JP2005316861A - ディスクアレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ディスクアレイ装置で回路基板上の冷却対象部位を小スペースで効率良く冷却・放熱でき、かつ高速データ転送を安定して実行でき、汎用性の高い冷却手段と、基板上の電子部品に対しDC−DCコンバータから安定した給電を行う構造とを提供する。
【解決手段】 回路基板100aはヒートシンク付き基板40aの状態でロジックボックス内に収容され、電源部から電圧供給され、ファンにより通風される。回路基板100aは、冷却対象部位としてLSI51aと配線エリアを有する。冷却対象部位全体を覆う平面を持つベース部31aと放熱フィン32aとを持つヒートシンク30aを有する。ヒートシンク付き基板40aは、回路基板100aとヒートシンク30aが相対して、冷却対象部位の高さに応じて埋め合わせされる熱伝導性を持つブロック60aを挟んで接続され、その全体がネジ75等により固定されることで組み立てられる。
【選択図】 図6
【解決手段】 回路基板100aはヒートシンク付き基板40aの状態でロジックボックス内に収容され、電源部から電圧供給され、ファンにより通風される。回路基板100aは、冷却対象部位としてLSI51aと配線エリアを有する。冷却対象部位全体を覆う平面を持つベース部31aと放熱フィン32aとを持つヒートシンク30aを有する。ヒートシンク付き基板40aは、回路基板100aとヒートシンク30aが相対して、冷却対象部位の高さに応じて埋め合わせされる熱伝導性を持つブロック60aを挟んで接続され、その全体がネジ75等により固定されることで組み立てられる。
【選択図】 図6
Description
本発明は、ディスクアレイ装置に関し、特に、回路基板上の部品の冷却及びDC−DCコンバータの配置の技術に関するものである。
近年、ディスクアレイ装置(ストレージ装置等とも呼称される)において回路基板上のLSI等の電子部品における処理の高速化、及びLSI等の間でのデータ転送速度の高速化の傾向により、LSI等の電子部品における消費電力及び発熱量が増大している。現在はLSIにおける消費電力が10〜15W程度であるが、今後例えば20〜30Wに増加すると、その冷却(放熱)のためにより効率的な手段が必要となってくる。
回路基板上の電子部品等の冷却対象部位に対する冷却手段の例として、回路基板平面上で冷却対象となるLSI等の電子部品毎に、その上面にヒートシンク(放熱板)を設置して放熱を行う構成がある。これは冷却対象のLSIに対しLSIの上面の大きさと略同じ大きさの面を持つヒートシンクを取り付ける構成である。ヒートシンクは、熱伝導性の高い(低熱抵抗)の材料で構成され、形状は例えば、ベース部として略板状の部分と、空冷による放熱を促すための放熱フィンの部分とから成る。放熱フィンは、例えば円筒形状のフィンが複数、ベース部の面に対し垂直に設けられる構成である。しかしこの構成では、LSIでの消費電力の増大に伴う発熱量の増大に対処するには不十分であり、ヒートシンクの放熱量が足りない。
ヒートシンクによる放熱効率を向上させるためには、前記放熱フィンの表面積を大きくして空気に接する面積を増やすことが有効である。放熱フィンの表面積を増やす方法として、第一に、前記ヒートシンクのベース部の平面における面積を大きくして放熱フィンの設置面積を増やす方法がある。また第二に、ヒートシンクの放熱フィン自体の高さを大きくする方法がある。
前記第一の方法の場合、基板上にはLSIの周囲にも様々な部品が搭載されているため、LSI上面に取り付けられたヒートシンクのベース部の面積を増やす場合には、ヒートシンクがLSI周辺に搭載された部品と接しないようにしなければならず、LSI周辺には部品を搭載し難くなり、基板における実装効率が低下する問題がある。
また前記第二の方法の場合、ヒートシンクの配置に要する空間が増え、ディスクアレイ装置のロジックボックスへの回路基板の搭載においてヒートシンクの高さを十分に確保するためには、隣接して搭載する回路基板との間隔を広く確保する必要がある。従ってロジックボックスの大型化、更にはディスクアレイ装置の大型化に繋がる問題がある。
また一方、回路基板において、データ転送経路上のインピーダンスに不整合があると反射ノイズが発生する。高速データ転送を行う際、前記反射ノイズが発生すると信号の劣化が生じるため、データ転送の伝送路となる配線エリアの特性インピーダンスと、データ転送処理を行う送信側・受信側のLSI等の電子部品におけるインピーダンスとを一致させて前記反射ノイズの発生を抑える必要がある。通常、これらインピーダンスが一致するように回路設計されているが、データ転送処理を行う一方のLSIと他方のLSIにおいて処理や負荷が異なることからその発熱量が異なってくるため、データ転送時にその経路上で温度差が生じる。データ転送経路となる処理主体のLSI及び伝送路となる配線エリアにおいて温度差が生じると、それによりインピーダンスが変化して前記反射ノイズが発生しやすくなり、高速データ転送を正常かつ効率的に行うための妨げとなる。これについても、前記冷却手段の例では、個々の冷却対象のLSI毎にヒートシンクを取り付ける構成であるため各LSIの温度差を軽減できない。
回路基板上の電子部品の冷却のための技術として、特許文献1には、板型ヒートパイプの実装構造について開示されている。この技術では、板型ヒートパイプが、複数の被冷却素子が実装された基板に相対して設けられる。その板型ヒートパイプは、相対する前記被冷却素子との距離にしたがって所定の凸部が設けられており、その板型ヒートパイプの外周部に取り付けた外枠で前記基板に固定する構造を提供している。前記ヒートパイプは、板型ヒートパイプの空洞部に作動流体が封入されており、作動流体の相変態や移動の作用により放熱がなされる。
特開平11−101584号公報
前記板型ヒートパイプの実装構造では、基板上の複数の被冷却素子(LSI等)に対し、各被冷却素子の異なる高さに合わせてヒートパイプ面の形状を設計しなければならず、汎用性に欠けるという問題がある。またヒートパイプの配置の向きによっては、ヒートパイプ空洞部の作動流体の移動や偏りのために冷却機能を十分に果たせない可能性もある。
また、近年、LSIの電源電圧は低電圧化が進んでいる。LSI等に供給する電源電圧の低下により、LSI等の消費電力を小さくできるというメリットがあるが、従来では問題にならない程度の小さな電圧変動でもLSIの動作に影響するという問題点がある。給電経路が長いと外部からの電磁ノイズの影響を受けやすく安定した電圧を供給できない。そのため、給電対象のLSIの近くに給電経路が短くなるようDC−DCコンバータを設置する必要がある。しかしDC−DCコンバータ自体が電磁ノイズ発生源となるため、DC−DCコンバータ直下に配線された信号はDC−DCコンバータより発生する電磁ノイズの影響を受けて伝送信号の劣化が生じる。従って、基板配線が集中するLSI近傍にDC−DCコンバータを設置することが困難である。
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その第一の目的は、発熱量の多い電子部品等の冷却対象部位を有する回路基板に対し効率良く冷却・放熱を行うことができ、回路基板における実装効率を低下させず小スペースで冷却・放熱を行うことができ、データ転送経路のインピーダンス不整合による反射ノイズを抑えて高速データ転送を安定して実行でき、異なる回路基板構成に対応できて汎用性の高い冷却手段を備えたディスクアレイ装置を提供することにある。
また本発明の第二の目的は、回路基板上のLSI等の電子部品に対しDC−DCコンバータから安定した給電を行うことができるディスクアレイ装置を提供することにある。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
(1)前記目的を達成するために、本発明のディスクアレイ装置は、チャネルアダプタボード、スイッチボード、キャッシュボード、及びディスクアダプタボードを含む複数の回路基板を有して成る制御部と、制御部により制御されるディスク装置と、回路基板に電源を供給する電源供給部と、装置内に通風を行うファンとを備えたディスクアレイ装置であって、回路基板は、その基板上に電子部品または配線エリアまたはその両方を含む冷却対象部位を有し、熱伝導性の高いブロックを挟んでヒートシンクが取り付けられた状態でロジックボックス内に収容され、ヒートシンクは、冷却対象部位の上面全部を覆う接続用平面を持つベース部と放熱フィンとを有し、ブロックは、回路基板の冷却対象部位の上面とヒートシンクの接続用平面とに接する形状を有し、冷却対象部位の熱をヒートシンク側に伝えることを特徴とする。
上記構成で、冷却対象部位を有する回路基板は、ヒートシンク付き基板の状態でロジックボックスに収容される。このヒートシンク付き基板は、一つ以上の冷却対象部位を有する一枚の回路基板に、前記ブロックを挟んで一つのヒートシンクが接続された構成である。これにより、回路基板上の一つ以上の冷却対象部位の全体が前記接続用平面にブロックを介して接続される。冷却対象部位として例えばLSI等の集積回路部品や配線等からブロックを介してヒートシンクへと熱が伝わり、放熱フィンで放熱がなされる。
(2)また、本発明のディスクアレイ装置は、前記(1)のディスクアレイ装置において、前記回路基板を二枚で一組とし、一組の回路基板の冷却対象部位を有する側の平面同士が相対してその間に熱伝導性の高いブロックを一つまたは複数挟んで一つのヒートシンクを挟んで取り付けられた状態で前記ロジックボックス内に収容され、ヒートシンクは、一組の回路基板を接続するための接続用平面を持つ二つのベース部と放熱フィンとを有し、前記ブロックとして、第一の回路基板の冷却対象部位の上面と第一の接続用平面とに接する形状の第一のブロックと、第二の回路基板の冷却対象部位の上面と第二の接続用平面とに接する形状の第二のブロックとを有することを特徴とする。
上記構成で、二枚の回路基板間にまたがる複数の冷却対象部位が単一のヒートシンクで冷却される。これにより、複数の冷却対象例えば高速データ転送処理を行うLSI等の電子部品とそれに接続される配線エリアとにおける熱量差がヒートシンクで吸収され温度差が平均化される。
(3)また、本発明のディスクアレイ装置は、前記(1)のディスクアレイ装置において、回路基板上の電子部品に対する給電を行うDC−DCコンバータを有し、DC−DCコンバータは、給電対象の電子部品の近傍で、ヒートシンクの接続用平面で回路基板の平面から離れた状態で取り付けられ、DC−DCコンバータから回路基板の電源層における配線を通じて電子部品に給電されることを特徴とする。
上記構成で、回路基板上の冷却対象部位がヒートシンクでまとめて冷却されると共に、ヒートシンクの回路基板側との接続用平面に接続されているDC−DCコンバータからLSI等の集積回路部品に対し電源供給のための配線を通じて給電が行われる。
(4)また、本発明のディスクアレイ装置は、前記(1)のディスクアレイ装置において、回路基板上の電子部品に対する給電を行うDC−DCコンバータを有し、DC−DCコンバータは、給電対象の電子部品の近傍で、ヒートシンクのベース部の接続用平面と反対側の面に取り付けられ、DC−DCコンバータからヒートシンクに設けられた開口部と電源供給配線を介して電子部品に対し給電されることを特徴とする。
回路基板上の冷却対象部位がヒートシンクでまとめて冷却されると共に、ヒートシンクの接続用平面と反対側の面に接続されているDC−DCコンバータからLSI等に対し、回路基板における電源層の配線を介さずに給電が行われる。
(5)また、本発明のディスクアレイ装置は、前記(2)のディスクアレイ装置において、一組の回路基板においてヒートシンクを挟んで相対する二つの電子部品に対して給電を行うDC−DCコンバータを有し、DC−DCコンバータは、給電対象の二つの電子部品の近傍で、ヒートシンクの放熱フィンの設置領域に取り付けられ、DC−DCコンバータからヒートシンクの二つのベース部にそれぞれ設けられた開口部と電源供給配線を介して二つの電子部品に対し給電されることを特徴とする。
上記構成で、二枚の回路基板における冷却対象部位がまとめて冷却されると共に、ヒートシンクの放熱フィンの領域に配置されているDC−DCコンバータから二つのLSI等に対し配線を通じて略等しい電圧で給電が行われる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明によれば、その第一の効果として、発熱量の多い電子部品等の冷却対象部位を有する回路基板に対し効率良く冷却・放熱を行うことができ、回路基板における実装効率を低下させず小スペースで冷却・放熱を行うことができ、データ転送経路のインピーダンス不整合による反射ノイズを抑えて高速データ転送を安定して実行でき、異なる回路基板構成に対応できて汎用性が高い。
また、第二の効果として、回路基板上のLSI等の電子部品に対しDC−DCコンバータから安定した給電を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の実施の形態におけるディスクアレイ装置は、その構成要素となる回路基板上の電子部品や配線エリアを冷却対象として効率良く冷却するための構造を有する。また更にその冷却のための構造に関連して、回路基板上の電子部品を対象として安定的な電源供給を行うためのDC−DCコンバータの配置に関する構造を有する。その説明の前に以下、本発明の各実施の形態のディスクアレイ装置に共通する構成となるディスクアレイ装置1の構成について説明する。
<ディスクアレイ装置のハードウェア構成>
まず、ディスクアレイ装置1のハードウェア構成について説明する。図1は、ディスクアレイ装置1のハードウェア外観構成について示す。(a)は、ディスクアレイ装置1の前面から見た斜視図であり、(b)は、ディスクアレイ装置1の背面から見た斜視図である。本図では筐体を透過して装置内部の構成を示している。図中の矢印は、空気の流れを示す。
まず、ディスクアレイ装置1のハードウェア構成について説明する。図1は、ディスクアレイ装置1のハードウェア外観構成について示す。(a)は、ディスクアレイ装置1の前面から見た斜視図であり、(b)は、ディスクアレイ装置1の背面から見た斜視図である。本図では筐体を透過して装置内部の構成を示している。図中の矢印は、空気の流れを示す。
ディスクアレイ装置1の筐体10aの内部には、ロジックボックス2(特に2a)、HDDボックス3、AC電源4、電源部5、バッテリ6、及びファン7(特に7a,7b,7c)を有する。
筐体10aには、ファン7の動作による空気の流れを通じて筐体10a内各部の冷却を行うために、空気の出入りのための図示しない所定形状の開口部が設けられている。図1に示すのは、その開口部に関する一構成例である。この構成例(以下「第一の筐体構成」と称する)では、筐体10aの上面、下面、背面に開口部が設けられている。
ロジックボックス2aは、その内部に、ディスクアレイ装置1の制御部(ディスク装置制御装置)を構成する回路基板100が取り付けられて収容されるユニットである。ロジックボックス2aへの回路基板100の取り付け・収容の際は、冷却対象となる部位を有する回路基板100に対し後述されるヒートシンク(30a,30b等)が取り付けられた状態であるヒートシンク付き基板40の状態で取り付け・収容がなされる。回路基板100は、処理機能及び冗長構成に応じて複数枚存在する。
HDDボックス3は、ディスク装置(ハードディスクドライブ)150を複数台収容可能なユニットである。ディスクアレイ装置1の制御部により、ディスク装置150に対するデータのリード/ライト等が制御される。またディスクアレイ装置1の制御部により特に複数のディスク装置150に対してRAID制御がなされる。
ディスクアレイ装置1は、電源供給部としてAC電源4、電源部5、バッテリ6を有している。AC電源4は、ディスクアレイ装置1内の各部に電源を供給する元となるユニットである。AC電源4には、図示しない電源コモンバスが接続される。電源コモンバスは、ディスクアレイ装置1内の各部への電源供給のために共通して使用されるバスである。
電源部5は、ディスクアレイ装置1内で特にロジックボックス2aに対する電源供給を行うための電源ユニットである。電源部5は、前記電源コモンバスに接続されており、AC電源4から元となる電源供給を受ける。電源部5からロジックボックス2aのバックプレーン21の電源入力用の端子に対し、ロジックボックス2a内に接続される各回路基板100に対する直流電源の供給のための電源/グランド配線が接続されている。そして、バックプレーン21と接続されている回路基板100では、前記電源部5からバックプレーン21までの電源/グランド配線と、各回路基板100の有する電源層(電源供給用配線が実装されている基板層部分)における電源/グランド配線とを通じて、回路基板100上に実装されている各電子部品に対する電源供給が行われる。
バッテリ6は、通常電源すなわちAC電源4の停止時にもディスクアレイ装置1の動作を継続できるように備えられたユニットである。バッテリ6も前記電源コモンバスに接続されており、通常電源停止時には、電源部5その他に対して電源供給が行われる。
ファン7a,7bは、筐体10a内部で前面側に配置され、その動作により主に電源部5及びロジックボックス2aに対して送風が行われる。ファン7aは、電源部5の上部に取り付けられており、ファン7bは、ロジックボックス2aの上面の開口部に取り付けられている。また、ファン7cは、筐体10a内部で奥側に配置され、その動作により主にHDDボックス3に対して送風が行われる。ファン7cは、ここでは特に複数のHDDボックス3の一番上の上部に対し取り付けられている。図1に示すようなディスクアレイ装置1における各ファン7の配置は一構成例であり、これとは異なる位置に取り付けることとしてもよいし、更に多数のファンを別の位置に取り付けることとしてもよい。
第一の筐体構成におけるディスクアレイ装置1内における主な空気の流れを説明すると、図1(a)に示すように、筐体10a下面開口部から空気が流入し、ロジックボックス2aの内部、ファン7b、電源部5の内部、ファン7aを順に経由して筐体10a上面開口部から空気が排出される。また図1(b)に示すように、筐体10a背面開口部から空気が流入し、各HDDボックス3内部を経由してファン7cを通じて筐体10a上面開口部から空気が排出される。
また図2は、前記開口部と空気の流れに関する他の構成例(「第二の筐体構成」とする)を示す。この構成例について、(a)は、ディスクアレイ装置1の前面から見た斜視図であり、(b)は、ディスクアレイ装置1の背面から見た斜視図である。本図では筐体を透過して装置内部の構成を示している。この構成例では、ディスクアレイ装置1の筐体10bの上面、前面、背面に開口部が設けられている。筐体10b内の各部の構成は前記第一の筐体構成と略同様であり、回路基板100の冷却・放熱のための空気の流れが異なる。第二の筐体構成では、ロジックボックス2として特にロジックボックス2bを有する。図中では一部しか見えないが、ロジックボックス2bの上部には、その奥側の開口部にファン7dが取り付けられている構成である。
第二の筐体構成におけるディスクアレイ装置1内における主な空気の流れを説明すると、図2(a)に示すように、筐体10b前面開口部から空気が流入し、ロジックボックス2bの内部、ファン7d、電源部5の内部、ファン7aを経由して筐体10b上面開口部から空気が排出される。また図2(b)に示すように、筐体10b背面から空気が流入し、各HDDボックス3内部を経由してファン7cを通じて筐体10b上面開口部から空気が排出される。
なお、ディスクアレイ装置1内の各部の配置関係に関して本実施の形態では一例のみ示しているが、前記空気の流れの設計に応じて前記各部の配置を行った別構成とすることも勿論可能である。
ロジックボックス2は、空気の出入りのための開口部を有し、ファン7の動作を通じてロジックボックス2内の空気が排出される構成である。ロジックボックス2の有する図示されないバックプレーン(背面部)21には、各種入出力端子及び配線が設けられている。回路基板100は、回路基板100の一辺に設けられているバックプレーン接続コネクタ22によりバックプレーン21における対応部分と接続される。バックプレーン21における配線を通じて、異なる回路基板100同士でデータ転送処理等が可能なように接続される。また、バックプレーン21における配線を通じて、回路基板100とディスクアレイ装置1内のディスク装置150等が接続される。
ロジックボックス2には、複数の回路基板100が収容される。ロジックボックス2には、冷却対象部位を有する回路基板100が、ヒートシンク付き基板40の状態で収容される。ロジックボックス2の前面から作業者によりヒートシンク付き基板40が挿入され、所定位置にセットされて接続状態となる。ヒートシンク付き基板40は、回路基板100に後述されるヒートシンク(30a,30b等)及びその他部品が接続・固定されて成る。
本発明の実施の形態では、ロジックボックス2内部に対し回路基板100がヒートシンク付き基板40の状態で垂直方向の向きでセットされる。回路基板100の効率的な冷却・放熱のために、ロジックボックス2内で回路基板100及びヒートシンクの平面に平行に空気が流れ経由するように、ディスクアレイ装置1内における空気経路及び回路基板100の配置の向きが設計されている。
<ディスクアレイ装置の機能ブロック構成>
次に、ディスクアレイ装置1の機能ブロック構成について説明する。図3は、ディスクアレイ装置1の主に制御部の機能ブロック構成について示す図である。ディスクアレイ装置1は、主に制御部(ディスク装置制御装置)と一つ以上のディスク装置150とから構成される。制御部は、複数の回路基板100の接続により構成され、ディスク装置150に対する制御を含むディスクアレイ装置1全体の制御を行う。制御部は、ディスクアレイ装置1を使用するホスト200からの命令に基づきディスク装置150に対するデータのリード・ライト等の制御を行う。また制御部は、複数のディスク装置150に対するRAID制御が可能である。
次に、ディスクアレイ装置1の機能ブロック構成について説明する。図3は、ディスクアレイ装置1の主に制御部の機能ブロック構成について示す図である。ディスクアレイ装置1は、主に制御部(ディスク装置制御装置)と一つ以上のディスク装置150とから構成される。制御部は、複数の回路基板100の接続により構成され、ディスク装置150に対する制御を含むディスクアレイ装置1全体の制御を行う。制御部は、ディスクアレイ装置1を使用するホスト200からの命令に基づきディスク装置150に対するデータのリード・ライト等の制御を行う。また制御部は、複数のディスク装置150に対するRAID制御が可能である。
ディスクアレイ装置1には、所定の通信手段及び接続パスを通じてホスト(ホストコンピュータ)200が接続される。ここでは二台のホストが接続される例を示すが、複数のホスト、更には他のディスクアレイ装置等を接続可能である。ホスト200は、PCやサーバやメインフレームコンピュータ等の各種コンピュータである。ホスト200は、ディスクアレイ装置1に対して通信手段を介してアクセスの命令を行い、ディスク装置150の提供する記憶領域に格納されているデータに対するリード、ライト等を行う。
ディスクアレイ装置1内には、制御部に一台以上のディスク装置150が接続線を通じて接続されている。ここでは二台のディスク装置が接続される例を示すが、多数のディスク装置を接続してRAID機能を提供することが可能である。
ディスクアレイ装置1は、制御部を構成する回路基板100として、機能毎に、チャネルアダプタ(CHA)ボード11、スイッチ(Switch)ボード12、キャッシュ(Cache)ボード13、ディスクアダプタ(DKA)ボード14を有する。これらの回路基板100は、ディスクアレイ装置1の構成に応じてそれぞれ複数枚設置されて動作可能である。本実施の形態の場合、いずれの種類の回路基板100(11〜14)についても複数枚備えているものとする。なおディスクアレイ装置1は、他にも前記図に関連してファン7による送風や電源部5他による電源供給等についての保守・管理のための図示しない処理部を備えている。
CHAボード11は、主にホスト200とキャッシュボード13におけるキャッシュメモリとの間のデータ転送を制御するCHAとしての機能を実装した回路基板100である。CHAボード11は、その基板上に実装された電子部品として特にCHALSI110a,110bを有する。CHALSI110a,110bは、データ転送処理を行う半導体集積回路(チップ)である。CHALSI110a,110bは、特に他のLSIとの間で配線111a〜111d等を通じて高速データ転送処理を行う。これによりCHALSI110a,110bは、CHAボード11上に実装されている他の電子部品と比べてその消費電力及び発熱量が多くなっている。
本実施の形態では、CHALSI110a,110bのように、高速データ転送処理を行うために発熱量が多くなる電子部品を冷却対象とする。CHAボード11には、CHALSI110a,110b以外にも各種電子部品が実装されている。例えばCHALSI110a,110bにCPUが隣接して接続されている。このCPUは、高速データ転送処理を行わないのでその発熱量は比較的低い。従ってここではこれを冷却対象としない。図中では回路基板100上でその他の冷却対象とならない電子部品について図示を省略している。
また本実施の形態では一つのCHAボード11上に二つのCHALSI110a,110bを有する場合を示している。特にこれに限らず回路基板100上に一つ以上のLSI等の電子部品が実装されている場合についてもそれらのうち発熱量の多いすなわち温度が高くなるものについて冷却対象とする。
スイッチボード12は、キャッシュメモリ、CHA、ディスクアダプタ(DKA)を相互に接続してそれらの間でデータ転送処理を行うスイッチとしての機能を実装した回路基板100である。スイッチボード12は、特に、このスイッチとしての高速データ転送処理を行う電子部品として、二つのSwitch(スイッチ)LSI120a,120bを基板上に実装している。スイッチLSI120a,120bは、他のLSIとの間での配線を通じて高速データ転送処理を行う。なお配線については、CHAボード11とスイッチボード12の間の配線のみ符号を示す。例として、スイッチLSI120aは、CHALSI110a,110bとの間で、配線111a,111cを通じて高速データ転送処理を行う。
キャッシュボード13は、CHAとDKAの間に位置しスイッチに配線を通じて接続され、キャッシュメモリとしての機能を実装した回路基板100である。キャッシュメモリは、ディスク装置150に対するデータのリード/ライト処理をディスク装置150とは非同期に行うために設けられている。キャッシュボード13は、スイッチとの間で高速データ転送処理を行う電子部品として、二つのCache(キャッシュ)LSI130a,130bを基板上に実装している。また、キャッシュメモリを構成するメモリ装置として、メモリ(DIMM)131a,131bがキャッシュLSI130a,130bに接続されており、キャッシュLSI130a,130bによりデータがリード/ライト処理される。
DKAボード14は、キャッシュメモリとディスク装置150の間のデータ転送を制御し、ディスク装置150に対するデータのリード/ライト等の制御を行うDKAとしての機能を実装した回路基板100である。DKAボード14は、スイッチに配線を通じて接続され、ディスク装置150に接続線を通じて接続されている。DKAボード14は、スイッチとの間で高速データ転送処理を行う電子部品として、二つのDKALSI140a,140bを基板上に実装している。
図3中で二重枠で示される各LSI(110a,120a,130a,140a他)は、本実施の形態において冷却対象となる電子部品である。また、その電子部品間でのデータ転送処理に関し、太線で示される配線に関しても冷却対象となる。配線に関しては例えば回路基板100上で配線111a〜111dが実装されている配線エリアをヒートシンク(30a,30b等)への接続対象とする。
<ホスト−ディスクアレイ装置間のデータ処理>
前記図3を参照して、ホスト200とディスク装置1との間でのデータ処理の概要について説明する。まず、ホスト200からディスク装置1に対するデータのリード動作についてである。ディスク装置1のCHAがホスト200からデータのリード命令を受けた後、該当データがキャッシュメモリ上に有る場合は、CHAからスイッチを介してキャッシュメモリ上の該当データを読み込み、ホスト200に応答として転送される。また、該当データがキャッシュメモリ上に無い場合は、スイッチとDKAを介してディスク装置150の記憶領域から該当データを読み込んでキャッシュメモリ上に書き込む。その後、CHAがスイッチを介してキャッシュメモリから該当データを読み込み、ホスト200に応答として転送される。
前記図3を参照して、ホスト200とディスク装置1との間でのデータ処理の概要について説明する。まず、ホスト200からディスク装置1に対するデータのリード動作についてである。ディスク装置1のCHAがホスト200からデータのリード命令を受けた後、該当データがキャッシュメモリ上に有る場合は、CHAからスイッチを介してキャッシュメモリ上の該当データを読み込み、ホスト200に応答として転送される。また、該当データがキャッシュメモリ上に無い場合は、スイッチとDKAを介してディスク装置150の記憶領域から該当データを読み込んでキャッシュメモリ上に書き込む。その後、CHAがスイッチを介してキャッシュメモリから該当データを読み込み、ホスト200に応答として転送される。
次に、ホスト200からディスク装置1に対するデータのライト動作についてである。ディスク装置1のCHAがホスト200からデータのライト命令及び該当のライトデータを受けた後、該当データがスイッチを介してキャッシュメモリに書き込まれる。その後、DKAが、キャッシュメモリに書き込まれた該当データをスイッチを介してディスク装置150に書き込む。
<回路基板のハードウェア構成及び冷却対象部位>
次に、ディスクアレイ装置1において、その構成要素となる回路基板100のハードウェア構成及び冷却対象部位について説明する。回路基板100の例として、特にCHAボード11とスイッチボード12のハードウェア構成を示す。図4は、CHAボード11のハードウェア外観構成及び冷却対象部位を概略的に示す図である。また図5は、スイッチボード12のハードウェア外観構成及び冷却対象部位を概略的に示す図である。各回路基板100上には、冷却対象となる一つ以上のLSI(半導体集積回路)51等の電子部品と、その電子部品に接続されている配線から成る配線エリア52とを含む各種要素が実装されている。
次に、ディスクアレイ装置1において、その構成要素となる回路基板100のハードウェア構成及び冷却対象部位について説明する。回路基板100の例として、特にCHAボード11とスイッチボード12のハードウェア構成を示す。図4は、CHAボード11のハードウェア外観構成及び冷却対象部位を概略的に示す図である。また図5は、スイッチボード12のハードウェア外観構成及び冷却対象部位を概略的に示す図である。各回路基板100上には、冷却対象となる一つ以上のLSI(半導体集積回路)51等の電子部品と、その電子部品に接続されている配線から成る配線エリア52とを含む各種要素が実装されている。
本実施の形態において冷却対象すなわちヒートシンク(30a,30b等)の取り付け対象となる部位は、大別して、回路基板100上の冷却対象のLSI51と冷却対象の配線エリア52との二種類である。冷却対象のLSI51は、前記CHALSI110a等、回路基板100上で高速動作・高速処理を行うことから発熱量が多く温度が高くなりやすい電子部品である。冷却対象の配線エリア52は、回路基板100上で冷却対象のLSI51に接続され高速信号を転送する伝送路となる配線の部分であり、高速データ転送処理を行うLSI51の発熱量が多いことからその影響により温度が高くなりやすい部分である。また、53で示される矩形領域は、回路基板100上における最小冷却対象範囲を示す。この最小冷却対象範囲53は、複数の冷却対象部位の全部をその内側に含んで複数の冷却対象部位の上面全部を覆う大きさの面積を持つ任意形状ここでは矩形形状の領域である。ヒートシンクは、この最小冷却対象範囲53以上の大きさの接続用平面を有する。
図4で、チャネルアダプタボード11において、冷却対象のLSI51は、前記CHALSI110a,110bである。CHALSI110a,110bは、所定の高さを持ち略正方形の上平面を持つパッケージの形態として提供され基板上に実装されている。斜線領域で示される冷却対象の配線エリア52は、基板上で冷却対象のLSI51に接続されている配線の集合から成るエリアであり、前記配線111a〜111dのうちのCHAボード11上での実装部分に対応する。冷却対象の配線エリア52は、他の回路基板100上の冷却対象のLSI51との間での高速データ転送における伝送路となる部分である。配線エリア52の配線はロジックボックス2のバックプレーン21に接続され、バックプレーン21での配線を通じて他の回路基板100上の冷却対象の配線エリア52等の配線に接続される。
図5で、スイッチボード12において、冷却対象のLSI51は、前記スイッチLSI120a,120bである。スイッチLSI120a,120bは、所定の高さを持ち略正方形の上平面を持つパッケージの形態として提供され基板上に実装されている。斜線領域で示される冷却対象の配線エリア52は、基板上で冷却対象のLSI51に接続されている配線から成るエリアであり、前記配線111a〜111dのうちのスイッチボード12上での実装部分を含んだ多数の配線部分に対応する。配線エリア52は、他の回路基板100上の冷却対象のLSI51との間での高速データ転送の伝送路となる部分である。
前記図4,5に示したハードウェア外観構成を持つCHAボード11とスイッチボード12との間で、冷却対象のLSI51中のLSIをデータ転送処理主体とし、冷却対象の配線エリア52中の配線を伝送経路として、高速データ転送処理が行われる。例えば、CHALSI110aとスイッチLSI120aとの間で配線111aを伝送路として高速データ転送処理が行われる。キャッシュボード13やDKAボード14に関しても同様である。
また前記図3等に示した例は一つの回路基板100上に有る複数の冷却対象のLSI51間ではデータ転送を行わない場合である。一つの回路基板100上に有る複数の冷却対象のLSI51間でその間を接続する配線を通じて高速データ転送処理が行われる場合についても、これらのまとまりを冷却対象とすることができる。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1におけるディスクアレイ装置について説明する。図6は、実施の形態1のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40aの断面図である。また図7は、実施の形態1のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40aの分解状態を示す斜視図である。実施の形態1のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
本発明の実施の形態1におけるディスクアレイ装置について説明する。図6は、実施の形態1のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40aの断面図である。また図7は、実施の形態1のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40aの分解状態を示す斜視図である。実施の形態1のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
実施の形態1では、ヒートシンク付き基板40aは、複数の冷却対象部位を有する一枚の回路基板100aに対し熱伝導性の高いブロック60aを挟んで一つのヒートシンク30aが接続され全体が固定されて構成される。
図6,7において、ヒートシンク付き基板40aは、主に、回路基板100aと、ヒートシンク30aと、ブロック(ヒートシンク接続ブロック)60aとから構成される。また、ヒートシンク付き基板40aは、前記接続・固定のための部品あるいは部位として、熱伝導シート71、両面テープ(低熱抵抗両面テープ)72、ヒートシンク固定台(ネジ受け)73、ネジ穴74、ネジ75等を有する。
回路基板100a上には、冷却対象部位として、一つ以上のLSI51aと、一つ以上の配線エリア52aとを有する。LSI51aは、高速データ転送処理を行う電子部品であり、これに高速信号の伝送路となる配線から成る配線エリア52aが接続されている。配線エリア52aは、バックプレーン接続コネクタ22に接続されている。バックプレーン21での配線を通じて他の回路基板100上のLSI等の電子部品に接続される。なお図6,7では、回路基板100a上に冷却対象として一つのLSI51aと一つの配線エリアのみ実装されている例を示し、冷却対象部位ではないその他の電子部品や配線等に関しては図示を省略している。回路基板100a上に冷却対象部位として複数のLSI51a、複数の配線エリア52aを有する場合も、これらのまとまりを対象として単一のヒートシンク30aが接続される。
回路基板100aの外周部には、ヒートシンク固定台73が設けられている。ヒートシンク固定台73は、回路基板100aと一体化構造の構成であってもよいし、回路基板100aに別部品として後から接続されて成る構成であってもよい。ここでは特に、回路基板100aの外周部の四隅にヒートシンク固定台73を設けている。
ヒートシンク(放熱板)30aは、回路基板100a上の冷却対象部位であるLSI51aと配線エリア52aを冷却するための部品である。ヒートシンク30aは、ベース部31aと、放熱フィン32aとを有し、熱伝導性(低熱抵抗)の性質を有するアルミニウムや銅などの材料で構成される。ベース部31aは、略平面板形状の部分であり、その一方の平面(図中での下側平面)は、回路基板100a側との接続用平面となる。ベース部31aは、その外周部の特に四隅にネジ穴74が設けられている。放熱フィン32aは、ベース部31aに一体化構造として設けられている部分である。放熱フィン32aは、複数の略円筒形状のフィンがベース部31aの一方の平面から垂直にマトリクス状に配置された構造である。放熱フィンの形状は一例であり、その他の形状も各種可能である。放熱フィン32aの領域での空気の通過による空冷により放熱が促される。
回路基板100aにおけるヒートシンク固定台73とヒートシンク30aにおけるネジ穴74の位置は、回路基板100aにおける部品実装及び配線の妨げとならないように、回路基板100aの配線エリア等が設けられていない外周部、特にその角四箇所とした。
回路基板100aとヒートシンク30aは、ヒートシンク30aの下平面が回路基板100aの上平面(冷却対象部位を有する側)に相対し、その間に回路基板100a上の冷却対象部位の上にブロック60aを挟んで、ヒートシンク固定台73、ネジ穴74及びネジ75により固定される。
回路基板100a上の冷却対象部位(LSI51a及び配線エリア52a)の高さは一定ではない。そのため、冷却対象部位とヒートシンク30aのベース部31aとの間にブロック60aを挟んで接続される構成である。これにより、冷却対象部位の高さの違いを調整しつつ空間が固形のブロック60aにより充填(埋め合わせ)され、冷却対象部位からヒートシンク30aへ熱が移動するように接続される。ここではブロック60aによる充填・接続の例として、LSI51aに対応する大きさを持つブロックと、配線エリア52aに対応する大きさを持つブロックとの二つを使用している。
ブロック60aは、材料として熱伝導率の高いアルミニウムや銅などを用いて構成される。ブロック60aの高さは、接続面となる冷却対象部位の上平面とヒートシンク30aのベース部31aの下平面との距離に合わせたものである。ブロック60aの基板平面方向の形状は、冷却対象部位の上平面と略同一形状とする。複数の冷却対象部位に対し、複数のブロック60aを用いてヒートシンク接続の高さを調整する。ここでは例として、二つの冷却対象部位(51a,52a)に対し二つのブロック60aを用いて調整している。LSI51aの上に接続されるブロック60aは、LSI51aの上面の大きさに対応した正方形の平面を持つ板状の直方体である。配線エリア52aの上に接続されるブロック60aは、配線エリア52aの上面の大きさに対応した長方形の平面を持つ棒状の直方体である。各ブロック60aによる調整により、LSI51aとその上に接続されるブロック60aとの高さと、配線エリア52aとその上に接続されるブロック60aとの高さとが等しくなる。
また例えば、ブロック60aの基板平面方向の形状は、冷却対象部位全体を覆う以上の大きさの任意形状としてもよい。また、複数の冷却対象部位に対し、それよりも少ないあるいは単一のブロック60aを用いてヒートシンク接続の高さを調整してもよい。
回路基板100a上の冷却対象部位の配置や形状に合わせてブロック60aの配置が決定され、熱伝導性のブロック60a及びその他部品を介して冷却対象部位とヒートシンク30aとが熱的に接続される。
また、ブロック60aとして、あらかじめ所定の形状の単位ブロックを複数種類、複数個用意しておき、この単位ブロックを組み合わせて冷却対象部位とヒートシンク30aとの接続を行う。この単位ブロックとして、所定の大きさの直方体や板状のもの、上面の形状が正方形や直角三角形のものなどを用意する。そしてこれら単位ブロックを組み合わせて冷却対象部位の上に配置し接続する。例えばブロック60aとして、一辺4cmの正方形平面を持つブロックを用意しておき、これを同じ大きさの上面を持つLSI51aの上に配置し接続する。また一辺1cmの正方形平面や直角三角形平面などを持つブロックを多数用意しておき、これを配線エリア52aの上にその形状に合わせて組み合わせて配置し接続する。配線エリア52aの面積が広い場合にも前記単位ブロックを組み合わせて配置する。また勿論、ブロック60aとして前記冷却対象部位の上平面とヒートシンク30aのベース部31aの下平面との距離に合わせた形状の単一部品のみ用いて接続するようにしてもよい。
ブロック60aの下面と冷却対象部位である51a,52aの上面との接続の際、その間に熱伝導シート71が挟まれる。また、ブロック60aの上面とヒートシンク30aのベース部31aの下面との接続の際、その間は両面テープ72により接着されて固定される。
熱伝導シート71は、冷却対象部位とブロック60aとを密着させると共に、回路基板100aへのヒートシンク30aの取り付け/取り外し時の緩衝材としての役割を果たす。熱伝導シート71は、ブロック60aと同様に熱の移動を促す熱伝導性の材料で構成される。熱伝導シート71の形状は、冷却対象部位の上面及びブロック60aの下面の形状に合わせたものである。
両面テープ72は、ブロック60aとヒートシンク30aのベース部31aとを接続させる役割を果たす。両面テープ72は、ブロック60aと同様に熱の移動を妨げない低熱抵抗の材料で構成される。両面テープ72の形状は、ブロック60aの上面の形状に合わせたものである。
<ロジックボックスへの基板取り付け(1)>
実施の形態1におけるヒートシンク付き基板40aのロジックボックス2への取り付けについて説明する。図8は、前記第一の筐体構成に対応したロジックボックス2aへの回路基板100の取り付けについて示す斜視図である。図中の矢印は空気の流れを示す。図8に示すのは、ロジックボックス2aへの回路基板100aの取り付けの一例である。
実施の形態1におけるヒートシンク付き基板40aのロジックボックス2への取り付けについて説明する。図8は、前記第一の筐体構成に対応したロジックボックス2aへの回路基板100の取り付けについて示す斜視図である。図中の矢印は空気の流れを示す。図8に示すのは、ロジックボックス2aへの回路基板100aの取り付けの一例である。
ロジックボックス2aは、下面及び上面に空気の出入りのための開口部を有し、下面から空気が流入して上面に取り付けられているファン7bの動作を通じてロジックボックス2a内の空気を排出する構成である。
ロジックボックス2aの有する図示されないバックプレーン21には、各種入出力端子及び配線が設けられている。回路基板100aは、回路基板100aの一辺に設けられているバックプレーン接続コネクタ22によりバックプレーン21における対応部分と接続される。バックプレーン21における配線を通じて、回路基板100aと他の回路基板100とでデータ転送処理等が可能なように接続される。
ロジックボックス2aには、回路基板100aが、ヒートシンク30aが取り付けられた状態であるヒートシンク付き基板40aの状態で収容される。ロジックボックス2aの前面から作業者によりヒートシンク付き基板40aが挿入され、所定位置にセットされることで接続状態となる。
ロジックボックス2aへの回路基板100aの取り付け/取り外しの手順について説明する。ロジックボックス2aへの回路基板100aの取り付けを行う作業者は、まず、ロジックボックス2へ取り付ける対象となる複数の回路基板100のうち、冷却対象部位を有しヒートシンク30aを取り付ける必要のあるものについて選択する。作業者は、冷却対象部位を有する回路基板100aと、ヒートシンク30aと、ブロック60aとその他の部品とを用いて、ヒートシンク付き基板40aの組み立てを行う。作業者は、回路基板100a上の冷却対象部位の配置や形状に合わせて、ブロック60aの配置を選択してヒートシンク接続のための高さ調整を行う。作業者は、ブロック60aの配置に基づき、ヒートシンク30aのベース部31aの下面にブロック60aを両面テープ72により接着・固定する。そして、ブロック60aと冷却対象部位の間に熱伝導シート71を挟んで密着させる。そして、作業者は、ヒートシンク30aの四隅のネジ穴74及び回路基板100aのヒートシンク固定台73においてネジ75を嵌め込んで全体を固定する。
作業者は、組み立てられたヒートシンク付き基板40aを、ロジックボックス2a内部の所定位置に挿入してセットし、バックプレーン21と接続された状態とする。ロジックボックス2aからの回路基板100aの取り外しについては、前記取り付け手順を逆に行うことで可能である。
また、回路基板100として特に冷却対象部位を有さないものが有れば、それをヒートシンク30aの取り付け無しでそのままロジックボックス2a内に収容することが可能である。
また図9は、前記第二の筐体構成に対応したロジックボックス2bへの回路基板100の取り付けについて示す斜視図である。図中の矢印は空気の流れを示す。図9に示すのは、ロジックボックス2bへの回路基板100aの取り付けの一例である。
ロジックボックス2bは、前面及び上面奥側のファン7d搭載部分に空気の出入りのための開口部を有し、下面から空気が流入して上面奥側のファン7dを通じてロジックボックス2b内の空気を排出する構成である。ロジックボックス2bに対しても前記第一の筐体構成の場合と同様にヒートシンク付き基板40aの状態で回路基板100aが接続・収容される。図9では、ロジックボックス2b内にヒートシンク付き基板40aが収容された後の状態について示している。
実施の形態1では、上記のような構成の下で、回路基板100a全体をそれと略同じ大きさの平面を持つ一つの大型のヒートシンク30aで覆って接続し、複数の冷却対象部位すなわちLSI51aや配線エリア52aをまとめて冷却する。LSI51aへの給電及びLSI51aの動作に基づき発生した熱は、LSI51aや配線エリア52aから、順に、熱伝導シート71、ブロック60a、両面テープ72を経由してヒートシンク30aに伝わり、更にヒートシンク30aのベース部31aから放熱フィン32aへと伝わって放熱される。このようにして複数の冷却対象部位が冷却される。
以上のような実施の形態1の構成の効果として、回路基板100a上の複数の冷却対象部位を単一のヒートシンク30aで冷却する構造としたことで、各冷却対象のLSI51a等の電子部品から発生する熱量の差をヒートシンク30aで吸収でき、各電子部品間の温度差が平均化され軽減される。また回路基板100a上の高速データ転送の伝送路となる配線エリア52aについても、ヒートシンク30aによりその温度差が軽減される。
また、回路基板100a上の複数の冷却対象部位を単一のヒートシンク30aで冷却してその温度差を軽減するので、特に高速データ転送処理における転送経路すなわち処理主体となるLSI51aと配線エリア52aとにおけるインピーダンス不整合により発生する反射ノイズを抑えて信号劣化を防ぐことができ、高速データ転送処理を安定して実行することが可能となる。
また、複数の冷却対象部位に対し単一の大型のヒートシンク30aで冷却・放熱を行うので、冷却対象部位毎に小型のヒートシンクを取り付けていた構成と比べて放熱効率が向上する。
また、ヒートシンク30aは従来の小型のヒートシンクよりも回路基板の水平方向に大きくしたことで放熱効率を上げているので、ヒートシンク30a自体の高さを抑えることができ、ロジックボックス2及びディスクアレイ装置1の小型化に寄与できる。
また、ヒートシンク30aの接続用のブロック60aを容易に取り外し可能な構成であるため、冷却対象部位となるLSI51a等の搭載位置や高さが異なる回路基板100aに対しヒートシンク30aを取り付ける場合にもブロック60aを付け替えるだけでよい。そのため回路基板100a毎にその形状に合わせた専用のヒートシンクを用意する必要がない。このため、回路基板100a上の電子部品の搭載位置が変更される場合等にも柔軟に対応することができ、汎用性が高い。
また、回路基板100a上に冷却対象となる部品が数多く搭載されている場合でもヒートシンク30aの取り付け・取り外しが容易に行える。例えば、回路基板上の搭載部品を交換する際、従来のように複数のLSI毎にヒートシンクを取り付けていた場合は、各LSI毎のヒートシンクをすべて取り外してから該当LSIを交換し再度すべてのLSIにヒートシンクを取り付ける手順を行う必要があった。実施の形態1の構成では、回路基板100a上の搭載部品を交換する際のヒートシンク30aの取り外し・取り付けの作業は一度のみで済む。よって多くの部品においてヒートシンク等の冷却手段を必要とする場合に有効である。また、LSI上に記載されている捺印等の確認も容易に行うことができる。
実施の形態1の変形例として、ヒートシンク30aのベース部31aの平面の大きさを、回路基板100aの平面より一回り小さくした構成としてもよい。この場合、ヒートシンク30aのベース部31aの下面で覆われる範囲内に複数の冷却対象部位の全部が収まるようにする。また、ヒートシンク30aのベース部31aの平面の大きさ及び形状を、回路基板100a上で複数の電子部品あるいは配線エリアから成る冷却対象部位の全体を覆う分の大きさ及び形状を持つ構成としてもよい。すなわち前記最小冷却対象範囲53の大きさ及び形状に合わせた構成とする。いずれにしても複数の冷却対象部位における温度差の軽減という効果が達成できる。
また、前記回路基板100aとヒートシンク30aの接続・固定の仕方は一例であり、例えばヒートシンク固定台73を設けないで回路基板100aとベース部31aの間でネジ75が露出した状態で接続・固定する構成などでも構わない。回路基板100aにおけるヒートシンク固定台73とヒートシンク30aにおけるネジ穴74の位置は、回路基板100aにおける部品実装及び配線の妨げにならないのなら外周部以外に設ける構成としてもよい。またネジ75以外でも、ブロック60aを介して回路基板100a上の冷却対象部位とヒートシンク30aとが安定的に接続・固定されるのであれば、その他の接続・固定手段を用いても構わない。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2におけるディスクアレイ装置について説明する。図10は、実施の形態2のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40bの断面図である。また図11は、実施の形態2のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40bの分解状態を示す斜視図である。実施の形態2のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
本発明の実施の形態2におけるディスクアレイ装置について説明する。図10は、実施の形態2のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40bの断面図である。また図11は、実施の形態2のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40bの分解状態を示す斜視図である。実施の形態2のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
前記実施の形態1の構成では、冷却対象部位を有する回路基板100a一枚毎にヒートシンク30aが一つ必要となる。そのためロジックボックス2内に複数の回路基板100を接続・収容する場合にヒートシンク30aの数分の空間を要する。また、一枚の回路基板100a内で冷却対象部位間の温度差を軽減することができるが、この回路基板100aにおける部位と別の回路基板に搭載されている部位との温度差を軽減することはできない。
実施の形態2では、ヒートシンク付き基板40bは、ペアとなる二枚の回路基板100の間に一つのヒートシンク30bを挟んで熱伝導性のブロック60A,60Bを介して接続し全体を固定した構成である。これにより、二枚の回路基板100上に分布する複数の冷却対象部位を一つのヒートシンク30bで冷却する。
実施の形態2では、実施の形態1におけるヒートシンク30aとは形状が異なる型のヒートシンク30bを用いる。ヒートシンク30bは、放熱フィン32bの部分の両側にベース部31A,31Bとなる板状の平面部分が有る形状である。この二つの平面部分は平行である。この二つのベース部31A,31Bの平面に対しそれぞれ回路基板100を接続可能である。
後述するペア選択に従って、ペアとなる第一の回路基板100Aと第二の回路基板100Bが選択される。例えばペアとして、回路基板100間でLSI等の電子部品間でデータ転送処理を行う二枚(CHAボード11とスイッチボード12のペアなど)が選択される。
ヒートシンク付き基板40bは、主に、第一の回路基板100Aと、第二の回路基板100Bと、ヒートシンク30bと、ブロック60Aと、ブロック60Bとから構成される。また、ヒートシンク付き基板40aは、その接続・固定のための部品あるいは部位として、熱伝導シート71、両面テープ(低熱抵抗両面テープ)72、ヒートシンク固定台(ネジ受け)73、ネジ穴74、ネジ75等を有する。
回路基板100A上には、冷却対象部位として、一つ以上のLSI51Aと、一つ以上の配線エリア52Aとを有する。同様に、回路基板100B上には、冷却対象部位として、一つ以上のLSI51Bと、一つ以上の配線エリア52Bとを有する。LSI51Aは、高速データ転送処理を行う電子部品であり、これに高速信号の伝送路となる配線から成る配線エリア52Aが接続されている。同様に、LSI51Bは、高速データ転送処理を行う電子部品であり、これに高速信号の伝送路となる配線から成る配線エリア52Bが接続されている。
回路基板100A上の配線エリア52Aは、バックプレーン接続コネクタ22に接続されている。更にバックプレーン21での配線を通じて、回路基板100A上の配線エリア52Aと回路基板100B上の配線エリア52Bとが接続されることとなる。
なお図10,11中では、回路基板100A(100B)上に冷却対象として一つのLSI51A(51B)と、一つの配線エリア52A(52B)のみ実装されている例を示し、冷却対象部位ではないその他の電子部品や配線等に関しては図示を省略している。
回路基板100A,100Bの外周部には、ヒートシンク固定台73が設けられている。ヒートシンク固定台73は、回路基板100A,100Bと一体化構造の構成であってもよいし、回路基板100A,100Bに別部品として後から接続されて成る構成であってもよい。ここでは特に、回路基板100A,100Bの外周部の四隅にヒートシンク固定台73を設けている。
ヒートシンク30bは、回路基板100A,100B上の冷却対象部位であるLSI51A,51Bと配線エリア52A,52Bをまとめて冷却するための部品である。ヒートシンク30bは、ベース部31Aと、ベース部31Bと、放熱フィン32bとを有し、熱伝導性(低熱抵抗)の性質を有するアルミニウムや銅などの材料で構成される。ベース部31A,31Bは、略平面板の形状の部分である。ベース部31A,31Bは、その外周部の特に四隅にネジ穴74が設けられている。放熱フィン32bは、ベース部31Aと31Bに一体化構造として設けられている部分である。放熱フィン32bは、複数の略円筒形状のフィンがベース部31Aと31Bの間で垂直にマトリクス状に配置された構造である。放熱フィン32bの形状は一例であり、その他の形状も各種可能である。放熱フィン32bの領域での空気の通過による空冷により放熱が促される。
ヒートシンク30bの一方の面すなわちベース部31Aの外側平面にブロック60Aを介して一方の回路基板100Aが取り付けられ、ヒートシンク30bの他方の面すなわちベース部31Bの外側平面にブロック60Bを介して他方の回路基板100Bが取り付けられる。
ヒートシンク付き基板40bの組み立て時には、二枚の回路基板100A,100Bとヒートシンク30bとブロック60A,60Bとを含む全体がネジ止めにより接続・固定される。回路基板100A,100B及びヒートシンク30bの各部がネジ75として一本の長ネジにより固定される。また他の接続・固定の手段として、ネジ75として二本のネジにより、回路基板100Aとヒートシンク30bのベース部31A、回路基板100Bとヒートシンク30bのベース部31Bで、別々に固定される構成としてもよい。
回路基板100A,100Bにおけるヒートシンク固定台73とヒートシンク30bにおけるネジ穴74の位置は、回路基板100A,100Bにおける部品実装及び配線の妨げとならないように外周部特にその角四箇所としている。
回路基板100Aとヒートシンク30bは、ヒートシンク30bのベース部31Aの外側平面が回路基板100Aの上平面(冷却対象部位を有する側)に相対し、その間に回路基板100A上の冷却対象部位の上にブロック60Aを挟んで、ヒートシンク固定台73、ネジ穴74及びネジ75等により固定される。同様に、回路基板100Bとヒートシンク30bは、ヒートシンク30bのベース部31Bの外側平面が回路基板100Bの上平面に相対し、その間に回路基板100B上の冷却対象部位の上にブロック60Bを挟んで、ヒートシンク固定台73、ネジ穴74及びネジ75等により固定される。
回路基板100A,100B上の冷却対象部位の高さは一定ではない。そのため、実施の形態1と同様に、冷却対象部位とヒートシンク30bのベース部31A,31Bとの間にブロック60A,60Bを挟んで接続される構成である。これにより、冷却対象部位の高さの違いを調整しつつ空間がブロック60A,60Bにより充填され、冷却対象部位からヒートシンク30bへ熱が移動するように接続される。
ブロック60A,60Bは、材料として熱伝導率の高いアルミニウムや銅などを用いて構成される。ブロック60A,60Bの高さは、接続面となる冷却対象部位の上平面とヒートシンク30bのベース部31A,31Bの外側平面との距離に合わせたものである。ブロック60A,60Bの基板平面方向の形状は、冷却対象部位の上平面と略同一形状とする。実施の形態1と同様に、ブロック60A,60Bとしてそれぞれ冷却対象部位の数に応じて複数個を用いて接続を行う。
また例えば、ブロック60A,60Bの基板平面方向の形状は、冷却対象部位全体を覆う以上の大きさの任意形状としてもよい。また、複数の冷却対象部位に対し、それよりも少ないあるいは単一のブロック60A,60Bを用いてヒートシンク接続の高さを調整してもよい。
回路基板100A,100B上の冷却対象部位の配置や形状に合わせてブロック60A,60Bの配置が決定され、熱伝導性のブロック60A,60Bを介して冷却対象部位とヒートシンク30bとが熱的に接続される。
また、実施の形態1と同様に、ブロック60A,60Bとしてあらかじめ所定の形状の単位ブロックを複数種類、複数個用意しておき、この単位ブロックを組み合わせて冷却対象部位とヒートシンク30bとの接続を行ってもよい。
なお図10,11中では省略して示しているが、実施の形態1と同様に実施の形態2においてもブロック60A,60Bの充填・接続に、前記熱伝導シート71、両面テープ72を用いる。回路基板100A側において、ブロック60Aの下面と冷却対象部位である51A,52Aの上平面との接続の際、その間に熱伝導シート71が挟まれる。また、ブロック60Aの上面とヒートシンク30bのベース部31Aの外側平面との接続の際、その間は両面テープ72により接着されて固定される。回路基板100B側も同様に熱伝導シート71、両面テープ72を用いてブロック60Bの充填・接続が行われる。
<ロジックボックスへの基板取り付け(2)>
実施の形態2におけるヒートシンク付き基板40bのロジックボックス2への取り付けについて説明する。図12は、前記第一の筐体構成に対応したロジックボックス2aへの回路基板100の取り付けについて示す斜視図である。図中の矢印は空気の流れを示す。図12に示すのは、ロジックボックス2aへの回路基板100の取り付けの一例である。
実施の形態2におけるヒートシンク付き基板40bのロジックボックス2への取り付けについて説明する。図12は、前記第一の筐体構成に対応したロジックボックス2aへの回路基板100の取り付けについて示す斜視図である。図中の矢印は空気の流れを示す。図12に示すのは、ロジックボックス2aへの回路基板100の取り付けの一例である。
回路基板100A,100Bは、基板の一辺に設けられているバックプレーン接続コネクタ22によりバックプレーン21における対応部分と接続される。バックプレーン21における配線を通じて、異なる回路基板100Aと100Bの間でデータ転送処理等が可能なように接続される。
ロジックボックス2aに、回路基板100Aと100Bとのペアを、ヒートシンク30bが取り付けられた状態であるヒートシンク付き基板40bの状態で収容する。ロジックボックス2aの前面から作業者によりヒートシンク付き基板40bが挿入され、所定位置にセットされて接続状態となる。
ロジックボックス2への回路基板100の取り付け/取り外しの手順について説明する。ロジックボックス2aへ回路基板100を取り付ける作業者は、まず、ロジックボックス2へ取り付ける対象となる複数の回路基板100のうち、冷却対象部位を有しヒートシンク30bを取り付ける必要のあるものについて選択する。後述されるペア選択に基づき二枚の回路基板100A,100Bをペアとして選択する。
次に、作業者は、冷却対象部位を有する回路基板100A,100Bと、ヒートシンク30bと、ブロック60A,60B等のその他の部品とを用いて、ヒートシンク付き基板40bの組み立てを行う。作業者は、まず、一方の回路基板100Aの冷却対象部位を有する面に相対して、ブロック60Aとその他部品を挟んで、ヒートシンク30bの一方のベース部31Aの平面を接続する。作業者は、回路基板100A上の冷却対象部位の配置に合わせて、ヒートシンク30bのベース部31Aの外側平面にブロック60Aを両面テープ72により接着・固定し、ブロック60Aと冷却対象部位の間に熱伝導シート71を挟んで回路基板100Aとヒートシンク30bを密着させる。次に、作業者は、他方の回路基板100Bの冷却対象部位を有する面に相対して、同様にブロック60Bとその他部品を挟んで、ヒートシンク30bの他方のベース部31Bの平面を接続する。同様に、回路基板100Bとヒートシンク30bのベース部31Bとの間にブロック60Bを含む各部品を接続及び配置してからヒートシンク30bが回路基板100Bに対し接続される。そして、作業者は、ヒートシンク30bの四隅のネジ穴74及び回路基板100A,100Bのヒートシンク固定台73においてネジ75を嵌め込んで、回路基板100A,ヒートシンク30b,回路基板100Bの全体を固定する。
作業者は、組み立てられたヒートシンク付き基板40bを、ロジックボックス2a内部の所定位置に挿入してセットし、各回路基板100A,100Bがバックプレーン21と接続された状態とする。ロジックボックス2aからの回路基板100A,100Bの取り外しについては、前記取り付け手順を逆に行うことで可能である。
また図13は、前記第二の筐体構成に対応したロジックボックス2bへの回路基板100の取り付けについて示す斜視図である。図中の矢印は空気の流れを示す。図13に示すのは、ロジックボックス2bへの回路基板100の取り付けの一例である。ロジックボックス2bに対しても前記第一の筐体構成の場合と同様にヒートシンク付き基板40bの状態で回路基板100A,100Bが接続・収容される。図13では、ロジックボックス2b内にヒートシンク付き基板40bが収容された後の状態について示している。
<回路基板のペア選択>
前記図12に示したように回路基板100をヒートシンク付き基板40bの状態でロジックボックス2に収容する場合、CHA、スイッチ、キャッシュメモリ、DKA等の各機能に対応する複数の回路基板100の中から二枚をペアとして選択する。ヒートシンク30bの取り付けに際して二枚の回路基板100A,100Bのペアにする場合、回路基板100A,100B間でデータ転送を行うものを組み合わせる方が冷却の観点から効率的である。従って、ディスクアレイ装置1内において回路基板100間でのデータ転送処理量等を考慮してペアを決定する。
前記図12に示したように回路基板100をヒートシンク付き基板40bの状態でロジックボックス2に収容する場合、CHA、スイッチ、キャッシュメモリ、DKA等の各機能に対応する複数の回路基板100の中から二枚をペアとして選択する。ヒートシンク30bの取り付けに際して二枚の回路基板100A,100Bのペアにする場合、回路基板100A,100B間でデータ転送を行うものを組み合わせる方が冷却の観点から効率的である。従って、ディスクアレイ装置1内において回路基板100間でのデータ転送処理量等を考慮してペアを決定する。
前記図3に示す構成から、データ転送処理を行う回路基板100の組み合わせは、CHAボード11とスイッチボード12(第一のペア)、スイッチボード12とキャッシュボード13(第二のペア)、スイッチボード12とDKA14(第三のペア)の三種類となる。
また図14に、本発明の実施の形態のディスクアレイ装置における、ヒートシンク等の冷却手段を適用していない状態における各回路基板100上のLSIにおける発熱量(推定値)を消費電力と温度の形式で示す。周囲温度が25[℃]、熱抵抗が7.3[℃/W]のとき、CHALSI110a、110bでは、消費電力が9.4[W]で温度が93.6[℃]である。DKALSI140a,140bでは、消費電力が9.2[W]で温度が92.2[℃]である。キャッシュLSI130a,130bでは、消費電力が13.7[W]で温度が125.0[℃]である。スイッチLSI120a,120bでは、消費電力が14.0[W]で温度が127.2[℃]である。このように、特にスイッチボード12やキャッシュボード13での発熱量が多くなる。
前記データのリード/ライト動作時の回路基板100間におけるデータの流れを考えると、データ転送処理量あるいは転送データ量が多い組み合わせは、順に、1:前記第二のペア、2:前記第一のペア、3:前記第三のペアとなる。リード/ライト動作ともにキャッシュメモリを使用するため、スイッチボード12とキャッシュボード13をペアとして構成するのが効率的である。続いて効率的なのは、CHAボード11とスイッチボード12のペアになる。
また、複数枚有るうちのすべてのスイッチボード12が既に何らかのペアとして選択されている場合、残る回路基板100はCHAボード11、DKAボード14及びキャッシュボード13になる。通常これらの間で直接データ転送を行うことは無くスイッチボード12を介して行う構成であるので、これらの回路基板100をペアとする必要性は小さい。
また同種の回路基板100同士をペアとする場合、この場合も回路基板100間で直接データ転送を行うことは無いが、回路基板100間でその温度差を軽減することができるため、使用される回路基板100による差を吸収して平均化することができる。ディスクアレイ装置1における冗長構成の場合は、同じホスト200からディスク装置150へアクセスされる場合に経由される回路基板100には複数の組み合わせがあるため、この場合には同種の回路基板100同士をペアとした構成が有効である。
以上のような点を考慮すると、回路基板100のペアの選択は、効果的な順に、1:第二のペア、2:第一のペア、3:第三のペア、4:CHAボード11、DKAボード14及びキャッシュボード13において同種同士のペアとなる。これら四種類のペア選択に基づき回路基板100を組み合わせてヒートシンク付き基板40bを複数個構成する。
実施の形態2では、上記のような構成の下で、回路基板100A,100B全体をそれと略同じ大きさの平面を持つ単一のヒートシンク30bで接続し、複数の冷却対象部位すなわちLSI51A,51B及び配線エリア52A,52Bをまとめて冷却する。回路基板100AでLSI51Aへの給電及びその動作に基づき発生した熱は、LSI51Aや配線エリア52Aから、順に、熱伝導シート71、ブロック60A、両面テープ72を経由してヒートシンク30bに伝わり、更にヒートシンク30bのベース部31Aから放熱フィン32bへと伝わって放熱される。回路基板100B側も同様に、LSI51Bや配線エリア52Bから、順に、熱伝導シート71、ブロック60B、両面テープ72を経由してヒートシンク30bに伝わり、更にヒートシンク30bのベース部31Bから放熱フィン32bへと伝わって放熱される。このようにして複数の冷却対象部位が冷却される。
以上のような実施の形態2の構成の効果として、ペアとなる二枚の回路基板100A,100B間で複数の冷却対象部位を単一のヒートシンク30bで冷却することで、各冷却対象のLSI51A,51B等の電子部品から発生する熱量の差をヒートシンク30bで吸収して温度差を平均化して軽減することができる。また回路基板100A,100B上の高速データ転送の伝送路となる配線エリア52A,52Bについても、ヒートシンク30bによりその温度差が軽減される。
また、複数の冷却対象部位の温度差を軽減するので、特に高速データ転送処理における転送経路すなわち処理主体となるLSI51A,51Bと配線エリア52a,52Bとにおけるインピーダンス不整合により発生する反射ノイズを抑えて信号劣化を防ぐことができ、回路基板100A,100B間で高速データ転送処理を安定して実行することが可能となる。例えば、一方の回路基板100上のスイッチLSI120aと、他方の回路基板100上のキャッシュLSI130aとの間で安定して高速データ転送処理を行うことができる。
また、冷却対象部位を有する二枚の回路基板100A,100Bに対し一つのヒートシンク30bが使用されるので、全体でのヒートシンク使用数を減らすことができる。また、二枚の回路基板100A,100Bで放熱フィンを共通化して使用する構造であるため、放熱フィンに要する空間を削減できる。そのため、ロジックボックス2内に複数の回路基板100を接続・収容する場合に空間が節約される。従って、ロジックボックス2及びディスクアレイ装置1の小型化に寄与できる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3におけるディスクアレイ装置について説明する。図15は、実施の形態3のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40cの断面図である。また図16は、実施の形態3のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40cの分解状態を示す斜視図である。実施の形態3のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
次に、本発明の実施の形態3におけるディスクアレイ装置について説明する。図15は、実施の形態3のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40cの断面図である。また図16は、実施の形態3のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40cの分解状態を示す斜視図である。実施の形態3のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
実施の形態3では、実施の形態1の構成を基本とした上で、ヒートシンク付き基板40に対し更に、回路基板100上のLSI等の電子部品に対する安定した電源供給のためのユニットであるDC―DCコンバータ80aを取り付けた構成である。実施の形態3では、回路基板100c上のLSI51cに対する給電を行うためのDC−DCコンバータ80aが、ヒートシンク30cのベース部31cの下側平面(接続面)に接続される。DC−DCコンバータ80aが、回路基板100c上の配線実装平面から離れた位置に配置されることとなる。接続の位置は、給電対象のLSI51cの近傍すなわち給電経路が短くなる位置である。
ヒートシンク付き基板40cは、主に、回路基板100cと、ヒートシンク30cと、ブロック60cと、DC−DCコンバータ80aとから構成される。また、ヒートシンク付き基板40cは、その接続・固定のための部品あるいは部位として、熱伝導シート71、両面テープ(低熱抵抗両面テープ)72、ヒートシンク固定台(ネジ受け)73、ネジ穴74、ネジ75を有する。また図示しないDC−DCコンバータ接続手段として接続・固定用ネジ等を有する。
回路基板100c上には、冷却対象部位として、一つ以上のLSI51cと、一つ以上の配線エリア52cとを有する。LSI51cは、高速データ転送処理を行う電子部品であり、これに高速信号の伝送路となる配線から成る配線エリア52cが接続されている。回路基板100c上の配線エリア52cは、バックプレーン接続コネクタ22に接続されており、更にバックプレーン21での配線を通じて、他の回路基板100と接続される。回路基板100cの外周部には、ヒートシンク固定台73が設けられている。なお図15,16中では、回路基板100c上に冷却対象として一つのLSI51cと一つの配線エリア52cのみ存在する例を示し、冷却対象部位ではないその他の電子部品や配線等に関しては図示を省略している。また給電対象として一つのLSI51cのみ存在する例を示している。
また、回路基板100cは、複数の電源種に応じた電源層を有し、この電源層にDC−DCコンバータ80aを経由してのLSI51cに対する給電のための配線を有する。すなわち回路基板100cは、電源層に、バックプレーン21からDC−DCコンバータ80までの電源供給のための配線と、DC−DCコンバータ80aからLSI51cまでの電源供給のための配線とを有する。また、バックプレーン21からの配線がバックプレーン接続コネクタ22を介して回路基板100cの電源層における配線に繋がる。
ヒートシンク30cは、ベース部31cと放熱フィン32cと図示しないDC−DCコンバータ接続手段とを有する。ヒートシンク30aと略同様の構成であるが、そのベース部31cにDC−DCコンバータ接続手段を通じてDC−DCコンバータ80aを接続可能であることが異なる。ヒートシンク30cは、回路基板100c上の冷却対象部位であるLSI51cと配線エリア52cをまとめて冷却するための部品であると共に、DC−DCコンバータ80aを接続する部品である。ヒートシンク30cのベース部31cの下側平面すなわち放熱フィン32cの存在しない側の面に、DC−DCコンバータ80が接続されると共に、ブロック60cを介して回路基板100cが取り付けられる。ヒートシンク30cの外周部にはネジ穴74が設けられている。
ブロック60cは、実施の形態1と同様に、材料として熱伝導率の高いアルミニウムや銅などを用いて構成され、回路基板100c上の冷却対象部位の高さに応じてヒートシンク30cとの接続を行うためのものである。回路基板100c上の冷却対象部位の配置や形状に合わせてブロック60cの配置が決定される。
DC−DCコンバータ80aは、電源部5から供給される直流電圧を変換(減圧)してLSI51cに対して適切な直流電圧の供給を行うユニットである。DC−DCコンバータ80aは、その下方向にリード線81を有し、このリード線81が回路基板100cのスルーホール82に差し込まれることで電源層における配線に接続状態となる。ヒートシンク付き基板40cにおけるDC−DCコンバータ80の配置を考慮して電源供給配線やスルーホール82の位置が設計されている。電源部5からの供給電圧は、電源コモンバス、バックプレーン21、回路基板100cの電源層、スルーホール82、リード線81を通じてDC−DCコンバータ80aに入力される。そしてDC−DCコンバータ80aで電圧変換され、DC−DCコンバータ80aからリード線81、スルーホール82、回路基板100cの電源層、LSI51cの入力端子を通じてLSI51cに入力・供給される。
ヒートシンク30cへのDC−DCコンバータ80aの接続・固定は、前記DC−DCコンバータ接続手段としてのネジ等により、ベース部31cの下側平面にDC−DCコンバータ80aの上面が接して接続・固定される。この接続・固定は、ベース部31cの下側平面とDC−DCコンバータ80aの上面との間に、熱伝導シート71cを挟んで接続される。熱伝導シート71cは、実施の形態1の場合と同様、緩衝等の役割を持つ。前記DC−DCコンバータ接続手段は、例えば、DC−DCコンバータ80aの一つ以上の部位をネジによりヒートシンク30cのベース部31cにネジ止めする構成である。
またDC−DCコンバータ80aの位置は、回路基板100cの平面の上方、ヒートシンク30のベース部31cの下側平面において、給電対象のLSI51cの近傍すなわち給電経路の距離が短くなる位置である。ここでは特に、回路基板100c上のLSI51cにおいて冷却対象の配線エリア52cが接続されていない一辺の隣の領域でその上方に配置している。この配置は、ベース部31cの下側平面のうち回路基板100c上の冷却対象部位とブロック60cを介して接続される以外の領域で、回路基板上のスルーホール82と対応する位置である。全体としてみると給電対象のLSI51cの斜め上にDC−DCコンバータ80aが配置される状態である。なおここではLSI51cの一辺の略隣にDC−DCコンバータ80aを配置したが、給電経路の距離が十分短く安定して給電を行える条件下でより離れた位置に配置するよう構成しても構わない。
DC−DCコンバータ80aは、その直下に対する電磁ノイズの影響が大きい。実施の形態3では、DC−DCコンバータ80aが回路基板100cの配線実装平面から離れて配置されるので、回路基板100c上の配線等に対する前記電磁ノイズの影響が減少される。またDC−DCコンバータ80aと給電対象のLSI51cとの電源供配線の長さが短い程、LSI51cの動作を安定させることができる。実施の形態3では、LSI51cの一辺の隣で斜め上にDC−DCコンバータ80aが配置されるので電源供給配線が十分短く、かつ、DC−DCコンバータ80a直下へのノイズの影響を抑えられる。またDC−DCコンバータ80aはヒートシンク30cに接して直接冷却される。
なお、実施の形態3の構成では、DC−DCコンバータ80aの直下の領域はヒートシンク30cにより直接冷却されない。そのため、回路基板100c上でこの領域には、冷却が必要となるような高速信号のための配線等は行わないようにあらかじめ設計される。
ヒートシンク付き基板40cを組み立てる手順について説明する。作業者は、実施の形態1と同様に、冷却対象部位を有する回路基板100cについて一つ以上のブロック60cを介してヒートシンク30cとの接続を行う。作業者は、回路基板100cとヒートシンク30cと一つ以上のブロック60cとDC−DCコンバータ80aとその他部品とをネジ止め等により接続・固定する。まず、作業者は、ヒートシンク30cのベース部31cの下側平面に、回路基板100cのスルーホール82の位置に合わせてDC−DCコンバータ80aを前記ネジ止めにより接続・固定すると共に、回路基板100c上の冷却対象部位の配置に合わせてブロック60cを接続する。
そして、作業者は、実施の形態1と同様に、ヒートシンク30cのベース部31cの下側平面を回路基板100cの上平面(冷却対象部位を有する側)と相対させて、その間に冷却対象部位の上にブロック60cを挟んで、ヒートシンク固定台73、ネジ穴74及びネジ75等により全体を固定する。これにより、冷却対象部位の高さの違いを調整しつつ空間がブロック60cにより充填され、冷却対象部位からヒートシンク30cへ熱が移動するように接続される。また、このとき回路基板100cのスルーホール82にDC−DCコンバータ80aのリード線81を差し込んで接続することで、DC−DCコンバータ80aと回路基板100cとが電源層における配線を通じて接続される。
上記のような構成の下で、回路基板100c全体をそれと略同じ大きさの平面を持つ一つのヒートシンク30cで接続し、複数の冷却対象部位すなわちLSI51c及び配線エリア52cをまとめて冷却する。これと共に、ヒートシンク30cの下側面に接続されているDC−DCコンバータ80aからLSI51cに対し配線を通じて給電が行われる。
以上のような実施の形態3の構成の効果として、DC−DCコンバータ80aが回路基板100cの面から離れて配置されることで、DC−DCコンバータ80aから発生する電磁ノイズがDC−DCコンバータ80aの直下に配線された信号に与える影響を軽減でき伝送信号の劣化を抑えることができる。そのため、回路基板100c上で安定したデータ転送を行うことができる。またそれと共に、DC−DCコンバータ80aからLSI51cへの給電距離が短いため、LSI51cの電圧変動を検出して補正する場合の応答が高速になり、LSI51cへ安定した電圧供給を行うことができる。また、DC−DCコンバータ80aがヒートシンク30cにより冷却されるので、DC−DCコンバータ80aの安定化にも寄与できる。
実施の形態3の変形例として、実施の形態2の構成を基本として同様にDC−DCコンバータ80aを取り付ける構成とすることも可能である。すなわち、前記ヒートシンク30bの一方の外側平面にDC−DCコンバータ80aが接続されここから回路基板100上のLSI等の電子部品に対し給電が行われる構成である。更に、ヒートシンク30bのもう一方の外側平面に対しても別のDC−DCコンバータ80aを接続してここから他方の回路基板100上のLSI等に対し給電が行われるようにしてもよい。
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4におけるディスクアレイ装置について説明する。図17は、実施の形態4のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40dの断面図である。また図18は、実施の形態4のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40dの分解状態を示す斜視図である。(a)は、その斜視図を、(b)は、電源/グランド配線85の設置の様子を示す断面図である。実施の形態4のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
次に、本発明の実施の形態4におけるディスクアレイ装置について説明する。図17は、実施の形態4のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40dの断面図である。また図18は、実施の形態4のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40dの分解状態を示す斜視図である。(a)は、その斜視図を、(b)は、電源/グランド配線85の設置の様子を示す断面図である。実施の形態4のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
LSIの低電圧化に伴い、LSIに対する電源供給のために複数の電源種が必要になる場合がある。このため、回路基板には各電源種に対応した電源層を持たせる必要があり、回路基板の実装効率が悪くなっている。実施の形態3の構成では、回路基板の電源層を通じてDC−DCコンバータ80aからLSI51cに対し給電している構成である。従って、その分の電源層を要するため回路基板100cの実装効率を従来よりも向上することはできない。
実施の形態4では、実施の形態1の構成を基本とした上で、ヒートシンク付き基板40に対し更に、回路基板100上のLSI等の電子部品に対する安定した電源供給のためのユニットであるDC―DCコンバータ80bを取り付けた構成である。実施の形態4では、回路基板100d上のLSI51dに対する給電を行うためのDC−DCコンバータ80bが、実施の形態3とは異なり、ヒートシンク30dのベース部31dの上側平面(放熱フィン31dの設けられる側)に接続される。そして、ここから回路基板100dの電源層における配線を介さずに直接LSI51dに対し電源供給を行う構成である。DC−DCコンバータ80bと給電対象のLSI51dとは、ヒートシンク30dに設けられた開口部とコネクタ83の部分を通じて接続され給電が行われる。実施の形態4においても、DC−DCコンバータ80bが、回路基板100d上の配線実装平面から離れた位置に配置されることとなる。ヒートシンク30dにおけるDC−DCコンバータ80bの接続の位置は、給電対象のLSI51cの上方で給電経路が短くなる位置である。
ヒートシンク付き基板40dは、主に、回路基板100dと、ヒートシンク30dと、ブロック60dと、DC−DCコンバータ80bとから構成される。また、配線のための部位として、DC−DCコンバータ出力用のコネクタ83、DC−DCコンバータ入力用のコネクタ84、ヒートシンク30dにおける電源/グランド配線85等を有する。また、ヒートシンク付き基板40dは、その接続・固定のための部品あるいは部位として、熱伝導シート71、両面テープ(低熱抵抗両面テープ)72、ヒートシンク固定台(ネジ受け)73、ネジ穴74、ネジ75を有する。また図示しないDC−DCコンバータ接続手段として接続・固定用ネジ等を有する。
回路基板100d上には、冷却対象部位として、一つ以上のLSI51dと、一つ以上の配線エリア52dとを有する。LSI51dは、高速データ転送処理を行う電子部品であり、これに高速信号の伝送路となる配線から成る配線エリア52dが接続されている。LSI51dの上面には電源入力用のコネクタ83を備え、これがDC−DCコンバータ80b側のコネクタ83と接続される。回路基板100d上の配線エリア52dは、バックプレーン接続コネクタ22に接続されており、更にバックプレーン21での配線を通じて、他の回路基板100と接続される。回路基板100dの外周部には、ヒートシンク固定台73が設けられている。なお図17,18中では、回路基板100d上に冷却対象として一つのLSI51dと一つの配線エリア52dのみ存在する例を示し、冷却対象部位ではないその他の電子部品や配線等に関しては図示を省略している。また給電対象として一つのLSI51dのみ存在する例を示している。また、ここでは配線エリア52dに接続するブロック60d、熱伝導シート71、両面テープ72等は図示を省略している。
また、回路基板100dは、ヒートシンク30d側からLSI51dに対し給電が行われるため、実施の形態3とは異なり、電源層にDC−DCコンバータ80bを経由してLSI51dに対する給電のための配線のほとんどを設ける必要が無い。
回路基板100d上の任意位置及び対応するヒートシンク30d上にDC−DCコンバータ入力用のコネクタ84を備える。これは、電源部5、バックプレーン21からDC−DCコンバータ80bへの入力電圧/グランド供給用に回路基板100d側とヒートシンク30d側を接続するための電源入力用のコネクタである。コネクタ84は、回路基板100dの配線に接続される側と、ヒートシンク30dのベース部31dに接続される側とで構成されている。また電源部5、バックプレーン21からの配線が、バックプレーン接続コネクタ22を介して回路基板100dにおけるコネクタ84まで繋がる。回路基板100d側とヒートシンク30d側の各コネクタ84が接続され、これとベース部31d上の電源/グランド配線85を通じて、電源部5、バックプレーン21からDC−DCコンバータ80bに入力電圧/グランド供給がなされる。
DC−DCコンバータ80bからLSI51dまでの電源供給配線は、DC−DCコンバータ80bからDC−DCコンバータ出力用のコネクタ83を通じて給電対象のLSI51dに入力される。コネクタ83は、DC−DCコンバータ80bからLSI51dへの電源出力用のコネクタであり、DC−DCコンバータ80b下部の出力端子に接続される側と、LSIの入力端子に接続される側とで構成されている。コネクタ83,84はネジ等の手段によりヒートシンク30dに固定される。
ヒートシンク30dは、ベース部31dと放熱フィン32dと図示しないDC−DCコンバータ接続手段とを有する。ヒートシンク30aと略同様の構成であるが、そのベース部31dにDC−DCコンバータ接続手段を通じてDC−DCコンバータ80bを接続可能であることが異なる。ヒートシンク30dは、回路基板100d上の冷却対象部位であるLSI51dと配線エリア52dをまとめて冷却するための部品であると共に、DC−DCコンバータ80bを接続する部品である。ヒートシンク30dのベース部31dの上側平面すなわち放熱フィン32dの存在する側の面に、DC−DCコンバータ80bが接続されると共に、ベース部31dの下側平面にブロック60dを介して回路基板100dが取り付けられる。ヒートシンク30dの外周部にはネジ穴74が設けられている。
また、ヒートシンク30dで、放熱フィン32dの領域の一部は、DC−DCコンバータ80bの搭載用に個々のフィンが設けられていない平らな形状である。また、ヒートシンク30dは、DC−DCコンバータ80bが配置される位置に対応してベース部31dに開口部等が設けられており、ここにDC−DCコンバータ出力用のコネクタ83が差し込まれ接続される構造である。また、ヒートシンク30dは、ベース部31dの、回路基板100dにおけるコネクタ84の取り付け箇所と対応する位置に開口部等が設けられており、ここにDC−DCコンバータ入力用のコネクタ84が差し込まれ接続される構造である。
図18(b)は、ヒートシンク30dでの電源/グランド配線85の設置の様子を示す断面図である。ヒートシンク30dのベース部31dの上側平面において、コネクタ84からDC−DCコンバータ80bまでの間が電源/グランド配線85により配線される。電源/グランド配線85は放熱フィン32dの領域における個々のフィンの間を経由する。ベース部31dの上側平面で放熱フィン32dの領域における個々のフィンの間に絶縁体86による層を設ける。その絶縁体86の層上に電源/グランド配線85が配線される。
ブロック60dは、実施の形態1と同様に、材料として熱伝導率の高いアルミニウムや銅などを用いて構成され、回路基板100d上の冷却対象部位の高さに応じてヒートシンク30dとの接続を行うためのものである。回路基板100d上の冷却対象部位の配置や形状に合わせてブロック60dの配置が決定される。また、ブロック60dのうち、冷却対象でありかつ給電対象であるLSI51dの上に配置されるブロック60dは、DC−DCコンバータ出力用コネクタ83をLSI51dに接続させるために、その通過のための開口部を有する形状である。同様に、これに対応して配置される熱伝導シート71、両面テープ72も、それぞれ対応する開口部が設けられた形状である。なおここでは前記ブロック60d、熱伝導シート71、両面テープ72に開口部を設けたが、開口部の無い複数のブロック60d等を組み合わせてDC−DCコンバータ出力用コネクタ83の配置部分に隣接して配置する構成等としてもよい。
DC−DCコンバータ80bは、電源部5から供給される直流電圧を変換(減圧)してLSI51dに対して適切な直流電圧の供給を行うユニットである。DC−DCコンバータ80bは、その下方向にDC−DCコンバータ出力用コネクタ83を有し、このDC−DCコンバータ出力用コネクタ83がLSI51d上部の対応するDC−DCコンバータ出力用コネクタ83に接続されることで電源供給配線が接続状態となる。
回路基板100c上における給電対象のLSI51dの配置を考慮してヒートシンク30dにおけるDC−DCコンバータ80bの配置や開口部の位置等が設計されている。電源部5からの供給電圧は、電源コモンバス、バックプレーン21、回路基板100d側のDC−DCコンバータ入力用コネクタ84、ヒートシンク30d側のDC−DCコンバータ入力用コネクタ84、電源/グランド配線85を通じてDC−DCコンバータ80bに入力される。そしてDC−DCコンバータ80bで電圧変換され、DC−DCコンバータ80bからそのDC−DCコンバータ出力用コネクタ83及びLSI51d側のDC−DCコンバータ出力用コネクタ83を通じてLSI51dに入力・供給される。
ヒートシンク30dへのDC−DCコンバータ80bの接続・固定は、前記DC−DCコンバータ接続手段としてのネジ等により、ベース部31dの上側平面にDC−DCコンバータ80bの下面が接しDC−DCコンバータ出力用コネクタ83がベース部31dの開口部に差し込まれた状態で接続・固定される。この接続・固定は、ベース部31dの上側平面とDC−DCコンバータ80bの下面との間に、図示しない熱伝導シート71を挟んで接続してもよい。前記DC−DCコンバータ接続手段は、例えば、DC−DCコンバータ80bの一つ以上の部位をネジによりヒートシンク30dのベース部31dにネジ止めする構成である。
またDC−DCコンバータ80bの位置は、回路基板100dの平面の上方、ヒートシンク30dのベース部31dの上側平面において、給電対象のLSI51dの上方で給電経路の距離が短くなる位置である。ここでは特に、DC−DCコンバータ80bを、LSI51dと基板垂直方向で略重なる真上の位置に配置している。なおここではLSI51dの略真上にDC−DCコンバータ80bを配置したが、ベース部31dの上側平面上のこの位置から、給電経路の距離が十分短く安定して給電を行える条件下でより離れた位置に配置するよう構成しても構わない。すなわち、基板平面で上からみたときに、DC−DCコンバータ80bとLSI51dとが一部重なる位置等における配置でも構わない。
DC−DCコンバータ80bは、その直下に対する電磁ノイズの影響が大きい。実施の形態4では、DC−DCコンバータ80bが回路基板100dの配線実装平面から離れて配置されるので、回路基板100d上の配線等に対する前記電磁ノイズの影響が減少される。またDC−DCコンバータ80bと給電対象のLSI51dとの電源供配線の長さが短い程、LSI51dの動作を安定させることができる。実施の形態4では、LSI51dの略真上にDC−DCコンバータ80bが配置されるので電源供給配線が十分短く、かつ、DC−DCコンバータ80b直下へのノイズの影響を抑えられる。またDC−DCコンバータ80bはヒートシンク30dに接して直接冷却される。
ヒートシンク付き基板40dを組み立てる手順について説明する。作業者は、実施の形態1と同様に、冷却対象部位を有する回路基板100dについて一つ以上のブロック60dを介してヒートシンク30dとの接続を行う。作業者は、回路基板100dとヒートシンク30dと一つ以上のブロック60dとDC−DCコンバータ80bとその他部品とをネジ止め等により接続・固定する。
まず、作業者は、ヒートシンク30dのベース部31dの上側平面に、回路基板100d上の給電対象のLSI51dの位置に合わせてDC−DCコンバータ80bを配置して前記ネジ止めにより接続・固定する。またDC−DCコンバータ80bの下部の出力端子にコネクタ83を接続する。またそれと共に、回路基板100d上の冷却対象部位の配置に合わせてベース部31dの下側平面にブロック60dを接続する。
そして、作業者は、実施の形態1と同様に、ヒートシンク30dのベース部31dの下側平面を回路基板100dの上平面(冷却対象部位を有する側)と相対させて、その間に冷却対象部位の上にブロック60dを挟んで、ヒートシンク固定台73、ネジ穴74及びネジ75等により全体を固定する。このとき二つのコネクタ83同士を接続する。また給電対象のLSI51dに関しては、その上部のブロック60d等の開口部を介してコネクタ83がLSI51dに接続されることで、DC−DCコンバータ80bとLSI51dとが電源供給配線を通じて接続される。また、電源/グランド配線85の一端をDC−DCコンバータ80bの入力端子を通じて接続し、他端をベース部31dのコネクタ84に接続する。二つのコネクタ84同士の接続により、DC−DCコンバータ80cと回路基板100dとが電源供給配線を通じて接続される。これにより、冷却対象部位の高さの違いを調整しつつ空間がブロック60dにより充填され、冷却対象部位からヒートシンク30dへ熱が移動するように接続される。
上記のような構成の下で、回路基板100d全体をそれと略同じ大きさの平面を持つ一つのヒートシンク30dで接続し、複数の冷却対象部位すなわちLSI51d及び配線エリア52dをまとめて冷却する。これと共に、ヒートシンク30dの上側面に接続されているDC−DCコンバータ80bからLSI51dに対し配線を通じて給電が行われる。
以上のような実施の形態4の構成の効果として、DC−DCコンバータ80bが回路基板100dの面から離れて配置されることで、DC−DCコンバータ80bから発生する電磁ノイズがDC−DCコンバータ80bの直下に与える影響を軽減でき伝送信号の劣化を抑えることができる。そのため、回路基板100d上で安定したデータ転送を行うことができる。またそれと共に、DC−DCコンバータ80bからLSI51dへの給電距離が短いため、LSI51dの電圧変動を検出して補正する場合の応答が高速になり、LSI51dへ安定した電圧供給を行うことができる。
また、回路基板100d上にDC−DCコンバータを搭載する必要が無く、回路基板100dの実装効率を向上させることができる。また、回路基板100dにおける電源層をその分減らすことができ、基板を薄くすることができる。また、DC−DCコンバータ80bがヒートシンク30dにより冷却されるので、DC−DCコンバータ80bの安定化にも寄与できる。
実施の形態4の変形例として、実施の形態2の構成を基本としてDC−DCコンバータを取り付ける構成とすることも可能である。すなわち、二つのベース部を持つヒートシンクの一方のベース部の内側平面上に一つのDC−DCコンバータが接続され、ここからこのベース部に接続される回路基板100上のLSIに対し給電が行われる。更に、このヒートシンクのもう一方のベース部の内側平面上に対しても別のDC−DCコンバータが接続され、ここからこのベース部に接続される他方の回路基板100上のLSIに対し給電が行われる構成である。
(実施の形態5)
次に、本発明の実施の形態5におけるディスクアレイ装置について説明する。図19は、実施の形態5のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40eの断面図である。また図20は、実施の形態5のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40eの分解状態を示す斜視図である。実施の形態5のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
次に、本発明の実施の形態5におけるディスクアレイ装置について説明する。図19は、実施の形態5のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40eの断面図である。また図20は、実施の形態5のディスクアレイ装置におけるヒートシンク付き基板40eの分解状態を示す斜視図である。実施の形態5のディスクアレイ装置の基本構成は、前記ディスクアレイ装置1の構成に従う。
実施の形態5では、実施の形態2の構成を基本として二枚の回路基板100を一つのヒートシンクで冷却すると共に、各回路基板100上のLSIの上方にヒートシンクのベース部を介して一つのDC−DCコンバータを配置し、この一つのDC−DCコンバータから各回路基板の二つのLSIに対して電源供給を行う構成である。前記二つのLSIは、相対する回路基板の平面において前記DC−DCコンバータを挟んで向かい合う略同位置に配置される。
実施の形態2の構成と実施の形態4の構成との組み合わせを考える。回路基板上の各LSI毎にDC−DCコンバータを取り付ける構成にすると、電圧変動等の影響により各LSIで供給される電圧が等しくなるとは限らない。従って、このLSI間でデータ転送を行う場合には、動作電圧の差によって送受信バッファのインピーダンスが変わるため、インピーダンス不整合により反射ノイズが発生して信号が劣化し高速データ転送できない可能性がある。
実施の形態5では、二枚の回路基板100C,100d上における冷却対象及び給電対象のLSI51C,51Dの位置が回路基板の相対した状態で略同位置となるように回路基板100C,100Dを設計しておく。この二枚の回路基板100C,100Dの間に一つのヒートシンク30eを挟んで接続する構成とする。二つのベース部31C,31Dを持つヒートシンク30eにおけるいずれかのベース部の内側平面において、前記略同位置となるLSI51C,51Dに対応する位置に一つのDC−DCコンバータ80cを取り付けた構成である。このDC−DCコンバータ80cから二つのLSI51C,51Dに対し、電源層における配線を介さずに直接、略等しい電圧での給電が行われる。
ヒートシンク付き基板40eは、主に、回路基板100C,100Dと、ヒートシンク30eと、ブロック60C,60Dと、DC−DCコンバータ80cとから構成される。また、配線のための部位として、DC−DCコンバータ出力用のコネクタ87A,87B、DC−DCコンバータ入力用のコネクタ84、ヒートシンク30eにおける電源/グランド配線85等を有する。また、ヒートシンク付き基板40eは、その接続・固定のための部品あるいは部位として、熱伝導シート71、両面テープ(低熱抵抗両面テープ)72、ヒートシンク固定台(ネジ受け)73、ネジ穴74、ネジ75を有する。また図示しないDC−DCコンバータ接続手段として接続・固定用ネジ等を有する。
回路基板100C上には、冷却対象部位として、一つ以上のLSI51Cと、一つ以上の配線エリア52Cとを有する。LSI51Cは、高速データ転送処理を行う電子部品であり、これに高速信号の伝送路となる配線から成る配線エリア52Cが接続されている。LSI51Cは、DC−DCコンバータ80cからの給電対象である。LSI51Cの上面には電源入力用のコネクタ87Aを備え、これがDC−DCコンバータ80c側のコネクタ87Aと接続される。回路基板100C上の配線エリア52Cは、バックプレーン接続コネクタ22に接続されており、更にバックプレーン21での配線を通じて、回路基板100Dあるいはその他の回路基板100と接続される。回路基板100Cの外周部には、ヒートシンク固定台73が設けられている。
回路基板100Dについても同様であり、冷却対象部位として、一つ以上のLSI51Dと、一つ以上の配線エリア52Dとを有する。LSI51Dは、DC−DCコンバータ80cからの給電対象である。LSI51CとLSI51Dは、回路基板100C,100Dを相対した状態で向かい合う略同位置に実装されている。なお図19,20中では、回路基板100C(100D)上に冷却対象として一つのLSI51C(51D)と一つの配線エリア52C(52D)のみ存在する例を示し、冷却対象部位ではないその他の電子部品や配線等に関しては図示を省略している。また給電対象として一つのLSI51C(LSID)のみ存在する例を示している。また、ここでは配線エリア52C(52D)に接続するブロック60C(60D)、熱伝導シート71、両面テープ72等は図示を省略している。
また、回路基板100Cは、ヒートシンク30e側からLSI51Cに対し給電が行われるため、各電源層にDC−DCコンバータ80cを経由してのLSI51Cに対する給電のための配線のほとんどを設ける必要が無い。回路基板100Dも同様である。
回路基板100C上の任意位置及びヒートシンク30eの一方のベース部31C(DC−DCコンバータ80cを接続する側)に、DC−DCコンバータ入力用のコネクタ84を備える。これは、電源部5、バックプレーン21からDC−DCコンバータ80cへの入力電圧/グランド供給用に回路基板100C側とヒートシンク30e側を接続するための電源入力用のコネクタである。コネクタ84は、回路基板100Cの配線に接続される側と、ヒートシンク30eのベース部31Cに接続される側とで構成されている。また電源部5、バックプレーン21からの配線が、バックプレーン接続コネクタ22を介して回路基板100Cにおけるコネクタ84まで繋がる。回路基板100C側とヒートシンク30e側の各コネクタ84が接続され、これとベース部31C上の電源/グランド配線85を通じて、電源部5、バックプレーン21からDC−DCコンバータ80cに入力電圧/グランド供給がなされる。
DC−DCコンバータ80cからLSI51Cまでの電源供給配線は、DC−DCコンバータ80cからDC−DCコンバータ出力用のコネクタ87Aを通じて給電対象のLSI51Cに入力される。コネクタ87Aは、DC−DCコンバータ80cからLSI51Cへの電源出力用のコネクタであり、DC−DCコンバータ80c下部の出力端子に接続される側と、LSI51Cの入力端子に接続される側とで構成されている。
同様にDC−DCコンバータ80cからLSI51Dまでの電源供給配線は、DC−DCコンバータ80cからDC−DCコンバータ出力用のコネクタ87Bを通じて給電対象のLSI51Dに入力される。コネクタ87Bは、DC−DCコンバータ80cからLSI51Dへの電源出力用のコネクタであり、DC−DCコンバータ80c上部の出力端子に接続される側と、LSI51Dの入力端子に接続される側とで構成されている。コネクタ84,87A,87Bはネジ等の手段によりヒートシンク30eに固定される。
ヒートシンク30eは、二つのベース部31C,31Dと放熱フィン32eと図示しないDC−DCコンバータ接続手段とを有する。ヒートシンク30bと略同様の構成であるが、そのベース部31C,31DにDC−DCコンバータ接続手段を通じてDC−DCコンバータ80cを接続可能であることが異なる。ヒートシンク30eは、回路基板100C,100D上の冷却対象部位であるLSI51C,51Dと配線エリア52C,52Dをまとめて冷却するための部品であると共に、DC−DCコンバータ80cを接続する部品である。ヒートシンク30eのベース部31Cの内側平面すなわち放熱フィン32eの存在する側の面に、DC−DCコンバータ80cが接続されると共に、ベース部31Cの外側平面にブロック60Cを介して回路基板100Cが取り付けられる。またベース部31Dの外側平面にブロック60Dを介して回路基板100Dが取り付けられる。ヒートシンク30eの各ベース部31C,31Dの外周部にはネジ穴74が設けられている。
また、ヒートシンク30eは、DC−DCコンバータ80cを内側平面に搭載できるように、あらかじめその搭載位置には放熱フィン32eの領域における個々のフィンの部分が無い平面となっている構成である。ここでは構成例として、ヒートシンク30eの放熱フィン32eの領域において、DC−DCコンバータ80c搭載位置とその手前方向の領域には個々のフィンが無い形状を示す。また、ヒートシンク30eは、DC−DCコンバータ80cが配置される位置に対応してベース部31C,31Dにそれぞれ開口部等が設けられており、ここにDC−DCコンバータ出力用のコネクタ87A,87Bがそれぞれ差し込まれ接続される構造である。また、ヒートシンク30eは、ベース部31Cの、回路基板100Cにおけるコネクタ84の取り付け箇所と対応する位置に開口部等が設けられており、ここにDC−DCコンバータ入力用のコネクタ84が差し込まれ接続される構造である。
ヒートシンク30eでDC−DCコンバータ80cを接続する側のベース部(ここでは31C)の内側平面上に、DC−DCコンバータ入力電圧供給用に電源/グランド配線85及びコネクタ84等を設けるが、他方のベース部(ここでは31D)の側には設ける必要はない。ヒートシンク30eでのベース部31Cの内側平面における電源/グランド配線85の設置は、実施の形態4の場合と同様である。すなわちコネクタ84からDC−DCコンバータ80cまでの間が電源/グランド配線85により配線される。電源/グランド配線85は放熱フィン32eの領域における個々のフィンの間を経由する。ベース部31Cの上側平面で放熱フィン32eの領域における個々のフィンの間に絶縁体86による層を設ける。その絶縁体86の層上に電源/グランド配線85が配線される。
ブロック60C,60Dは、実施の形態1と同様に、材料として熱伝導率の高いアルミニウムや銅などを用いて構成され、回路基板100C,100D上の冷却対象部位の高さに応じてヒートシンク30eとの接続を行うためのものである。回路基板100C,100D上の各冷却対象部位の配置や形状に合わせて各ブロック60C,60Dの配置が決定される。また、ブロック60C,60Dのうち、冷却対象でありかつ給電対象であるLSI51C,51Dの上に配置されるブロック60C,60Dは、コネクタ87A,87BをLSI51C,51Dにそれぞれ接続させるために、その通過のための開口部を有する形状である。同様に、これに対応して配置される熱伝導シート71、両面テープ72も、それぞれ対応する開口部が設けられた形状である。
DC−DCコンバータ80cは、電源部5から供給される直流電圧を変換(減圧)してLSI51Cと51Dに対して適切な直流電圧の供給を行うユニットである。LSI51Cと51Dに供給される電圧は略等しくなる。DC−DCコンバータ80cは、その下方向にDC−DCコンバータ出力用のコネクタ87Aを有し、このコネクタ87AがLSI51C上部の対応するコネクタ87Aに接続されることで電源供給配線が接続状態となる。同様に、DC−DCコンバータ80cは、その上方向にDC−DCコンバータ出力用のコネクタ87Bを有し、このコネクタ87BがLSI51D上部の対応するコネクタ87Bに接続されることで電源供給配線が接続状態となる。
回路基板100C,100D上における給電対象のLSI51C,51Dの配置を考慮してヒートシンク30eにおけるDC−DCコンバータ80cの配置や開口部の位置等が設計されている。電源部5からの供給電圧は、電源コモンバス、バックプレーン21、回路基板100C側のコネクタ84、ヒートシンク30e側のコネクタ84、電源/グランド配線85を通じてDC−DCコンバータ80cに入力される。そしてDC−DCコンバータ80cで電圧変換され、DC−DCコンバータ80cからそれぞれコネクタ87A,87Bを通じてLSI51C,51Dに入力・供給される。
ヒートシンク30eへのDC−DCコンバータ80cの接続・固定は、前記DC−DCコンバータ接続手段としてのネジ等により、ベース部31Cの内側平面にDC−DCコンバータ80cの下面が接しDC−DCコンバータ出力用のコネクタ87Aがベース部31Cの開口部に差し込まれた状態で接続・固定される。この接続・固定は、ベース部31Cの上側平面とDC−DCコンバータ80cの下面との間に、図示しない熱伝導シート71を挟んで接続してもよい。前記DC−DCコンバータ接続手段は、例えば、DC−DCコンバータ80cの一つ以上の部位をネジによりヒートシンク30eのベース部31Cにネジ止めする構成である。
またDC−DCコンバータ80cの位置は、回路基板100Cの平面の上方、ヒートシンク30eのベース部31Cの内側平面において、給電対象のLSI51Cと51Dの間で双方への給電経路の距離が短くなる位置である。ここでは特に、DC−DCコンバータ80cを、LSI51Cと51Dとに基板垂直方向で略重なる真上の位置に配置している。なおここではLSI51Cと51Dの略真上にDC−DCコンバータ80cを配置したが、ベース部31Cの内側平面上のこの位置から、給電経路の距離が十分短く安定して給電を行える条件下でより離れた位置に配置するよう構成しても構わない。すなわち、基板平面で上からみたときに、DC−DCコンバータ80cとLSI51C,51Dとが一部重なる位置等における配置でも構わない。
DC−DCコンバータ80cは、その直下に対する電磁ノイズの影響が大きい。実施の形態5では、DC−DCコンバータ80cが回路基板100C,100Dの配線実装平面から離れて配置されるので、回路基板100C,100D上の配線等に対する前記電磁ノイズの影響が減少される。またDC−DCコンバータ80cと給電対象のLSI51C,51Dとの電源供配線の長さが短い程、LSI51C,51Dの動作を安定させることができる。実施の形態5では、LSI51C,51Dの略真上にDC−DCコンバータ80cが配置されるので電源供給配線が十分短く、かつ、DC−DCコンバータ80c直下へのノイズの影響を抑えられる。またDC−DCコンバータ80cはヒートシンク30eに接して直接冷却される。
ヒートシンク付き基板40eを組み立てる手順について説明する。作業者は、実施の形態2と同様に、冷却対象部位を有する二枚の回路基板100C,100Dについてそれぞれ一つ以上のブロック60C,60Dを介してヒートシンク30eとの接続を行う。作業者は、回路基板100C,100Dとヒートシンク30eと一つ以上のブロック60C,60DとDC−DCコンバータ80cとその他部品とをネジ止め等により接続・固定する。
まず、作業者は、ヒートシンク30eにDC−DCコンバータ80cを接続して、二枚のうち一方の回路基板100Cを接続する。作業者は、ヒートシンク30eのベース部31Cの内側平面に、回路基板100C,100D上の給電対象のLSI51C,51Dの位置に合わせてDC−DCコンバータ80cを配置して前記ネジ止めにより接続・固定する。またDC−DCコンバータ80cの下部の出力端子にコネクタ87Aを接続する。またそれと共に、回路基板100C上の冷却対象部位の配置に合わせてベース部31Cの外側平面にブロック60Cを接続する。
そして、作業者は、実施の形態2と同様に、ヒートシンク30eのベース部31Cの外側平面を回路基板100Cの上平面(冷却対象部位を有する側)と相対させて、その間に冷却対象部位の上にブロック60Cを挟んで、ヒートシンク固定台73、ネジ穴74及びネジ75等により全体を固定する。このとき二つのコネクタ87A同士を接続する。また二つのコネクタ84同士を接続する。給電対象のLSI51Cに関しては、その上部のブロック60C等の開口部を介してコネクタ87AがLSI51Cに接続されることで、DC−DCコンバータ80cとLSI51Cとが電源供給配線を通じて接続される。また電源/グランド配線85の一端をDC−DCコンバータ80cに入力端子を通じて接続し、他端をベース部31Cのコネクタ84を通じて接続する。二つのコネクタ84同士の接続により、DC−DCコンバータ80cと回路基板100Cとが電源供給配線を通じて接続される。これにより、冷却対象部位の高さの違いを調整しつつ空間がブロック60Cにより充填され、冷却対象部位からヒートシンク30cへ熱が移動するように接続される。
次に、作業者は、もう一方の回路基板100D上の冷却対象部位の配置に合わせてヒートシンク30eのベース部31Dの外側平面にブロック60Dを接続する。そして、作業者は、ヒートシンク30eのベース部31Dの外側平面を回路基板100Dの上平面(冷却対象部位を有する側)と相対させて、その間に冷却対象部位の上にブロック60Dを挟んで、ヒートシンク固定台73、ネジ穴74及びネジ75等により全体を固定する。このときLSI51CとDC−DCコンバータ80cとLSI51Dとが基板平面に垂直で略同一の位置に配置されるように接続する。またこのとき二つのコネクタ87B同士を接続する。給電対象のLSI51Dに関しては、その上部のブロック60D等の開口部を介してコネクタ87BがLSI51Dに接続されることで、DC−DCコンバータ80cとLSI51Dとが電源供給配線を通じて接続される。これにより、冷却対象部位の高さの違いを調整しつつ空間がブロック60Dにより充填され、冷却対象部位からヒートシンク30cへ熱が移動するように接続される。
上記のような構成の下で、二枚の回路基板100C,100Dの全体をそれと略同じ大きさの平面を持つ一つのヒートシンク30eで接続し、複数の冷却対象部位すなわちLSI51C,51D及び配線エリア52C,52Dをまとめて冷却する。これと共に、ヒートシンク30eの内側の放熱フィン32eの領域に接続・配置されているDC−DCコンバータ80cからLSI51Cと51Dに対し配線を通じて略等しい電圧で給電が行われる。
以上のような実施の形態5の構成の効果として、一つのDC−DCコンバータ80cを二つのLSI51C,51Dで共通して使用する構成であるため、各LSI51C,51Dへの供給電圧を略等しくすることができる。従って、この二つのLSI51C,51D間でデータ転送を行う際にも供給電圧差によるインピーダンス不整合を無くして反射ノイズを抑えることで高速データ転送が可能となる。また、DC−DCコンバータ80cが回路基板100C,100Dの面から離れて配置されることで、DC−DCコンバータ80cから発生する電磁ノイズがDC−DCコンバータ80cの直下に与える影響を軽減でき伝送信号の劣化を抑えることができる。そのため、回路基板100C,100D上で安定したデータ転送を行うことができる。またそれと共に、DC−DCコンバータ80cからLSI51C,51Dへの給電距離が短いため、LSI51C,51Dの電圧変動を検出して補正する場合の応答が高速になり、LSI51C,51Dへ安定した電圧供給を行うことができる。
また、回路基板100C,100D上にDC−DCコンバータを搭載する必要が無く、回路基板100C,100Dの実装効率を向上させることができる。また、回路基板100C,100Dにおける電源層をその分減らすことができ、各基板を薄くすることができる。また、DC−DCコンバータ80cがヒートシンク30eにより冷却されるので、DC−DCコンバータ80cの安定化にも寄与できる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、回路基板100上の冷却対象部位とヒートシンクとの接続に関し、一部、ブロック無しで直接接続する構成としてもよい。例えば、冷却対象となる複数のLSI51が存在する場合に、その高さが一番高いLSI51についてはブロックを介さずにヒートシンクと接続される構成とする。この場合、その分ヒートシンク付き基板40の高さを低くできる。
また例えば、回路基板100上の冷却対象部位とヒートシンクとの接続に関し、一部、ブロック無しの空間を設けた構成としてもよい。例えば、冷却対象部位の一部例えば配線エリア52について、その上にブロックを両面テープ72等を通じて接続し、このブロックがヒートシンクの接続用平面とは接続されず、この配線エリア52に隣接するLSI51あるいはその上のブロックに接続される。この場合でも、配線エリア52上のブロックからLSI51及びその上のブロックを通じてヒートシンクに接続されているので、熱の移動が行われる。配線エリア52は、それ自体は発熱しないが、隣接するLSI51の処理量や位置関係によりエリア内で高温部・低温部と温度差が発生する。配線エリア52上のブロックは、前記隣接するLSI51あるいはその上部のブロック等と接することで熱の移動が行われるので温度差の平均化の役割を果たす。配線エリア52a上に接続されたブロックを通じてエリア内の温度の偏りが平均化され軽減される。
また例えば、高速処理を担う電子部品及びその配線エリアを冷却対象とすることに加え、中速や低速処理を担う電子部品等を前記高速処理を担う電子部品の冷却よりも弱い冷却の対象とする構成も可能である。前記配線エリアや前記中速・低速処理を担う電子部品及びその配線エリアに対して熱伝導性ブロックを接続する場合に、高速処理を行う電子部品に対して配置するブロックほど高い熱伝導性は必要ない。よって、これに対して前記アルミニウムや銅よりも熱伝導性の低い材質のブロック等を使用した構成としてもよい。
本発明は、ディスクアレイ装置及び回路基板の冷却技術として利用可能である。
1…ディスクアレイ装置、2,2a,2b…ロジックボックス、3…HDDボックス、4…AC電源、5…電源部、6…バッテリ、7,7a,7b,7c…ファン、10a,10b…筐体、11…チャネルアダプタボード、12…スイッチボード、13…キャッシュボード、14…ディスクアダプタボード、21…バックプレーン、22…バックプレーン接続コネクタ、30a,30b,30c,30d,30e…ヒートシンク、31a,31A,31B,31c,31d,31C,31D…ベース部、32a,32b,32c,32d,32e…放熱フィン、40,40a,40b,40c,40d,40e…ヒートシンク付き基板、51,51a,51A,51B,51c,51d,51C,51D…LSI、52,52a,52A,52B,52c,52d,52C,52D…配線エリア、53…最小冷却対象範囲、60a,60A,60B,60c,60d,60C,60D…ブロック、71,71c…熱伝導シート、72…両面テープ、73…ヒートシンク固定台、74…ネジ穴、75…ネジ、80a,80b,80c…DC−DCコンバータ、81…リード線、82…スルーホール、83,84,87A,87B…コネクタ、85…電源/グランド配線、86…絶縁体、100,100a,100A,100B,100c,100d,100C,100D…回路基板、110a,110b…CHALSI、111a,111b,111c,111d…配線、120a,120b…SwitchLSI、130a,130b…CacheLSI、131a,131b…メモリ(DIMM)、140a,140b…DKALSI、150…ディスク装置、200…ホスト。
Claims (20)
- チャネルアダプタボード、スイッチボード、キャッシュボード、及びディスクアダプタボードを含む複数の回路基板を有して成る制御部と、前記制御部により制御されるディスク装置と、前記回路基板に電源を供給する電源供給部と、装置内に通風を行うファンとを備えたディスクアレイ装置であって、
前記回路基板は、その基板上に電子部品または配線エリアまたはその両方を含む冷却対象部位を有し、熱伝導性を有するブロックを挟んでヒートシンクが取り付けられた状態でロジックボックス内に収容され、
前記ヒートシンクは、前記冷却対象部位の上面全部を覆う接続用平面を持つベース部と放熱フィンとを有し、
前記ブロックは、前記回路基板の冷却対象部位の上面と前記ヒートシンクの接続用平面とに接する形状を有し、前記冷却対象部位の熱を前記ヒートシンク側に伝えることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記ヒートシンクのベース部は、板型形状で一方に前記接続用平面を有し、その反対側の平面上に前記放熱フィンが複数の円筒状フィンのマトリクス状配置で設けられていることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記回路基板上には、前記冷却対象部位として、前記電子部品としてデータ転送処理を行う集積回路部品と、前記配線エリアとして前記集積回路部品に接続され前記データ転送の伝送路となる配線と、を有し、
前記ブロックは、前記集積回路部品と配線のそれぞれに対応してその高さ及び上面形状に応じた一つまたは複数のブロックで構成され、
前記集積回路部品と配線が前記一つまたは複数のブロックにより前記ヒートシンクの接続用平面に接続されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記回路基板上の冷却対象部位と前記ブロックとの接続面には熱伝導性を有するシートが挟まれ、
前記ブロックと前記ヒートシンクとの接続面は低熱抵抗の両面テープにより接続されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記回路基板と前記ヒートシンクとが双方の平面における複数箇所がネジ止めされることにより前記ブロックを含む全体が固定され、この状態で前記ロジックボックス内に収容されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記ヒートシンクの接続用平面の大きさは、前記回路基板の平面の大きさと略同一であることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記ヒートシンクの接続用平面の大きさは、前記回路基板上の複数の冷却対象部位の上面全部を覆う最小冷却対象範囲分の大きさであることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記回路基板を二枚で一組とし、前記一組の回路基板の前記冷却対象部位を有する側の平面同士が相対してその間に熱伝導性を有するブロックを挟んで一つのヒートシンクを挟んで取り付けられた状態で前記ロジックボックス内に収容され、
前記ヒートシンクは、前記一組の回路基板を接続するための接続用平面を持つ二つのベース部と放熱フィンとを有し、
前記ブロックとして、第一の回路基板の冷却対象部位の上面と第一の接続用平面とに接する形状の第一のブロックと、第二の回路基板の冷却対象部位の上面と第二の接続用平面とに接する形状の第二のブロックとを有することを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項8記載のディスクアレイ装置において、
前記ヒートシンクの二つのベース部は、板型形状で平行であり、各外側平面に前記接続用平面を有し、
前記放熱フィンが前記二つのベース部の内側平面間を接続する形で複数の円筒状フィンのマトリクス状配置で設けられていることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項8記載のディスクアレイ装置において、
前記第一及び第二の回路基板上には、前記冷却対象部位として、前記電子部品としてデータ転送処理を行う集積回路部品と、前記配線エリアとして前記集積回路部品に接続され前記データ転送の伝送路となる配線と、を有し、
前記第一、第二の回路基板間でそれぞれの前記集積回路部品同士が前記伝送路となる配線と前記ロジックボックスのバックプレーンでの配線とを通じてデータ転送を行うことを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項8記載のディスクアレイ装置において、
前記一組の回路基板と前記一つのヒートシンクとが各平面における複数箇所がネジ止めされることにより前記ブロックを含む全体が固定され、この状態で前記ロジックボックス内に収容されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記回路基板上の電子部品に対する給電を行うDC−DCコンバータを有し、
前記DC−DCコンバータは、前記給電対象の電子部品の近傍で、前記ヒートシンクの接続用平面で前記回路基板の平面から離れた状態で取り付けられ、
前記DC−DCコンバータから前記回路基板の電源層における配線を通じて前記電子部品に給電されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項12記載のディスクアレイ装置において、
前記DC−DCコンバータは、前記ヒートシンクの接続用平面において前記給電対象の電子部品の隣で斜め上に接続及び固定されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
前記回路基板上の電子部品に対する給電を行うDC−DCコンバータを有し、
前記DC−DCコンバータは、前記給電対象の電子部品の近傍で、前記ヒートシンクのベース部の接続用平面と反対側の面に取り付けられ、
前記DC−DCコンバータから前記ヒートシンクに設けられた開口部と電源供給配線を介して前記電子部品に対し給電されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項14記載のディスクアレイ装置において、
前記DC−DCコンバータは、前記給電対象の電子部品の略真上に配置されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項14記載のディスクアレイ装置において、
前記DC−DCコンバータと前記給電対象の電子部品とが、前記DC−DCコンバータからの電源供給出力用の第一のコネクタで接続され、
前記ヒートシンクのベース部と前記回路基板側の電源供給配線とが、前記DC−DCコンバータへの電源供給入力用の第二のコネクタで接続され、
前記ヒートシンク側において前記DC−DCコンバータと前記第一のコネクタと前記第二のコネクタとが電源/グランド配線を通じて接続されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項14記載のディスクアレイ装置において、
前記ヒートシンクは、前記放熱フィンが設置される平面に前記DC−DCコンバータを取り付けるためのスペースを有することを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項8記載のディスクアレイ装置において、
前記一組の回路基板において前記ヒートシンクを挟んで相対する二つの電子部品に対して給電を行うDC−DCコンバータを有し、
前記DC−DCコンバータは、前記給電対象の二つの電子部品の近傍で、前記ヒートシンクの前記放熱フィンの設置領域に取り付けられ、
前記DC−DCコンバータから前記ヒートシンクの二つのベース部にそれぞれ設けられた開口部と電源供給配線を介して前記二つの電子部品に対し給電されることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項18記載のディスクアレイ装置において、
前記DC−DCコンバータは、前記ヒートシンクの一方のベース部の接続用平面と反対側の面上に取り付けられることを特徴とするディスクアレイ装置。 - 請求項18記載のディスクアレイ装置において、
前記一組の回路基板における前記二つの給電対象の電子部品は、基板平面上で前記ヒートシンクを挟んで略同じ位置となるように実装され、
前記DC−DCコンバータは、前記二つの給電対象の電子部品の略真上に配置されることを特徴とするディスクアレイ装置。
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