CN103222355A - 电子装置 - Google Patents

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Abstract

在电子装置中从48V供电方式转变为12V供电方式的情况下，为了供给相同的电力，需要向底板流通4倍的电流。另外，在前后吸排气方式的情况下，需要将使冷却风通过的通风口设置在底板上。并且，因在底板上设置通风口而引起的机械强度的劣化成为课题。设为供电用母排具有翼状的突起物以及向供电用母排吹送冷却风的构造。另外，使供电用母排以整面贴紧底板来在多点以电性且机械地进行连接，由此兼顾冷却和刚性劣化的抑制。

Description

电子装置
技术领域
本发明涉及一种以LAN交换器、路由器、服务器等为代表的电子装置，特别是涉及一种电子装置的底板(back plane)构造。
背景技术
一般情况下，LAN交换器、路由器之类的网络通信装置具备：具有用于包传输的接口功能的电路基板单元；具有将包接入到期望的端口的功能的电路基板单元；具有控制包传输的功能的电路基板单元等。这些电路基板单元经由连接器连接到配置在装置内的中继用电路基板(所谓的底板)，电路基板单元间的信号的交换以及供电经由该底板执行。
作为网络通信装置的电源，在AC机中施加AC100V或AC200V而在DC机中施加DC48V的情况多。一般情况下，该电压输入到装置的前置电源单元，前置电源单元输出DC48V，该DC48V输出经由底板供给至各电路基板单元。
另一方面，在以服务器为代表的信息处理装置中，也与LAN交换器、路由器同样地针对每个功能进行电路基板单元化，这些电路基板单元经由连接器连接到配置在装置内的底板，电路基板单元间的信号的交换以及供电经由该底板执行。
服务器的电源施加AC100V或AC200V的情况多。一般情况下，该电压输入到装置的前置电源单元，前置电源单元输出DC12V，该DC12V输出经由底板供给至各电路基板单元。
另外，作为这些网络通信装置、信息处理装置的冷却构造，为了遵照面向通信运营商的通信设备的基准即NEBS(Network Equipment BuildingSystem：网络设备构建系统)，应采用前后吸排气方式的冷却构造的要求变高。
根据专利文献1，随着服务器等电子装置的高功能化、多功能化，所安装的电子部件数量显著增大，因此为了使电子装置动作而所需的电流也增大。与此同时，也推进电子装置的小型化、轻量化，对于使用于电子装置的电子部件的小型化、轻量化的要求也变高。因而，期望提供更小型且能够流通更大的电流的供电用母排构造，但是因流通大电流而引起的供电用母排的发热成为课题。
为了解决该课题，在上述专利文献1中，采用如下构造：使用棒状的供电用母排，将电源与负载一对一地进行连接，在该供电用母排上还设置冷却片(Fin)，对其进行强制空气冷却。
另外，根据专利文献2，在对电子装置内的电路基板单元供给大电流的情况下，如果利用通常的连接器进行供电，则需要增加电源供给用连接器引脚数量或减少信号用连接器引脚数量来转用于电源供给。
为了解决该课题，在上述专利文献2中，采用如下连接器构造：将如多层电路基板那样具备多个导电层和绝缘层的棒状的供电棒通过导电性引脚触点和导电性隔离物固定于底板的连接器间的间隙，将该导电性引脚触点与电路基板单元进行电连接来供给大电流。
并且，近年来，除了在上述专利文献1和专利文献2中想要解决的课题以外，在电子装置的底板构造中明显出现以下说明的新的课题。
作为第一个背景，在网络通信装置中的供电中，经由底板向各电路基板单元供给DC48V的方式为主流，但是近年来正在推进从48V供电方式向12V供电方式的转变。其主要原因是，在48V供电方式中，需要使用形状大、且昂贵的绝缘型DC/DC转换器，在供电系统的电力效率和电路基板单元内的安装面积方面不利。而其另一方面，在12V供电方式中，为了供给与48V供电方式相同的电力，需要流通4倍的电流。
作为第二个背景，近年来，作为网络通信装置、信息处理装置的冷却构造，为了遵照面向通信运营商的通信设备的基准即NEBS(NetworkEquipment Building System)，应采用前后吸排气方式的冷却构造的要求变高。作为前后吸排气方式的网络通信装置，考虑如上述图1(a)至图4(a)那样的结构，但是为了实现前后吸排气方式，需要将使冷却风通过的通风口设置在底板上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-162827公报
专利文献2：日本特开平8-138775公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述那样需要向底板流通大电流，另一方面，需要设置通风口，导致电流路径变窄，供电路径中的电力损失和发热成为课题。并且，如果在底板上设置通风口，则会牺牲底板自身的刚性，还产生导致机械强度显著劣化的课题。
本发明是为了解决前述的新的课题而完成的，目的在于提供一种在电子装置中虽然采用前后吸排气方式构造、但是能够抑制供电路径中的电力损失和发热、并且增强机械强度并进一步抑制成本的底板构造。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明通过以下的方式或应用例能够解决上述的课题中的至少一部分。
一种电子装置，其特征在于，具有：电路基板单元；底板，将上述电路基板连接于前表面；供电用母排，连接于上述底板的背面；以及电源单元，连接于上述供电用母排，在上述底板和上述供电用母排上设置有通风口，在上述母排上还设置有散热用突起物。
发明效果
将平板状的供电用母排的一个面设为平面，与底板以整面贴紧来在多点以电性且机械地进行连接，在另一面上设置有翼状的突起物。由此，抑制底板的电力损失以及发热，增强机械强度，并且能够将底板的通风口确保为较大。另外，能够削减构成底板的电路基板的电源层和接地层的层数，能够抑制成本。
附图说明
图1(a)是实施例1中的电子装置的结构的一例。
图1(b)是实施例1中的供电用母排的一例。
图1(c)是实施例1中的供电用母排的一例。
图2(a)是实施例2中的电子装置的结构的一例。
图2(b)是实施例2中的供电用母排的一例。
图2(c)是实施例2中的供电用母排的一例。
图3(a)是实施例3中的电子装置的结构的一例。
图3(b)是实施例3中的供电用母排的一例。
图3(c)是实施例3中的供电用母排的一例。
图4(a)是实施例4中的电子装置的结构的一例。
图4(b)是实施例4中的供电用母排的一例。
图4(c)是实施例4中的供电用母排的一例。
具体实施方式
下面，基于四个实施例详细说明用于实施本发明的方式。
图1(a)是概要性地示出本发明的实施例1中的电子装置100的结构的图。图2(a)是概要性地示出本发明的实施例2中的电子装置200的结构的图。图3(a)是概要性地示出本发明的实施例3中的电子装置300的结构的图。图4(a)是概要性地示出本发明的实施例4中的电子装置400的结构的图。电子装置100至400作为在计算机网络中进行包传输的网络通信装置发挥功能。
实施例1
图1(a)表示电子装置100的前表面侧立体图。电子装置100在框体110的内部具有多个电路基板单元120、多个前置电源单元130、多个冷却单元140、底板(backplane)150、供电用母排160。
本实施例的电子装置100具有多个电路基板单元120，它们从装置前表面以水平状态被安装。电路基板单元120由搭载了半导体元件的电路基板构成，实现用于进行包传输的各种功能。例如具有进行与外部的接口控制、包的目的地搜索、包的传输处理等的电路基板单元、将包接入到期望的端口的电路基板单元、搭载CPU并进行电子装置100的基本控制的电路基板单元等。
这些电路基板单元120在装置的前表面侧具有使冷却风通过的通风口121。另外，各电路基板单元120在与装置的前表面侧相面对的一侧具有底板连接器122，该底板连接器122与底板150连接，执行电路基板单元间的信号的交换以及供电。此外，这些电路基板单元120的搭载数量不限于本图中的搭载数量。
本实施例的电子装置100为了提高装置的可靠性而具有多个前置电源单元130，实现冗余化。它们从装置后表面以水平状态被安装。作为网络通信装置的电源，在AC机中对前置电源单元130施加AC100V或AC200V而在DC机中对前置电源单元130施加DC48V，进行AC/DC转换处理或DC/DC转换处理来输出DC48V的情况多。
一般情况下，前置电源单元130的输出通过电源连接器131连接到底板150，经由底板向各电路基板单元供给DC48V。但是，在向各电路基板单元120供给DC48V的方式中，需要在电路基板单元120内使用形状大、且昂贵的绝缘型DC/DC转换器，在供电系统的电力效率和电路基板单元内的安装面积方面不利，因此，作为前置电源单元130的输出电压，DC12V正在成为主流。此外，这些前置电源单元130的搭载数量不限于本图中的搭载数量。
在本实施例的电子装置100中，电路基板单元120从装置前表面以水平状态被安装，冷却风相对于半导体元件的流动采用前后吸排气的构造，由用于使冷却风强制性地流动的风扇(Fan)构成的冷却单元140设置于框体110的后表面侧。此外，这些冷却单元140的搭载数量不限于本图中的搭载数量。另外，虽然前表面的接口的数量被抑制，但也可以配置在框体110的前表面。这在其它实施例中也同样。
电路基板单元120、前置电源单元130经由连接器连接到配置在装置内的底板150。底板150通常由多层电路基板构成，主要具有两种作用。第一个作用是用配线将多个电路基板单元120之间进行连接，进行信号的交换。第二个作用是将前置电源单元130所生成的DC48V或DC12V供给至各电路基板单元120。
特别是在网络通信装置中，处理性能提高的要求变高，与此同时，各电路基板单元120的消耗电力有增加的趋势，并且如上所述那样正在推进从48V供电方式向12V供电方式的转变，因此流过底板150的电流量有增加的趋势。例如，12V供电方式与48V供电方式相比，为了供给相同的电力而需要4倍的电流量，供电路径中的电力损失成为16倍。因此，需要增加在底板150中铺设的用于供电的路径、即电源层和接地层的层数，导致底板150的成本提高。
并且，在本实施例的电子装置100中，采用前后吸排气方式的冷却构造，需要在底板150上设置使冷却风通过的通风口151，因此产生即使增加用于供电的电源层和接地层的层数也无法得到足够的电流路径的问题。因此，铺设后述的供电用母排160。
图1(b)和图1(c)表示供电用母排160。供电用母排160由铜、铝等金属构成，使用供电端子161通过螺纹固定、焊接等与底板150的电源层或接地层电性且机械地连接。在本实施例中，通过多个供电端子161将多个电路基板单元120与多个前置电源单元130进行多点连接。
一般情况下，向电路基板单元120的供电通过在由多层电路基板构成的底板150中铺设的电源层和接地层执行的情况多，但是在要供给的电流量大的情况下，即使增加电源层和接地层的层数也无法忽略电力损失，并导致成本提高，因此铺设供电用母排160来供电的情况多。但是，即使铺设供电用母排160来降低了电力损失，发热也仍作为课题遗留。
作为该对策，考虑使供电用母排160的体积变大来降低电阻值，但是存在如图1(b)那样导致通风口162的开口面积缩小而无法得到期望的冷却性能的问题。在使用了本发明的实施例中，通过设为如图1(c)那样使供电用母排160具有翼状突起物163以及向供电用母排160吹送冷却风的构造，能够解决供电用母排160的电力损失以及发热的课题，并且能够使底板150的通风口151以及供电用母排160的通风口162的开口面积充分大，能够使装置的冷却性能提高。
并且，通过使供电用母排160以整面贴紧底板150来在多点以电性且机械地进行连接，能够增强因在底板150上设置通风口151而引起的刚性劣化。此外，在该供电用母排160上设置有用于将前置电源单元130从装置后表面连接到底板150的电源连接器连接口164。
另外，供电用母排160具有的突起物的形状不限于翼状突起物163，例如也能够采用剑山状突起物、波纹状突起物等形状。并且，对于该供电用母排160，也能够采用用绝缘材料对与底板150电连接的部分以外进行涂敷来防止短路的构造。
由此，通过对底板150连接供电用母排并使通风口162的开口面积变大以及具有突起物163，提高排热性。另外，同时，关于通风口162的开口面积的扩大所引起的刚性劣化，通过突起物163增强而得以抑制。此外，在本实施例中假设12V供电方式，但是在48V供电方式、其它供电方式下当然也能够得到同样的效果。这在其它实施例中也同样。
当采用12V供电方式时，施加到供电用母排160的电位与接地电位的电位差为4.5V以上且16V以下。
当采用48V供电方式时，施加到供电用母排160的电位与接地电位的电位差为36V以上且75V以下。
实施例2
图2(a)表示电子装置200的前表面侧立体图。电子装置200在框体210的内部具有多个电路基板单元220、多个前置电源单元230、多个冷却单元240、底板250、供电用母排260。
本实施例的电子装置200是第一实施例的电子装置100的变形例。与第一实施例的电子装置100的大的不同点在于，采用如下构造：将前置电源单元230在装置后表面的左右以垂直状态安装，确保冷却风的通路。
通过该构造，与第一实施例的电子装置100相比，冷却风的风向成为直线，因此能够使装置的冷却性能提高。其它构造与第一实施例的电子装置100相同。此外，本实施例中的电路基板单元220、前置电源单元230、冷却单元240的搭载数量不限于本图中的搭载数量。
图2(b)和图2(c)表示供电用母排260。在本实施例的供电用母排260中，与第一实施例的供电用母排160的大的不同点在于，由于采用将前置电源单元230在装置后表面的左右以垂直状态安装来确保冷却风的通路的构造，因此电源连接器连接口264配置于左右。
在图2(b)的结构中，与实施例1不同，不附加排热用的突起物而通过使前置电源单元230确保冷却风的通路，实现冷却性能的提高和刚性劣化的抑制。
在图2(c)的结构中，进一步扩大供电用母排260的通风口，设置废热用的突起物，由此将冷却性能提高至图2(b)的结构以上。同时，突起物抑制底板250、供电用母排260的刚性劣化。其它构造和效果与第一实施例的电子装置100相同。
实施例3
图3(a)表示电子装置300的前表面侧立体图。电子装置300在框体310的内部具有多个电路基板单元320、多个前置电源单元330、多个冷却单元340、底板350、供电用母排360。
在本实施例的电子装置300中，与第一实施例的电子装置100及第二实施例的电子装置200的大的不同点在于，采用如下构造：电路基板单元320从装置前表面以水平状态被安装、并且在装置后表面的中央以垂直状态被安装。
安装于装置后表面的电路基板单元320例如是具有作为交叉开关(crossbar switch)的功能的电路基板单元。交叉开关是具有将来自从装置前表面安装的电路基板单元320的到达包接入到期望的端口的功能的电路基板单元。
当采用将交叉开关安装于装置后表面的构造时，能够使信号配线长度变短，因此能够实现装置的高速化、高性能化。另外，通过将电路基板单元320的一部分安装于装置后表面，设为将前置电源单元330在装置后表面的左右以垂直状态安装来确保冷却风的通路的构造。
其它构造与第一实施例的电子装置100及第二实施例的电子装置200相同。此外，本实施例中的电路基板单元320、前置电源单元330、冷却单元340的搭载数量不限于本图中的搭载数量。
图3(b)和图3(c)表示供电用母排360。供电用母排360由铜、铝等金属构成，使用供电端子361通过螺纹固定、焊接等与底板350的电源层或接地层电性且机械地进行连接。在本实施例中，通过多个供电端子361将多个电路基板单元320与多个前置电源单元330进行多点连接。
一般情况下，向电路基板单元320的供电通过在由多层电路基板构成的底板350中铺设的电源层和接地层执行的情况多，但是在要供给的电流量大的情况下，即使增加电源层和接地层的层数也无法忽略电力损失，并导致成本提高，因此铺设供电用母排360来供电的情况多。
但是，即使铺设供电用母排360来降低了电力损失，发热也仍作为课题遗留。作为该对策，考虑使供电用母排360的体积变大来降低电阻值，但是存在如图3(b)那样导致通风口362的开口面积缩小而无法得到期望的冷却性能的问题。因此，在本实施例的情况下，通过设为将前置电源单元330在装置后表面的左右以垂直状态安装来确保冷却风的通路的构造，使冷却性能提高。
在使用了本发明的实施例中，通过设为如图3(c)那样使供电用母排360具有翼状突起物363以及向供电用母排360吹送冷却风的构造，能够解决供电用母排360的电力损失以及发热的课题，并且能够使底板350的通风口351以及供电用母排360的通风口362的开口面积充分大，能够使装置的冷却性能进一步提高。
并且，通过使供电用母排360以整面贴紧底板350来在多点以电性且机械地进行连接，能够增强因在底板350上设置通风口351而引起的刚性劣化。
此外，在该供电用母排360上设置有用于将前置电源单元330和电路基板单元320从装置后表面连接到底板150的电源连接器连接口364以及底板连接器连接口365。另外，供电用母排360具有的突起物的形状不限于翼状突起物363，例如也能够采用剑山状突起物、波纹状突起物等形状。并且，对于该供电用母排360，也能够采用用绝缘材料对与底板350电连接的部分以外进行涂敷来防止短路的构造。
实施例4
图4(a)表示电子装置400的前表面侧立体图。电子装置400在框体410的内部具有多个电路基板单元420、多个前置电源单元430、多个冷却单元440、底板450、供电用母排460。
本实施例的电子装置400是第三实施例的电子装置300的变形例。与第三实施例的电子装置300的大的不同点在于，采用如下构造：将电路基板单元420在装置后表面的左右以垂直状态安装，确保冷却风的通路。通过该构造，与第三实施例的电子装置300相比，不存在妨碍冷却风的构件，能够使装置的冷却性能进一步提高。
其它构造与第三实施例的电子装置300相同。此外，本实施例中的电路基板单元420、前置电源单元430、冷却单元440的搭载数量不限于本图中的搭载数量。
图4(b)和图4(c)表示供电用母排460。在本实施例的供电用母排460中，与第三实施例的供电用母排360的大的不同点在于，由于采用将电路基板单元420在装置后表面的左右以垂直状态安装来进一步确保冷却风的通路的构造，因此底板连接器连接口465配置于左右。其它构造和效果与第三实施例的电子装置300相同。
如以上所说明的那样，在第一实施例的电子装置100和第二实施例的电子装置200中，电路基板单元从装置前表面以水平状态被安装，针对冷却风的流动，采用从装置前表面的通风口吸气并通过底板的通风口和供电用母排的通风口向装置后表面排气的前后吸排气的构造，并设为使供电用母排具有翼状突起物以及向供电用母排吹送冷却风的构造，由此，能够解决供电用母排的电力损失以及发热的课题，并且能够使底板的通风口以及供电用母排的通风口的开口面积充分大，能够使装置的冷却性能提高。
另外，通过使供电用母排以整面贴紧底板来在多点以电性且机械地进行连接，能够增强因在底板上设置通风口而引起的刚性劣化。并且，能够削减在底板中铺设的电源层和接地层的层数，因此还能够降低成本。
在第三实施例的电子装置300和第四实施例的电子装置400中，采用电路基板单元从装置前表面以水平状态被安装、并且从装置后表面也以垂直状态被安装的构造，针对冷却风的流动，采用从装置前表面的通风口吸气并通过底板的通风口和供电用母排的通风口向装置后表面排气的前后吸排气的构造，并设为使供电用母排具有翼状突起物以及向供电用母排吹送冷却风的构造，由此，能够解决供电用母排的电力损失以及发热的课题。
并且，能够使底板的通风口以及供电用母排的通风口的开口面积充分大，能够使装置的冷却性能提高。另外，通过使供电用母排以整面贴紧底板来在多点以电性且机械地进行连接，能够增强因在底板上设置通风口而引起的刚性劣化。并且，能够削减在底板中铺设的电源层和接地层的层数，因此还能够降低成本。
此外，本发明不限于上述实施例、实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够以各种方式实施，例如还能够实施如下变形。
在上述第一实施例至第四实施例中，采用了从装置前表面的通风口吸气并通过底板的通风口和供电用母排的通风口向装置后表面排气的方式，但是还能够采用通过使用推进型的冷却单元从装置后表面送风并向装置前表面排气的方式。
另外，在上述第一实施例至第四实施例中，使供电用母排自身具有翼状的突起物，但是还能够采用在供电用母排上安装分体的冷却片(Fin)来解决发热的课题的构造。
并且，在上述第一实施例至第四实施例中，以网络通信装置为前提，但是在如服务器那样的信息处理装置中，也能够在不脱离本发明的宗旨的范围内应用。
附图标记说明
100：电子装置
110：框体
120：电路基板单元
121：通风口
122：底板连接器
130：前置电源单元
131：电源连接器
140：冷却单元
150：底板
151：通风口
160：供电用母排
161：供电端子
162：通风口
163：翼状突起物
164：电源连接器连接口
200：电子装置
210：框体
220：电路基板单元
221：通风口
222：底板连接器
230：前置电源单元
231：电源连接器
240：冷却单元
250：底板
251：通风口
260：供电用母排
261：供电端子
262：通风口
263：翼状突起物
264：电源连接器连接口
300：电子装置
310：框体
320：电路基板单元
321：通风口
322：底板连接器
330：前置电源单元
331：电源连接器
340：冷却单元
350：底板
351：通风口
360：供电用母排
361：供电端子
362：通风口
363：翼状突起物
364：电源连接器连接口
365：底板连接器连接口
400：电子装置
410：框体
420：电路基板单元
421：通风口
422：底板连接器
430：前置电源单元
431：电源连接器
440：冷却单元
450：底板
451：通风口
460：供电用母排
461：供电端子
462：通风口
463：翼状突起物
464：电源连接器连接口
465：底板连接器连接口

Claims (12)

1.一种电子装置，其特征在于，具有：
电路基板单元；
底板，将上述电路基板连接于前表面；
供电用母排，连接于上述底板的背面；以及
电源单元，连接于上述供电用母排，
在上述底板和上述供电用母排上设置有通风口，
在上述母排上还设置有散热用突起物。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
在上述底板的背面侧还具有冷却风扇，
上述电源单元包括第一电源单元和第二电源单元这两个电源单元，上述第一电源单元和上述第二电源单元配置在上述底板与上述冷却风扇之间，上述第一电源单元与上述第二电源单元分离地配置。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于，
在上述底板的背面侧还具有冷却风扇，
上述电源单元被左右分离地配置。
4.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于，
该电子装置还具有连接于上述底板的背面的背面电路基板单元。
5.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于，
该电子装置还具有连接于上述底板的背面的1个以上的背面电路基板单元，
上述背面电路基板单元配置在上述第一电源单元与上述第二电源单元之间的中央附近。
6.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于，
该电子装置还具有连接于上述底板的背面的第一背面电路基板单元和第二背面电路基板单元，
上述第一背面电路基板单元配置在上述第一电源单元与上述第二电源单元之间的、上述第一电源单元附近，
上述第二背面电路基板单元配置在上述第一电源单元与上述第二电源单元之间的、上述第二电源单元附近。
7.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于，
该电子装置还具有连接于上述底板的背面的1个以上的背面电路基板单元，
上述背面电路基板单元中的一个配置在上述第一电源单元与上述第二电源单元之间的中央附近，
上述背面电路基板单元中的一个配置在上述第一电源单元与上述第二电源单元之间的、上述第一电源单元附近，
上述背面电路基板单元中的一个配置在上述第一电源单元与上述第二电源单元之间的、上述第二电源单元附近。
8.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于，
上述背面电路基板单元作为交叉开关发挥作用。
9.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
从上述底板的前表面侧吸入冷却风并向背面侧排气。
10.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
从上述底板的背面侧吹送冷却风并向前表面侧排气。
11.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
施加到上述供电用母排的电位与接地电位之间的电位差为4.5V以上且16V以下。
12.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
施加到上述供电用母排的电位与接地电位之间的电位差为36V以上且75V以下。
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