CN1093652C - 信息处理单元的机械结构 - Google Patents

Abstract

为包括一个或多个可更换电子元件的信息处理单元提供一个机械结构，其处理单元的内部封装在箱体内，该箱体具有：用于更换电子元件的开口；用于与更换开口接合和接触可更换电子元件的盖板。根据本发明，可在不降低更换发热元件的方便程度情况下，增强散热效果。此外，由于相对简单的结构并降低了制造成本，本发明可以被具体实施。

Description

信息处理单元的机械结构

技术领域

本发明涉及用于信息处理单元的机械结构，尤其是对位于邻近发热元件区域的机械结构，例如笔记本电脑或膝上电脑，其中许多电路被集成到一个狭小空间，并且尤其涉及发热元件临近区域的机械结构。更特别的是，本发明涉及用于信息处理单元的机械结构，使用该结构，可以有效进行发热元件的冷却及其替换(与另一个元件更换)。

背景技术

根据最新技术发展，比台式机更紧凑和轻便的个人计算机(如：笔记本电脑和膝上电脑)正在制造和销售。

图4是笔记本电脑100(在下文中简称为“PC”或“系统”)的外形示意图。这与日本设计申请NO.Hei 06-30003(我方卷号NO：JA9-94-621)公开的计算机系统是一样的，该申请也被转让给本申请人。

在图4中，PC100是一个所谓“有盖结构”，它包括一个薄型主体110和铰接在主体110上可翻转的盖120。

盖120有一个薄的上壳体121，在上壳体121的下边缘有一对圆柱状凸起122整体成形在上壳体121的下边缘，并被主体110旋转支撑，以便把盖120和主体110铰接在一起。液晶显示器(LCD)123，用于PC100的显示装置，大约位于上壳体121的打开面的中心(即盖120的内侧)。通过前后滑动上壳体121任一侧前面的操作部分124，外壳120可以相对于主体110打开和关闭。

主体110有一个薄的下壳体111。下壳体111上提供有一个具有预定尺寸的支撑板112，用于遮蔽下壳体111上部开口的后部。大约在上部开口的中心提供有键盘/TrackPoint 113(“TrackPoint”是IBM公司的商标)，作为PC 100的座标定向装置。在键盘单元113前部的左右两角提供有一对用于语音输出的喇叭114。一对舌形凸起115整体成形在键盘单元113的后边缘，以便转动铰接到支撑板112的前边缘。大约在下壳体111的后端提供有一个指示器115A。指示器115A显示电池剩余容量、PC卡的状态、软盘驱动器(FDD)和硬盘驱动器(HDD)的状态，以及当电源打开时系统100的状态。

图5所示是当PC 100的盖120和键盘113打开时主体110的内部结构。用于确定前室和后室的隔离板116，通过把一个薄金属板弯成预定形状而形成在下壳体111中。被支撑板112和隔离板116遮蔽的后室中放有一块系统板(未标)，系统板表面上装有必要的电子元件，例如CPU(中心处理单元)，系统内存，内存控制器，ROM，光驱，显卡和声卡。后室相对较狭小，安装在此室中电子元件的安装密度非常高。在前室中，隔离板116的前面，输入/输出装置，例如硬盘组件117、光驱118和电池组件119。是可拆卸和可更换地安装的。在隔离板116的前面提供了多个连接件用于机械和电气耦合硬盘驱动器组件117，光驱118和电池组件119的终端。

最新的个人计算机的性能有显著的提高。这个提高主要源于构成PC机心脏的CPU的处理速度的提高。然而，作为高速处理的一个代价，计算机中的发热量也随之增加。通过芯片的晶体管电流量随着操作频率的增加成比例的增长，因此，消耗了更多的电能。许多已被开发和制造的CPU采用CMOS技术，以便比常规的双极型半导体如TTL消耗相对较少的能量。然而，由于MOS型晶体管在其栅极也包括固有的容性因素，产生的热量也就不可避免的按操作频率成比例的增大。尤其，CPU，象英特尔公司生产的具有大约100MHz操作频率的Pentium，产生大量热量。尽管苹果公司、IBM公司和摩托罗拉公司联合开发和制造的Power PC 603(“Power PC”是IBM公司的商标)比Pentium产生相对少得多的热量，但仍然不少。结果，一些电子元件由于它们自身产生的热量而失常、失控或受损发热对上述笔记本电脑是一个关键问题，因为内部电子元件的安装密度如此之高，以致于没有足够的空间用于散热。尽管对台式机可以使用风扇进行强制冷却，但在笔记本电脑中却没有用于安装风扇的空间。

在当前笔记本电脑中对于发热电子元件，象CPU，视频控制芯片，系统内存和协处理器，经常利用一个机械结构，其中通过安装元件来提供冷却通道，使得电子元件接触散热管来传递热量，或者通过使电子元件与散热片(金属壳体有时也起散热片作用)接触，把热量传递到装置外部，其中散热片由导热材料制成(例如铜或铝)，具有一个大平面。与使用冷却扇进行强制冷却相比，由于风扇的高度不必被满足，便用散热管或散热片的自然冷却装置具有较小体积，结果对紧凑型计算机的设计和制造没有什么影响。值得注意的是相对复杂的层压结构被用于把电路板、电子元件和散热管连接在一起。

图6所示为笔记本电脑中使用的常规冷却结构。发热元件，例如CPU芯片，被朝向壳体(例如下壳体111)的壁安装在系统板上。壳体由良导热材料制成，如镁合金。具有相对高导热性能的弹性材料(例如硅橡胶)紧贴CPU芯片上表面，并且与下壳体111的壁进行热交换。例如，下壳体111整体铸造形成，有一个相当大的表面，并充当散热片。由于CPU芯片在上表面产生热量最多，使用上述结构，热量能够通过硅橡胶和下壳体111有效散发。

另一方面，升级个人计算机性能的要求，通过各种形式被满足。许多最新PC机允许的系统升级涉及利用其它管脚匹配的CPU替换所提供的标准CPU(通常，新版的CUP具有较高的处理速度，例如Power PC603⁺相对于Power PC 603)。显然对于技术上具有普通技能的人来说，可更换CPU的周边应设计成具有相对简单的机械结构，可以方便地进行CPU的拆除和替换。然而如上所述，产生许多热量的CPU的周边被制造为，与冷却部件，例如散热管或散热片，存在着密切而复杂的关系，并且不容易设计出允许CPU容易安装和拆除的机械装置。常规来说，CPU芯片的升级仅适用于在机箱内部具有额外空间的台式机，其机箱允许包括为CPU更换而设计的结构。

使用图6所示现有技术，实现CPU芯片更换是几乎不可能的。由于热量只能从CPU芯片上表面导出，无法提供优良的冷却效果。此外，下壳体紧贴CPU芯片的部分温度会趋于升高，这对用户可能构成一种安全威胁。

发明内容

本发明的一个目的是给信息处理单元，例如笔记本电脑或膝上电脑，提供一个优良机械结构，以便多重电路被存放在一个狭小空间内。

本发明的另一个目的是给信息处理单元的发热元件提供优良的机械周边结构。

本发明的再目的是给信息处理单元提供一个机械结构，使用该结构，冷却发热元件和拆除发热元件(与其它元件的更换〕可以最好地进行。

为了达到以上目的，本发明提供了一种用于具有一块系统板的信息处理单元的机械结构，该系统板上安装有多个电子元件，该机械结构包括：(a)一个用于封装所述系统板的箱体；(b)一个形成于所述箱体底面的更换开口；(c)一个在所述开口相反位置的系统板上提供的第一连接件；(d)一个具有与所述第一连接件耦合的第二连接件的卡组件，一个可更换元件，和一个位于所述可更换元件底部的中心开口，所述第二连接件和所述可更换元件安装在所述卡的同一表面；(e)一个夹在所述系统板和所述可更换元件之间的散热件；(f)一个用于遮蔽所述更换开口的盖板，一个平面突起成形在所述盖板上用于通过所述中心开口机械接触所述可更换元件的下表面。

根据本发明的第一个方面，即为信息处理单元提供一个机械结构，信息处理单元中包括一个或多个可更换电子元件，单元内部被一个壳体封装。壳体具有：一个用于替换可更换电子元件的更换开口；以及与更换开口接合和接触可更换电子元件的盖板。

例如，可更换电子元件为CPU芯片或安装有CPU芯片的CPU卡。

根据本发明的第二方面，为信息处理单元提供一个机械结构，信息处理单元包括一块安装有多个电子元件的系统板，系统板内部被壳体封装。壳体具有：位于安装在系统板上的可更换电子元件的相对位置上的更换开口；用于遮蔽更换开口的盖板，盖板固定在壳体上，使得盖板，可更换元件，散热件和系统板按以上顺序层压在一起。

在这种情况下，如果机械结构设计成在安装好时可更换元件与散热件和盖板接触，就会获得增强的散热效果。当散热管用作散热件时，散热效果会提高。

根据本发明的第三个方面，提供一个可连接到线路为印刷电路的系统板上的CPU卡，它包括：安装在CPU卡上的CPU芯片；大约在CPU卡中心的中心开口；以及用于连接到系统板上的连接件，连接件与所述CPU芯片安装到同一表面。

根据第二个方面，更换元件可以是CPU卡。在这种情况下，通过盖板在CPU卡上形成一个开口，并且形成一个与CPU芯片下表面接触的平面突起，以便加速盖板的散热。

根据本发明，为信息处理单元，例如笔记本电脑或膝上电脑，提供一个机械结构，在该单元中多个电路被集成在一个狭小空间，利用此结构，单元中的发热元件的冷却和发热元件的拆除(与其它元件更换)可有效进行。

根据本发明，热量可以通过发热元件的上下表面进行散发，这样提供了一个良好的散热效果。

而且，根据本发明，不用降低发热元件更换的方便性，就可增强散热效果。

此外，本发明可以作为一个相对简单的机械结构进行实施，并且制造成本可以降低。

本发明的其它目的，特征和优点将在本发明的实施例的详细描述中体现出来，该描述是参照附图给出。

本发明的优选实施例将被参照附图详细说明。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的笔记本电脑100的主体110的一个局部剖面图。

图2是表示PC 100的下壳体111的分解图。

图3是表示PC 100的下壳体111的分解图。

图4是PC 100的外形示意图。

图5是外壳120和PC 100的键盘113被打开以露出主体110的内部结构时的示意图。

图6是PC 100使用的常规冷却结构示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的笔记本电脑100的主体110的局部剖面图，相同参考序号用于图4和图5中来指示相关或同一元件。

表面安装有各种电路的系统板12，被放置在下壳体111中。在这个实施例中，下壳体111和上壳体121使用镁合金铸造而成，以便提供优良的机械强度，散热和EMI(电磁干扰)防护。

堆垛连接件14a固定在系统板12的下表面。堆垛连接件14a与CPU卡13上的堆垛连接件14b相连接。

CPU卡13大约在它的中心有一个矩形开口15，CPU芯片11固定在它的上表面，也就是堆垛连接件14b固定于其上的表面，应该注意的是，不象图6中的现有技术，CPU芯片11位于系统板12相反面。

散热管19位于系统板12和CPU卡13之间。众所周知，散热管是密封金属管(例如铜)，其中毛细材料和少量液体保持为半真空。通过液体蒸发，在管的一端(发热元件侧)，热量被吸收，通过蒸汽冷凝，在管的另一端(单元外面〕，热量被释放。散热管的热传导速度据说与声音的速度相同。图1中的散热管19的截面具有扁平拉长的形状，并在中心附近纵向弯曲，形成两个扁平部分19a和19b，从弯曲部分的两侧向外伸展。扁平部分19a利用多个机械螺钉17(参考图2)固定在下壳体111的底部，扁平部分19a，自由端，位于下壳体111底部的上方，从而当CPU卡13插入时，它接触CPU芯片11的上表面。散热管19可以弯曲一点，当弯曲部分的中心高度比CPU芯片11插入时的高度稍微低一些时，散热管19通过回复力轻微地压靠在CPU芯片11上，结果，机加工的精度和装配中的误差得到补偿，元件11和19之间的机械和热接触得到保证。一般，大部分热量是在CPU芯片的顶部产生的。在本实施例中，该热量通过作为热通道的散热管19传送到下壳体111的底部。由于下壳体111整个是由导热优良的镁合金制成，并有一个大平面，因此下壳体111也可作为散热片。

用于更换CPU卡13的更换开口形成于下壳体111的底部，在CPU卡13的下面(参看图2和3)。当不更换CPU卡13时，为了遮避开口，一块下盖板16被装在更换开口，并用机械螺钉17固定。

具有预定高度的平台18大约形成于下盖板16的中心。当下盖板16通过螺钉17固定在下壳体111上时，平台18通过CPU卡13的开口15插入并与CPU芯片11的下表面接触。下盖板16与壳体111和121一样，是由镁合金或铝合金制成的优良导热件，也用作散热片，因此，CPU芯片11产生的热量通过散热管19和下盖板16由其上、下表面散出了。

具有优良弹性和导热性的树脂板20a和20b(例如掺杂有氧化铝粉末的硅橡胶)可以附着在CPU芯片11的上、下表面。树脂板20a和20b，对于纠正机加工精度和装配误差，并保证CPU芯片11和散热管19、平台18有足够的热接触，是有用的。

图2和3为分解图，表示从上方和下方看的PC 100下壳体111(未示出系统板12)。

沿着下壳体111底部中的更换开口边缘和散热管19侧边缘形成多个凸台/螺钉孔21，用于用螺钉来固定下盖板16和散热管19。一个槽被形成以容纳扁平部分19a，这样把散热管19嵌入在预定位置。

参考图2和图3可以很容易地理解当装配主体110时，首先把散热管19用螺钉固定在下壳体111，然后系统板12(图2和3未示出)被固定到预定连接装置(未显示)。如前所述，CPU芯片11和堆垛连接件14a安装到CPU卡13的同一表面。当CPU卡13插入到下壳体111的更换开口时，CPU芯片11和堆垛连接件14b所在的CPU卡13的表面朝上。当CPU卡13通过堆垛连接件14a和14b与系统板连接时，CPU芯片11的上表面通过散热管19弯曲部分施加的回复力压靠在扁平部分19a。更进一步，下盖板16被装在下壳体111的更换开口，并通过螺钉17固定，这样装配就完成了。在下盖板16被螺钉固定的位置，平台18通过CPU卡13的开口15插入并与CPU芯片11的下表面接触，结果，热量可以由下表面散发。

为了更换CPU卡13，只需要拆掉盖板16，CPU卡13就可以与系统板12分离。不象图6中的现有技术，CPU芯片11位于与系统板相反位置。散热管19并不位于CPU卡13的分离方向，而是在相反方向。简言之，由于没有元件阻碍或干扰CPU卡13的拆除，因此更换过程可顺利完成。

本发明参考一个特殊实施例进行了详细说明。然而，对于具有普通技术常识的人来说，显然在本发明的范围内，各种变动和修改是可能的。例如，本发明可以应用于便携式信息处理单元，例如字处理机。也就是，尽管本发明通过使用一个例子而公开，但不应局限在那个例子。为了全面理解本发明的主旨，应参考权利要求书。

根据本发明，为信息处理单元，例如其中多个电路置于一个狭小空间的笔记本电脑或膝上电脑，提供了一个优良的机械结构，使用本结构，可以有效地实现发热元件的冷却和发热元件的拆除(与其它元件更换)。

Claims (3)

1.一种用于具有一块系统板的信息处理单元的机械结构，该系统板上安装有多个电子元件，该机械结构包括：

(a)一个用于封装所述系统板的箱体；

(b)一个形成于所述箱体底面的更换开口；

(c)一个在所述开口相反位置的系统板上提供的第一连接件；

(d)一个具有与所述第一连接件耦合的第二连接件的卡组件，一个可更换元件，和一个位于所述可更换元件底部的中心开口，所述第二连接件和所述可更换元件安装在所述卡的同一表面；

(e)一个夹在所述系统板和所述可更换元件之间的散热件；

(f)一个用于遮蔽所述更换开口的盖板，一个平面突起成形在所述盖板上用于通过所述中心开口机械接触所述可更换元件的下表面。

2.根据权利要求1的机械结构，所述可更换件为CPU。

3.根据权利要求1的机械结构，所述散热件为散热管。

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