JP2007250692A

JP2007250692A - ヒートシンクの基板への実装構造及び実装方法

Info

Publication number: JP2007250692A
Application number: JP2006070015A
Authority: JP
Inventors: Koichi Fujioka; 浩一藤岡
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-27
Also published as: CN101038899A; EP1835378A2; TW200813694A; US7443687B2; HK1111521A1; CN101038899B; AU2007201068A1; US20070217164A1

Abstract

【課題】容積の大きいヒートシンクが実装可能であり、シングルＣＰＵとデュアルＣＰＵでの基板の共通化が可能であると共に、ＣＰＵ増設時におけるＣＰＵ及びヒートシンクの取り付けが容易なヒートシンクの基板への実装構造及び実装方法を提供する。
【解決手段】メイン基板２にはＣＰＵが実装され、このＣＰＵを冷却するためのヒートシンク３がメイン基板２の表側に設置されている。また、メイン基板２の裏側には、増設用のＣＰＵを冷却するためのヒートシンク４が設置されている。増設用のＣＰＵをヒートシンク４で冷却するために、増設用のＣＰＵはメイン基板から着脱可能な子基板１７に設けられており、子基板１７はメイン基板２とコネクタで接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、増設用のＣＰＵを冷却するためのヒートシンクの基板上への実装構造に関する。

近時、コンピュータの機能として必要な要素であるＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）、メモリ、及びハードディスク等を１枚の薄く細長い形状をしたブレード（刃）基板に実装し、必要な枚数を接続して構成するブレードサーバが使用されている。ブレードサーバは集積度が高く、サーバを多数用意できることから信頼性が高い。

従来、ブレードサーバにおいては、ＣＰＵとヒートシンクは基板の表側に取り付けられる。近時、ＣＰＵの発熱量が増えるにつれ、ヒートシンクのサイズが大きくなり、冷却条件を満たすヒートシンクの実装スペースの確保が困難になっている。また、シングルＣＰＵとデュアルＣＰＵでの基板共通化、ＣＰＵ増設時におけるＣＰＵとヒートシンクの取り付け容易性が求められている。

特許文献１では、ヒートシンクがＬＳＩパッケージ上に形成されたＬＳＩパッケージモジュールをプリント基板に取り付ける際に、プリント基板にヒートシンクが貫通する穴を設け、ヒートシンクをプリント基板の裏面に設置するようにしている。このような構成により、ヒートシンクの高さから決まるプリント基板の厚さを小さくし、プリント基板を重ねて実装する場合の実装スペースの効率化を図っている。また、ヒートシンクが基板の裏面に設置されることから、基板の両面に均等に冷却空気が接触できるため、冷却効果が高まる。

昭５８−１０５５５６号公報

しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。

上述のように、従来のブレードサーバにおいては、ＣＰＵの発熱量が増えるにつれ、ヒートシンクのサイズが大きくなり、冷却条件を満たすヒートシンクの実装スペースの確保が困難になっているという問題点があった。また、シングルＣＰＵとデュアルＣＰＵでの基板の共通化が求められ、ＣＰＵの増設時においてもシングルＣＰＵのヒートシンクの取り外し又は廃棄が不要で、増設ＣＰＵとヒートシンクの取り付けが容易な実装構造が必要とされている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、容積の大きいヒートシンクが実装可能であり、シングルＣＰＵとデュアルＣＰＵでの基板の共通化が可能であると共に、ＣＰＵ増設時におけるＣＰＵ及びヒートシンクの取り付けが容易なヒートシンクの基板への実装構造及び実装方法を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートシンクの基板への実装構造は、開口部を有するメイン基板と、このメイン基板に装着された第１のＣＰＵと、前記開口部を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に装着される子基板と、前記第１のＣＰＵが装着された側とは反対側から前記開口部を介して前記子基板に装着された第２のＣＰＵと、前記第１のＣＰＵ及び前記子基板を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に設置された第１のヒートシンクと、前記開口部における前記第２のＣＰＵを覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面とは反対側の面上に設置された第２のヒートシンクと、を有することを特徴とする。

前記子基板は、コネクタを介して前記メイン基板に電気的に接続することができる。また、前記メイン基板上のＣＰＵ増設用のソケットは前記子基板に分離して設け、前記第２のＣＰＵを、前記子基板上に設けられたこのソケットを介して接続することができる。

前記メイン基板はサーバブレードであり、ブレードサーバ内に設置されるものであってもよい。また、前記メイン基板に設置された前記第１及び第２のヒートシンクの前記メイン基板の短手方向に沿った長さは、前記メイン基板の短手方向の長さに等しくすることができる。

本発明に係るヒートシンクの基板への実装方法は、メイン基板に第１のＣＰＵを装着する工程と、前記メイン基板に設けられた開口部を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に子基板を装着する工程と、前記メイン基板をフレームに装着する工程と、前記第１のＣＰＵ及び前記子基板を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に第１のヒートシンクを設置する工程と、前記第１のＣＰＵが装着された側とは反対側から前記開口部を介して前記子基板に第２のＣＰＵを装着する工程と、前記開口部における前記第２のＣＰＵを覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面とは反対側の面上に第２のヒートシンクを設置する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ＣＰＵの増設時にＣＰＵの冷却に必要なヒートシンクの効率的な実装スペースを確保することができ、容積の大きいヒートシンクの実装が可能となる。また、ＣＰＵを増設し、デュアルＣＰＵとした場合でも、メイン基板を共有することができる。更にまた、ＣＰＵの増設時にメイン基板に実装されたＣＰＵ及びヒートシンクを取り外すことなく、増設ＣＰＵ及びこの増設ＣＰＵを冷却するためのヒートシンクを取り付けることができるため、作業が簡素化される。

以下、本発明の実施形態に係るヒートシンク搭載基板について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るヒートシンク搭載基板であるブレードサーバ全体の外観を示す斜視図である。

図１に示すように、メイン基板２はフレーム１に装着されており、メイン基板２の表側である一方の面上にはメイン基板２に装着されたＣＰＵを冷却するためのヒートシンク３が設けられており、また、メイン基板２の裏側である他方の面上には増設ＣＰＵを冷却するためのヒートシンク４が設けられている。増設ＣＰＵは子基板１７に装着され、子基板１７はメイン基板２に着脱可能に取り付けられている。即ち、増設ＣＰＵをメイン基板２の裏面に設置されたヒートシンク４で冷却するために、増設ＣＰＵをその装着用のソケットも含めて子基板１７として分離し、メイン基板との間をコネクタで接続している。このような構成により、メイン基板２上のＣＰＵ、子基板１７上の増設ＣＰＵを冷却するために必要なヒートシンク領域が確保されている。

次に、本実施形態におけるブレードサーバを構成する各構成部品について順次説明する。先ず、メイン基板について説明する。図２は、本実施形態におけるメイン基板の斜視図である。図２に示すように、メイン基板２の表面上には、ＣＰＵをメイン基板２に装着するためのソケット６が設けられており、このソケット６を介してＣＰＵ５が装着されている。また、メイン基板２には矩形の開口穴が設けられており、この開口穴の周囲には子基板が接続されるメイン基板側接続コネクタ７が設けられている。

次に、子基板について説明する。図３は、本実施形態における子基板の斜視図であり、（ａ）子基板の表面側、（ｂ）子基板の裏面側を示す。子基板１７は矩形の透明基板からなり、図３（ａ）に示す表面側が、メイン基板２の表面側に配置されるように、子基板１７はメイン基板に装着される。図３（ｂ）に示すように、子基板２のメイン基板への接続面である裏面側には、ソケット９が設けられており、このソケット９により増設ＣＰＵであるＣＰＵ８が実装されている。また、子基板１７には、メイン基板２と電気的に接続するための子基板側接続コネクタ１０が設けられている。このように、増設ＣＰＵ用のソケットは、メイン基板から切り離され、着脱可能な子基板に設けられている。

次に、図４を参照して、ヒートシンクについて説明する。図４は、本実施形態におけるヒートシンクの斜視図であり、（ａ）ヒートシンクの表面側、（ｂ）ヒートシンクの
裏面側を示す。本実施形態におけるヒートシンクは、ＣＰＵの冷却効果を高めるため、ブレードの幅寸法を最大に使った構造となっている。即ち、図４（ａ）に示すヒートシンクの図面縦方向の幅は、図１（ａ）に示すように、メイン基板２の図面縦方向の幅と同じになっている。図４（ｂ）に示すように、ヒートシンク１１の裏面には、ヒートシンク１１をメイン基板に固定するための複数のヒートシンク固定ネジ１２が設けられている。また、ＣＰＵからの熱を伝導するためのサーマルインターフェィス１３が設けられている。

次に、フレームについて説明する。図５は、本実施形態におけるフレームの斜視図である。図５に示すように、フレーム１には、その表側と裏側からヒートシンクを固定可能な複数のスタッド１４が立設されている。スタッド１４には、貫通の雌ネジが加工されている。また、フレーム１には開口穴１５が設けられている。

上述のような構成部品を組み合わせることにより、図１に示す本実施形態におけるブレードサーバは構成される。そこで、以下では、各部品の組立工程について説明し、本実施形態の構成をより詳細に説明する。

図６は、シングルＣＰＵ実装時の組立参考図である。図６（ａ）に示すように、メイン基板２には、メイン基板側接続コネクタと子基板側の接続コネクタとを接続することにより、子基板１７が装着されている。子基板１７には、ＣＰＵは実装されていない。次に、図６（ｂ）に示すように、子基板１７が実装されたメイン基板２をフレーム１に装着する。そして、メイン基板２の表面の上方にＣＰＵ冷却用のヒートシンク３を配置し、ヒートシンク固定ネジとスタッド１４とを嵌合させることによりヒートシンク３をメイン基板２に固定する。

図７は、シングルＣＰＵ実装後の外観を示す斜視図である。図７（ａ）に示すように、メイン基板２の表面には、ヒートシンク３が装着されている。また、図７（ｂ）に示すように、フレーム１の裏面の開口穴１５から、子基板１７に設けられたソケット９が視認できる。シングルＣＰＵの状態では、増設ＣＰＵは取り付けられていない。図７（ａ）では、ＣＰＵ冷却用の風であるエアーフロー１６が図の矢印の方向に吹いており、ヒートシンク３を冷やす。

図８は、ＣＰＵ増設時の組立参考図である。図８に示すように、増設用のＣＰＵ８は、ソケット９を介して子基板に装着される。更に、子基板に装着され開口穴に配置されたＣＰＵ８を覆うようにしてヒートシンク４をフレーム１に装着する。このように、ＣＰＵの増設時には、メイン基板の表側に取り付けられたＣＰＵ冷却用のヒートシンクを取り外すことなく、メイン基板の裏側より増設用のＣＰＵ８及びヒートシンク４の取り付けが行えるため、増設作業が簡単になる。

図９は、デュアルＣＰＵ時のブレードサーバの外観を示し、（ａ）メイン基板の表面側からの斜視図、（ｂ）メイン基板の裏面側からの斜視図、（ｃ）（ａ）におけるエアーフローの下流側から見た場合の平面図である。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、メイン基板の両面には夫々ヒートシンク３及び４が実装されており、ヒートシンク３及び４は基板の両面に沿って流れるエアーフロー１６により冷却される構造となっている。図９（ｃ）に示すように、このブレードサーバの幅は、シングルＣＰＵ時には、１スロットのブレードの幅で納まる。一方、ＣＰＵ増設時には、増設ＣＰＵ冷却用のヒートシンク４が実装されるため、２スロットのブレードの幅が必要となる。しかしながら、本実施形態によれば、容量の大きなヒートシンクが搭載できるため、高い発熱量のＣＰＵが装置に搭載できる。

次に、本実施形態の動作について説明する。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、メイン基板の表面に実装されたＣＰＵはヒートシンク３により覆われており、また、増設ＣＰＵは、メイン基板の裏面に設置されたヒートシンク４により覆われている。ＣＰＵ及び増設ＣＰＵを動作させると発熱するが、これらのＣＰＵからの熱は、ヒートシンク全体に拡散される。そして、ＣＰＵからの熱により温度が上昇したヒートシンク３及び４は、メイン基板の表面及び裏面に沿って流れるエアーフロー１９により冷却される。

このようにして、本実施形態によれば、ブレードサーバに実装されデュアルＣＰＵの冷却に必要なヒートシンクの実装スペースを効率的に確保できる。また、エアーフローに対し、メイン基板に実装されたＣＰＵと増設ＣＰＵの受ける風が分離されており、メイン基板に実装されたＣＰＵにより暖められた風を増設ＣＰＵが直接受けることがない。このため、各ヒートシンクがフレッシュエアーを受けられる風向き方向の断面積を大きくとることができる。また、ＣＰＵとヒートシンクの距離が近いため、ヒートシンクの形状も効率の良い形にでき、冷却効率の高いものとなる。

また、本実施形態によれば、シングルＣＰＵとデュアルＣＰＵのメイン基板を共通にすることができる。

また、ＣＰＵの増設時に、シングルＣＰＵのヒートシンクを取り外す必要がない。１度電源を入れた装置は、ＣＰＵの発熱でサーマルインターフェィスがヒートシンクとＣＰＵに密着するため、ヒートシンクの取り外しが難しくなる。また、取り外した場合には、再度装着する際、密着したサーマルインターフェィスを払う必要があり、作業が大変になる。従って、本実施形態においては、シングルＣＰＵのヒートシンクは取り外す必要がなく、ＣＰＵ及びヒートシンクを増設することができる。

本発明の実施形態におけるブレードサーバ全体の外観を示す斜視図である。本実施形態におけるメイン基板の斜視図である。本実施形態における子基板の斜視図であり、（ａ）子基板の表面側、（ｂ）子基板の裏面側を示す。本実施形態におけるヒートシンクの斜視図であり、（ａ）ヒートシンクの表面側、（ｂ）ヒートシンクの裏面側を示す。本実施形態におけるフレームの斜視図である。シングルＣＰＵ実装時の組立参考図である。シングルＣＰＵ実装後の外観を示す斜視図である。ＣＰＵ増設時の組立参考図である。デュアルＣＰＵ時のブレードサーバの外観を示し、（ａ）メイン基板の表面側からの斜視図、（ｂ）メイン基板の裏面側からの斜視図、（ｃ）（ａ）におけるエアーフローの下流側から見た場合の平面図である。

符号の説明

１；フレーム
２；メイン基板
３、４、１１；ヒートシンク
５、８；ＣＰＵ
６、９；ソケット
７；メイン基板側接続コネクタ
１０；子基板側接続コネクタ
１２；ヒートシンク固定ネジ
１３；サーマルインターフェィス
１４；スタッド
１５；開口穴
１６；エアーフロー
１７；子基板

Claims

開口部を有するメイン基板と、このメイン基板に装着された第１のＣＰＵ（中央演算処理装置）と、前記開口部を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に装着される子基板と、前記第１のＣＰＵが装着された側とは反対側から前記開口部を介して前記子基板に装着された第２のＣＰＵと、前記第１のＣＰＵ及び前記子基板を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に設置された第１のヒートシンクと、前記開口部における前記第２のＣＰＵを覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面とは反対側の面上に設置された第２のヒートシンクと、を有することを特徴とするヒートシンクの基板への実装構造。
前記子基板は、コネクタを介して前記メイン基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの基板への実装構造。
前記メイン基板上のＣＰＵ増設用のソケットは前記子基板に分離して設けられており、前記第２のＣＰＵは、前記子基板上に設けられたこのソケットを介して接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートシンクの基板への実装構造。
前記メイン基板はサーバブレードであり、ブレードサーバ内に設置されるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンクの基板への実装構造。
前記メイン基板に設置された前記第１及び第２のヒートシンクの前記メイン基板の短手方向に沿った長さは、前記メイン基板の短手方向の長さに等しいことを特徴とする請求項４に記載のヒートシンクの基板への実装構造。
メイン基板に第１のＣＰＵを装着する工程と、前記メイン基板に設けられた開口部を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に子基板を装着する工程と、前記メイン基板をフレームに装着する工程と、前記第１のＣＰＵ及び前記子基板を覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面上に第１のヒートシンクを設置する工程と、前記第１のＣＰＵが装着された側とは反対側から前記開口部を介して前記子基板に第２のＣＰＵを装着する工程と、前記開口部における前記第２のＣＰＵを覆うようにして前記メイン基板の前記第１のＣＰＵが装着された面とは反対側の面上に第２のヒートシンクを設置する工程と、を有することを特徴とするヒートシンクの基板への実装方法。