專利名稱：信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，尤其是對位于鄰近發(fā)熱元件區(qū)域的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如筆記本電腦或膝上電腦，其中許多電路被集成到一個(gè)狹小空間，并且尤其涉及發(fā)熱元件臨近區(qū)域的機(jī)械結(jié)構(gòu)。更特別的是，本發(fā)明涉及用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用該結(jié)構(gòu)，可以有效進(jìn)行發(fā)熱元件的冷卻及其替換(與另一個(gè)元件更換)。
根據(jù)最新技術(shù)發(fā)展，比臺式機(jī)更緊湊和輕便的個(gè)人計(jì)算機(jī)(如筆記本電腦和膝上電腦)正在制造和銷售。
圖4是筆記本電腦100(在下文中簡稱為“PC”或“系統(tǒng)”)的外形示意圖。這與日本設(shè)計(jì)申請NO.Hei 06-30003(我方卷號NOJA9-94-621)公開的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一樣的，該申請也被轉(zhuǎn)讓給本申請人。
在圖4中，PC100是一個(gè)所謂“有蓋結(jié)構(gòu)”，它包括一個(gè)薄型主體110和鉸接在主體110上可翻轉(zhuǎn)的蓋120。
蓋120有一個(gè)薄的上殼體121，在上殼體121的下邊緣有一對圓柱狀凸起122整體成形在上殼體121的下邊緣，并被主體110旋轉(zhuǎn)支撐，以便把蓋120和主體110鉸接在一起。液晶顯示器(LCD)123，用于PC100的顯示裝置，大約位于上殼體121的打開面的中心(即蓋120的內(nèi)側(cè))。通過前后滑動上殼體121任一側(cè)前面的操作部分124，外殼120可以相對于主體110打開和關(guān)閉。
主體110有一個(gè)薄的下殼體111。下殼體111上提供有一個(gè)具有預(yù)定尺寸的支撐板112，用于遮蔽下殼體111上部開口的后部。大約在上部開口的中心提供有鍵盤/TrackPoint 113(“TrackPoint”是IBM公司的商標(biāo))，作為PC 100的座標(biāo)定向裝置。在鍵盤單元113前部的左右兩角提供有一對用于語音輸出的喇叭。一對舌形凸起115整體成形在鍵盤單元113的后邊緣，以便轉(zhuǎn)動鉸接到支撐板112的前邊緣。大約在下殼體111的后端提供有一個(gè)指示器115A。指示器115A顯示電池剩余容量、PC卡的狀態(tài)、軟盤驅(qū)動器(FDD)和硬盤驅(qū)動器(HDD)的狀態(tài)，以及當(dāng)電源打開時(shí)系統(tǒng)100的狀態(tài)。
圖5所示是當(dāng)PC 100的蓋120和鍵盤113打開時(shí)主體110的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。用于確定前室和后室的隔離板116，通過把一個(gè)薄金屬板彎成預(yù)定形狀而形成在下殼體111中。被支撐板112和隔離板116遮蔽的后室中放有一塊系統(tǒng)板(未標(biāo))，系統(tǒng)板表面上裝有必要的電子元件，例如CPU(中心處理單元)，系統(tǒng)內(nèi)存，內(nèi)存控制器，ROM，光驅(qū)，顯卡和聲卡。后室相對較狹小，安裝在此室中電子元件的安裝密度非常高。在前室中，隔離板116的前面，輸入/輸出裝置，例如硬盤組件117、光驅(qū)118和電池組件119。是可拆卸和可更換地安裝的。在隔離板116的前面提供了多個(gè)連接件用于機(jī)械和電氣耦合硬盤驅(qū)動器組件117，光驅(qū)118和電池組件119的終端。
最新的個(gè)人計(jì)算機(jī)的性能有顯著的提高。這個(gè)提高主要源于構(gòu)成PC機(jī)心臟的CPU的處理速度的提高。然而，作為高速處理的一個(gè)代價(jià)，計(jì)算機(jī)中的發(fā)熱量也隨之增加。通過芯片的晶體管電流量隨著操作頻率的增加成比例的增長，因此，消耗了更多的電能。許多已被開發(fā)和制造的CPU采用CMOS技術(shù)，以便比常規(guī)的雙極型半導(dǎo)體如TTL消耗相對較少的能量。然而，由于MOS型晶體管在其柵極也包括固有的容性因素，產(chǎn)生的熱量也就不可避免的按操作頻率成比例的增大。尤其，CPU，象英特爾公司生產(chǎn)的具有大約100MHz操作頻率的Pentium，產(chǎn)生大量熱量。盡管蘋果公司、IBM公司和摩托羅拉公司聯(lián)合開發(fā)和制造的Power PC 603(“PowerPC”是IBM公司的商標(biāo))比Pentium產(chǎn)生相對少得多的熱量，但仍然不少。結(jié)果，一些電子元件由于它們自身產(chǎn)生的熱量而失常、失控或受損發(fā)熱對上述筆記本電腦是一個(gè)關(guān)鍵問題，因?yàn)閮?nèi)部電子元件的安裝密度如此之高，以致于沒有足夠的空間用于散熱。盡管對臺式機(jī)可以使用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，但在筆記本電腦中卻沒有用于安裝風(fēng)扇的空間。
在當(dāng)前筆記本電腦中對于發(fā)熱電子元件，象CPU，視頻控制芯片，系統(tǒng)內(nèi)存和協(xié)處理器，經(jīng)常利用一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中通過安裝元件來提供冷卻通道，使得電子元件接觸散熱管來傳遞熱量，或者通過使電子元件與散熱片(金屬殼體有時(shí)也起散熱片作用)接觸，把熱量傳遞到裝置外部，其中散熱片由導(dǎo)熱材料制成(例如銅或鋁)，具有一個(gè)大平面。與使用冷卻扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻相比，由于風(fēng)扇的高度不必被滿足，便用散熱管或散熱片的自然冷卻裝置具有較小體積，結(jié)果對緊湊型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和制造沒有什么影響。值得注意的是相對復(fù)雜的層壓結(jié)構(gòu)被用于把電路板、電子元件和散熱管連接在一起。
圖6所示為筆記本電腦中使用的常規(guī)冷卻結(jié)構(gòu)。發(fā)熱元件，例如CPU芯片，被朝向殼體(例如下殼體111)的壁安裝在系統(tǒng)板上。殼體由良導(dǎo)熱材料制成，如鎂合金。具有相對高導(dǎo)熱性能的彈性材料(例如硅橡膠)緊貼CPU芯片上表面，并且與下殼體111的壁進(jìn)行熱交換。例如，下殼體111整體鑄造形成，有一個(gè)相當(dāng)大的表面，并充當(dāng)散熱片。由于CPU芯片在上表面產(chǎn)生熱量最多，使用上述結(jié)構(gòu)，熱量能夠通過硅橡膠和下殼體111有效散發(fā)。
另一方面，升級個(gè)人計(jì)算機(jī)性能的要求，通過各種形式被滿足。許多最新PC機(jī)允許的系統(tǒng)升級涉及利用其它管腳匹配的CPU替換所提供的標(biāo)準(zhǔn)CPU(通常，新版的CUP具有較高的處理速度，例如Power PC 603+相對于Power PC 603)。顯然對于技術(shù)上具有普通技能的人來說，可更換CPU的周邊應(yīng)設(shè)計(jì)成具有相對簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以方便地進(jìn)行CPU的拆除和替換。然而如上所述，產(chǎn)生許多熱量的CPU的周邊被制造為，與冷卻部件，例如散熱管或散熱片，存在著密切而復(fù)雜的關(guān)系，并且不容易設(shè)計(jì)出允許CPU容易安裝和拆除的機(jī)械裝置。常規(guī)來說，CPU芯片的升級僅適用于在機(jī)箱內(nèi)部具有額外空間的臺式機(jī)，其機(jī)箱允許包括為CPU更換而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。
使用圖6所示現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CPU芯片更換是幾乎不可能的。由于熱量只能從CPU芯片上表面導(dǎo)出，無法提供優(yōu)良的冷卻效果。此外，下殼體緊貼CPU芯片的部分溫度會趨于升高，這對用戶可能構(gòu)成一種安全威脅。
本發(fā)明的一個(gè)目的是給信息處理單元，例如筆記本電腦或膝上電腦，提供一個(gè)優(yōu)良機(jī)械結(jié)構(gòu)，以便多重電路被存放在一個(gè)狹小空間內(nèi)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是給信息處理單元的發(fā)熱元件提供優(yōu)良的機(jī)械周邊結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再目的是給信息處理單元提供一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用該結(jié)構(gòu)，冷卻發(fā)熱元件和拆除發(fā)熱元件(與其它元件的更換〕可以最好地進(jìn)行。
為了達(dá)到以上目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)目的，即為信息處理單元提供一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，信息處理單元中包括一個(gè)或多個(gè)可更換電子元件，單元內(nèi)部被一個(gè)殼體封裝。殼體具有一個(gè)用于替換可更換電子元件的更換開口；以及與更換開口接合和接觸可更換電子元件的蓋板。
例如，可更換電子元件為CPU芯片或安裝有CPU芯片的CPU卡。
根據(jù)本發(fā)明的第二目的，為信息處理單元提供一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，信息處理單元包括一塊安裝有多個(gè)電子元件的系統(tǒng)板，系統(tǒng)板內(nèi)部被殼體封裝。殼體具有位于安裝在系統(tǒng)板上的可更換電子元件的相對位置上的更換開口；用于遮蔽更換開口的蓋板，蓋板固定在殼體上，使得蓋板，可更換元件，散熱件和系統(tǒng)板按以上順序?qū)訅涸谝黄稹?br> 在這種情況下，如果機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成在安裝好時(shí)可更換元件與散熱件和蓋板接觸，就會獲得增強(qiáng)的散熱效果。當(dāng)散熱管用作散熱件時(shí)，散熱效果會提高。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)目的，提供一個(gè)可連接到線路為印刷電路的系統(tǒng)板上的CPU卡，它包括安裝在CPU卡上的CPU芯片；大約在CPU卡中心的中心開口；以及用于連接到系統(tǒng)板上的連接件，連接件與所述CPU芯片安裝到同一表面。
根據(jù)第二個(gè)目的，更換元件可以是CPU卡。在這種情況下，通過蓋板在CPU卡上形成一個(gè)開口，并且形成一個(gè)與CPU芯片下表面接觸的平面突起，以便加速蓋板的散熱。
根據(jù)本發(fā)明，為信息處理單元，例如筆記本電腦或膝上電腦，提供一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，在該單元中多個(gè)電路被集成在一個(gè)狹小空間，利用此結(jié)構(gòu)，單元中的發(fā)熱元件的冷卻和發(fā)熱元件的拆除(與其它元件更換)可有效進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，熱量可以通過發(fā)熱元件的上下表面進(jìn)行散發(fā)，這樣提供了一個(gè)良好的散熱效果。
而且，根據(jù)本發(fā)明，不用降低發(fā)熱元件更換的方便性，就可增強(qiáng)散熱效果。
此外，本發(fā)明可以作為一個(gè)相對簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)施，并且制造成本可以降低。
本發(fā)明的其它目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將在本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述中體現(xiàn)出來，該描述是參照附圖給出。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將被參照附圖詳細(xì)說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的筆記本電腦100的主體110的局部剖面圖，相同參考序號用于圖4和圖5中未指示相關(guān)或同一元件。
表面安裝有各種電路的系統(tǒng)板12，被放置在下殼體111中。在這個(gè)實(shí)施例中，下殼體111和上殼體121使用鎂合金鑄造而成，以便提供優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，散熱和EMI(電磁干擾)防護(hù)。
堆垛連接件14a固定在系統(tǒng)板12的下表面。堆垛連接件14a與CPU卡13上的堆垛連接件14b相連接。
CPU卡13大約在它的中心有一個(gè)矩形開口15，CPU芯片11固定在它的上表面，也就是堆垛連接件14b固定于其上的表面，應(yīng)該注意的是，不象圖6中的現(xiàn)有技術(shù)，CPU芯片11位于系統(tǒng)板12相反面。
散熱管19位于系統(tǒng)板12和CPU卡13之間。眾所周知，散熱管是密封金屬管(例如銅)，其中毛細(xì)材料和少量液體保持為半真空。通過液體蒸發(fā)，在管的一端(發(fā)熱元件側(cè))，熱量被吸收，通過蒸汽冷凝，在管的另一端(單元外面〕，熱量被釋放。散熱管的熱傳導(dǎo)速度據(jù)說與聲音的速度相同。圖1中的散熱管19的截面具有扁平拉長的形狀，并在中心附近縱向彎曲，形成兩個(gè)扁平部分19a和19b，從彎曲部分的兩側(cè)向外伸展。扁平部分19a利用多個(gè)機(jī)械螺釘17(參考圖2)固定在下殼體111的底部，扁平部分19a，自由端，位于下殼體111底部的上方，從而當(dāng)CPU卡13插入時(shí)，它接觸CPU芯片11的上表面。散熱管19可以彎曲一點(diǎn)，當(dāng)彎曲部分的中心高度比CPU芯片11插入時(shí)的高度稍微低一些時(shí)，散熱管19通過回復(fù)力輕微地壓靠在CPU芯片11上，結(jié)果，機(jī)加工的精度和裝配中的誤差得到補(bǔ)償，元件11和19之間的機(jī)械和熱接觸得到保證。一般，大部分熱量是在CPU芯片的頂部產(chǎn)生的。在本實(shí)施例中，該熱量通過作為熱通道的散熱管19傳送到下殼體111的底部。由于下殼體111整個(gè)是由導(dǎo)熱優(yōu)良的鎂合金制成，并有一個(gè)大平面，因此下殼體111也可作為散熱片。
用于更換CPU卡13的更換開口形成于下殼體111的底部，在CPU卡13的下面(參看圖2和3)。當(dāng)不更換CPU卡13時(shí)，為了遮避開口，一塊下蓋板16被裝在更換開口，并用機(jī)械螺釘17固定。
具有預(yù)定高度的平臺18大約形成于下蓋板16的中心。當(dāng)下蓋板16通過螺釘17固定在下殼體111上時(shí)，平臺18通過CPU卡13的開口15插入并與CPU芯片11的下表面接觸。下蓋板16與殼體111和121一樣，是由鎂合金或鋁合金制成的優(yōu)良導(dǎo)熱件，也用作散熱片，因此，CPU芯片11產(chǎn)生的熱量通過散熱管19和下蓋板16由其上、下表面散出了。
具有優(yōu)良彈性和導(dǎo)熱性的樹脂板20a和20b(例如摻雜有氧化鋁粉末的硅橡膠)可以附著在CPU芯片11的上、下表面。樹脂板20a和20b，對于糾正機(jī)加工精度和裝配誤差，并保證CPU芯片11和散熱管19、平臺18有足夠的熱接觸，是有用的。
圖2和3為分解圖，表示從上方和下方看的PC 100下殼體111(未示出系統(tǒng)板12)。
沿著下殼體111底部中的更換開口邊緣和散熱管19側(cè)邊緣形成多個(gè)凸臺/螺釘孔21，用于用螺釘來固定下蓋板16和散熱管19。一個(gè)槽被形成以容納扁平部分19a，這樣把散熱管19嵌入在預(yù)定位置。
參考圖2和圖3可以很容易地理解當(dāng)裝配主體110時(shí)，首先把散熱管19用螺釘固定在下殼體111，然后系統(tǒng)板12(圖2和3未示出)被固定到預(yù)定連接裝置(未顯示)。如前所述，CPU芯片11和堆垛連接件14a安裝到CPU卡13的同一表面。當(dāng)CPU卡13插入到下殼體111的更換開口時(shí)，CPU芯片11和堆垛連接件14b所在的CPU卡13的表面朝上。當(dāng)CPU卡13通過堆垛連接件14a和14b與系統(tǒng)板連接時(shí)，CPU芯片11的上表面通過散熱管19彎曲部分施加的回復(fù)力壓靠在扁平部分19a。更進(jìn)一步，下蓋板16被裝在下殼體111的更換開口，并通過螺釘17固定，這樣裝配就完成了。在下蓋板16被螺釘固定的位置，平臺18通過CPU卡13的開口15插入并與CPU芯片11的下表面接觸，結(jié)果，熱量可以由下表面散發(fā)。
為了更換CPU卡13，只需要拆掉蓋板16，CPU卡13就可以與系統(tǒng)板12分離。不象圖6中的現(xiàn)有技術(shù)，CPU芯片11位于與系統(tǒng)板相反位置。散熱管19并不位于CPU卡13的分離方向，而是在相反方向。簡言之，由于沒有元件阻礙或干擾CPU卡13的拆除，因此更換過程可順利完成。
本發(fā)明參考一個(gè)特殊實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明。然而，對于具有普通技術(shù)常識的人來說，顯然在本發(fā)明的范圍內(nèi)，各種變動和修改是可能的。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于便攜式信息處理單元，例如字處理機(jī)。也就是，盡管本發(fā)明通過使用一個(gè)例子而公開，但不應(yīng)局限在那個(gè)例子。為了全面理解本發(fā)明的主旨，應(yīng)參考權(quán)利要求書。
根據(jù)本發(fā)明，為信息處理單元，例如其中多個(gè)電路置于一個(gè)狹小空間的筆記本電腦或膝上電腦，提供了一個(gè)優(yōu)良的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用本結(jié)構(gòu)，可以有效地實(shí)現(xiàn)發(fā)熱元件的冷卻和發(fā)熱元件的拆除(與其它元件更換)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的筆記本電腦100的主體110的一個(gè)局部剖面圖。
圖2是表示PC 100的下殼體111的分解圖。
圖3是表示PC 100的下殼體111的分解圖。
圖4是PC 100的外形示意圖。
圖5是外殼120和PC 100的鍵盤113被打開以露出主體110的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)的示意圖。
圖6是PC 100使用的常規(guī)冷卻結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
1.一種用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，該信息處理單元包括一個(gè)或多個(gè)可更換的電子元件，該單元內(nèi)部被箱體封裝，所述箱體包括一個(gè)用于更換可更換電子元件的更換開口；以及一個(gè)用于遮蔽更換開口和接觸所述可更換電子元件的蓋板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中所述可更換電子元件是一個(gè)CPU芯片或安裝有CPU芯片的CPU卡。
3.用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，該信息處理單元包括一個(gè)安裝有多個(gè)電子元件的系統(tǒng)板，系統(tǒng)板內(nèi)部被箱體封裝，所述箱體具有一個(gè)更換開口，形成于安裝于所述系統(tǒng)板上的可更換電子元件的相反位置；以及一個(gè)蓋板，用于遮蔽所述更換開口，所述蓋板裝在所述箱體上，使得所述蓋板，所述可更換電子元件，散熱件和所述系統(tǒng)板按被指名的順序?qū)訅涸谝黄稹?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3的用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中所述可更換元件在固定時(shí)接觸所述散熱件和所述蓋板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中所述可更換電子元件是一個(gè)CPU芯片或安裝有CPU芯片的CPU卡。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5的用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中所述散熱件是一個(gè)散熱管。
7.一個(gè)可以連接到一個(gè)系統(tǒng)板上的CPU卡，該系統(tǒng)板上的線路為印刷電路，該CPU卡包括一個(gè)安裝于所述CPU卡上的CPU芯片；一個(gè)大約形成于所述CPU卡中心的中心開口；一個(gè)用于連接到所述系統(tǒng)板上的連接件，所述連接件安裝到與所述CPU芯片同一表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中所述可更換元件是一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求7的CPU卡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的用于信息處理單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中在所述蓋板上形成一個(gè)平面凸起，通過所述CPU卡的所述開口接觸CPU芯片的下表面。
10.一個(gè)可以被連接到一個(gè)系統(tǒng)板上的芯片卡，該系統(tǒng)板上的線路為印刷線路，并安裝了多個(gè)電子元件，該芯片卡包括一個(gè)大約位于所述芯片卡中心的中心開口；一個(gè)用于連接到所述系統(tǒng)板上的連接件，所述連接件固定到與所述電子元件同一表面上。
全文摘要
為包括一個(gè)或多個(gè)可更換電子元件的信息處理單元提供一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu),其處理單元的內(nèi)部封裝在箱體內(nèi),該箱體具有:用于更換電子元件的開口;用于與更換開口接合和接觸可更換電子元件的蓋板。根據(jù)本發(fā)明,可在不降低更換發(fā)熱元件的方便程度情況下,增強(qiáng)散熱效果。此外,由于相對簡單的結(jié)構(gòu)并降低了制造成本,本發(fā)明可以被具體實(shí)施。
文檔編號G06F1/20GK1186553SQ95197887
公開日1998年7月1日 申請日期1995年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月8日
發(fā)明者佐野匡, 堀內(nèi)光雄, 石井茂 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司