内，处理器26(未示出)位于该传热元件下方。传热元件32可以包括铜片或铝片或散热片。传热元件32将热量传递到壳体30的限定热传输表面40的一部分。

对接站24被描绘为包括受热表面44、导热路径46、热交换器48和风扇50。对接站24包括用于接纳、对齐、固定模块22并耦合到其上的插孔54。插孔54限定用于沿+X方向接纳模块22的开口。将模块22安装到插孔54中可以包括滑动接合安装。模块22可以包括沿壳体30的边缘或顶部的基面56，该基面由互补对齐特征(未示出)接合，这些互补对齐特征是插孔54的用于在X、Y和Z上将模块22与插孔54适当对齐的目的的部分。此对齐对于在所有三个轴上将热传输表面40与受热表面44适当对齐可以是重要的。插孔54还可以包括或限定用于将模块22固定成处于适当对齐的闩锁或摩擦特征。最后，插孔54可以包括用于将模块22电耦合到对接站24上的电连接器(未示出)。

图3描绘了作为用于接纳模块22的一部分的腔或开口的示例性插座54。在替代性实施例中，对接站24可以包括不是腔或开口的接纳部分54。例如，这种接纳部分54可以被形成到对接站24的上表面中，借此模块22可以被放置到接纳部分54上。其他变型对于接纳部分54是可能的。

图4为系统20的示例性实施例的等距视图，其中模块22被安装在插孔54中。热传输表面40和受热表面44重叠以便限定传热区域45。传热区域45是热传输表面40与受热表面44之间的重叠区域，在该重叠区域上，这些表面由低力热耦合器52来连结。

废热是在处理器26中产生的，并且图3和图4中示出了沿+Z的垂直热运动方向。废热由此从该处理器被垂直传导、穿过传热元件32、穿过壳体30的一部分、穿过低力热耦合器52、并且到达导热基底42。废热随后沿X轴和Y轴、沿导热路径46被侧向传导到热交换器48。废热随后经由通过风扇50进行的强制对流而从热交换器48被传递到周围空气。

尽管已经特别强调对接站24的促进排热的特征，应当理解的是，对接站可以提供不同的其他功能，诸如向模块22提供电力以及提供模块22与其他系统和装置之间的连接。此类连接可以包括与监视器或打印机的连接、无线连接以及与计算机网络的连接。图3和图4描绘了不同端口57，仅举几个示例来说，这些端口可以包括电源端口、相机卡端口、头戴耳机端口、USB(通用串行总线)端口、火线端口、和/或以太网端口。对接站24还可以包括一根或多根天线，用于利用一个或多个协议(举几个示例来说，诸如蓝牙、802.11和蜂窝通信)来进行无线通信。

图5、图5A、图5B、图6、图6A和图7为描绘低力耦合器52的实施例的示意性图示。在这些设计的任一种设计中，存在从取决于具体实施例从热传输表面40、受热表面44抑或从表面40和44两者伸出的纤维。总而言之，这些纤维具有总体上沿Z垂直延伸的长轴。如早先指示的，这些纤维可以相对于Z限定锐角或几乎与Z重合，并且将典型地具有一定曲度。

每根纤维是由这样一种材料形成：该材料沿其长轴的导热率比在横向于该长轴的方向上更大。适合材料的示例将是碳纤维。可替代地，该纤维可以是优选地沿其长轴传输热量的聚合物纤维。在一个实施例中，这些纤维涂布有传导涂层，以便增强从纤维区域在侧向方向上到另一个区域、纤维到纤维、或从纤维到相邻表面的侧向热传输。在示例性实施例中，这些纤维涂布有薄金属涂层，该薄金属涂层可以通过气相沉积、溅射沉积、或任何其他适合的方法来沉积在这些纤维上。

作为示例，这些纤维可以是由高密度聚乙烯(HDPE)形成。一些此类纤维具有沿长轴的约20W/mK(20瓦特每米开氏温度)的导热率、以及沿与该长轴正交的横轴的约0.2W/mK的导热率。这些纤维可以涂布有薄金属涂层，从而使得热量在横向方向上更有效地分散，以便穿过较大的有效截面区域在纵向方向上进一步传输。

取决于特定实施例，这些纤维被永久地附接到热传输表面40、受热表面44、抑或表面40和44两者上。存在用于形成此类纤维的不同方法，包括机械附接、使用微细蚀刻工艺来蚀刻到基底中、使用化学或物理过程在该基底上生长、和/或使用3D打印来形成到该表面上。

这些纤维总体上具有在0.3毫米至2毫米范围内的长度。在另一个实施例中，该长度可以是在0.3毫米至1.0毫米的范围内。在又另一个实施例中，该长度可以是在0.4毫米至0.8毫米的范围内。在又另一个实施例中，该纤维长度可以是约0.5毫米。

这些纤维可以具有横向于该纤维长轴的在约5μm至25μm(微米(micrometer或micron))的范围内的截面直径或尺寸。在一个实施例中，该截面直径可以在5μm至10μm的范围内或可以是10μm。

纤维密度可以是相当高的——约等于100,000至300,000根纤维每平方厘米或甚至更高。因此，它们具有可能平均小于25μm的非常紧密的侧向间距。

图5为低力热耦合器52的示例性第一实施例的示意性图示，该低力热耦合器在传热区域45上将壳体30的一部分热耦合到导热基底42上。壳体30包括非常薄的顺性层58，该顺性层具有限定热传输表面40的上表面。多根导热纤维60被永久地附接到受热表面44上。多根导热纤维向下延伸(-Z方向)以便撞击在热传输表面40上。

图5A和图5B示出了薄顺性层58的功能。图5A描绘了导热纤维60在表面40上的撞击，该表面并不具有处于微观水平的顺性层58。如可以看见的，表面40是不光滑的。另外，显然，纤维60总体上与具有小的表面面积的表面40进行接触。纤维60存在屈曲并适形于该表面的一定趋势，从而提供比点接触更好的接触。

图5B示出了在壳体30上方使用非常薄的顺性层58。顺性层58允许纤维60的尖端与表面40具有大得多的接触表面面积。这可以使该接触表面面积增加一个数量级。如在该垂直方向上测量的，顺性层58的厚度小于100μm(微米(micron或micrometer))。在其他实施例中，顺性层58的厚度可以小于75μm、小于50μm、或小于25μm。在一个实施例中，该顺性层具有约10μm至20μm的厚度。该顺性层可以是由具有非常低的弹性模量的橡胶或弹性体形成。接触表面面积的增加是在纤维60与橡胶表面40之间的撞击区处的橡胶变形和纤维屈曲的结果。

图6为低力热耦合器52的示例性第二实施例的示意性图示，该低力热耦合器在传热区域45上将壳体30的一部分热耦合到导热基底42上。多根纤维60T(T表示传输)总体上从由壳体30的一部分限定的热传输表面40沿垂直+Z方向伸出。多根纤维60R(R表示接收)总体上从由导热基底42限定的受热表面44沿-Z方向伸出。垂直重叠区62是由多根纤维60T与60R之间沿Z轴的重叠限定，该重叠突出到侧向限定的传热区域45上。

图6A描绘了多根纤维60T和60R的示例性重叠以便示出尺寸细节。每根纤维的长轴被示出为是总体上垂直于或平行于Z轴。实际上，当然，这些纤维可以是弯曲的和/或可以相对于该Z轴限定锐角。横向于纤维长轴测量的每根纤维的有效直径被示出为是在约5μm至10μm的范围内。在交错的或介入的纤维之间的间距被示出为是在约2μm-5μm的范围内。根据所示出的实施例，60T纤维与60T纤维之间沿垂直Z轴的重叠是约50μm至100μm。

所示出的纤维之间的垂直(Z)重叠是在这些纤维之间的侧向(X和/或Y)间距的约10倍至50倍之间的范围内。这种几何形状帮助使热量从60T传输纤维传到60R接收纤维的热阻最小化。此热阻可以通过用金属或其他导热膜涂布这些纤维来进一步减小，以便改进此侧向传热。该重叠长度与总纤维长度相比仍然是非常小的并且因此造成该重叠所需要的力是非常小的，从而使得易于耦合和去耦合，这对于对接和断开是有益的。

图7描绘了利用低力热耦合器52的第三实施例的系统20。图7将模块22描绘成有待被滑动安装到对接站24的插孔54中。模块包括限定热传输表面40的传热元件32。多根纤维60从热传输表面40垂直向上(+Z)伸出。每根纤维60包括具有扩大端部几何形状的远端64。

插孔24包括限定受热表面44的导热基底。当模块22被滑动安装到插孔54中时，这些扩大远端64接合受热表面44。这些扩大端部用于使从这些纤维60到受热表面44的传热最大化。在实施例中，受热表面44是由薄顺性层限定，以便进一步增加这些扩大端部64与该受热表面44之间的接触表面面积。在又另一个实施例中，每个扩大端部64可以涂布有薄传导材料(诸如蒸汽沉积金属)，以便进一步改进传热。

图8描绘了示例性系统20，其中模块22将要被安装到对接站24的插孔54中。模块22包括壳体30的至少一部分或基面56，该至少一部分或基面接合插孔54的多个部分，以便在模块22滑动到插孔54中时控制模块22的垂直定位。随着模块22沿侧向X轴滑动到插孔54中，弹簧66向上推动模块22。基面56接合插孔54的多个部分的动作反抗弹簧66的力，直到基面56到达凹槽68为止。随后基面56被向上推动到凹槽68中，以便允许该低力耦合器将热传输表面40热耦合到受热表面44上。同时，电连接器70和72耦合，从而将模块22电耦合到对接站24上。

图8的示例是大大简化的并且打算示出使用壳体30的多个表面(诸如基面56)来在模块22被侧向插入插孔54中时控制模块22相对于插孔54的垂直和有角度的定位和运动。模块22和插孔54在安装过程中的相互作用可以提供表面40与44之间的短滑动运动。考虑到图6所描绘的低力耦合器52的实施例。该短滑动运动允许这些纤维60T在模块22与对接站24之间的非常低的力和压力要求下安置在这些纤维60R的间隙之间。

模块22的壳体30和插孔54的多个表面的相互作用控制热传输表面40与受热表面44之间沿垂直(Z轴)方向的间距或距离D(例如，垂直距离)。在一些实施例中，实施例D是在0.2毫米至2.0毫米的范围内。在其他实施例中，对于如图6和图6A所描绘的实施例，距离D是在0.5毫米至1.5毫米的范围内。在其他实施例中，对于如图6和图6A所描绘的实施例，距离D是在0.7毫米至1.1毫米的范围内。在又另一个实施例中，对于如图6和图6A所描绘的实施例，距离D为约0.9毫米。在另外的其他实施例中，对于如图5、图5A和图5B所描绘的实施例，D是在0.3毫米至0.7毫米的范围内。在又另一个实施例中，D为约0.5毫米。在另外的其他实施例中，对于如图5、图5A和图5B所描绘的实施例，D是在0.3毫米至0.7毫米的范围内。尽管其他间距D是可能的，受控间距因此根据导热纤维的使用而得到优化。

图9为系统20的替代性实施例的等距图示，其中模块22相对于对接站24以特定的几何构型来安装。在其他方面，系统20在功能上类似于相对于图2和3所描绘的系统。指示出了X轴、Y轴和Z轴。如前所述，+X是模块22安装到对接站24中的方向，并且+Z是从模块22到对接站24的传热方向。

图10为系统20的另一个替代性实施例的等距图示，其中模块22具有关联的小显示器74并且可以在不被放置到对接站24中的情况下作为计算机来操作。当在对接站24的外部操作时，模块需要被钟控放慢或以其他方式减慢以便避免过度的操作温度。

在一个实施例中，模块22在其未被对接时以第一处理器功率水平操作。当模块22被安装到对接站24中时，该对接被检测到。此模块22随后在被对接时自动地以较高功率水平操作。

尽管在此的热消散系统的所有基本特性和特征已经在此示出并描述，参照其具体实施例，在先前披露中预期到一定范围的修改、各种变化和替换，并且将明显的是在一些示例中，可以在不背离本发明的如前说述的范围的情况下采用本发明的一些特征而不相应地使用其他特征。还应当理解的是，在阅读本披露并且意识到所披露的新型且有用的系统之后，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到并做出不同替换、修改和改变。因此，如本领域技术人员将想到的，所有这类修改和改变以及替换被认为被包括在由以下权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一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。

6.如权利要求1所述的系统，其中，该用于热连接的装置包括被永久地布置在该热界面元件上并且被热耦合到该热界面元件上的第二导热纤维阵列，从而使得该装置在低压下相接触时创建与该对接站的该第一导热纤维阵列的重叠接触。

7.如权利要求1所述的系统，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撞击接触下向该对接站的该第一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。

8.如权利要求4所述的高功率便携装置，其中，该高功率便携装置是高性能便携计算机，其中，该发热设备是包括CPU的PC板。

9.如权利要求5所述的高功率便携装置，其中，该高功率便携装置是高性能便携计算机，其中，该发热设备是包括CPU的PC板。

10.如权利要求4所述的高功率便携装置，其中，这些导热纤维中的每一根导热纤维沿着该纤维的长轴最有效地导热，并且许多纤维包括外涂层，该外涂层增强在横向于该纤维的该长轴的方向上到该纤维中的导热。

11.如权利要求3所述的对接系统，其中，这些导热纤维中的每一根导热纤维沿着该纤维的长轴最有效地导热，并且许多纤维包括外涂层，该外涂层增强在横向于该纤维的该长轴的方向上到该纤维中的导热。

12.如权利要求1所述的系统，其中，该至少该外壳与该导热基底的该部分接合控制在该便携装置的该热界面元件与该对接站的该导热基底之间的间距。

13.如权利要求12所述的系统，其中，该接合控制滑动接合，由此在该对接站的这些热耦合的导热纤维与该热界面元件之间建立滑动运动。

14.如权利要求6所述的系统，其中，该第一纤维阵列与该第二导热纤维阵列之间的重叠长度远小于任一个纤维阵列的长度，从而需要低压来引起重叠，同时仍使这两个纤维阵列之间的有效接触表面面积增大多个数量级，其中，这些重叠纤维表面之间具有小于10微米的平均空气间隙，从而使得这些纤维阵列之间的有效热阻被显著减小。

15.如权利要求13所述的系统，其中，该热界面元件与该导热纤维阵列之间的相互作用导致这些导热纤维的刮擦运动，以便改进这些导热纤维与该热界面元件之间的热接触。

16.如权利要求3所述的对接站，其中，该用于散热的装置包括散热片和风扇以及该对接站的这些外表面。

17.如权利要求3所述的对接站，其中，该用于散热的装置包括从分体式空调系统适当适配的制冷循环系统的热耦合的冷侧管道。

18.如权利要求3所述的对接站，其中，该用于散热的装置包括该对接站的这些导热表面。

19.如权利要求1所述的系统，其中，该用于散热的装置包括从分体式空调系统适当适配的制冷循环系统的热耦合的冷侧管道。

20.如权利要求1所述的系统，其中，该高功率便携装置是高性能便携计算机，其中，该发热设备是包括CPU的PC板。