CN100571494C - 用于保护电子元件的盒式组件和方法 - Google Patents

Abstract

用来保护电子元件的一种改进方法和一种盒式组件，包括壳体，该壳体包围布置在绝缘体上的电子元件。所述壳体还封闭剪式起重器元件，该剪式起重器元件可从第一位置运动到第二位置，以实现盒式组件的致动和脱开，如对于下一级封装。该壳体具有伸出部设计，该伸出部设计具有互补的上部开口和下部电缆套区域，用来支撑电缆连接和用来提供散热释放和EMC抑制。可选设计提供诸如蜂窝屏板和EMC垫片之类的其他元件，以进一步实现EMC抑制。另外，诸如致动活板门、保持零件及卡支撑部件或支撑柱之类的其他元件可添加到设计中，以能够实现更好的致动和提供改进的结构刚性。

Description

用于保护电子元件的盒式组件和方法

技术领域

本发明涉及计算系统的电子元件的封装，并且更具体地说，涉及大型处理器卡的输入/输出尾座区域的封装。

背景技术

工业趋势是连续地增大在计算系统内的电子元件的数目。计算系统可包括简单个人计算机、简单计算机的网络、或一个包括一个或多个具有中央电子系统(CEC)的服务器的大型计算机或甚至彼此处理通信的大型计算机网络。尽管增加在简单计算系统内的元件的确产生某些挑战，然而，这样一种增加在包括一个或多个大型计算机的计算系统中会产生多种问题。特别是包括服务器的高端计算系统的发展对于似乎是孤立问题但彼此影响单一装配环境的各种问题已经施加具体的封装挑战。热管理、机械完整性及电磁和电气短路已经是其中一些挑战问题，这些问题给这样系统的开发者形成特别设计担心。

这些问题的每一个在未来由于下一代处理器的发展而进一步恶化，其中该下一代处理器要求增大的封装密度，导致特别是在散热面积方面的更大担心。散热如果不解决，则可导致将影响整个系统性能的电子和机械故障。如可容易理解的那样，散热随封装密度增加而增加。在较大计算系统中(如包括下一代处理器的服务器)散热问题变得特别重要。

增大的封装密度也已经增加了对封装计算系统的方式的要求。在大型计算机中的一个关键问题领域是如何最好地利用其中传统上也布置输入/输出(I/O)区域的大型处理卡的尾座区域。如提到的那样，在密集封装中的热管理已经增加了对于机械设计人员的要求，以利用独特手段使冷却最大化。与处理卡需要被填充的方式的问题相结合，热管理常常导致设计人员在预定覆盖区(footprint)内提供空气冷却能力。

最近普遍使用的现有技术手段是，把I/O尾座区域放置在称作处理器卡的“迎风”侧的地方，在该处它们与空气输入流直接接触。遗憾的是，在这种手段中，I/O尾座区域由用来冷却包含在特定封装组件内的电子封装和取决于封装灵活性的适用空气量所控制，这种手段可能导致散热不充分。

另外，散热问题由于最近现有技术的卡的定位进一步恶化。在历史上，处理卡的定位已经从较传统的直线插拔(in-line plugging)手段向更近样式转变，该更近样式利用盲配对，以允许其他处理和封装需要。在这两种手段之间的关键差别在于如下事实：在前一种手段中，直线插拔通过使互连件配对到通常与气流垂直布置的卡而连接。然而，后一种手段以使空气流动阻抗最小的平行方式连接。

引起其他担心的另一种发展是电缆操作速度的进步。处理器和电缆操作速度的升高，特别是在超过5GHz的范围内，不仅产生另外的热管理担心，而且也产生与电磁干扰抑制和在结构意义方面的机械支撑有关的问题。

机械担心由明显和不明显的源引起。例如，可能不如传统机械支撑担心明显的一个影响因素归因于如下事实：增加的系统操作速度已经推动了实施表面安装技术(SMT)式样连接器的必要性，该连接器的主要机械支撑必须从卡的机械结构得到。这大多是必要的，以便隔离在焊接接口处可能的损害应变。

当前，没有可高效地解决以上罗列的所有问题的单一设计。改进封装设计以解决之前罗列问题的其中一组的尝试常常使其他这样的问题变得更糟。因此，鉴于影响整个系统性能的现有技术当前设计，需要一种封装概念，这种封装概念可解决所有这样的问题，包括但不限于在这样的计算系统封装(但特别是对于包括下一代盲配对I/O卡盒作为其封装和装配部分的那些)中的热管理和冷却担心、电磁接口担心以及机械和结构支撑担心。

发明内容

本发明提供盒式组件和构造这样组件的相关方法。提供的盒式组件保护电子元件，并且包括：壳体，用来包围设置在至少一个处理卡中的电子元件，该处理卡布置在绝缘体上；和剪式起重器，其可从第一位置运动到第二位置，以实现盒式组件的致动和脱开，如对于下一级封装。壳体具有伸出部设计，该伸出部设计具有互补的上部开口和下部电缆套区域。在一个实施例中，壳体包括两个互补半部，从而当它们上下布置时，它们形成单一整体壳体单元。在这个实施例中，上部壳体包括开口区域，优选地为具有孔的入口屏板形式，该孔为缓解散热和提供电磁(EMC)抑制而设计。下部壳体包括具有开口的整体电缆套，以能够实现电缆连接的支撑。在可选择实施例中，诸如蜂窝屏板和EMC垫片之类的其他元件可添加到壳体设计上，以进一步实现EMC抑制。

在可选择实施例中，诸如致动活板门、保持零件及卡支撑部件或支撑柱之类的其他元件可添加到设计中，以能够实现更好的致动并提供改进的结构刚性。

另外的特征和优点通过本发明的技术实现。本发明的其他实施例和方面在这里详细地描述，并且认为是要求保护的本发明的一部分。为了更好地理解具有优点和特征的本发明，参照以下描述和附图。

附图说明

在说明书结束处的权利要求书中具体地指出和清晰地要求保护被认为是本发明的主题。由结合附图进行的如下详细描述可见本发明的以上和其他目的、特征、及优点，在附图中：

图1提供了本发明一个实施例的分解视图；

图2a和2b分别提供了由图1的实施例提供的盒的前和后封闭视图；

图3a和3b示出了按照图1的实施例的剪式起重器元件；

图4是图形说明，示出了引起潜在结构故障的应变和挠曲的效果；

图5a和5b提供了按照本发明实施例的使用剪式起重器元件的致动和未致动卡的露出视图；及

图6示出了本发明一个实施例的俯视图。

具体实施方式

对于当前实施的现有技术讨论的困难通过本发明的工作解决，本发明通过解决以前所罗列的关键缺陷区域而呈现相对现有技术的电子封装的显著改进。由于在当前实施的现有技术中的缺陷从电磁和冷却前景看，在下一代装置中变得甚至更加挑战性，所以本发明提供不仅消除现有技术担心、而且也将为下一代设计提供多种能力的特征。

在当前将结合图1至6讨论的一个实施例中，本发明提供具有改进热能力的盒式组件概念。这种概念也提供有利于电磁(EMC)发射的高频衰减的独特特征。另外，该盒式组件概念将提供容易固定到下一级和较高级封装上的平稳的可感触的致动机构。由本发明提供的另一种改进是提供辅助结构支撑和改进的电缆互连可靠性。现在将结合提供的附图讨论这种和其他优点。

图6、2a与2b提供了本发明一个实施例的可选择视图。应该理解，尽管为了容易理解现在将更详细地讨论的这个实施例，它不应该限制本发明的主题，因为其他类似实施例是可能的，并且可通过本发明的教导提供。

在本发明的优选实施例中，盒式组件200要与大型计算系统或计算网络一道使用，该大型计算系统或计算网络包括具有一个或多个中央电子元件(CEC)的一个或多个服务器。

图6、2a与2b的每一个提供输入-输出(I/O)盒式组件200，如由本发明提供的那样。图6提供了本发明一个实施例的俯视图，而图2a和2b可选择地提供后视图和主视图。提供不同的视图，以辅助多个元件的讨论。也为了帮助理解，多个元件的分解视图分离地提供在图1中。现在将与图1一起讨论图6和2a、2b。

如在图1、2a与2b、及6中所示的那样，I/O卡盒式组件200具有壳体外罩220。壳体或外罩220(下文称作壳体220)包围优选地设置在一个或多个处理卡130上的电子元件、以及将讨论的其他致动元件。

在一个实施例中，盒式组件200的壳体220包括两个互补的半部。这两个外罩半部下文将称作上部壳体110和下部壳体120。上部壳体110和下部壳体120充分地显示在图1中。在图2a和2b中，在每张图中部分上部壳体110和下部壳体120是可看到的，并且仅作为壳体220的部分。在图6中，除去上部壳体110以提供本发明实施例的俯视图，但下部壳体120在图6的描绘中仍然可见。

如前所述，上部壳体110和下部壳体120是互补的，并且设计成可靠地配合以形成单一整体壳体220，如以前讨论的那样，该壳体220将容纳卡和致动组件。在优选实施例中，壳体220和/或两个半部110和120的每一个具有由金属或金属化元件制成的铸造或模制外壳。在优选实施例中，上部壳体110和下部壳体120可选择地由铸铝或模制金属化聚合物制成。

为了提供更好的热流动和EMC抑制，壳体设计成提供伸出部、或遮篷设计205，这在图2b中显示得最清楚。通过与在下部壳体120中的互补整体电缆连接器套区域125一起提供在上部壳体110中的形成的开口区域115，使遮篷设计成为可能。

在本发明的一个实施例中，上部壳体110的伸出部205的特征在于开口区域，优选地为具有孔116的成形入口屏板115。屏板设计使通过和到包围在盒式组件200中的电子元件的空气流最大，而单个开口116的孔尺寸提供高频电磁(EMC)抑制。也应该注意，尽管孔不可能提供到某些元件的直接空气流，但相对于缝隙百分比增加或任何其他这样的设计仍然提供了较大的热改进。

在下部壳体120中的伸出部设计205(在图2b中看得最清楚)使整体电缆连接器套125结合入其中，整体电缆连接器套125提供I/O电缆组件240和连接器260的圆周支撑。在所示出的本发明的一个实施例中，连接器套125也包括必要的元件，包括但不限于能够实现电缆支撑和连接的一个或多个连接器和/或开口。包括整体式电缆连接器套125的手段使在系统运输期间由于处理损害和/或冲击和振动效应造成的对于互连接口的可能不利影响最小。在一个优选实施例中，整体式电缆连接器套125是模制的。

在下部壳体120中的整体电缆套125在图2a中看得最清楚，其容纳和支撑着多根电缆260。在本发明的一个实施例中，如图所示，整体式电缆套也容纳I/O电缆组件240。

壳体220也包括保持零件150，该保持零件150也将在下面更详细地讨论。保持零件150可选择性地整个包括在半部110和120中，或者选择性地放置成，它部分包括在每个半部110和120中，从而获得单一整体保持零件150(每个下部和上部保持零件半部进一步如图所示地称作155和154)。

现在参照图1和6，如以前讨论的那样，壳体220封闭优选地在一个或多个处理卡中的电子元件。处理卡可包括诸如在图6中(以及在图5a和5b中)所示的不同单元，也可包括不同的元件，诸如连接器部分532和集成电路(IC)531，该集成电路531在描绘的图中表示为专用IC或ASIC 531。

在图中所示的本发明的一个实施例中，处理卡(包括连接器部分532和ASIC 531)布置在绝缘体135上、优选地布置在绝缘体板上。在一个实施例中，如所示的那样，处理卡布置在局部卡绝缘体135板上，并且使用本领域技术人员已知的螺钉、螺栓或各种其他紧固装置固定到其上。

如较早讨论的那样，入口屏板115设计成不仅提供空气流动而且也抑制EMC。然而，为甚至更好地抑制EMC效应，在图中所示的本发明的一个实施例中，组件200也包括至少一个蜂窝屏板160。蜂窝屏板优选地位于盒式组件200的后部中，如在图2b中所示的那样，其中示出了剖视图。

为了甚至进一步抑制EMC效应，在本发明的一个实施例中，优选地在上部壳体110和下部壳体120之间也提供EMC接缝垫片170。EMC垫片170的位置通过参照图6可更好地看到。如由名称意味的那样，在这个实施例中，由于在接缝处提供EMC垫片170，所以它的放置如所示的那样是在两个壳体半部110和120的周缘处。

借助于在讨论的盒式组件200的设计中包括以上罗列的特征，所有EMC抑制问题可在盒水平下解决。结合这些，在本发明的一个实施例中，使用本领域技术人员已知的传统边缘垫片手段，可进一步解决对于下一个封装级的额外外部EMC处理。

返回参照图1，紧固装置182，可用来固定下部和上部壳体、绝缘体、或任何其他讨论的元件。紧固装置可包括对于本领域技术人员已知的各种装置，并且可包括，但不限于，在图中表示的螺纹装置。

至此已经整体讨论的增强可归类为基于性能的。引入的基于性能的特征专门设计成消除在现有技术设计中当前存在的、或者在未来一代机器中成为挑战及特别涉及电磁(EMC)和冷却问题的缺陷。

结合已经讨论的基于性能的特征，本发明也提供可包括在盒式组件200中以引入某些基于组件的解决方案的多个特征。基于组件的解决方案可定义为引入以促进或解决与计算系统和/或计算装置的安装和维修有关的问题和影响的特征。

存在两个影响电子元件和计算系统的装配和封装的主要问题。第一种担心是相对于下一个较高级封装保持装配完整性。第二种重要的担心是在致动期间或之前和之后的致动和不希望的运动的问题。

本发明包括一系列方案，以克服以上所罗列的对于现有技术存在的担心。为了改进盒对于其下一个较高级封装的装配完整性，盒壳体包括盒保持零件150，如以前简要讨论的那样，在致动盒之前把盒固定到其下一级封装上。由此，这种零件提供了一种装置，用于固定盒，从而在致动之前组件的不希望运动不会发生。这个方面也是重要的，因为固定保持零件150而不中断插入性。

保持零件150可包括各种设计。在相对于上部壳体110和下部壳体120的较早讨论中，所示的保持零件150是正保持螺钉，具有凸台特征。然而，这种类型的保持零件150仅作为例子提供，而不应该是限制性的。在图中描绘的例子中，提供凸台特征，以便被固定到在下个封装级处的凹孔上。然而，保持零件150在本质上可选择性地设计成，满足在下个封装级处的插入性需要。例如，如果在以前例子中，下个封装级具有凸台连接件，则保持零件150可设计成提供可接合到在下个封装级处的凸台保持零件上的保持孔结构。

另外，如以前讨论的那样，保持零件150可以以一个或多个互补部分构造，与任一个上部或下部壳体或两者成为整体，以便也满足下个封装级需要。如果希望，甚至有可能包括弹簧螺钉组件，以进一步和更好地固定保持零件150。

包括在本发明中以满足致动需要的另一种零件是剪式起重器元件190，以提供剪式起重器机构。在本发明的一个实施例中，剪式起重器元件190可设计成，它可容易地包括在组件200中。例如，剪式起重器可以是工具辅助的螺纹致动机构，但这个元件(190)的使用和设计不限于这种，因为其他类似实施例也是可能的。

在图中所示的本发明的一个实施例中，剪式起重器元件190布置在绝缘体135上，并且与处理卡130相邻。放置不必太准确，只要它靠近电子元件。例如在图3b中，剪式起重器机构放置在绝缘体板135上的卡组件的相对侧上，而图5和6示出了其中剪式起重器机构190放置成与ASIC 531相邻的更详细配置。

在图3a中以示例方式示出了剪式起重器机构。但是，剪式起重器机构的形状不应限于图3a中所示的例子的形状。可以实施具有各种剪式起重器元件设计的各种不同实施例。但是，任何这种设计应当满足下述条件，即，它采用与所述组件共线的剪式起重器元件190，以便提供抵抗被施加在所述组件上的垂直作用力的最好支撑，从而提供附加的稳定性。

图3a中提供的实施例示出了该剪式起重器机构具有主体300、和通过连接器臂305彼此连接的多个臂310和320。在提供的实施例中，臂310和320以多个水平提供，其中，称作310的臂是上部臂，并且称作320的那些是下部臂。这是因为按照本发明的优选实施例，剪式起重器元件190接合到上部壳体110和下部壳体120上。尽管对于本发明的某些实施例这样的接合(尤其是到两个壳体上)可能是不必要的，但当平稳的可触方案是优选的时，在配对期间这样的双侧支撑提供卡-板配对接口的真正平行。

在图3a中所示的实施例中，上部臂310和下部臂320分别固定到上部壳体110和下部壳体120上。螺钉332或其他紧固装置可用来完成这个任务。剪式起重器元件190必须具有使它能够从第一位置行进到第二位置的设计特征，以便能够实现所显示的盒式组件的致动和脱开，并且这种致动和脱开将在以后结合图5a和5b更详细地讨论。在图3a的实施例中，这种能力通过提供接合结构(在330处的接合)而保证。在这个实施例中，每个上部臂310和下部臂320如所示的那样还包括多个部分312、314和322、324。在优选实施例中，剪式起重器是工具辅助的，并且位置的改变通过包括螺纹致动机构进一步增强。

诸如例如致动支架等的替代之类的其他结构，不会获得与剪式起重器元件190一样好的结果。例如，试验结果表明，当使用支架时，即使施加在这样一种支架上的50磅的致动力也将导致支架的顶部沿其平面滑动，在一种情况下导致0.05的挠曲。在某些情况下，这样的挠曲可引起在保持零件150与其中固定保持零件的下一级封装之间的间隙。图4示出了这样的结构挠曲。

图5a和5b分别为盒式组件200的脱开和致动的视图。脱开方向和致动方向分别由标记为510和512的箭头方向表明。图5a和5b的视图也显示，剪式起重器元件190如何可从一个位置(附图标记192)运动到另一个位置(附图标记194)，以能够实现盒式组件200的脱开和致动，如对于下一级封装。

图5a和5b也更好地示出了致动活板门180的展开，该致动活板门180优选地是弹簧加载的。致动活板门180按照该实施例在图1中也称作致动螺钉活板门180。应该注意，图6也示出了在未展开状态下的剪式起重器元件190和活板门特征180。在本发明的一个实施例中，致动活板门180与所述剪式起重器元件一起机械加工，以如图所示的那样能够实现盒式组件的脱开和致动。

为了进一步提供更大刚性和结构上固定方案，在如图所示的本发明的一个实施例中，盒式组件200也可包括竖直支撑柱185，在图中称作卡支撑部件185。这个支撑柱185在图2b中看得最清楚。在本发明的一个实施例中，竖直支撑柱185与上部壳体210是整体，但其他实施例是可能的。另外，在优选实施例中，竖直支撑柱185也与诸如在图1中表示的局部卡绝缘体135之类的整个卡绝缘体是整体。与上部壳体210和整个卡绝缘体135是整体的支撑柱185的设计可防止不利应变施加到连接器SMT焊点上。这种设计也保证在连接器致动期间滑动表面(如卡相对于下部壳体220)运动的改进和容易。

如在以上段落中讨论的那样，在每一种情况下，不管是解决装配或基于性能的问题和担心，本发明都提供了一种引入解决方案的改进和新颖方式，具体实施了特别是用来组装它们的手段和机械特征，并且在每一种情况下，特别注意解决冷却问题、EMC担心及机械和结构担心。因此，在图1-6中提供的每个结构和相关实施例都具体设计成使空气流动能力最大、在源处抑制EMC发射，以及改进处理卡和卡-板互连机械支撑。另外，图1-6的实施例具体提供成，该手段使用适用的和传统的盲配对手段解决冷却、EMC及机械插拔缺陷和担心，该盲配对手段使本发明的教导成本有效和容易实施。

还应该注意，所可看到的和将进一步讨论的图1和2的结构是这样的，从而致动硬件可在壳体组件200的上部壳体部分110与处理卡130之间运动，而不是如传统情形那样放置在卡的下侧与壳体的下侧之间。这种结构提供增大元件和/或散热器高度的机会，并由此改进封装的冷却特性。

尽管已经描述了对于本发明的优选实施例，但将理解，本领域的技术人员现在和将来都可以进行落入随后的权利要求书的范围内的各种改进和增强。这些权利要求应该理解成保持对于最初描述的本发明的适当保护。

Claims (18)

1.一种用于保护电子元件的盒式组件，包括：

壳体，用来包围设置在至少一个处理卡中的电子元件，该处理卡布置在绝缘体上；和

剪式起重器，其在所述壳体内与所述处理卡均布置在所述绝缘体上，并且能够从第一位置运动到第二位置，并在由第一位置运动到第二位置的过程中推动所述处理卡以引起所述盒式组件的致动和脱开，所述剪式起重器还包括：

主体；

连接器臂；

通过所述连接器臂彼此连接的多个上部臂和下部臂，

其中通过所述上部臂和下部臂的运动使所述主体移动而使得所述剪式起重器能够从第一位置运动到第二位置。

2.根据权利要求1所述的组件，其中所述绝缘体是绝缘体板，并且所述剪式起重器和所述处理卡彼此靠近地布置，从而使得所述剪式起重器运动时能够使所述处理卡运动。

3.根据权利要求2所述的组件，其中所述壳体包括伸出部，该伸出部包括具有开口的上部开口区域和下部电缆连接器套，以能够实现电缆支撑和连接。

4.根据权利要求3所述的组件，其中所述壳体包括彼此互补的上部和下部壳体部分，从而当上下布置时，它们提供牢固地配合并且形成单一整体壳体件。

5.根据权利要求4所述的组件，其中所述开口区域是具有孔的入口屏板。

6.根据权利要求5所述的组件，其中在所述壳体内的所述剪式起重器位于带有所述伸出部的所述壳体的一侧，并且与所述上部和下部壳体接合。

7.根据权利要求6所述的组件，其中，每个所述上部臂和下部臂接合并可分别固定到上部壳体和下部壳体上。

8.根据权利要求7所述的组件，其中所述剪式起重器是工具辅助螺纹致动机构。

9.根据权利要求1所述的组件，其中所述处理卡固定到所述绝缘体板上。

10.根据权利要求4所述的组件，其中所述组件还包括蜂窝屏板，该蜂窝屏板在与布置所述伸出部相对的侧上固定到所述壳体上。

11.根据权利要求10所述的组件，还包括支撑部件，该支撑部件与所述上部壳体成为一体。

12.根据权利要求4所述的组件，还包括电磁垫片密封件，布置在所述两个壳体半部之间。

13.根据权利要求1所述的组件，其中所述壳体具有铸造或模制外壳。

14.根据权利要求13所述的组件，其中所述壳体由金属或金属化合物制成。

15.根据权利要求4所述的组件，其中所述上部和下部壳体由铸铝制成。

16.根据权利要求4所述的组件，其中所述上部和下部壳体由金属化聚合物制成。

17.一种用于保护电子元件的盒式组件，包括：

壳体，用来包围布置在绝缘体上的电子元件；

所述壳体具有伸出部，该伸出部具有带有开口的上部入口屏板区域和互补的下部电缆套，以支撑电缆连接；

所述壳体还包围剪式起重器，该剪式起重器靠近所述电子元件，并与所述电子元件均布置在所述绝缘体上；

所述剪式起重器能够从第一位置运动到第二位置，并在由第一位置运动到第二位置的过程中推动所述电子元件以引起所述盒式组件的致动和脱开，所述剪式起重器还包括：

主体；

连接器臂；

通过所述连接器臂彼此连接的多个上部臂和下部臂，

其中通过所述上部臂和下部臂的运动使所述主体移动而使得所述剪式起重器能够从第一位置运动到第二位置。

18.一种封装电子元件的改进方法，包括步骤：

包围布置在壳体盒式组件内的绝缘体上的电子元件，该壳体盒式组件具有用来容纳电子元件的伸出部；

在所述壳体的上部和下部部分上分别提供互补的入口屏板和电缆套连接器区域；及

在所述壳体内在所述绝缘体上方并且靠近所述电子元件布置剪式起重器，从而使得所述剪式起重器运动时能够使所述电子元件运动，其中所述剪式起重器通过从第一位置运动到第二位置并在由第一位置运动到第二位置的过程中推动所述电子元件来实现所述盒式组件的致动和脱开，所述剪式起重器还包括：

主体；

连接器臂；

通过所述连接器臂彼此连接的多个上部臂和下部臂，

其中通过所述上部臂和下部臂的运动使所述主体移动而使得所述剪式起重器能够从第一位置运动到第二位置。

Images