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CN117795281A - 用于笔记本电脑的散热元件和冷却系统以及制造散热元件的方法 - Google Patents

用于笔记本电脑的散热元件和冷却系统以及制造散热元件的方法 Download PDF

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CN117795281A
CN117795281A CN202180100666.2A CN202180100666A CN117795281A CN 117795281 A CN117795281 A CN 117795281A CN 202180100666 A CN202180100666 A CN 202180100666A CN 117795281 A CN117795281 A CN 117795281A
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CN
China
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heat
heat dissipating
fluid
notebook computer
screen portion
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迪迷特·莱尼达维奇·库什
亚乌赫尼·乌拉吉米拉维奇·阿皮马克
吴会鹏
杨果
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Huawei Technologies Co Ltd
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Huawei Technologies Co Ltd
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Abstract

提供了一种用于笔记本电脑液体冷却系统的散热元件(102)。所述散热元件包括：入口(104)，布置在所述笔记本电脑的屏幕部分(108)的下角(106)中，并用于接收加热流体；出口(112)，布置在所述屏幕部分的相对下角(114)中以返回冷却流体。所述散热元件包括：上升部分(116)，布置成将所述流体从所述入口携带到所述屏幕部分的顶角(118)；和下降部分(120)，布置成将所述流体从所述上升部分携带到所述出口。所述散热元件提高了热性能，即用于吸收所述笔记本电脑热量的流体被冷却到环境温度水平。结果，所述散热元件提高了冷却效率。此外，所述散热元件提供均匀的热量分布。

Description

用于笔记本电脑的散热元件和冷却系统以及制造散热元件的 方法
技术领域
本发明大体上涉及冷却系统领域，更具体地，涉及用于笔记本电脑冷却系统的散热元件、用于笔记本电脑的冷却系统以及制造用于笔记本电脑冷却系统的散热元件的方法。
背景技术
随着技术的进步，笔记本电脑等计算设备在功能和输出生成方面变得更加先进。目前的笔记本电脑功率有所提高，因此笔记本电脑中(尤其是游戏笔记本电脑中)的中央处理单元(central processing unit，CPU)和/或图形处理单元(graphics processingunit，GPU)的发热量增加。但是，笔记本电脑或平板计算设备的空间存在限制，因此，为笔记本电脑(或其它便携式小型计算设备，如平板计算设备)生产高效和用户友好(即，噪声低、重量低、无主动维护)的冷却系统成为一项具有挑战性的任务。
传统上，在笔记本电脑液体冷却系统中，产生的热量(来自CPU和/或GPU)从笔记本电脑的桌面后盖表面消散。此外，存在充满液体的闭合环路，该液体作为载体工作。环路由位于笔记本电脑的键盘部分的冷板组成。冷板连接到发热单元(CPU和/或GPU)上，并借助冷板内部的冷却液吸收热量。加热液体使用微泵泵送到位于笔记本电脑的桌面部分中的其它(即第二)冷板上。第二冷板连接到笔记本电脑的金属后盖。因此，第二冷板将热量散发到环境中，从而冷却通过桌面部分中的散热冷板的液体。因此，液体返回到冷却的键盘部分，并准备再次吸收来自热源的热量，从而使冷却系统的环路闭合。
但是，由于桌面部分中可用于散热冷板的空间有限(例如仅一百微米的间隙)，所以存在与上述已知的液体冷却方案关联的问题。在给定的限制边界内，需要在散热冷板的压力损失与热效率之间取得平衡。热效率是指沿桌面后盖的温度分布，在给定的边界内尽可能均匀。换句话说，进入散热冷板的热液体必须能够冷却到最低可能温度，即环境空气的温度，之后移动回笔记本电脑的键盘部分内的冷板。否则，当返回到吸热冷板时，温度相对较高(即，高于环境温度水平)的冷却液在接收来自CPU和/或GPU的过量热量时被加热，并与先前的循环周期相比，以升高的温度进入桌面部分中的散热冷板。因此，这种冷却系统的稳态温度逐渐设置在比高热效率设计时可能设置的温度水平更高的水平。
此外，在一些系统中，桌面后盖可以由铝制成，铝的导热水平可以为例如200W/mK。在这种系统中，桌面后盖可以有效地成为液体冷却系统的一部分。但是，为了减轻笔记本电脑的重量，可能会减轻冷却系统的重量。因此，使用密度更低的材料，如Al-Mg合金。但是，合金的导热系数降至100W/mK以下。此外，这种Al-Mg合金的板很薄(即，小于1mm厚度)，因此与由铝制成的后盖的情况相比，热扩散能力下降。
一些传统的技术使用U形散热器或蛇形散热器。U形或蛇形设计在通道狭窄和有多匝流动的情况下会导致压力损失增加。在一些传统技术中，散热冷板是通过扩大液体(冷板壁)与桌面的金属后盖之间的接触面积来设计的。但是，在一些情况下，可能存在液体速度低(甚至接近零)的区域，导致尖区域中的热传递有限。
此外，在一些情况下，机械设计不当的散热器可能缺乏抵抗内部压力变化的机械强度，并且可能根据环路的内部压力与环境压力水平的关系膨胀或收缩。这进一步导致冷板与桌面的金属后盖之间的热接触损失，并降低整个冷却环路的整体热效率。因此，在传统的液体冷却系统中存在热效率降低和损失增加的技术问题。
因此，根据上述讨论，需要克服与笔记本电脑的传统冷却关联的上述缺点。
发明内容
本发明寻求提供一种用于笔记本电脑冷却系统的散热元件、用于笔记本电脑的冷却系统以及制造用于笔记本电脑冷却系统的散热元件的方法。本发明寻求提供一种解决传统冷却系统中热效率降低和压力损失增加的现有问题的方案。本发明的目的是提供一种方案，该方案至少部分克服了现有技术中遇到的问题，并提供改进的冷却系统，与传统冷却系统相比，该冷却系统提高了热效率和机械强度并提供受控的压力损失。
本发明的目的是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。在从属权利要求中进一步定义本发明的有利实现方式。
在一个方面中，本发明提供了一种用于笔记本电脑冷却系统的散热元件，包括：入口，布置在所述笔记本电脑的屏幕部分的下角中，并用于接收加热流体；出口，布置在所述屏幕部分的相对下角中以返回冷却流体；上升部分，布置成将所述流体从所述入口携带到所述屏幕部分的顶角；下降部分，布置成将所述流体从所述上升部分携带到所述出口。
本发明的散热元件提高了热性能，即用于吸收笔记本电脑热量的流体被冷却到环境温度水平。因此，与传统的散热元件相比，没有具有相对较高温度(即，高于环境温度水平)的流体返回用于吸热。因此，散热元件提高了冷却性能和/或提高了冷却效率。有益的是，本发明的散热元件提供均匀的热量分布，即，来自流体的热量在整个屏幕部分均匀地扩散。
在一种实现方式中，所述上升部分布置成沿着从所述入口到所述屏幕部分的所述相对顶角的基本上对角线路径。
通过基本上对角线路径，流体的热量由屏幕部分消散。屏幕部分沿着基本上对角线路径均匀地加热，即，使来自加热流体的热量均匀扩散。
在另一种实现方式中，所述下降部分布置成沿着从所述上升部分到所述出口的基本上垂直路径。
因此，在流体出去进行吸热之前，在基本上垂直路径中流动的流体被冷却到环境温度水平。因此，热性能得到提高。
在另一种实现方式中，所述散热元件被形成为覆盖小于所述笔记本电脑的所述屏幕部分的总面积的50％。
因此，与传统的散热元件相比，散热元件的重量和成本降低。此外，散热元件的覆盖小于总面积的50％，使得屏幕部分具有合适的散热，即具有高热效率的散热。
在另一种实现方式中，所述散热元件覆盖的面积与所述屏幕部分的所述总面积之间的面积比为1:4或更大。
因此，与传统的散热元件相比，重量和成本降低。此外，1:4的比值能够提高散热元件在屏幕部分内的容纳。
在另一种实现方式中，所述上升部分覆盖的面积和所述下降部分覆盖的面积基本上为1:1。
上升部分和下降部分的比值为1:1，确保了流体进出键盘部分和从键盘部分到屏幕部分的非恒定体积流动。该比值确保了上升部分和下降部分中的体积流速不同，达到了上升部分和下降部分中流体速度不同的热性能效益。
在另一种实现方式中，所述散热元件被形成为使得所述屏幕部分包括上自由三角形，所述上自由三角形不被所述散热元件覆盖，布置在所述入口上方所述屏幕部分的顶角中。
通过上自由三角形，散热元件的重量和流体的重量减小。
在另一种实现方式中，所述散热元件被形成为使得所述屏幕部分的下自由三角形不被所述散热元件覆盖，布置在所述入口与所述出口之间所述屏幕部分的下边缘上。
有益的是，两个三角形部分可以自由地将热量散发到环境中。因此，与传统设计的散热单元相比，散热元件的总重量减小。
在另一种实现方式中，所述散热元件包括扁平片和成形片，所述扁平片和成形片形成用于所述上升部分和所述下降部分的通道。
因此，流经通道的流体中的热量通过屏幕部分在上升部分中消散。此外，流经通道的流体在下降部分中进一步冷却。
在另一种实现方式中，所述扁平片和所述成形片中的一个与所述屏幕部分的盖一体形成。
因此，散热元件的一个壁被盖取代，使得桌面盖内表面作为散热元件的壁，并为散热元件提供机械结构支撑。此外，总体上节省了冷却系统的重量。
在另一种实现方式中，所述成形片包括形成在所述通道内并用于接触所述扁平片和支撑所述通道的多个柱。
多个柱为通道提供机械强度。有益的是，机械强度确保了在整个散热操作内与屏幕后盖稳定热接触。
在另一种实现方式中，所述成形片通过蚀刻工艺或冲压工艺形成。
通过蚀刻工艺形成的成形片具有提高的热效率，因为它们能够通过其柱的固体更好地传递热量。蚀刻工艺被冲压工艺取代，以能够减小散热元件的重量。
在另一种实现方式中，所述高导热板被布置成覆盖所述入口所在的所述屏幕部分的所述下角。
有益的是，高导热板能够沿着液体入口区域(流体具有最高温度)扩散热量。
在另一方面中，本发明提供了一种用于笔记本电脑的冷却系统，包括：热收集元件，布置在所述笔记本电脑的键盘部分中；根据上述权利要求中任一项所述的散热元件，布置在所述笔记本电脑的屏幕部分中；微泵，用于以闭合环路的方式使流体从所述热收集元件移动穿过所述散热元件并返回所述热收集元件。
本发明的冷却系统提高了热性能，即用于吸收笔记本电脑热量的流体被冷却到环境温度。因此，与传统的液体冷却系统相比，没有具有相对较高温度(即，高于环境温度水平)的流体返回用于吸热。因此，冷却系统提供了改进的冷却。有益的是，本发明的散热元件提供均匀的热量分布，即，来自流体的热量在整个屏幕部分均匀地扩散。此外，与液体冷却系统的传统散热元件相比，本发明的散热元件的总重量减小。此外，压力损失受控，机械强度增加。
在另一方面中，本发明提供了一种包括冷却系统的笔记本电脑。
笔记本电脑实现了本发明的冷却系统的所有优点和效果。
在另一方面中，本发明提供了一种制造用于笔记本电脑冷却系统的散热元件的方法，包括：形成上升部分，以将流体从布置在所述笔记本电脑的屏幕部分的下角中的入口携带到所述屏幕部分的相对顶角；形成下降部分，所述下降部分布置成将所述流体从所述上升部分携带到布置在所述屏幕部分的相对下角中的出口。
该方法实现了本发明的散热元件的所有优点和效果。
应当理解，所有上述实现方式都可以组合。本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明相应的实体适于或用于执行相应的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有在执行该特定步骤或功能的该实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应该清楚，这些方法和功能可以在相应的硬件或软件元件或其任何组合中实现。应当理解，本发明的特征易于以各种组合进行组合，而不偏离由所附权利要求书定义的本发明的范围。
本发明的附加方面、优点、特征和目的从附图和结合以下所附权利要求书解释的说明性实现方式的详细描述中变得显而易见。
附图说明
当结合附图阅读时，可以更好地理解以上发明内容以及说明性实施例的以下详细描述。为了说明本发明，本发明的示例性结构在附图中示出。但是，本发明不限于本文公开的具体方法和工具。此外，本领域技术人员应理解，附图不是按比例绘制的。在可能的情况下，相同的元件用相同的数字表示。
现在参考下图仅作为示例来描述本发明的实施例，其中：
图1A是本发明的实施例提供的用于笔记本电脑液体冷却系统的散热元件的图示；
图1B是本发明的实施例提供的用于笔记本电脑液体冷却系统的散热元件的侧视图；
图1C是本发明的实施例提供的用于笔记本电脑的液体冷却系统的框图；
图2是本发明的实施例提供的具有用于笔记本电脑的散热元件的屏幕部分的图示；
图3A是本发明的实施例提供的散热元件的图示；
图3B是本发明的实施例提供的笔记本电脑的屏幕部分中的散热元件的侧视图的图示；
图3C是本发明的实施例提供的散热元件的截面图；
图4A是本发明的实施例提供的散热元件的成形片的多个柱的形状的图示；
图4B是本发明的实施例提供的包括具有胶囊形状的柱的成形片的三维视图的图示；
图4C是本发明的实施例提供的包括具有细长壁形状的柱的成形片的三维视图的图示；
图5A是本发明的实施例提供的通过蚀刻工艺形成的成形片的图示；
图5B是本发明的实施例提供的通过冲压工艺形成的成形片的图示；
图6是本发明的实施例提供的具有高导热板的散热元件的图示；
图7是本发明的实施例提供的制造用于笔记本电脑液体冷却系统的散热元件的方法的流程图。
在附图中，带下划线的数字用于表示带下划线的数字所在的项目或与带下划线的数字相邻的项目。不带下划线的数字与由将不带下划线的数字与项目关联的线标识的项目相关。当一个数字不带下划线并伴随关联的箭头时，不带下划线的数字用于标识箭头指向的一般项目。
具体实施方式
以下详细描述说明了本发明的实施例以及可以实施这些实施例的方式。尽管已经公开了实施本发明的一些模式，但本领域技术人员应认识到，也可以存在用于实施或实践本发明的其它实施例。
图1A是本发明的实施例提供的用于笔记本电脑液体冷却系统的散热元件的图示。参考图1A，示出了散热元件102的图示100A。图中示出了入口104、下角106、笔记本电脑的屏幕部分108、流体110、出口112、相对下角114、上升部分116、顶角118和下降部分120。
在一个方面中，本发明提供了一种用于笔记本电脑液体冷却系统的散热元件102，包括：
入口104，布置在笔记本电脑的屏幕部分108的下角106中，并用于接收加热流体110；
出口112，布置在屏幕部分108的相对下角114中以返回冷却流体110；
上升部分116，布置成将流体110从入口104携带到屏幕部分108的顶角118；
下降部分120，布置成将流体110从上升部分116携带到出口112。
散热元件102用于笔记本电脑液体冷却系统。换句话说，散热元件102可以位于笔记本电脑的桌面后盖的内侧。散热元件102也可以称为冷板。散热元件102具有用于液体移动的间隙。液体(即流体)在环路中循环，以将热量从中央处理单元(central processingunit，CPU)传递到桌面后盖，在桌面后盖热量消散到环境中。本文的笔记本电脑是指具有可能正在产生热量的屏幕和其它组件(例如键盘部分、CPU和/或GPU)的任何计算设备。笔记本电脑的示例可以包括但不限于笔记本电脑、个人计算机等。
散热元件102包括入口104，所述入口104布置在笔记本电脑的屏幕部分108的下角106中并用于接收加热流体110。换句话说，热液体(即加热流体110)被泵送到桌面表面的相对(最远)区域。入口104用于从笔记本电脑的键盘部分接收加热流体110，其中，产生的热量被流体110吸收。加热流体110设置在入口104处，以能够通过屏幕部分108在流体110中散热。
散热元件102还包括出口112，所述出口112布置在屏幕部分108的相对下角114中，以返回冷却流体110。换句话说，加热流体110在重力作用下向下流动，并且加热流体110被冷却到环境温度水平。因此，散热元件102确保了充分利用后盖散热能力。此外，将流体110回流到加热区域的出口液体管线没有过热。出口112用于将冷却流体110提供给笔记本电脑的键盘部分，以使得流体110进一步吸收热量。
散热元件102还包括上升部分116，布置成将流体110从入口104携带到屏幕部分108的顶角118。上升部分116布置成携带流体110，以能够通过笔记本电脑的屏幕部分108(即后盖)在流体110中散热。此外，后盖的表面被加热得越多，散热就越高效。由于金属后盖的导热性，后盖沿着入口104均匀加热，即，使加热流体110携带的热量扩散。加热的后盖进一步将热量消散到环境中。
散热元件102还包括下降部分120，布置成将流体110从上升部分116携带到出口112。在流体110流出到键盘部分之前，流体110被冷却到环境温度水平，以避免加热流体110返回到键盘部分的情况。因此，本发明提供了出口112作为延伸的向下区域，即下降部分120的设计。有益的是，下降部分120使流体100可以在与后盖有大接触面积的情况下向下流动，以使得流体100能够冷却到室温水平。
根据一个实施例，散热元件102被形成为覆盖小于笔记本电脑的屏幕部分108的总面积的50％。因此，与液体冷却系统的传统散热元件相比，散热元件102的重量和成本降低。此外，散热元件102的覆盖小于总面积的50％，使得屏幕部分108能够适当地散热。
根据一个实施例，散热元件102覆盖的面积与屏幕部分108的总面积之间的面积比为1:4或更大。笔记本电脑用于容纳散热元件102的空间有限，因此散热元件102覆盖的面积与屏幕部分108的总面积的比值为1:4或更大。此外，与液体冷却系统的传统散热元件相比，这使得重量和成本降低。
根据一个实施例，上升部分116覆盖的区域和下降部分120覆盖的区域之间的入口/出口比基本上为1:1。上升部分116和下降部分120的1:1比值确保了流体110进出键盘部分和从键盘部分到屏幕部分108的非恒定体积流动。该比值确保了上升部分和下降部分中的体积流速不同，达到了上升部分和下降部分中流体速度不同的热性能效益。
根据一个实施例，散热元件102形成为具有小于400微米的厚度。散热元件102的总厚度不超过数百微米，例如小于400微米。这使得可以获得由金属板制造的薄壁。
本发明的散热元件102提高了热性能，即用于吸收笔记本电脑热量的流体110被冷却到环境温度水平。因此，与液体冷却系统的传统散热元件相比，没有具有相对较高温度(即高于环境温度水平)的流体110返回进行吸热。因此，散热元件102提高了冷却效率。有益的是，本发明的散热元件102提供均匀的热量分布，即，来自流体110的热量在整个屏幕部分108均匀地扩散。
图1B是本发明的实施例提供的用于笔记本电脑冷却系统的散热元件的侧视图。图1B结合图1A的元件描述。参考图1B，示出了笔记本电脑的散热元件102和屏幕部分108的图示100B。如图所示，与屏幕部分108相比，散热元件102的厚度较小。散热元件102具有均匀的厚度。在一个示例中，散热元件102的厚度可以在0.20毫米至0.99毫米的范围内。
图1C是本发明的实施例提供的用于笔记本电脑的冷却系统的框图。图1C结合图1A和图1B的元件描述。参考图1C，示出了框图100C，其包括液体冷却系统122、笔记本电脑124、热收集元件126、键盘部分128、微泵130、散热元件102和屏幕部分108。
在另一方面中，本发明提供了一种用于笔记本电脑124的冷却系统122，包括：
热收集元件126，布置在笔记本电脑124的键盘部分128中；
根据上述权利要求中任一项所述的散热元件102，布置在笔记本电脑124的屏幕部分108中；
微泵130，用于以闭合环路的方式使流体110从热收集元件126移动穿过散热元件102并返回热收集元件126。
在另一方面中，本发明提供了一种包括液体冷却系统122的笔记本电脑124。
用于笔记本电脑124的液体冷却系统122用于在流体(例如流体110)中从键盘部分128收集热量，从在键盘部分128中加热的流体110吸收热量并散热，并冷却流体110以使流体110移动回键盘部分128。本文的笔记本电脑124是指具有可能正在产生热量的屏幕和其它组件(例如键盘部分、CPU和/或GPU)的任何计算设备。笔记本电脑124的示例可以包括但不限于笔记本电脑、个人计算机等。
液体冷却系统122包括布置在笔记本电脑124的键盘部分128中的热收集元件126。热收集元件126布置在键盘部分128中，以能够通过例如中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)或图形处理单元(graphics processing unit，GPU)吸收键盘部分128中产生的热量。热量被吸收在流体110中。
液体冷却系统122包括布置在笔记本电脑124的屏幕部分108中的散热元件102。散热元件102具有供从热收集元件126接收的流体110移动的间隙。流体110在环路中循环，以将流体110中的热量传递到屏幕部分108，在屏幕部分108中，热量消散到环境中。
液体冷却系统122包括微泵130，微泵130用于以闭合环路的方式使流体110从热收集元件126移动穿过散热元件102并返回热收集元件126。微泵130用于将加热流体110从热收集元件126移动到散热元件102，在散热元件102中流体110被冷却。
根据一个实施例，冷却系统122可以包括管道或微管，以在屏幕部分108、键盘部分128和微泵130之间输送流体110。
在一个示例中，传统的散热元件可以具有12700立方毫米的体积、2700Pa的压力损失和在入口处47摄氏度的热性能和在传统出口处35.4摄氏度的热性能。散热元件102可以具有5915立方毫米的体积、5000Pa的压力损失和在入口处47摄氏度的热性能和在出口112处35.4摄氏度的热性能。与散热元件的传统设计相比，本发明的散热元件102与传统设计(即，具有桌面后盖的全覆盖)相比体积减小了50％。但是，本发明的散热元件102的热性能没有改变。因此，热效率不会随着散热元件102的体积减小(即重量减小)而降低。此外，在本发明中，从2.7kPa增加到5kPa是可接受的增加，而不会对微泵130造成额外的问题，微泵130可以克服环路高达50kPa或更高的总压力损失。
有益的是，由于没有流体110的旁路部分，散热元件102与传统的散热元件相比具有额外的优点。传统的散热元件没有被优化，因为传统流体的一部分找到了以仍然相对较高的温度(高于环境温度水平)离开传统散热元件的方式。因此，传统上，热效率降低，导致整个冷却环路操作温度升高。在本发明中，所有流体110都有机会冷却到环境温度水平，从而避免了旁路流动问题。
本发明的液体冷却系统122提高了热性能，即用于吸收笔记本电脑124热量的流体110被冷却到环境温度水平。因此，与传统的液体冷却系统相比，没有具有相对较高温度(即，高于环境温度水平)的流体110返回用于吸热。因此，冷却系统122提供了改进的冷却。有益的是，本发明的散热元件102提供均匀的热量分布，即，来自流体110的热量在整个屏幕部分108均匀地扩散。此外，与传统的散热元件相比，本发明的散热元件102的总重量减小。此外，压力损失受控，机械强度增加。有益的是，散热元件102设计代替传统的蛇形或U形散热单元设计可以将冷却系统122的压降保持在给定微泵性能的可接受水平。
图2是本发明的实施例提供的具有用于笔记本电脑的散热元件的屏幕部分的图示。图2结合图1A、图1B和图1C的元件描述。参考图2，示出了笔记本电脑124的屏幕部分108的图示200。图中示出了基本上对角线路径202、基本上垂直路径204、上自由三角形206、顶角208、下自由三角形210、下边缘212。
根据一个实施例，上升部分(例如上升部分116)布置成沿着从入口(例如入口104)到相对顶角(例如屏幕部分108的顶角118)的基本上对角线路径202。换句话说，散热元件102形成直角三角形，其中，入口104沿着斜边布置。基本上对角线路径202提供流体110的流动方向。通过基本上对角线路径202，流体110的热量由屏幕部分108消散。屏幕部分108沿着基本上对角线路径202均匀地加热，即，使加热流体110携带的热量扩散。加热的屏幕部分108进一步使热量消散到环境中。
根据一个实施例，下降部分(例如下降部分120)布置成沿着从上升部分116到出口(例如出口112)的基本上垂直路径204。换句话说，散热元件102形成直角三角形，其中，下降部分120沿着垂直腿布置。在流体110流出到键盘部分128之前，在基本上垂直路径204中流动的流体110被冷却到环境温度水平。因此，热性能得到提高。
根据一个实施例，屏幕部分108包括上自由三角形206，上自由三角形206不被散热元件102覆盖，布置在入口104上方屏幕部分108的顶角208中。通过上自由三角形206，散热元件102的重量和流体110的重量减小。因此，与传统的液体冷却系统相比，不需要确保屏幕部分108的整个区域与散热元件102接触。
根据一个实施例，屏幕部分108的下自由三角形210不被散热元件102覆盖，布置在入口104与出口112之间屏幕部分108的下边缘212上。换句话说，存在两个三角形部分，一个在散热元件102下方，即下自由三角形210，一个在散热元件102上方，即上自由三角形206。这两个三角形部分都可以自由地将热量散发到环境中。因此，与传统设计的S形或U形散热单元相比，散热元件102的总重量减小。
图3A是本发明的实施例提供的散热元件的图示。图3A结合图1A、图1B和图1C的元件描述。参考图3A，示出了散热元件102的图示300A。图中示出了扁平片302和成形片304。
扁平片302也可以称为具有平坦表面的顶板。成形片304也可以称为具有表面的底板，所述表面具有柱。扁平片302和成形片304可以由金属制成，在它们之间具有用于流体110流动的间隙。具有内柱的成形片304支撑扁平片302和成形片304，从而避免了由于在液体冷却系统操作范围内可能发生的内部压力变化而塌陷或膨胀。此外，这两个片材，即扁平片302和成形片304确保在散热元件102与屏幕部分108之间建立合适的接触。
图3B是本发明的实施例提供的笔记本电脑的屏幕部分中的散热元件的侧视图的图示。图3B结合图1A、图1B、图1C和图3A的元件描述。参考图3B，示出了屏幕部分108中的散热元件102的图示300B。图3B中所示的散热元件102具有一体化以形成散热元件102的扁平片302和成形片304。
图3C是本发明的实施例提供的散热元件的截面图。图3C结合图1A、图1B、图1C、图3A和图3B的元件描述。参考图3C，示出了沿图3B中线A-A'的散热元件102的截面视图300C。图中示出了扁平片302、成形片304、通道306、盖308和多个柱310A、310B、310C、310D和310E。
根据一个实施例，散热元件102包括扁平片302和成形片304，所述扁平片302和成形片304形成用于上升部分116和下降部分120的通道306。通道306使流体110能够移动。因此，流经通道306的流体110中的热量通过上升部分116中的屏幕部分108消散。此外，流经通道306的流体110在下降部分120中冷却。
根据一个实施例，扁平片302和成形片304中的一个与屏幕部分108的盖308一体形成。在这种情况下，散热元件102由两个金属隔室制成，一个由金属片(例如厚度约为100微米的扁平片302)制成，另一个板(例如成形片304)在其内表面(与接触环境的表面相对)上与金属后盖等盖308一体化。换句话说，散热元件102的各个壁被盖308取代，即在盖308的内表面上加工(或蚀刻)支撑件，使得内表面作为散热元件102的另一个壁工作，并为散热元件102提供机械结构支撑。因此，总体上节省了冷却系统122的重量。
根据一个实施例，成形片304包括形成在通道306内并用于接触扁平片302和支撑通道306的多个柱310A、310B、310C、310D和310E。在一个示例中，在柱310A与310B之间形成通道，在柱310B与310C之间形成另一个通道，在柱310C与310D之间形成另一个通道，在柱310D与310E之间形成另一个通道。多个柱310A、310B、310C、310D和310E各自为通道306提供机械强度。有益的是，机械强度确保在整个散热操作中与盖308稳定热接触。
根据一个实施例，通道306和多个柱310A、310B、310C、310D和310E的一个或多个边缘通过激光焊接工艺连接到扁平片302。激光焊接工艺用于以柱顶表面形成连接区域的方式组合两个部分，即柱310A、310B、310C、310D、310E和扁平片302。在一个示例中，激光焊接工艺也沿着一个或多个边缘，即周边边缘使用，以便形成封闭的间隙(空腔或通道)，该间隙被密封，从而保护流体110免于泄漏风险。
散热元件102具有内部压力，该内部压力可以高于环境压力或低于或等于环境压力。在所有这些情况下，散热元件102不会失去其形状，并确保与金属桌面盖有良好的热接触。多个柱310A、310B、310C、310D和310E确保从一侧在整个操作压力范围内表面积中没有翘曲(凸起或凹坑)。因此，与金属桌面盖有良好的热接触。此外，从另一侧，多个柱310A、310B、310C、310D和310E导致流体110通过散热元件102的压力损失增加。
因此，从流体110的内部压力损失与散热元件102的壁的机械强度之间的权衡角度来看，多个柱310A、310B、310C、310D和310E经过良好设计，以便确保在整个操作范围内的表面平坦度(即与金属桌面盖有良好的热接触)。由于散热元件102的总厚度几乎不超过数百微米，因此存在可以由金属板制成的薄壁。因此，多个柱310A、310B、310C、310D和310E防止散热元件102的任何变形。
图4A是本发明的实施例提供的散热元件的成形片的多个柱的形状的图示。图4A结合图1A、图1B、图1C、图3A、图3B和图3C的元件描述。参考图4A，示出了多个柱310A、310B、310C、310D和310E中的柱形状的图示400A。图中示出了具有圆形形状的第一柱402、具有胶囊形状的第二柱404、具有细长壁形状的第三柱406。
根据一个实施例，多个柱310A、310B、310C、310D和310E形成为具有圆形形状、胶囊形状或细长壁形状。具有圆形形状的第一柱402支持获得散热元件102的给定热性能的最低压降。这种圆形柱可以用分段柱代替，即胶囊形柱。具有胶囊形状的第二柱404便于散热元件102的两个部分(即，扁平片302和成形片304)的连接。或者，分段柱可以延长以组织纵向形状的柱，即第三柱406。在这种柱中，凹槽提供了流体路径的布置。在一个示例中，圆形形状、胶囊形状和细长壁形状在此处用于示例性目的，并且任何合适的形状都可以用于多个柱310A、310B、310C、310D和310E。
图4B是本发明的实施例提供的包括具有胶囊形状的柱的成形片的三维视图的图示。图4A结合图1A、图1B、图1C、图3A、图3B、图3C和图4A的元件描述。参考图4B，示出了包括具有胶囊形状的柱的成形片304的图示400B。本发明的成形片304包括柱，例如具有胶囊形状的第二柱404。
图4C是本发明的实施例提供的包括具有细长壁形状的柱的成形片的三维视图的图示。图4C结合图1A、图1B、图1C、图3A、图3B、图3C和图4A的元件描述。参考图4C，示出了包括具有细长壁形状的柱的成形片304的图示400C。本发明的成形片304包括柱，例如具有细长壁形状的第三柱406。
图5A是本发明的实施例提供的通过蚀刻工艺形成的成形片的图示。图5A结合图3A、图3B、图3C和图4A的元件描述。参考图5A，示出了通过蚀刻工艺形成的成形片304的图示500A。
根据一个实施例，成形片304通过蚀刻工艺形成。在一个示例中，此处的成形片304具有多个柱，例如具有圆形形状的第一柱402。蚀刻工艺用于向成形片304的柱提供所需的形状，例如圆形形状、胶囊形状或细长壁形状。通过蚀刻工艺形成的成形片304具有提高的热效率，因为它们能够通过其固体更好地传递热量。
图5B是本发明的实施例提供的通过冲压工艺形成的成形片的图示。图5B结合图3A、图3B、图3C和图4A的元件描述。参考图5B，示出了通过冲压工艺形成的成形片304的图示500B。
根据一个实施例，成形片304通过冲压工艺形成。蚀刻制造工艺被冲压工艺取代，以能够减小散热元件102的重量。在一个示例中，此处的成形片304具有多个柱，例如具有圆形形状的第一柱402。与图5A中具有规则圆形形状的第一柱402相比，图5B中的第一柱402可以具有变形的圆形形状(即两个垂直方向的直径可以不同)。通过冲压形成的第一柱402可以具有倾斜的侧面，形成截锥形状。通过冲压工艺形成的成形片304内部具有空白空间，主体固体被空气取代。因此，与通过蚀刻工艺形成的成形片304相比，热传递能力可能降低。在一个示例中，蚀刻工艺和冲压工艺在此处用于示例性目的，并且任何合适的工艺都可以用于形成成形片304。
有益的是，可变柱设计支持选择更便宜的制造工艺。此外，可变柱设计支持基于液体冷却系统122的特定边界布置流体110的最佳内部路径。
图6是本发明的实施例提供的具有高导热板的散热元件的图示。图6结合图1A、图1B和图1C的元件描述。参考图6，示出了散热元件102的图示600。图中示出了高导热板602、散热元件102、下角106和屏幕部分108。
根据一个实施例，散热元件102还包括具有大于500W/mk的横向导热系数的高导热板602。当给定笔记本电脑的金属后盖由于薄或由低导热系数的合金制成或两者兼而有之而散热能力有限时，具有高导热板602的散热元件102是有用的。在一个示例中，横向导热系数沿着高导热板602的材料平面。
根据一个实施例，高导热板602布置成覆盖入口104所在的屏幕部分108的下角106。有益的是，高导热板602使得能够沿着液体入口区域(此处流体110具有最高温度)扩散热量。因此，热点区域的最高温度降低。在一个示例中，高导热板602可以沿着整个散热元件102放置，以提高热性能。
散热元件102与高导热板602一体化，例如连接到散热元件102的入口104部分区域的石墨片。石墨片在横向上具有高导热系数(600W/mK至800W/mK)。在一个示例中，石墨片的厚度为50微米。这种石墨片沿着其表面扩散热通量。此外，热点区域的最高温度降低。
图7是本发明的实施例提供的制造用于笔记本电脑冷却系统的散热元件的方法的流程图。图7结合图1A、图1B、图1C、图3A、图3B和图3C的元件描述。参考图7，示出了方法700。方法700包括步骤702和704。
在另一方面中，本发明提供了一种制造用于笔记本电脑124冷却系统122的散热元件102的方法700，包括：
形成上升部分116，以将流体110从布置在笔记本电脑124的屏幕部分108的下角106中的入口104携带到相对顶角，例如屏幕部分108的顶角118；
形成下降部分120，下降部分120布置成将流体110从上升部分116携带到布置在屏幕部分108的相对下角114中的出口112。
在步骤702中，方法700包括：形成上升部分116，以将流体110从布置在笔记本电脑124的屏幕部分108的下角106中的入口104携带到相对顶角，例如屏幕部分108的顶角118。上升部分116被形成为携带流体110，以能够通过笔记本电脑124的屏幕部分108(即后盖)在流体110中散热。此外，后盖的表面被加热得越多，散热就越高效。由于金属后盖的导热性，后盖沿着入口104均匀加热，即，使加热流体110携带的热量扩散。加热的后盖进一步将热量消散到环境中。
在步骤704中，方法700包括形成下降部分120，下降部分120布置成将流体110从上升部分116携带到布置在屏幕部分108的相对下角114中的出口112。在流体110流出到键盘部分128之前，流体110被冷却到环境温度水平，以避免加热流体110返回到键盘部分128的情况。因此，本发明提供了出口112作为延伸的向下区域，即下降部分120的设计。有益的是，下降部分120使流体110可以在与后盖有大接触面积的情况下向下流动，以使得流体110能够冷却到室温水平。
根据一个实施例，方法700还包括使用扁平片302和成形片304形成通道306，以形成上升部分116和下降部分120。通道306使流体110能够移动。因此，流经通道306的流体110中的热量通过上升部分116中的屏幕部分108消散。此外，流经通道306的流体110在下降部分120中冷却。
根据一个实施例，方法700还包括与屏幕部分108的盖308一体地形成扁平片302和成形片304中的一个。在这种情况下，散热元件102由两个金属隔室形成，一个由金属片(例如厚度约为100微米的扁平片302)制成，另一个板(例如成形片304)在其内表面(与接触环境的表面相对)上与金属后盖等盖308一体化。换句话说，散热元件102的各个壁被盖308取代，即在盖308的内表面上加工(或蚀刻)支撑件，使得内表面作为散热元件102的另一个壁工作，并为散热元件102提供机械结构支撑。因此，总体上节省了重量。
根据一个实施例，在方法700中，成形片304在通道306内形成有多个柱310A、310B、310C、310D和310E，并用于接触扁平片302和支撑通道306。因此，通过多个柱310A、310B、310C、310D和310E，为通道306提供机械强度。有益的是，机械强度确保了在整个散热操作内与金属后盖稳定热接触。
根据一个实施例，方法700还包括使用激光焊接工艺将通道306和多个柱310A、310B、310C、310D和310E的一个或多个边缘连接到扁平片302。激光焊接工艺用于以柱顶表面形成连接区域的方式组合两个部分，即柱310A、310B、310C、310D、310E和扁平片302。在一个示例中，激光焊接工艺也沿着一个或多个边缘，即周边边缘使用，以便形成闭合间隙(空腔或通道)。
根据一个实施例，在方法700中，多个柱310A、310B、310C、310D和310E形成为具有圆形形状、胶囊形状或细长壁形状。具有圆形形状的多个柱310A、310B、310C、310D和310E支持获得散热元件102的给定热性能的最低压降。具有胶囊形状的多个柱310A、310B、310C、310D和310E便于散热元件102的两个部分(即，扁平片302和成形片304)的连接。或者，胶囊形柱可以延长以组织纵向形状柱。在这种柱中，凹槽提供了流体路径的布置。在一个示例中，圆形形状、胶囊形状和细长壁形状在此处用于示例性目的，并且任何合适的形状都可以用于多个柱310A、310B、310C、310D和310E。
根据一个实施例，在方法700中，成形片304通过蚀刻工艺或冲压工艺形成。蚀刻工艺或冲压工艺用于向成形片304的柱提供所需的形状，例如圆形形状、胶囊形状或细长壁形状。通过蚀刻工艺形成的成形片304具有提高的热效率，因为它们能够通过其主体更好地传递热量。可以使用冲压工艺代替蚀刻工艺，以能够减小散热元件102的重量。在一个示例中，蚀刻工艺和冲压工艺在此处用于示例性目的，并且任何合适的工艺都可以用于形成成形片304。
本发明的方法700提高了热性能，即用于吸收笔记本电脑124热量的流体110被冷却到环境温度。因此，与传统的方法相比，没有具有相对较高温度(即，高于环境温度水平)的流体110返回用于吸热。因此，方法700提高了冷却性能。有益的是，本发明的散热元件102提供均匀的热量分布，即，来自流体110的热量在整个屏幕部分108均匀地扩散。此外，与传统的散热元件相比，本发明的散热元件102的总重量减小。此外，压力损失受控，机械强度增加。
示出了表1，提供第一传统散热元件、本发明的散热元件102和第二传统散热元件的不同参数值。第一传统散热元件占据屏幕部分的完整区域，面积为31726平方毫米，周长为801毫米。第二传统散热元件具有蛇形形状，面积为19464平方毫米，周长为3268毫米。本发明的散热元件102的面积为14762平方毫米，周长为864毫米。
表1
在不脱离所附权利要求书所定义的本发明范围的情况下，可以对上文描述的本发明的实施例进行修改。如“包括”、“结合”、“具有”、“是/为”等用于描述和要求保护本发明的表述旨在以非排他性的方式解释，即允许未明确描述的项目、组件或元件也存在。对单数的引用也应解释为涉及复数。本文使用的词语“示例性”表示“作为一个示例、实例或说明”。任何描述为“示例性的”实施例并不一定解释为相比其它实施例是优选或有利的，和/或并不排除结合其它实施例的特征。应当理解，为了清楚起见而在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征还可通过组合提供在单个实施例中。相反地，为了清楚起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可单独地或以任何合适的组合或作为本发明的任何其它描述的实施例提供。

Claims (25)

1.一种用于笔记本电脑(124)液体冷却系统(122)的散热元件(102)，其特征在于，包括：
入口(104)，布置在所述笔记本电脑(124)的屏幕部分(108)的下角(106)中，并用于接收加热流体(110)；
出口(112)，布置在所述屏幕部分(108)的相对下角(114)中以返回冷却流体(110)；
上升部分(116)，布置成将所述流体(110)从所述入口(104)携带到所述屏幕部分(108)的顶角(118)；
下降部分(120)，布置成将所述流体(110)从所述上升部分(116)携带到所述出口(112)。
2.根据权利要求1所述的散热元件(102)，其特征在于，所述上升部分(116)布置成沿着从所述入口(104)到所述屏幕部分(108)的所述相对顶角的基本上对角线路径(202)。
3.根据权利要求1或2所述的散热元件(102)，其特征在于，所述下降部分(120)布置成沿着从所述上升部分(116)到所述出口(112)的基本上垂直路径(204)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，其特征在于，所述散热元件(102)被形成为覆盖小于所述笔记本电脑(124)的所述屏幕部分(108)的总面积的50％。
5.根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，其特征在于，所述散热元件(102)覆盖的面积与所述屏幕部分(108)的所述总面积之间的面积比为1:4或更大。
6.根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，其特征在于，所述上升部分(116)覆盖的面积与所述下降部分(120)覆盖的面积之间的入口/出口比基本上为1:1。
7.根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，其特征在于，所述散热元件(102)被形成为使得所述屏幕部分(108)包括上自由三角形(206)，所述上自由三角形(206)不被所述散热元件(102)覆盖，布置在所述入口(104)上方所述屏幕部分(108)的顶角(208)中。
8.根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，其特征在于，所述散热元件(102)被形成为使得所述屏幕部分(108)的下自由三角形(210)不被所述散热元件(102)覆盖，布置在所述入口(104)与所述出口(112)之间所述屏幕部分(108)的下边缘(212)上。
9.根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，其特征在于，所述散热元件(102)包括扁平片(302)和成形片(304)，所述扁平片(302)和成形片(304)形成用于所述上升部分(116)和所述下降部分(120)的通道(306)。
10.根据权利要求9所述的散热元件(102)，其特征在于，所述扁平片(302)和所述成形片(304)中的一个与所述屏幕部分(108)的盖(308)一体形成。
11.根据权利要求9或10所述的散热元件(102)，其特征在于，所述成形片(304)包括形成在所述通道(306)内并用于接触所述扁平片(302)和支撑所述通道(306)的多个柱(310A、310B、310C、310D、310E)。
12.根据权利要求11所述的散热元件(102)，其特征在于，所述通道(306)和所述多个柱(310A、310B、310C、310D、310E)的一个或多个边缘通过激光焊接工艺连接到所述扁平片(302)。
13.根据权利要求11或12所述的散热元件(102)，其特征在于，所述多个柱(310A、310B、310C、310D、310E)被形成为具有圆形形状、胶囊形状或细长壁形状。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的散热元件，其特征在于，所述成形片(304)通过蚀刻工艺或冲压工艺形成。
15.根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，其特征在于，还包括具有大于500W/mk的横向导热系数的高导热板(602)。
16.根据权利要求15所述的散热元件(102)，其特征在于，所述高导热板(602)被布置成覆盖所述入口(104)所在的所述屏幕部分(108)的所述下角(106)。
17.一种用于笔记本电脑(124)的冷却系统(122)，其特征在于，包括：
热收集元件(126)，布置在所述笔记本电脑(124)的键盘部分(128)中；
根据上述权利要求中任一项所述的散热元件(102)，布置在所述笔记本电脑(124)的屏幕部分(108)中；
微泵(130)，用于以闭合环路的方式使流体(110)从所述热收集元件(126)移动穿过所述散热元件(102)并返回所述热收集元件(126)。
18.一种笔记本电脑(124)，其特征在于，包括根据权利要求17所述的冷却系统(122)。
19.一种制造用于笔记本电脑(124)冷却系统(122)的散热元件(102)的方法(700)，其特征在于，包括：
形成上升部分(116)，以将流体(110)从布置在所述笔记本电脑(124)的屏幕部分(108)的下角(106)中的入口(104)携带到所述屏幕部分(108)的相对顶角；
形成下降部分(120)，所述下降部分(120)布置成将所述流体(110)从所述上升部分(116)携带到布置在所述屏幕部分(108)的相对下角(114)中的出口(112)。
20.根据权利要求19所述的方法(700)，其特征在于，包括使用扁平片(302)和成形片(304)形成通道(306)，以形成所述上升部分(116)和所述下降部分(120)。
21.根据权利要求20所述的方法(700)，其特征在于，包括与所述屏幕部分(108)的盖(308)一体形成所述扁平片(302)和所述成形片(304)中的一个。
22.根据权利要求20或21所述的方法(700)，其特征在于，所述成形片(304)在所述通道(306)内形成有多个柱(310A、310B、310C、310D、310E)，并用于接触所述扁平片(302)和支撑所述通道(306)。
23.根据权利要求22所述的方法(700)，其特征在于，包括使用激光焊接工艺将所述通道(306)和所述多个柱(310A、310B、310C、310D、310E)的一个或多个边缘连接到所述扁平片(302)。
24.根据权利要求22或23所述的方法(700)，其特征在于，所述多个柱(310A、310B、310C、310D、310E)被形成为具有圆形形状、胶囊形状或细长壁形状。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法(700)，其特征在于，所述成形片(304)通过蚀刻工艺或冲压工艺形成。
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