JP2010027649A - Circuit board and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路基板及び電子機器に関する。 The present invention relates to a circuit board and an electronic device.
サーバやパーソナルコンピュータ等の電子機器では、メモリ、チップセット、及びCPU(Central Processing Unit)等の電子部品が回路基板に搭載される。これらの電子部品は電子機器の動作中に発熱するが、その発熱が過度だと各電子部品の電気的特性が変動することがある。 In electronic devices such as servers and personal computers, electronic components such as a memory, a chipset, and a CPU (Central Processing Unit) are mounted on a circuit board. These electronic components generate heat during operation of the electronic device, but if the heat generation is excessive, the electrical characteristics of each electronic component may fluctuate.
そのため、電子機器では、ファンにより筐体内に強制的に外気を取り込み、各電子部品を空冷することが行われている。 For this reason, in an electronic device, outside air is forcibly taken into a housing by a fan and each electronic component is air-cooled.
その場合、取り込まれた外気の流れに対して風下側にある電子部品は、風上側にある電子部品で熱せられた外気に曝されて温度が上昇し、その特性が劣化してしまう。そこで、風上側から流れてきた外気が風下側の電子部品に当たらないように、回路基板に導風板を固定し、外気の流れを規制する技術が提案されている。 In that case, the electronic component on the leeward side with respect to the flow of the taken-in outside air is exposed to the outside air heated by the electronic component on the leeward side, so that the temperature rises and its characteristics deteriorate. Therefore, a technology has been proposed in which an air guide plate is fixed to a circuit board and the flow of the outside air is regulated so that the outside air flowing from the windward side does not hit the electronic components on the leeward side.
しかしながら、各電子部品の発熱量は、電子機器の動作状態によって時間的に変動するのが普通である。例えば、CPUにおいて多量のデータが処理されている場合は、そうでない場合と比較してCPUの温度が高くなる。上記のような導風板を用いた技術では、このように各電子部品における発熱量が時間的に変動する場合でも、導風板が回路基板に固定されているため、各電子部品に割り当てられる外気の流量も固定されており、各電子部品の発熱状態に応じて外気を電子部品毎に効率よく分配することができない。
回路基板及び電子機器において、基板上の電子部品を効率よく冷却することを目的とする。 An object of the present invention is to efficiently cool electronic components on a circuit board and electronic equipment.
以下の開示の一観点によれば、冷却用ガスが主面上を通過する基板と、前記基板の一方の主面上に搭載された第1の電子部品と、前記基板のうち、前記第1の電子部品よりも前記冷却用ガスの風下側である位置に設けられた貫通口と、前記基板における前記一方の主面上または他方の主面上であって、前記貫通口よりも前記冷却用ガスの風下側に搭載された第2の電子部品と、前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を変更可能な調節手段とを有する回路基板が提供される。 According to one aspect of the following disclosure, a substrate through which a cooling gas passes on a main surface, a first electronic component mounted on one main surface of the substrate, and the first of the substrates. A through-hole provided at a position on the leeward side of the cooling gas with respect to the electronic component, and on the one main surface or the other main surface of the substrate, and for the cooling than the through-hole. There is provided a circuit board having a second electronic component mounted on the leeward side of the gas and an adjusting means capable of changing the flow rate of the cooling gas passing through the through hole.
また、その開示の他の観点によれば、回路基板と、前記回路基板を内部に搭載し、前記回路基板を冷却する冷却用ガスの流入口と流出口を備えた筐体と、前記冷却用ガスを前記流入口から導入するファンとを有し、前記回路基板は、前記冷却用ガスが主面上を通過する基板と、前記基板の一方の主面上に搭載された第1の電子部品と、前記基板のうち、前記第1の電子部品よりも前記冷却用ガスの風下側である位置に設けられた貫通口と、前記基板における前記一方の主面上または他方の主面上であって、前記貫通口よりも前記冷却用ガスの風下側に搭載された第2の電子部品と、前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を変更可能な調節手段とを有する電子機器が提供される。 According to another aspect of the disclosure, a circuit board, a housing having the circuit board mounted therein, a cooling gas inlet and an outlet for cooling the circuit board, and the cooling A fan for introducing gas from the inflow port, and the circuit board includes a substrate through which the cooling gas passes on a main surface, and a first electronic component mounted on one main surface of the substrate A through hole provided at a position on the leeward side of the cooling gas with respect to the first electronic component, and the one main surface or the other main surface of the substrate. And an electronic device having a second electronic component mounted on the leeward side of the cooling gas with respect to the through-hole and an adjusting unit capable of changing a flow rate of the cooling gas passing through the through-hole. Is done.
この回路基板と電子機器によれば、基板の貫通孔を通過する冷却用ガスの流量を調節手段で変更するので、貫通孔よりも風下側にある第2の電子部品が、好ましい流量の冷却用ガスによって冷却される。また、第1の電子部品を第2の電子部品よりも風上に配することにより、第2の電子部品によって熱せられた冷却用ガスに第1の電子部品が曝されるのが防止される。 According to this circuit board and the electronic device, the flow rate of the cooling gas passing through the through hole of the board is changed by the adjusting means, so that the second electronic component on the leeward side of the through hole is used for cooling at a preferable flow rate. Cooled by gas. Further, by disposing the first electronic component on the windward side of the second electronic component, the first electronic component is prevented from being exposed to the cooling gas heated by the second electronic component. .
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(1)第1実施形態
図1は、第1実施形態に係る電子機器の斜視図である。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a perspective view of an electronic apparatus according to a first embodiment.
この電子機器1は、ブレードサーバであって、シャーシ2と複数枚のサーバブレード3とを有する。各サーバブレード3は、電子機器1の前面1a側から脱着することができると共に、外気を取り込むための複数の流入口3aを有する。
The electronic device 1 is a blade server and includes a
図2は、電子機器1の内部構造を説明するための斜視図である。なお、同図ではサーバブレード3を省略してある。
FIG. 2 is a perspective view for explaining the internal structure of the electronic apparatus 1. In the figure, the
これに示されるように、電子機器1には、スイッチブレード4、マネジメントブレード5、電源ユニット6、及びファンユニット7が設けられる。
As shown, the electronic device 1 is provided with a switch blade 4, a
このうち、スイッチブレード4は、各サーバブレード3(図1参照)のLAN(Local Area Network)端子を集約して外部機器との接続を行う機能を有する。 Among these, the switch blade 4 has a function of consolidating LAN (Local Area Network) terminals of the server blades 3 (see FIG. 1) and connecting to external devices.
また、電源ユニット6は、各サーバブレード3、スイッチブレード4、及びファンユニット7等に電源を供給するために用いられる。
The
ファンユニット7は、ファン10の回転により、図1に示したサーバブレード3の流入口3aから外気を取り込み、サーバブレード3内の各電子部品を空冷する。
The
図3は、電子機器1の内部での外気の流れを説明するための断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the flow of outside air inside the electronic apparatus 1.
ファン10が回転すると、その吸引力によってサーバブレード3の流入口3aから外気(冷却用ガス)30が機器1内に取り込まれる。その外気30は、サーバブレード3内の各電子部品を冷却した後、サーバブレード3の流出口3bから出る。流出口3bの下流にはバックパネル3hが設けられており、そのバックパネル3hの開口3eを通った外気30がファンユニット7により機器外部に放出される。なお、バックパネル3hにはバックパネル側コネクタ3fが設けられており、このバックパネル側コネクタ3fをサーバブレード側コネクタ3gに差し込むことで、バックパネル3hとサーバブレード3とが機械的に接続される。
When the
図4は、サーバブレード3の一部切り欠き断面図である。
FIG. 4 is a partially cutaway sectional view of the
これに示されるように、サーバブレード3は、鉄等の金属板をプレス加工してなる筐体11と、その中に収められたマザーボード(回路基板)18とを有する。
As shown in the figure, the
マザーボード18は、両面配線基板12の両面に電子部品を搭載してなる。そして、その両面配線基板12は、絶縁層と銅配線とを複数積層した3mm程度の厚さを有し、電子部品を冷却するための外気30が流通する矩形状の貫通孔12aを備える。貫通孔12aの大きさは特に限定されない。本実施形態では、貫通孔12aの短辺を10〜50mm、長辺を50〜150mmとする。貫通孔12aは、両面配線基板12の完成後に、ドリルを用いた機械的加工によって形成され得る。
The
更に、貫通孔12aの横の基板12には、貫通孔12aを流れる外気30の流量を調節するための調節部20として、ルーバ21とステッピングモータ24とが設けられる。このうち、ステッピングモータ24はネジによって基板12に機械的に固定される。なお、ステッピングモータに代えてサーボモータを用いてもよい。
Further, a
一方、ルーバ21は、回転軸21aを中心にした回転運動によって、貫通孔12aを通過する外気30の流れを規制するものであり、その回転角度はステッピングモータ24によって任意に設定し得る。
On the other hand, the
ルーバ21の材料は特に限定されず、金属又は樹脂製のルーバ21を使用し得る。これらのうち、樹脂製のルーバ21は、導電性のバリ等の異物が発生せず、導電性の異物が原因で基板12上の電子部品が電気的にショートするのを防止できる点で有利である。
The material of the
本実施形態では、貫通孔12aにルーバ21が二個設けられ、その各々が同期して同じ角度で回転する。
In the present embodiment, two
基板12には、サーバブレード3の機能に必要な電子部品が搭載される。そのような電子部品としては、CPU14、メモリモジュール15、及びチップセット16等がある。
Electronic components necessary for the function of the
このうち、チップセット16は、CPU14とメモリモジュール15との間のデータの受け渡しを管理する一群のLSI素子である。また、メモリモジュール15としては、複数のDRAM(Dynamic Random Access Memory)チップを一つの共通基板上に実装してなるDIMM(Dual Inline Memory Module)が使用される。
Among these, the
電子部品14〜16はその種類によって発熱量が異なり、CPU14は50〜130W程度に発熱し、メモリモジュール15とチップセット16はそれぞれ最大でも10〜20W程度にしか発熱しない。
The
本実施形態では、これらの電子部品14〜16のうち発熱量が他の電子部品よりも高いCPU14を基板12の一方の主面12b上に搭載すると共に、その搭載位置を外気30の流れを基準にして貫通孔12aよりも風下側とする。
In the present embodiment, among these
図5は、基板12の他方の主面12cから見たサーバブレード3の一部切り欠き断面図である。
FIG. 5 is a partially cutaway sectional view of the
これに示されるように、CPU14よりも発熱量が小さいメモリモジュール15とチップセット16は、CPU14とは反対側の主面12c上に搭載される。更に、これらの電子部品15、16の搭載位置は、外気30の流れを基準にして貫通孔12aよりも風上側とする。
As shown in this figure, the
上記のように各電子部品14〜16を基板12の両主面12a、12bのそれぞれに分けて搭載することで、基板12の片面のみにこれらの電子部品を搭載する場合と比較して電子部品14〜16同士の間隔を広くとることができる。
As described above, the
そのため、基板12上に余裕をもって電子部品14〜16を搭載することができ、メモリモジュール15については平置き姿勢で基板12上に搭載することが可能となる。これにより、基板12上にメモリモジュール15を立てて搭載する場合と比較して、基板12の厚さ方向におけるサーバブレード3の厚みを薄くすることができる。
Therefore, the
更に、このようにメモリモジュール15を平置き姿勢にすることで、該メモリモジュール15を立てて搭載する場合と比較して外気30の流れがスムーズとなり、チップセット16に効率よく外気30を当てることもできる。
Furthermore, by setting the
図6(a)は図4のA−A線に沿う断面図であり、図6(b)は図4のB−B線に沿う断面図である。 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
図6(a)、(b)に示されるように、CPU14とチップセット16のそれぞれにはアルミニウムや銅等の金属性のヒートシンク27、28が設けられ、これらの電子部品14、16の空冷効率が高められている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
次に、このサーバブレード3の空冷方法について説明する。
Next, an air cooling method for the
図7は、外気30の流れに沿ったサーバブレード3の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
流入口3aから取り込まれた外気30は、基板12のそれぞれの主面12b、12cの上を通り、各電子部品14〜16を冷却する。
The
ここで、各電子部品14〜16の発熱量は、サーバブレード3の動作状態により時間的に変動する。例えば、CPU14において多量のデータを処理しているときは、そうでないときと比較してCPU14の発熱量が多くなる。そのような場合に、CPU14を冷却すべくファン10(図3参照)の回転数を高めて外気30の流量を多くすると、ファン10における消費電力が増大してしまう。更に、ファン10の回転音も大きくなりユーザを不快にさせてしまう。
Here, the amount of heat generated by each of the
そこで、本実施形態では、ルーバ21を開くことにより、主面12c側を流れる外気30の一部を貫通孔12aから主面12b側に取り込み、CPU14に当たる外気30の流量を多くしてCPU14の空冷効率を高めるようにする。
Therefore, in the present embodiment, by opening the
主面12cから測ったルーバ21の回転角度θは、CPU14よりも風下側の主面12b、12cに設けられた第1の温度センサ31と第2の温度センサ32の出力に基づいて制御される。
The rotation angle θ of the
温度センサ31、32は、調節部20(図4参照)の一部であり、例えばサーミスタを使用し得る。
The
また、この例では基板12に温度センサ31、32を設けたが、流出口3bの近傍の筐体11にこれらの温度センサ31、32を設けるようにしてもよい。
In this example, the
各温度センサ31、32は、基板12の一方の主面12bと他方の主面12cを流れた外気30の温度T1、T2をそれぞれ測定し、その測定結果をアナログ値の第1及び第2の温度検出信号ST1、ST2としてマネジメントブレード5(図2参照)に出力する。これらの信号ST1、ST2を受けたマネジメントブレード5は、以下のようにしてルーバ21の回転角度θを制御する。
Each of the
図8(a)、(b)は、回転角度θの制御方法について説明するための断面図である。 8A and 8B are cross-sectional views for explaining a method of controlling the rotation angle θ.
図8(a)は、基板12の一方の主面12b上を流れた外気30の温度T1が、他方の主面12c上を流れた外気30の温度T2以下のとき(T1−T2≦0)の断面図である。
FIG. 8A shows the case where the temperature T1 of the
この場合は、CPU14を通った外気30の温度上昇が、メモリモジュール15とチップセット16を通った外気30よりも抑えられていることから、CPU14の冷却を優先させなければならないほどにはCPU14が発熱していない。よって、ルーバ21の回転角度θを0°にしてルーバ21で貫通孔12aを塞ぐことにより、外気30が貫通孔12aを流通しないようにし、各主面12b、12cのそれぞれの側で独立して外気30による電子部品14〜16の冷却を行うようにする。
In this case, since the temperature rise of the
一方、図8(b)は、基板12の一方の主面12b上を流れた外気30の温度T1が、他方の主面12c上を流れた外気30の温度T2よりも高いとき(T1−T2>0)の断面図である。
On the other hand, FIG. 8B shows a case where the temperature T1 of the
このときは、図8(a)の場合よりもCPU14の発熱量が大きい。そこで、回転角度θを0°よりも大きくすることにより、メモリモジュール15とチップセット16を通った外気30の一部を貫通孔12aを介して一方の主面12b側に導き、CPU14に当たる外気30の流量を増やすようにする。これにより、CPU14の冷却効率が高まり、CPU14を速やかに冷却することができる。
At this time, the heat generation amount of the
更に、このようにメモリモジュール15等の冷却に利用した外気30をCPU14の冷却に再利用することで、ファン10の回転数を上昇させなくてもCPU14に当てる外気30の流量を大きくすることができる。その結果、ファン10の回転数の上昇に伴う消費電力や回転音の増大を防止でき、省エネルギ化と低騒音化とを図ることができる。
Further, by reusing the
しかも、CPU14と比較して発熱量の少ないメモリモジュール15とチップセット16は、CPU14よりも風上側に配置されるので、CPU14によって加熱された外気30に曝されることがない。その結果、加熱が原因でメモリモジュール15とチップセット16の電気的特性が劣化するのを防止でき、これらの電子部品の信頼性を長期にわたって維持することが可能となる。
Moreover, since the
CPU14よりも発熱量の少ない電子部品としては、コンデンサや抵抗等もあり、これらをCPU14よりも風上に配置しても、上記と同様の効果が得られる。
Electronic components that generate less heat than the
ここで、CPU16の発熱量は時間と共に変動するので、その発熱量に応じてルーバ21の回転角度θを調節することにより、CPU16に当てる外気30の流量を経時的に調節するのが好ましい。
Here, since the heat generation amount of the
そのような回転角度θの調節は、マネジメントブレード5において例えば以下のようにして行われる。
Such adjustment of the rotation angle θ is performed in the
図9は、本実施形態に係るマネジメントブレード5の機能ブロック図である。
FIG. 9 is a functional block diagram of the
マネジメントブレード5は、アナログ−デジタル変換部35と、CPU等の演算部36と、ROM(Read Only Memory)等の記憶部37と、出力部38とを有する。
The
アナログ−デジタル変換部35は、温度センサ31、32から出力されたアナログ値の第1及び第2の温度検出信号ST1、ST2をデジタル値に変換する。
The analog-
一方、記憶部37には温度−回転角度テーブル39が格納される。温度−回転角度テーブル39の一例については後述する。
On the other hand, a temperature-rotation angle table 39 is stored in the
演算部36は、デジタル化された各温度検出信号ST1、ST2から温度差T1−T2を算出する。その後、演算部36は、温度−回転角度テーブル39を参照して温度差T1−T2に対応する回転角度θを求め、該回転角度θをデジタル化した回転角度信号Sθを後段の出力部38に出力する。
The
回転角度信号Sθを受けた出力部38は、ルーバ21が角度θだけ回転するのに必要な制御信号Smをステッピングモータ24に出力する。
Upon receiving the rotation angle signal Sθ, the
図10は、記憶部37に格納されている温度−回転角度テーブル39の一例を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of the temperature-rotation angle table 39 stored in the
この例では、温度差T1−T2が閾値温度Tth未満のときには回転角度θは0°となる。閾値温度Tthは、各温度センサ31、32の測定誤差により温度差T1−T2に現れる誤差の上限値であり、典型的には2〜3℃程度である。そのような閾値温度Tth未満の温度では、第1の温度T1が第2の温度T2の温度よりも高いとの確証がないので、回転角度θを0°にし、モータ24の無駄な回転運動を抑制する。
In this example, when the temperature difference T1-T2 is less than the threshold temperature Tth , the rotation angle θ is 0 °. The threshold temperature T th is an upper limit value of an error that appears in the temperature difference T1-T2 due to a measurement error of each of the
一方、温度差T1−T2が閾値温度Tth以上のときには、温度差T1−T2が大きくなるほど回転角度θを大きくし、CPU16に当てる外気の流量を多くする。
On the other hand, when the temperature difference T1-T2 is equal to or higher than the threshold temperature Tth , the rotation angle θ is increased as the temperature difference T1-T2 increases, and the flow rate of the outside air applied to the
このように温度差T1−T2に応じて回転角度θを調節することにより、CPU16に当てる外気の流量をCPU16の発熱量に対応して調節することができるようになる。
As described above, by adjusting the rotation angle θ according to the temperature difference T1-T2, the flow rate of the outside air applied to the
(2)第2実施形態
上記した第1実施形態では、図4に示した二つのルーバ21の回転角度を同期させた。
(2) Second Embodiment In the first embodiment described above, the rotation angles of the two
これに対し、本実施形態では、以下のようにしたこれらのルーバ21を独立に駆動する。
On the other hand, in this embodiment, these
図11は、本実施形態に係るサーバブレード3の一部切り欠き断面図である。なお、図10において第1実施形態で説明したのと同じ要素には第1実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
FIG. 11 is a partially cutaway sectional view of the
本実施形態では、二つのCPU14の各々に対応するように、基板12の一方の主面12b上に二つの第1の温度センサ31を設け、各CPU14の上を流れた外気30の温度をこれらの温度センサ31で独立して測定するようにする。
In the present embodiment, two
そして、各ルーバ21の回転角度は、そのルーバ21に対応する第1の温度センサ31の測定温度T1と、第2の温度センサ32の測定温度T2を用いて、第1実施形態と同様に制御される。
The rotation angle of each
このように二つのルーバ21の各々の回転角度を独立して制御することにより、複数のCPU14の各々の発熱量が異なる場合であっても、CPU14毎に外気30の流量を変更することができ、各CPU14の冷却に最適な流量の外気30を当てることができる。
Thus, by independently controlling the rotation angles of the two
(3)第3実施形態
第1、第2実施形態では、貫通孔12aを流通する外気30の流量を調節するための調節部20として、ルーバ21とステッピングモータ24とを使用した。
(3) Third Embodiment In the first and second embodiments, the
これに対し、本実施形態では、調節部20として次のような人工筋肉を使用する。
On the other hand, in the present embodiment, the following artificial muscle is used as the adjusting
図12は、本実施形態に係るサーバブレード3の拡大断面図である。
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of the
なお、図12において第1、第2実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 In FIG. 12, the same elements as those described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals as those of the embodiments, and the description thereof is omitted below.
調節部20として使用される人工筋肉40は、厚さが約500〜2000μm程度の板状の電場応答性高分子材料であって、その一部の上面と下面に設けられた一対の電極41の間の電圧に応じて湾曲する。電場応答性高分子材料は特に限定されず、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やビニリデンフロライド−トリフロロエチレン共重合体(P(VDF−TrFE))のようなフッ素系の強誘電性高分子材料を使用し得る。
The
電極41は、例えば金、銀、及び銅のいずれかの金属箔であって、接着剤により貫通孔12aの横の基板12上に固着される。
The
また、基板12の主面12cから測った人工筋肉40の湾曲角度ωは、二つの電極41間の電圧により調節することができ、該電圧を高めるほど湾曲角度ωが大きくなる。
The bending angle ω of the
湾曲角度ωの調節は、第1実施形態で用いた温度−回転角度テーブル39に代えて、図13に示されるような温度−湾曲角度テーブル43を用いて行うことができる。 The adjustment of the bending angle ω can be performed using a temperature-bending angle table 43 as shown in FIG. 13 instead of the temperature-rotation angle table 39 used in the first embodiment.
この温度−湾曲角度テーブル43では、第1の温度センサ31と第2の温度センサ32(図7参照)との温度差T1−T2が0℃以下のときに湾曲角度ωが0°となり、人工筋肉40によって貫通孔12aが塞がれる。
In this temperature-bending angle table 43, when the temperature difference T1-T2 between the
一方、0℃よりも大きい範囲では、温度差T1−T2が大きくなるほど、人工筋肉40の湾曲角度ωも大きくなり、貫通孔12aを流通する外気30の流量が多くなる。
On the other hand, in a range larger than 0 ° C., the greater the temperature difference T 1 −
マネジメントブレード5は、このような温度−湾曲角度テーブル43を参照することにより、温度差T1−T2に対応する湾曲角度ωを求め、該湾曲角度ωを得るのに必要な電圧を電極41に印加する。
The
本実施形態では、このように機械的な可動部分のない人工筋肉40を利用することで、第1実施形態と比較して調節部20の部品点数を低減できると共に、調節部20の簡略化を図ることが可能となる。
In the present embodiment, by using the
(4)第4実施形態
本実施形態では、調節部20として以下のように形状記憶合金板を利用する。
(4) Fourth Embodiment In this embodiment, a shape memory alloy plate is used as the
図14は、本実施形態に係るサーバブレード3の拡大断面図である。
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the
なお、図14において第1〜第3実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 In FIG. 14, the same elements as those described in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals as those of the embodiments, and the description thereof is omitted below.
調節部20として使用される形状記憶合金板50は、貫通孔12aの横の基板12にネジ51により機械的に固定され、基板12を伝わったCPU14の熱によって湾曲する。
The shape
CPU14が発熱しておらずその温度が室温(20℃)の場合は、基板12の主面12cを基準にした湾曲角度δは0°であり、貫通孔12aは形状記憶合金板50によって塞がれる。
When the
一方、CPU14が室温よりも高い温度に発熱した場合には、湾曲角度δが0°よりも大きくなり、貫通孔12aに外気30が流通するようになる。その結果、CPU14は、基板12の一方の主面12b上を流れた外気30に加え、貫通孔12aを通った外気30によっても冷却されるようになるので、CPU14の温度を速やかに下げることができる。
On the other hand, when the
上記のように湾曲角度δはCPU14の発熱量の変動に応じて繰り返し変化するので、形状記憶合金板50としては曲げ耐性に優れた合金膜を使用するのが好ましい。そのような合金としては、例えば、Ni-Ti合金、Ni-Ti-Fe合金、Ni-Ti-Cu合金、及びFe-Mn-Si合金等がある。また、形状記憶合金板50の厚さは特に限定されないが、本実施形態では500〜2000μm程度とする。
As described above, since the bending angle δ changes repeatedly according to the fluctuation of the heat generation amount of the
上記のように形状記憶合金板50を用いることで、電気的な制御を伴わずに湾曲角度δを調節することができるので、本実施形態では第1実施形態で使用した第1の温度センサ31と第2の温度センサ32が不要となり、装置構成を簡略化することが可能となる。
By using the shape
なお、形状記憶合金板50に代えて、熱膨張率の異なる二枚以上の金属板を積層してなるバイメタル板を用いてもこれと同じ効果が奏される。そのようなバイメタル板は、例えば、マンガンの含有率の異なる鉄−ニッケル合金板を二枚以上積層して作製され得る。
Note that the same effect can be obtained by using a bimetal plate in which two or more metal plates having different thermal expansion coefficients are laminated instead of the shape
また、基板12は熱伝導性に優れた銅配線を複数積層してなるため、CPU14の熱が基板12を介して形状記憶合金板50に効率よく伝わる。そのため、CPU14の発熱量の変動に応じて速やかに形状記憶合金板50が応答するようになり、貫通孔12aを通る外気30の流量を速やかに調節することができる。
Further, since the
(5)第5実施形態
図15は、本実施形態に係る隣接する二つのサーバブレード3の断面図である。
(5) Fifth Embodiment FIG. 15 is a cross-sectional view of two
なお、図15において第1〜第4実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 In FIG. 15, the same elements as those described in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals as those of the embodiments, and the description thereof is omitted below.
本実施形態では、隣接する筐体11に共通の開口11aを形成すると共に、該開口11aにルーバ21を設ける。ルーバ21は、第1実施形態と同様にステッピングモータにより回転する。そして、各筐体11内に設けられた第1及び第2の温度センサ31、32の検出温度に基づき、開口11aのルーバ21の回転角度を制御する。
In the present embodiment, a
その回転角度の制御は、第1実施形態と同様に、温度−回転角度テーブル39(図10参照)に基づいてマネジメントブレード5が以下のようにして行う。
The control of the rotation angle is performed by the
例えば、図の上側の筐体11に設けられた第2の温度センサ32の検出温度がT2であり、図の下側の筐体11に設けられた第1の温度センサ31の検出温度がT1のときは、温度差T1−T2に対応する回転角度θを温度−回転角度テーブル39から取得する。
For example, the detected temperature of the
そして、取得した回転角度θだけ開口11aのルーバ21を回転させることにより、図の上側の筐体11を流れる外気30の一部を開口11aを介して下側の筐体11に取り込み、該筐体11内のCPU14の冷却を優先させる。
Then, by rotating the
このように隣接するサーバブレード3同士で外気30の受け渡しを行うことにより、複数の筐体11内での温度差が解消され、受け渡しを行わない場合に最も高温となっていた筐体11内の温度が低くなる。ファン10の回転数は、複数の筐体11のうち最も温度が高いものに合わせて設定されるので、このように筐体11間で温度差が解消されることでファン10の回転数を落とすことができ、ファン10による消費電力と騒音を抑えることが可能となる。
By transferring the
なお、この例ではルーバ21を用いたが、これに代えて第3実施形態で説明した人工筋肉を用いてもよい。
Although the
(6)第6実施形態
上記した第1〜第5実施形態では、基板12として両面配線基板を用いたが、以下のように片面配線基板を用いてもよい。
(6) Sixth Embodiment In the first to fifth embodiments described above, the double-sided wiring board is used as the
図16は、本実施形態に係るサーバブレード60の断面図である。なお、図16において第1〜第5実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the
このサーバブレード60は、筐体11と、その中に収められた第1及び第2の片面配線基板61、62とを有する。そして、これらの基板61、62の各々の片方の主面61a、62aにのみ、CPU14、メモリモジュール15、及びチップセット16等の電子部品が搭載される。
The
また、流出口3bの近傍の筐体11には第1及び第2の温度センサ31、32が設けられており、各基板61、62のそれぞれの主面61a、62a上を通った外気30の温度がこれらのセンサ31、32により測定される。
The
更に、第2の片面配線基板62は、外気30が流通する貫通孔62bとルーバ21とを有する。ルーバ21は、第1実施形態と同様にしてステッピングモータにより回転する。
Further, the second single-
そして、各基板61、62に搭載された各電子部品14〜16のうち、CPU14は貫通孔62bよりも風下側に位置し、メモリモジュール15とチップセット16は貫通孔62baよりも風上側に位置する。
And among each electronic component 14-16 mounted in each board |
本実施形態では、第1の温度センサ31で測定された外気30の温度T1と、第2の温度センサ32で測定された外気30の温度T2に基づき、第1実施形態と同様の方法で調節部20のルーバ21の回転角度θを制御する。
In the present embodiment, adjustment is performed in the same manner as in the first embodiment based on the temperature T1 of the
これにより、第1の片面配線基板61に搭載されたCPU14の発熱量が第2の片面配線基板61上のCPU14よりも大きく、温度差T1−T2が0℃よりも大きくなった場合には、ルーバ21の回転角度θが0°よりも大きくなる。その結果、第2の片面配線基板62上を通った外気30の一部が貫通孔62bを通って第1の片面配線基板61上に導かれ、該基板61上のCPU14を優先的に冷却することが可能となる。
As a result, when the heat generation amount of the
なお、この例ではルーバ21を用いたが、これに代えて第3実施形態で説明した人工筋肉を用いてもよい。
Although the
(7)第7実施形態
上記した第1〜第5実施形態では電子機器としてブレードサーバを例にして説明したが、本発明はこれに限定されず、以下のようにパーソナルコンピュータにも適用し得る。
(7) Seventh Embodiment In the first to fifth embodiments described above, the blade server is described as an example of the electronic device. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a personal computer as follows. .
図17は、本実施形態に係る電子機器の斜視図である。図17において、第1〜第6実施形態で説明したのと同じ要素には第1実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。 FIG. 17 is a perspective view of the electronic apparatus according to the present embodiment. In FIG. 17, the same elements as those described in the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted below.
この電子機器70はパーソナルコンピュータであって、筐体71、ハードディスクドライブ72、及び光ディスクドライブ73を有する。
The
筐体71の前面には流入口71aが形成されており、ファン74により外気30が流入口71aから筐体71内に取り込まれる。取り込まれた外気30は、筐体71内の基板12を冷却した後、筐体71の背面に形成された流出口71bから外部に排出される。
An
基板12には貫通孔12aとルーバ21とが設けられており、基板12の一方の主面12bに搭載されたCPU14が、貫通孔12aを通った外気30によって冷却される。
The
そして、主面12bとは反対側の基板12の主面上において、貫通孔12aよりも風上側の部分には、メモリモジュール15とチップセット16が搭載される。
Then, on the main surface of the
更に、基板12よりも風下側の筐体71には、基板12の両主面のそれぞれの上を通った外気30の温度を測定する第1及び第2の温度センサ31、32が設けられる。
Furthermore, the
これらの温度センサ31、32による測定結果に基づき、第1実施形態と同様にしてルーバ21の回転角度が調節され、開口12aを通る外気30の流量が調節される。
Based on the measurement results of these
これにより、CPU14の発熱量がメモリモジュール15とチップセット16の発熱量よりも大きい場合には、ルーバ21の回転角度が大きくなって外気30が開口12aを通るようになる。これにより、CPU14の冷却が優先され、その温度を速やかに下げることができるようになる。
Thereby, when the heat generation amount of the
なお、この例では調節部20としてルーバ21を用いたが、第3実施形態で説明した人工筋肉、若しくは第4実施形態で説明した形状記憶合金板又はバイメタル板を調節部20として用いてもよい。
In this example, the
以下に、本発明の諸態様を付記にまとめる。 The aspects of the present invention are summarized in the following supplementary notes.
(付記1) 冷却用ガスが主面上を通過する基板と、
前記基板の一方の主面上に搭載された第1の電子部品と、
前記基板のうち、前記第1の電子部品よりも前記冷却用ガスの風下側である位置に設けられた貫通口と、
前記基板における前記一方の主面上または他方の主面上であって、前記貫通口よりも前記冷却用ガスの風下側に搭載された第2の電子部品と、
前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を変更可能な調節手段と
を有することを特徴とする回路基板。
(Supplementary note 1) a substrate through which the cooling gas passes on the main surface;
A first electronic component mounted on one main surface of the substrate;
A through hole provided in a position on the leeward side of the cooling gas from the first electronic component in the substrate;
A second electronic component mounted on the one main surface or the other main surface of the substrate and mounted on the leeward side of the cooling gas from the through hole;
The circuit board comprising: an adjusting unit capable of changing a flow rate of the cooling gas passing through the through hole.
(付記2) 前記調節手段は、前記第2の電子部品を通過した冷却用ガスの温度を検出するセンサを有し、
前記センサからの出力に基づいて、前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を調節することを特徴とする付記1に記載の回路基板。
(Additional remark 2) The said adjustment means has a sensor which detects the temperature of the gas for cooling which passed the said 2nd electronic component,
The circuit board according to claim 1, wherein a flow rate of the cooling gas passing through the through hole is adjusted based on an output from the sensor.
(付記3) 前記調節手段は、一部が前記基板に固定され、前記一部を除く他の部分が前記貫通口を覆う板状の部材を有することを特徴とする付記2に記載の回路基板。
(Supplementary Note 3) The circuit board according to
(付記4) 前記板状の部材は人工筋肉であることを特徴とする付記3に記載の回路基板。
(Supplementary note 4) The circuit board according to
(付記5) 前記調節手段は、一部が前記基板に固定され、前記一部を除く他の部分が前記貫通口を覆う板状の部材を有し、
前記部材は、バイメタル或いは形状記憶合金からなる部材であることを特徴とする付記1に記載の回路基板。
(Additional remark 5) The said adjustment means has a plate-shaped member in which a part is fixed to the said board | substrate and the other part except the said part covers the said through-hole,
The circuit board according to claim 1, wherein the member is a member made of a bimetal or a shape memory alloy.
(付記6) 前記調節手段は、前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流れを規制するルーバと、前記ルーバを回転させるモータとを有することを特徴とする付記2に記載の回路基板。
(Additional remark 6) The said adjustment means has a louver which regulates the flow of the said cooling gas which passes the said through-hole, and a motor which rotates the said louver, The circuit board of
(付記7) 前記第2の電子部品の発熱量が、前記第1の電子部品の発熱量よりも大きいことを特徴とする付記1〜6のいずれかに記載の回路基板。 (Supplementary note 7) The circuit board according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein a heat value of the second electronic component is larger than a heat value of the first electronic component.
(付記8) 回路基板と、
前記回路基板を内部に搭載し、前記回路基板を冷却する冷却用ガスの流入口と流出口を備えた筐体と、
前記冷却用ガスを前記流入口から導入するファンと
を有し、
前記回路基板は、
前記冷却用ガスが主面上を通過する基板と、
前記基板の一方の主面上に搭載された第1の電子部品と、
前記基板のうち、前記第1の電子部品よりも前記冷却用ガスの風下側である位置に設けられた貫通口と、
前記基板における前記一方の主面上または他方の主面上であって、前記貫通口よりも前記冷却用ガスの風下側に搭載された第2の電子部品と、
前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を変更可能な調節手段と
を有することを特徴とする電子機器。
(Appendix 8) Circuit board,
A housing having the circuit board mounted therein and a cooling gas inlet and outlet for cooling the circuit board;
A fan for introducing the cooling gas from the inlet,
The circuit board is
A substrate through which the cooling gas passes on a main surface;
A first electronic component mounted on one main surface of the substrate;
A through hole provided in a position on the leeward side of the cooling gas from the first electronic component in the substrate;
A second electronic component mounted on the one main surface or the other main surface of the substrate and mounted on the leeward side of the cooling gas from the through hole;
And an adjusting device capable of changing a flow rate of the cooling gas passing through the through hole.
1…電子機器、1a…前面、2…シャーシ、3…サーバブレード、3a…流入口、3b…流出口、4…スイッチブレード、5…マネジメントブレード、6…電源ユニット、7…ファンユニット、10…ファン、11…筐体、12…両面配線基板、12a…貫通孔、12b…両面配線基板の一方の主面、12c…両面配線基板の他方の主面、14…CPU、15…メモリモジュール、16…チップセット、18…マザーボード、20…調節部、21…ルーバ、24…ステッピングモータ、27、28…ヒートシンク、30…外気、31…第1の温度センサ、32…第2の温度センサ、35…アナログ−デジタル変換部、36…演算部、37…記憶部、38…出力部、39…温度−回転角度テーブル、40…人工筋肉、41…電極、43…温度−湾曲角度テーブル、50…形状記憶合金板、51…ネジ、60…サーバブレード、61…第1の片面配線基板、62…第2の片面配線基板、70…電子機器、71…筐体、71a…流入口、71b…流出口、72…ハードディスクドライブ、73…光ディスクドライブ、74…ファン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electronic device, 1a ... Front, 2 ... Chassis, 3 ... Server blade, 3a ... Inlet, 3b ... Outlet, 4 ... Switch blade, 5 ... Management blade, 6 ... Power supply unit, 7 ... Fan unit, 10 ...
Claims (5)
前記基板の一方の主面上に搭載された第1の電子部品と、
前記基板のうち、前記第1の電子部品よりも前記冷却用ガスの風下側である位置に設けられた貫通口と、
前記基板における前記一方の主面上または他方の主面上であって、前記貫通口よりも前記冷却用ガスの風下側に搭載された第2の電子部品と、
前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を変更可能な調節手段と
を有することを特徴とする回路基板。 A substrate through which the cooling gas passes over the main surface;
A first electronic component mounted on one main surface of the substrate;
A through hole provided in a position on the leeward side of the cooling gas from the first electronic component in the substrate;
A second electronic component mounted on the one main surface or the other main surface of the substrate and mounted on the leeward side of the cooling gas from the through hole;
The circuit board comprising: an adjusting unit capable of changing a flow rate of the cooling gas passing through the through hole.
前記センサからの出力に基づいて、前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を調節することを特徴とする請求項1に記載の回路基板。 The adjusting means has a sensor for detecting the temperature of the cooling gas that has passed through the second electronic component,
The circuit board according to claim 1, wherein a flow rate of the cooling gas passing through the through hole is adjusted based on an output from the sensor.
前記部材は、バイメタル或いは形状記憶合金からなる部材であることを特徴とする請求項1に記載の回路基板。 The adjusting means includes a plate-like member that is partly fixed to the substrate and that other than the part covers the through hole,
The circuit board according to claim 1, wherein the member is a member made of a bimetal or a shape memory alloy.
前記回路基板を内部に搭載し、前記回路基板を冷却する冷却用ガスの流入口と流出口を備えた筐体と、
前記冷却用ガスを前記流入口から導入するファンと
を有し、
前記回路基板は、
前記冷却用ガスが主面上を通過する基板と、
前記基板の一方の主面上に搭載された第1の電子部品と、
前記基板のうち、前記第1の電子部品よりも前記冷却用ガスの風下側である位置に設けられた貫通口と、
前記基板における前記一方の主面上または他方の主面上であって、前記貫通口よりも前記冷却用ガスの風下側に搭載された第2の電子部品と、
前記貫通口を通過する前記冷却用ガスの流量を変更可能な調節手段と
を有することを特徴とする電子機器。 A circuit board;
A housing having the circuit board mounted therein and a cooling gas inlet and outlet for cooling the circuit board;
A fan for introducing the cooling gas from the inlet,
The circuit board is
A substrate through which the cooling gas passes on a main surface;
A first electronic component mounted on one main surface of the substrate;
A through hole provided in a position on the leeward side of the cooling gas from the first electronic component in the substrate;
A second electronic component that is mounted on the one main surface or the other main surface of the substrate on the leeward side of the cooling gas from the through hole;
And an adjusting device capable of changing a flow rate of the cooling gas passing through the through hole.
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