專利名稱：具有無噪聲冷卻的計算機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及計算機硬件，尤其涉及用于個人計算機冷卻部件的機制。
背景技術(shù)：
常規(guī)個人計算機是有噪聲的裝置。常規(guī)個人計算機產(chǎn)生的主要噪聲源是計算機機架內(nèi)的冷卻風(fēng)扇。需要風(fēng)扇來向裝在計算機機架內(nèi)的部件提供空氣冷卻。對于計算機內(nèi)的微處理器集成電路(IC)來說冷卻是尤其重要的。隨著現(xiàn)代計算機中的微處理器變得越來越強大，微處理器IC的裝置密度變得很高。沒有適當(dāng)?shù)睦鋮s，微處理器IC中大量裝置產(chǎn)生的熱量能很快使得IC過熱并損壞IC。產(chǎn)生大量熱量(和噪聲)的另一個部件是硬盤驅(qū)動器，當(dāng)計算機處于工作狀態(tài)以允許快速的磁盤輸入/輸出時，它恒定地自旋。為了排除計算機機架內(nèi)的部件產(chǎn)生的所有熱量，該熱量可用高達(dá)幾百瓦，風(fēng)扇必須相當(dāng)?shù)挠行В匆愿咚傩D(zhuǎn)來產(chǎn)生高速流過計算機機架的氣流。氣流和風(fēng)扇的機械振動的噪聲形成常規(guī)個人計算機噪聲的主要部分。
常規(guī)風(fēng)扇冷卻的計算機的高噪聲是不希望產(chǎn)生的。在家庭或辦公室中由個人計算機發(fā)出的噪聲使人分心和煩亂，并可能對用戶的生產(chǎn)率產(chǎn)生負(fù)面影響。即使用戶可以試圖精神上忽略噪聲，但仍會在身體上和精神上影響他們。同樣，消費者常常不愿將個人計算機置于家庭的區(qū)域中，在那里高噪聲會干擾諸如聽音樂和睡覺的行動。在許多應(yīng)用中高噪聲還可以直接影響風(fēng)扇冷卻的計算機的使用。例如，從計算機發(fā)出的噪聲影響計算機中嵌入的麥克風(fēng)的信噪比(SNR)，這使得聲音輸入較不可靠。同樣。盡管用于處理音樂數(shù)據(jù)的現(xiàn)代個人計算機具有強大性能，風(fēng)扇冷卻的計算機通常還是太吵鬧以致不能直接用于錄音室中，并需要將麥克風(fēng)移到另一個房間以避免噪聲。
因此，計算機中冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的高噪聲的降低或消除可以潛在地改善辦公室和家庭設(shè)置中計算機用戶的生產(chǎn)率，并使得計算機可以在關(guān)注噪聲的應(yīng)用中使用。此外，消費者把個人計算機放置在家里或工作場所中任何位置的意愿對于下一代個人計算機的成功來說是基本的。當(dāng)前風(fēng)扇冷卻的計算機的高噪聲的消除會是實現(xiàn)該目標(biāo)的重要因素。
除了噪聲，使用風(fēng)扇提供冷卻還具有其它缺點。風(fēng)扇本身是由來自計算機電源的電源工作的，因此增加了計算機的功率消耗并增加了從計算機排除的總熱量。使用風(fēng)扇冷卻的另一個重要的問題在于風(fēng)扇變成計算機單點故障。如果風(fēng)扇壞掉，則整個計算機將變得不可使用。
發(fā)明概述由于前述的原因，本發(fā)明向個人計算機的結(jié)構(gòu)提供了新的方法，它提供了用于計算機部件的無噪聲冷卻，尤其是微處理器和硬盤驅(qū)動器。根據(jù)本發(fā)明的冷卻機制不僅除去了有噪聲的風(fēng)扇還除去了用于裝入內(nèi)部部件的傳統(tǒng)計算機機箱。取而代之，較大的散熱片(heat sink)用作包含主板和硬盤驅(qū)動器的部分底架。散熱片暴露給外部環(huán)境空氣用于散熱。主板和硬盤驅(qū)動器支持在底架中，從而微處理器和硬盤驅(qū)動器兩者緊緊地固定在散熱片上以允許微處理器和硬盤驅(qū)動器產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)并由散熱片消散。如必要，可以使用比常規(guī)計算機中使用的風(fēng)扇更安靜的低功率送風(fēng)機來幫助氣流通過計算機的底架。低功率送風(fēng)機的耐久性或可靠性比常規(guī)計算機風(fēng)扇更好。通過使用由散熱片提供的被動冷卻，可以除去傳統(tǒng)有噪聲的高功率冷卻風(fēng)扇，從而導(dǎo)致無噪聲的計算機。
附圖概述

圖1是功能框圖，示出實現(xiàn)本發(fā)明的計算機系統(tǒng)中包含的共有部件；圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的個人計算機實施例的部分適示意性側(cè)視圖，其中使用較大的散熱片來提供無噪聲的冷卻；圖3是圖2的個人計算機的前視圖；圖4是計算機底架的更詳細(xì)的側(cè)視圖，它由兩個散熱片形成并包含計算機的主板和硬盤驅(qū)動器；圖5是底架的可供選擇的實施例的側(cè)視圖，其中具有不同的主板和硬盤驅(qū)動器的排列；圖6是另一個可供選擇的實施例的側(cè)視圖，其中用于RF屏蔽的屏蔽罩(或熱通道)中裝入了其上設(shè)置主板和硬盤驅(qū)動器的散熱片。
本發(fā)明的具體描述現(xiàn)在參考附圖，其中相同的標(biāo)號表示相同的元素，圖1示出一些部件，它們是實現(xiàn)本發(fā)明的個人計算機的組成中共有的。在常規(guī)類型的個人計算機設(shè)計中，這些部件被裝入計算機機架，并由有噪聲的高功率風(fēng)扇冷卻。相反，如以下將更詳細(xì)地描述的，這里沒有用于計算機200中的高功率風(fēng)扇。取而代之，使用較大散熱片來提供無噪聲冷卻，且至少主板和硬盤驅(qū)動器被置于底架220(見圖2)中，其中散熱片是該底架的一部分。
如圖1所示，計算機200包括主板110，其上設(shè)置了微處理器集成電路(IC)112。用于數(shù)據(jù)的暫時或永久存儲的一個或多個存儲器芯片114和在啟動期間協(xié)助計算機的BIOS芯片116也通常設(shè)置在主板上。為了提供設(shè)置在主板110上的部件之間的通信連接，在主板上提供了各種通信總線122，諸如系統(tǒng)總線和PCI總線。
主板116還包括接口插槽118，用于連接到不位于主板上的部件。計算機還可以包括擴展插槽120，用于之后添加新的功能性裝置。在常規(guī)計算機結(jié)構(gòu)中，擴展插槽通常置于主板上。但是，在本發(fā)明的較佳實施例中，擴展插槽置于計算機的底座202(見圖2)中，因為主板110靠近散熱片且它更易于向插槽和插入插槽的擴展板卡提供空間和可達(dá)性。
圖1中還示出不直接設(shè)置在主板110上的許多其它部件。如以下將更詳細(xì)地描述的，提供非易失性數(shù)據(jù)存儲形式的硬盤驅(qū)動器130也被設(shè)置在由散熱片部分形成的底架220上。其它部件包括軟盤驅(qū)動器132、光盤驅(qū)動器134和調(diào)制解調(diào)器136。在以下描述的較佳實施例中，這些部件置于計算機的底座202中。計算機系統(tǒng)還包括外圍設(shè)備，諸如鍵盤140、監(jiān)視器142和鼠標(biāo)144。
現(xiàn)在參考圖2，本發(fā)明針對新的計算機結(jié)構(gòu)，向計算機200的部件提供無噪聲或低噪聲冷卻。根據(jù)本發(fā)明，不是通過充滿噪聲的常規(guī)高功率風(fēng)扇提供冷卻的。取而代之，本發(fā)明使用非常規(guī)的結(jié)構(gòu)，它包括大散熱片222來提供被動空氣冷卻。如圖2所示，散熱片222形成至少包含主板110和硬盤驅(qū)動器130的部分底架220。與有時常規(guī)計算機的機架中個別部件上設(shè)置的小散熱片形成鮮明對比的是，散熱片222不裝如封閉的箱中。散熱片222足夠大以覆蓋主板110和硬盤驅(qū)動器130，且是暴露給外部環(huán)境的環(huán)境空氣的計算機底架220的一部分。主板110和硬盤驅(qū)動器130設(shè)置在底架220內(nèi)，從而微處理器芯片112和硬盤驅(qū)動器都緊緊地固定在散熱片222上以允許微處理器和驅(qū)動器產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱片，隨后由散熱片將熱量消散入環(huán)境空氣中。底架220從支持表面上升，在支持表面上計算機通過安裝在底座202上的短腳(或支座)276擱置以允許冷卻空氣從下部流入底架。
在所示的實施例中，底架220主要由兩個大散熱片222和224形成。散熱片由具有高導(dǎo)熱性的材料制成，諸如鋁。壓出的鋁散熱片易于得到并很廉價。如圖5所示，散熱片具有向外突出的垂直葉片(fin)254。包含葉片254增加了散熱片的表面積以提高散熱片的散熱性能。
在圖2所示的實施例中，包含主板和硬盤驅(qū)動器的底架220置于底座202上并和底座202連接。底座202還支持監(jiān)視器142。所示實施例中的監(jiān)視器142是平板顯示器，也可以使用諸如陰極射線管類型的其它類型的監(jiān)視器。底座202具有平坦的上部結(jié)構(gòu)，它支持監(jiān)視器142并提供用于底架220的托架。除了提供用于支持監(jiān)視器和底架220的結(jié)構(gòu)，底座202提供了用于包含計算機部件的空間，這些計算機部件不適合在底架220內(nèi)相對緊密的空間中。例如，如上所述，底座202可以包括擴展插槽和有關(guān)的擴展卡。底座202還包括軟盤驅(qū)動器1 32和光盤驅(qū)動器1 34，以及電源和諸如調(diào)制解調(diào)器的其它部件。如圖2和3所示，底座202還結(jié)合電源開關(guān)204、電源指示器燈206和音頻輸出揚聲器208。
在圖4中較好地觀察底架220和其中部件的結(jié)構(gòu)。在所示的實施例中，為了提供提升了的散熱性能，使用了兩個散熱片222和224。但是，如果不需要由第二散熱片提供的額外散熱，散熱片224可以由簡單的平面構(gòu)件代替，諸如圖6的可供選擇的實施例中的支撐件286。如圖4所示，第一散熱片222和第二散熱片224置于相對的位置，其中各接觸表面236和238向內(nèi)且通常彼此平行，而它們具有熱葉片的側(cè)部230、232向外。兩個散熱片222和224形成底架202，且主板和硬盤驅(qū)動器置于兩個散熱片之間的間隙240內(nèi)的散熱片上。因此，散熱片不僅提供無噪聲冷卻還對包含其中的計算機部件提供結(jié)構(gòu)化支持和保護。流過底架220的間隙240的空氣還幫助冷卻底架內(nèi)的部件。為了便于在間隙240內(nèi)安裝部件，散熱片的接觸表面236、238較佳地形成為具有通常矩形輪廓的平面表面。
主板110通常是具有相對的多個電路安裝在其上的第一和第二表面242、244的矩形板。在所示的實施例中，微處理器112在主板110的第一表面242上。主板110安裝到散熱片224的接觸表面238上，其中主板的第二表面244通常平行并偏置于第二接觸表面238。
為了消散由微處理器112產(chǎn)生的熱量，安裝主板110從而微處理器112的上側(cè)246和第一散熱片222的接觸表面236熱接觸。如這里所使用的，“熱接觸”表示通過接觸，通過它熱量由從一個結(jié)構(gòu)到另一個結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)而轉(zhuǎn)移。熱接觸不意味著直接的物理接觸。例如，在圖4所示的實施例中，熱管250用來橋接微處理器112的上表面246和散熱片222的接觸表面236之間的間隙。熱管250由諸如金屬的導(dǎo)熱材料制成，并可以簡單的是合適尺寸的鋁塊。可供選擇的，熱管可以形成為散熱片222的主要部分。為了確保從微處理器112到散熱片222的良好的熱轉(zhuǎn)移，在微處理器112和熱管250之間的接觸處和熱管和散熱片222之間的接觸處采用導(dǎo)熱的油脂等等。
為了確保處理器112和散熱片222的第一接觸表面236之間緊密的熱接觸，向主板110施加朝向散熱片222的壓力，從而微處理器112穩(wěn)固地壓住熱管250，它順次穩(wěn)固地壓住散熱片222。所以，在所示的實施例中，主板110設(shè)置在第二散熱片224上，其中彈簧固定件(spring-loaded mount)252向另一個散熱片222壓迫主板，使得微處理器112的上側(cè)246穩(wěn)固地壓住熱管250。
底架220中的部件可以采用大量不同的方式，以便使底架202中的空氣冷卻效率和/或空間利用最大化。例如，在圖4的實施例中，主板110在硬盤驅(qū)動器130上垂直地設(shè)置在底架220中。在圖5所示的可選實施例中，主板110和硬盤驅(qū)動器并排設(shè)置在底架中，從而熱量可以從每個部件更自由地上升。
由于將主板110置于間隙240中，圖1所示的通常置于主板上的其它部件也由第一和第二散熱片222、224保護性地覆蓋著。在圖4所示的實施例中，這些部件包括存儲芯片114和BIOS芯片116。由于存儲芯片114和BIOS芯片116通常不會象處理器112那樣產(chǎn)生熱量，所以這些部件無需和散熱片222、224熱接觸。取而代之，存儲芯片114和BIOS芯片116產(chǎn)生的熱量可以直接通過間隙240消散入氣流中。在冷卻系統(tǒng)的其它實施例中，其它熱管可以從第一接觸表面236延伸到存儲芯片114和BIOS芯片116以使這些部件和第一散熱片222熱接觸。
硬盤驅(qū)動器130也設(shè)置在兩個散熱片222和224之間的間隙240中。硬盤驅(qū)動器130通常是具有第一側(cè)256和第二側(cè)258的矩形結(jié)構(gòu)。在圖4所示的實施例中，設(shè)置硬盤驅(qū)動器130，從而其第一側(cè)256壓住第一散熱片222的接觸表面236，而其第二側(cè)258壓住第二散熱片224的接觸表面238。因此，硬盤驅(qū)動器130夾在第一和第二散熱片222、224之間。為了防止封閉在硬盤驅(qū)動器130中旋轉(zhuǎn)的磁盤使得硬盤驅(qū)動器吵鬧地擾動散熱片222、224，在硬盤驅(qū)動器的第一和第二側(cè)256、258與接觸表面236、238之間放置了兩片振動吸收材料260。較佳地，振動吸收材料260是諸如乙烯樹脂的柔性(compliant)材料，它吸收來自硬盤驅(qū)動器130聲振動并將振動轉(zhuǎn)換成較小的熱量。通過第一和第二接觸表面236、238將硬盤驅(qū)動器產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到第一和第二散熱片222、224。
除了使用振動吸收材料片260，還可以采用其它部件來降低散熱片組件220中的噪聲造成的振動和擾動。例如，可以用延伸穿過間隙240的第二組彈簧固定件262將第一和第二散熱片222、224結(jié)合在一起。彈簧固定件262衰減設(shè)置在散熱片上的其它部件產(chǎn)生的振動。此外，將主板110設(shè)置到第二散熱片224上的第一組彈簧固定件252還隔絕到主板或來自主板的振動。
雖然預(yù)計在多數(shù)情況中較大的散熱片222、224可以向部件提供有效的被動冷卻，但在某些實施例中，需要在間隙240中結(jié)合低功率送風(fēng)機。例如，如圖4所示，低功率送風(fēng)機264設(shè)置在第一接觸表面236上。當(dāng)置于間隙240中時，低功率送風(fēng)機264產(chǎn)生次要通風(fēng)來增強部件的冷卻。因為低功率送風(fēng)機264只用于幫助通過散熱片222和224之間的間隙240的氣流，且多數(shù)熱量由散熱片消散，送風(fēng)機264不必是大功率的并可以以相對較低的速度旋轉(zhuǎn)。這可以使其在正常的操作環(huán)境中非常安靜并不會使用戶注意。
因為散熱片222和224非?？拷愿哳l(例如在幾MHz的范圍中)產(chǎn)生電信號的各種部件，大量暴露的底架可以變成用于電磁干擾(EMI)的導(dǎo)體和天線。如圖6所示，為了防止EMI，底架220可以封閉在提供EMI屏蔽的屏蔽罩270中。將該屏蔽罩定形，從而在散熱片壁和屏蔽罩之間形成熱通道(chimney)。較佳地，屏蔽罩270由較輕的材料制成，諸如具有通過濺射沉積技術(shù)將金屬層沉積在其內(nèi)表面上的塑料。為了提供有效的屏蔽，屏蔽罩270較佳地具有稍許高過底架220的高度。為了確保散熱片222、224的葉片適當(dāng)?shù)乇┞督o環(huán)境空氣，屏蔽罩270在上部具有通風(fēng)口272而在下部具有開口274。短腳276設(shè)置在屏蔽罩270的下部，以便抬高屏蔽罩從而允許較冷的環(huán)境空氣通過下部開口274進入屏蔽罩。進入屏蔽罩的空氣向上流動并流經(jīng)散熱片的表面帶走熱量，通過上通風(fēng)口272上升出。
為了提升EMI屏蔽的效率，使用金屬濾網(wǎng)(screen)278、280來分別覆蓋下部開口274和上部通風(fēng)口272。濾網(wǎng)不僅降低了經(jīng)由開口的EMI泄漏，還防止物體被無意地插入屏蔽罩270。為了防止用戶通過將書本或其它物體放置到通風(fēng)口272上來阻礙屏蔽罩270內(nèi)的氣流，圖6中屏蔽罩270的上部傾斜以避免提供平坦的表面便于用戶嘗試放置物體，諸如書本或紙張，這些東西可以阻斷通過屏蔽罩的氣流。
考慮到應(yīng)用本發(fā)明原理的許多可能的實施例，應(yīng)理解，這里關(guān)于附圖描述的實施例僅僅是示意性的而非作為本發(fā)明范圍的限定。因此，這里描述的本發(fā)明關(guān)注所有這種實施例，如在以下權(quán)利要求書和其等效物的范圍內(nèi)的實施例。
權(quán)利要求
1.一種計算機，其特征在于，包括主板，其上設(shè)置有微處理器；硬盤驅(qū)動器；底架，所述主板和所述硬盤驅(qū)動器安裝于其中；所述底架包括其大小足以覆蓋所述主板和所述硬盤驅(qū)動器兩者的散熱片，所述主板和所述硬盤驅(qū)動器安裝到所述底架上，從而使所述微處理器和所述硬盤驅(qū)動器與所述散熱片的接觸表面熱接觸，使得微處理器和硬盤驅(qū)動器所產(chǎn)生的熱量被傳導(dǎo)到散熱片上并由散熱片進行散熱。
2.如權(quán)利要求1所述的計算機，其特征在于，所述底架包括相對于所述散熱片并與之隔開的支撐件，其中所述主板被設(shè)置在所述支撐件上。
3.如權(quán)利要求2所述的計算機，其特征在于，所述支撐件是具有接觸表面的第二散熱片，且所述主板被安裝到所述第二散熱片的接觸表面上。
4.如權(quán)利要求2所述的計算機，其特征在于，所述主板通過彈簧固定件設(shè)置在所述支撐件上。
5.如權(quán)利要求2所述的計算機，其特征在于，所述硬盤驅(qū)動器壓在所述散熱片的接觸表面和所述支撐件之間。
6.如權(quán)利要求2所述的計算機，其特征在于，所述散熱片和所述支撐件由彈簧固定件連接。
7.如權(quán)利要求6所述的計算機，其特征在于，還包括插入硬盤驅(qū)動器和散熱片之間以及硬盤驅(qū)動器和支撐件之間的柔性片，以用于振動衰減。
8.如權(quán)利要求1所述的計算機，還包括底座，其特征在于，其中所述底架被設(shè)置在所述底座上。
9.如權(quán)利要求8所述的計算機，其特征在于，還包括監(jiān)視器，其中所述監(jiān)視器支持于所述底座上。
10.如權(quán)利要求8所述的計算機，其特征在于，所述底座包括光盤驅(qū)動器。
11.如權(quán)利要求1所述的計算機，其特征在于，還包括設(shè)置在所述底架內(nèi)的送風(fēng)機，用于驅(qū)動空氣通過所述底架。
12.如權(quán)利要求1所述的計算機，其特征在于，還包括布置在所述底架周圍的屏蔽罩，用于電磁干擾屏蔽。
13.如權(quán)利要求12所述的計算機，其特征在于，所述屏蔽罩具有用于空氣循環(huán)的上下開口。
14.如權(quán)利要求1所述的計算機，其特征在于，包括布置在所述微處理器和所述散熱片的接觸表面之間的導(dǎo)熱構(gòu)件，以便將熱量從微處理器傳導(dǎo)到散熱片。
15.一種計算機，其特征在于，包括主板，其上設(shè)置有微處理器；硬盤驅(qū)動器；底架，其中設(shè)置有所述主板和所述硬盤驅(qū)動器；所述底架包括其大小足以覆蓋所述主板和所述硬盤驅(qū)動器的散熱片，以及相對于散熱片設(shè)置且與之隔開的支撐件，所述主板和硬盤驅(qū)動器被設(shè)置在所述支撐件上，從而微處理器和硬盤驅(qū)動器與散熱片的接觸表面熱接觸以便使微處理器和硬盤驅(qū)動器所產(chǎn)生的熱量被傳導(dǎo)到散熱片并由散熱片消散；底座，其上設(shè)置有底架。
16.如權(quán)利要求15所述的計算機，其特征在于，所述支撐件是第二散熱片。
17.如權(quán)利要求15所述的計算機，其特征在于，所述硬盤驅(qū)動器被壓在所述散熱片和所述支撐件之間，還包括插入所述散熱片和硬盤驅(qū)動器之間以及硬盤驅(qū)動器和支撐件之間的柔性片以便提供振動衰減。
18.如權(quán)利要求17所述的計算機，其特征在于，還包括布置在微處理器和散熱片之間的導(dǎo)熱構(gòu)件以便將熱量從所述微處理器傳導(dǎo)到所述散熱片。
19.如權(quán)利要求15所述的計算機，其特征在于，所述主板通過彈簧固定件被設(shè)置到所述支撐件上。
20.如權(quán)利要求18所述的計算機，其特征在于，所述散熱片和支撐件由彈簧固定件連接。
21.如權(quán)利要求15所述的計算機，其特征在于，還包括布置在所述底架上的屏蔽罩，用于電磁干擾屏蔽。
22.如權(quán)利要求15所述的計算機，其特征在于，還包括底座上支持的監(jiān)視器。
23.如權(quán)利要求15所述的計算機，其特征在于，所述底座包括光盤驅(qū)動器。
全文摘要
一種計算機系統(tǒng)使用大散熱片來提供無噪聲冷卻，由此消除了對可能具有噪聲的常規(guī)冷卻風(fēng)扇的需要。散熱片形成包含計算機的主板和硬盤驅(qū)動器的底架的一部分。主板和硬盤驅(qū)動器被設(shè)置在所述底架內(nèi)以提供從主板上的微處理器和從硬盤驅(qū)動器到散熱片的熱傳導(dǎo)，所述散熱片將熱量消散入環(huán)境空氣中。通過在包含主板和硬盤驅(qū)動器的底架上放置具有通風(fēng)的上部和下部的屏蔽罩來提供增強的EMI屏蔽。
文檔編號G06F1/16GK1525277SQ200410005399
公開日2004年9月1日 申請日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月11日
發(fā)明者W·J·維斯特里能, S·Y·張, W J 維斯特里能, 張 申請人:微軟公司