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Hintergrund
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Viele elektrische Komponenten in Computersystemen verwenden Wärmeübertragungsvorrichtungen, um dabei zu helfen, die elektrischen Komponenten kühl zu halten. Zum Beispiel kann ein Hauptprozessor in einem Notebook-Computersystem eine Wärmeübertragungsvorrichtung verwenden, um Wärme weg von dem Hauptprozessor hin zu einem Ort zu leiten, wo die Wärme entladen wird (z. B. ein Lüfter in der Nähe eines Randes des Notebooks). Als ein weiteres Beispiel können mehrere elektrische Komponenten einer Graphikkarte ebenfalls solche Wärmeübertragungsvorrichtungen verwenden, Das thermische Koppeln jedoch von Wärme erzeugenden, elektrischen Komponenten mit Wärmeübertragungsvorrichtungen ist kompliziert, wenn eine Mehrzahl solcher elektrischer Komponenten, wie z. B. elektrische Komponenten auf einer Graphikkarte, eine unterschiedliche Höhe über der darunterliegenden Schaltungsplatine aufweisen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Für eine detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen wird nun Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen zeigt;
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2 eine perspektivische Ansicht eines zusammengebauten Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen zeigt;
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3 eine Querschnitt-Aufrissansicht eines Systems zeigt, entnommen im Wesentlichen entlang der Linie 3-3 aus 2, gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen;
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4 eine Querschnitt-Aufrissansicht gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen zeigt;
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5 eine perspektivische Teil-Ausschnitt-Ansicht einer Trägervorrichtung gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen zeigt; und
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6 ein Verfahren gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen zeigt.
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Notation und Nomenklatur
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Bestimmte Ausdrücke werden durchgehend in der nachfolgenden Beschreibung verwendet und die Ansprüche beziehen sich auf bestimmte Systemkomponenten. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, können Computerunternehmen mit unterschiedlichen Namen Bezug auf eine Komponente nehmen. Dieses Dokument hat nicht die Absicht, zwischen Komponenten zu unterscheiden, die sich in ihrem Namen, aber nicht ihrer Funktion unterscheiden.
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In der nachfolgenden Erörterung und in den Ansprüchen werden die Ausdrücke in „umfassen” und „aufweisen” auf nicht einschränkende Weise verwendet und sollten somit derart interpretiert werden, dass sie „umfassen, aber nicht beschränkt auf ...” bedeuten. Auch der Ausdruck „koppeln” oder „koppelt” soll entweder eine indirekte oder eine direkte Verbindung bezeichnen. Somit, wenn eine erste Vorrichtung mit einer zweiten Vorrichtung koppelt, kann diese Verbindung durch eine direkte Verbindung oder durch eine indirekte Verbindung über andere Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen.
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„Thermisches Schnittstellen-Material” soll Materialien zum Verbessern der thermischen Leitung zwischen einer Wärme erzeugenden Komponente, eng benachbart (5 mm oder weniger) zu einer Vorrichtung zu verbessern, die konfiguriert ist, um Wärme weg von der Wärme erzeugenden Komponente zu leiten. Thermisches Schnittstellen-Material (Wärmeleitmaterial (thermal interface material)) weist nicht nur thermisches Schnittstellen-Material vom Lagen- oder Anschlussflächen-Typ auf, sondern ferner Materialien, die bei Raumtemperatur gelartig sind (z. B. thermisches Fett bzw. Wärmeleitpaste) und Phasenänderungs-Materialien, die fest oder halbfest bei Raumtemperatur sind und bei Betriebstemperatur gelartig werden.
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Detaillierte Beschreibung
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Die nachfolgende Erörterung richtet sich auf verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Obwohl ein oder mehrere dieser Ausführungsbeispiele bevorzugt sein können, sollten die offenbarten Ausführungsbeispiele nicht derart interpretiert oder anderweitig verwendet werden, dass sie den Schutzbereich der Offenbarung einschränken, einschließlich der Ansprüche. Zusätzlich dazu erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet, dass die nachfolgende Beschreibung eine breite Anwendung findet und die Erörterung von jeglichem Ausführungsbeispiel nur beispielhaft für dieses Ausführungsbeispiel sein soll und nicht einschränkend anzeigen soll, dass der Schutzbereich der Offenbarung einschließlich der Ansprüche auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt ist.
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1 stellt verschiedene Komponenten eines Systems gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen dar. Genauer gesagt zeigt 1 eine zugrundeliegende Struktur 100, in der darstellenden Form einer gedruckten Schaltungsplatine, mit einer Mehrzahl von Wärme erzeugenden, elektrischen Komponenten 102, 104 und 106, die darauf befestigt sind. Während nur drei Wärme erzeugende elektrische Komponenten gezeigt sind, können die verschiedenen Ausführungsbeispiele Verwendung auf Systemen finden, die zwei oder mehr solche Wärme erzeugenden, elektrischen Komponenten aufweisen. Die zugrunde liegende Struktur 100 und elektrische Komponenten können zum Beispiel eine Graphikkarte oder ein Modul bilden, das konfiguriert ist, um in ein Computersystem eingefügt zu sein. In dem darstellenden Fall eines Graphikmoduls kann die elektrische Komponente 102 eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU; graphics processing unit) sein und die elektrischen Komponenten 104 und 106 können Vorrichtungen sein, die die graphischen Operationen unterstützen. Bei wiederum anderen Ausführungsbeispielen kann die Struktur 100 eine Hauptplatine (motherboard) sein und die elektrischen Komponenten 102 können ein Hauptprozessor sein.
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Unabhängig von dem genauen Wesen des Systems von 1 stellt 1 dar, dass Wärme erzeugende elektrische Komponenten unterschiedliche Höhen oder Erhebungen über die darunter liegende Struktur 100 aufweisen können. Zum Beispiel weist die elektrische Komponente 102 eine obere Oberfläche 108 auf, die eine Ebene definiert, und die Ebene, die durch die Oberfläche 108 definiert ist, weist eine Höhe „H1” über der darunter liegenden Struktur 100 auf. Auf ähnliche Weise weist die elektrische Komponente 104 eine obere Oberfläche 110 auf, die eine Ebene definiert, und die Ebene, die durch die Oberfläche 110 definiert ist, weist eine Höhe „H2” über der darunter liegenden Struktur 100 auf. Wie dargestellt ist, ist H1 größer als H2. Auf ähnliche Weise weist die elektrische Komponente 106 eine obere Oberfläche mit einer entsprechenden Höhe auf (nicht spezifisch ausgeführt), die unterschiedlich sowohl zu H1 als auch H2 sein kann.
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Die unterschiedliche Höhe der darstellenden, Wärme erzeugenden elektrischen Komponenten 102, 104 und 106 macht die Kopplung der Komponenten mit einer thermischen Lösung schwierig. Wie im Hinblick auf 2 erörtert wird, kann bei zumindest einigen Ausführungsbeispielen die thermische Lösung in der Form eines metallischen Bauglieds eine nicht einheitliche Anbringungsoberfläche aufweisen, um zumindest zu einem gewissen Ausmaß die Hähenunterschiede zu kompensieren; zusätzlich zu oder anstelle von der nichteinheitlichen Anbringoberfläche für das metallische Bauglied jedoch kann das thermische Schnittstellen-Material in Zuordnung zu jeder Wärme erzeugenden, elektrischen Komponente verwendet werden. Genauer gesagt erzeugen Fabrikationen, wie zum Beispiel 3M von St. Paul, Minnesota, thermische Schnittstellen-Materialien in der Form von thermisch leitfähigen Schnittstellen-Anschlussflächen oder -lagen. Die Anschlussflächen oder -lagen sind entworfen, um zwischen zwei Vorrichtungen komprimiert zu sein und Wärme zwischen den zwei Vorrichtungen zu leiten. Andere thermische Schnittstellen-Materialien, die als Phasenänderungsmaterialien bekannt sind, sind fest oder halbfest bei Raumtemperatur, ändern jedoch ihre Phase bei Betriebstemperatur, und können in dem veränderten Phasenzustand thermisch ähnlich zu thermisch leitfähigen Fetten wirken.
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Gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das thermische Schnittstellen-Material, das zumindest einigen der Wärme erzeugenden, elektrischen Komponenten zugeordnet ist, mit Hilfe einer Trägervorrichtung positioniert. Weiterhin Bezug nehmend auf 1 ist eine darstellende Trägervorrichtung 120 gezeigt. Genauer gesagt ist in der perspektivischen Ansicht von 1 die Trägervorrichtung 120 derart „umgedreht”, dass die innere Oberfläche 123 in der Figur sichtbar ist. Wie in 1 dargestellt ist, weist die innere Oberfläche 122 eine Mehrzahl von viereckigen Bereichen auf, die den Wärme erzeugenden, elektrischen Komponenten entsprechen. Wiederum genauer entsprechen die viereckigen Bereiche 124, 126 und 128 den elektrischen Komponenten 102, 104 und 106. Anders angegeben ist die innere Oberfläche 122 zumindest ein Teil-Negativ von zumindest einigen der Wärme erzeugenden Komponenten auf der Struktur 100. Jeder viereckige Bereich 124, 126 und 128 ist konfiguriert, um sich zumindest teilweise über seine entsprechenden elektrischen Komponenten teleskopartig zu bewegen. Ferner berücksichtigt jeder viereckige Bereich 124, 126 und 128 die Höhe seiner entsprechenden elektrischen Komponenten. Zum Beispiel weist der viereckige Bereich 124 eine Oberfläche 132 auf, die eine Ebene definiert. Auf ähnliche Weise weist der viereckige Bereich 126 eine Oberfläche 134 auf, die eine Ebene definiert, und während die Ebene, die durch Oberfläche 132 definiert ist, parallel zu der Ebene ist, die durch Ebene 134 definiert ist, sind die entsprechenden Ebenendefinierungen nicht koplanar. Die Unterschiede im Aufriss zwischen den Ebenen sind eine Funktion der Unterschiede der Höhe der elektronischen Komponenten, an die die Trägervorrichtung anbringt.
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Gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen ist das thermische Schnittstellen-Material, das in Verbindung mit jeder Wärme erzeugenden, elektrischen Komponente 102, 104 und 106 verwendet wird, anfänglich mit der Trägervorrichtung 120 gekoppelt. Das thermische Schnittstellen-Material ist in 1 nicht gezeigt, um die Figur nicht übermäßig kompliziert zu machen, aber die verschiedenen Ausführungsbeispiele zur Platzierung des thermischen Schnittstellen-Materials auf der Trägervorrichtung werden im Hinblick auf 5 erörtert. Weiterhin Bezug nehmend auf 1 ist die Trägervorrichtung 120 (und gekoppeltes thermisches Schnittstellen-Material) in einer Zusammenpass-Beziehung mit den elektrischen Komponenten 102, 104 und 106 positioniert, wie durch gestrichelte Linien 140 angezeigt ist. Durch Platzieren der Trägervorrichtung 120 in einer Zusammenpass-Beziehung mit den elektrischen Komponenten wird jedes individuelle thermische Schnittstellen-Material auf ähnliche Weise in der Nähe zu oder in Kontakt mit einer entsprechenden elektrischen Komponente platziert. Damit das thermische Schnittstellen-Material Wärme zu einer oder mehreren Wärmeübertragungsvorrichtungen in der Nähe der Außenoberfläche 130 der Trägervorrichtung 120 überträgt, weist jeder der viereckigen Bereiche 124, 126 und 128 eine Apertur 133, 135 bzw. 137 zwischen der Innenoberfläche 122 und der Außenoberfläche 130 auf. Während jeder viereckige Bereich derart dargestellt ist, dass er eine einzelne Apertur aufweist, können ebenfalls eine oder mehrere Aperturen verwendet werden.
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Die Trägervorrichtung 120 gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen ist aus einem starren Material hergestellt, wie zum Beispiel Polycarbonat. In dem Fall, dass die Trägervorrichtung aus Kunststoff hergestellt ist, wie z. B. Polycarbonat, kann die Trägervorrichtung 120 unter Verwendung eines Vakuum bildenden Prozesses über einer Form konstruiert sein, die in der Form ähnlich ist zu der Platzierung und Form der elektronischen Komponenten 102, 104 und 106 auf der Struktur 100. Jedoch können auch andere Mechanismen zum Erzeugen der Trägervorrichtung entsprechend verwendet werden, wie zum Beispiel Spritzgießen, computergesteuertes Fräsen und Formstanzen (z. B. im Fall von metallischen Trägervorrichtungen). Unabhängig von dem präzisen Mechanismus, der zur Erzeugung der Trägervorrichtung 120 verwendet wird, ist eine Mehrzahl von Trägervorrichtungen, die auf einheitliche Weise hergestellt werden, strukturell konsistent, wodurch eine konsistente Platzierung von thermischen Schnittstellen-Materialien sichergestellt wird, wenn Trägervorrichtungen verwendet werden.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Systems mit der Trägervorrichtung 120 in zusammenpassender bzw. Zusammenpass-Beziehung mit den darunter liegenden elektronischen Komponenten (nicht sichtbar) und einem metallischen Bauglied, das darauf gekoppelt ist. Genauer gesagt ist das metallische Bauglied 200 konfiguriert, um Wärme thermisch weg von den elektronischen Komponenten zu anderen Vorrichtungen zu leiten, die die Wärme ableiten, wie z. B. Kühlrippen und ein oder mehrere Lüfter. Das metallische Bauglied 200 kann einen vorbestimmten Betrag einer Abwärtskraft (wie durch Pfeil F gezeigt ist) ausüben, um eine ordnungsgemäße thermische Kopplung sicherzustellen. Der Mechanismus, durch den die Kompressionskraft ausgeübt wird, ist nicht gezeigt, um die Beschreibung nicht Übermäßig kompliziert zu machen. Jeglicher Mechanismus zum Ausüben eines entsprechenden Betrages einer Kompressionskraft, was sowohl eine Funktion der thermischen Schnittstellen-Materialien als auch der elektronischen Komponenten sein kann, kann verwendet werden. Ferner zeigt 2, dass gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen ein Anbringungsabschnitt 202 des metallischen Bauglieds 200 nicht einheitliche Elevationen bzw. Erhöhungen aufweist, wobei die nicht einheitlichen Erhöhungen das thermische Koppeln mit den darunterliegenden elektronischen Komponenten unterstützen kann. In Betrieb wird Wärme, die durch die elektronischen Komponenten erzeugt wird, durch ein entsprechendes thermisches Schnittstellen-Material und durch Aperturen zu dem Anbringungsabschnitt 202 geleitet. Die Wärme wird dann thermisch entlang dem metallischen Bauglied 200, wie z. B. mit Hilfe eines Rohrabschnitts 204, zu anderen Vorrichtungen zum Ableiten der Wärme geleitet.
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3 zeigt eine Querschnitt-Aufrissansicht des Systems von 2, im Wesentlichen entnommen entlang der Linie 3-3 aus 2. Genauer gesagt zeigt 3 die darunter liegende Struktur 100 zusammen mit den elektronischen Komponenten 102 und 104. 3 zeigt ferner die Trägervorrichtung 120 teleskopartig zumindest teilweise über den darstellenden, elektronischen Komponenten 102 und 104. Über der Trägervorrichtung 120 ist der Anbringungsabschnitt 202 des metallischen Bauglieds 200 (2). Der Querschnitt von 3 stellt den nicht einheitlichen Anbringungsabschnitt 202 dar, gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen, wobei der nicht einheitliche Anbringungsabschnitt 202 durch Höhenunterschiede der elektronischen Komponenten 102 und 104 veranlasst sein kann. Ferner sind die Aperturen in jedem entsprechenden viereckigen Bereich gezeigt. Genauer gesagt weist der darstellende viereckige Bereich 124 eine Apertur 133 auf, und der darstellende viereckige Bereich 126 weist eine Apertur 135 auf. Zwischen der elektronischen Komponente 102 und den Anbringungsabschnitt 202 ist ein thermisches Schnittstellen-Material 300. Auf ähnliche Weise ist zwischen der elektronischen Komponente 104 und dem Anbringungsabschnitt 202 ein thermisches Schnittstellen-Material 302. Die thermischen Schnittstellen-Materialien können jegliches geeignete, thermische Schnittstellen-Material sein, wie zum Beispiel thermisch leitfähiges Fett, thermisch leitfähige Anschlussflächen oder Lagen oder thermisch leitfähige Phasenänderungs-Materialien. Wie in 3 dargestellt ist, können die thermisch leitfähigen Materialien 300 und 302 etwas um den Umfang ihrer entsprechenden Aperturen migrieren, so wie es durch die Kompressionskraft verursacht wird, die auf die Anordnung ausgeübt wird.
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Die Trägervorrichtung 120 aus 3 ist darstellend für eine starre Trägervorrichtung, die bei einer Vakuumformverarbeitung erzeugt wird. Wenn die Trägervorrichtung 120 bei einer Vakuumformverarbeitung erzeugt wird, kann die Dicke des Materials (z. B. Polycarbonat), das die Trägervorrichtung bildet, in der Größenordnung von 0,5 Millimeter (mm) bis 1,0 mm sein. Ferner, unabhängig von dem Material, das zum Bilden der Trägervorrichtungen verwendet wird, ist das Material ausgewählt, um bei erwarteten Betriebstemperaturen der elektronischen Komponenten starr zu bleiben, sogar wenn höhere Temperaturen bei den Formprozessen verwendet werden. Zum Beispiel sollte das ausgewählte Material bei Temperaturen bei oder unter 100 Grad Celsius starr bleiben.
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Unter Verwendung der darstellenden Vakuumformung, während die Innenoberfläche 122 die negative Form bzw. Negativ-Form der elektronischen Komponenten annimmt, nimmt die Außenoberfläche 130 die Gesamtform der verschiedenen elektronischen Komponenten an. Wie jedoch oben erwähnt wurde, muss die Trägervorrichtung 120 nicht vakuumgeformt sein und kann stattdessen durch darstellende Spritzgussprozesse, computergesteuertes Fräsen und Formstanzen erzeugt werden. 4 zeigt einen Querschnitt-Aufriss ähnlich zu 3, und nur bei den darstellenden Ausführungsbeispielen von 4 weist die Trägervorrichtung 120 eine im Wesentlichen Planare (d. h. einheitliche) Außenoberfläche 130 auf. Die darstellende Trägervorrichtung 120 aus 4 kann z. B. durch Spritzgießen in eine Form erzeugt werden, die die Planare Außenoberfläche 130 definiert, oder durch computergesteuertes Fräsen. Ferner kann die darstellende Trägervorrichtung von 4 durch Vakuumformen eines relativ dicken Materials und dann Fräsen der Außenoberfläche 130 erzeugt werden, um das einheitliche Wesen zu erreichen.
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4 stellt ferner dar, dass die Trägervorrichtung thermischen Schnittstellen-Materialien unterschiedlicher Dicken in jedem viereckigen Bereich zugeordnet sein kann. Genauer gesagt weist das thermische Schnittstellen-Material 400 zwischen der elektronischen Komponente 102 und dem Anbringungsabschnitt 400 eine bestimmte Dicke „T1” auf. Auf ähnliche Weise weist das thermische Schnittstellen-Material 404 zwischen der elektronischen Komponente 104 und dem Anbringungsabschnitt 402 eine Dicke „T2” auf, wobei T2 größer ist als T1. 4 zeigt das thermische Schnittstellen-Material in einer komprimierten Orientierung bzw. Ausrichtung, es folgt jedoch dass die thermischen Schnittstellen-Materialien 400 und 404 in ihrem unkomprimierten Zustand unterschiedliche Dicken aufweisen, wenn sie mit der Trägervorrichtung 120 gekoppelt werden, bevor die Trägervorrichtung 120 in einer Zusammenpassen-Beziehung mit den elektronischen Komponenten und dem Anbringungsabschnitt platziert wird.
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5 stellt eine Trägervorrichtung 120 gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen nach dem Koppeln der thermischen Schnittstellen-Materialien aber vor dem Zusammenpassen der Trägervorrichtung mit den elektronischen Komponenten dar. Genauer gesagt ist in der perspektivischen Ansicht von 5 die Außenoberfläche 130 gezeigt. In dem bestimmten Beispiel von 5 sind die Orte der viereckigen Bereiche auf der Außenoberfläche 130 sichtbar, wie zum Beispiel Situationen, wo die Trägervorrichtung 120 in einem Vakuumformprozess erzeugt wird. 5 ist ebenfalls eine Teilausschnittsansicht, um einen thermischen Schnittstellen-Materialabschnitt 500 darzustellen, der mit der Innenoberfläche der Trägervorrichtung innerhalb des viereckigen Bereichs 124 gekoppelt ist. 5 stellt ferner dar, dass die thermischen Schnittstellen-Materialabschnitte anfänglich nicht innerhalb der viereckigen Bereiche koppeln müssen und stattdessen mit der Außenoberfläche 130 gekoppelt sein können, wie durch den thermischen Schnittstellen-Materialabschnitt 502 dargestellt ist. Egal ob das thermische Schnittstellen-Material anfänglich auf der Innenoberfläche oder der Außenoberfläche gekoppelt ist, zwingt die Kompressionskraft, die durch den Anbringungsabschnitt des Metallbauglieds ausgeübt wird, das thermische Schnittstellen-Material durch die Aperturen, die ihren entsprechenden viereckigen Bereichen zugeordnet sind, um thermisch sowohl mit der elektronischen Komponente als auch dem Anbringungsabschnitt des metallischen Bauglieds zu koppeln.
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6 stellt ein Verfahren gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen dar. Genauer gesagt beginnt das Verfahren (Block 600) und fährt mit dem Auswählen einer Trägervorrichtung aus einer Quelle von vorangehend hergestellten Trägervorrichtungen fort, wobei die Trägervorrichtung eine Mehrzahl von thermischen Schnittstellen-Materialabschnitten aufweist (Block 604). Zum Beispiel kann eine Person, die für das Montieren der Computersysteme verantwortlich ist, eine Trägervorrichtung aus einem Behälter von vorab hergestellten Trägervorrichtungen auswählen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein Robotersystem eine Trägervorrichtung aus einer Quelle von vorab hergestellten Trägervorrichtungen erhalten. Ms nächstes wird die Trägervorrichtung über ein Elektronikmodul platziert (Block 608). Zum Beispiel kann die Person manuell die Trägervorrichtung platzieren oder das Robotersystem kann die Trägervorrichtung platzieren. Nachfolgend wird eine metallische Struktur thermisch mit einer Mehrzahl von elektrischen Komponenten auf dem Elektronikmodul zumindest teilweise durch die thermischen Schnittstellen-Materialabschnitte gekoppelt (Block 612) und das Verfahren endet (Block 616). In einigen Fällen kann schon das Platzieren des metallischen Bauglieds auf der Trägervorrichtung allein ausreichend zum thermischen Koppeln sein, aber in anderen Fällen kann eine Kompressionskraft ausgeübt werden, um eine ordnungsgemäße thermische Kopplung zu garantieren.
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Die obige Erörterung soll darstellend für die Prinzipien und verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sein. Zahlreiche Änderungen und Modifikationen werden für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, sobald die obige Erörterung vollständig gewürdigt wurde. Die nachfolgenden Ansprüche sollen derart interpretiert werden, dass sie alle solche Modifikationen und Änderungen umfassen.
