JP2010225874A - ヒートシンク付き基板及び筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】バックプレーンへ大型のヒートシンが用いられたボードを取り付けた場合にコネクタ付近へ過大な荷重がかかることを防ぐこと。
【解決手段】ボード本体２１に複数個の貫通孔２２を設け、かつ、ヒートシンク１１にガイドピン１２を設け、ガイドピン１２を前記貫通孔２２に挿入してこれらを固定すると共に、かつ、前記貫通孔２２の径が前記ガイドピン１２の径よりも大きく構成されており、ガイドピン１２と貫通孔２２の縁の間に隙間を有するようにした。ヒートシンク１１の自重により下方向へ落ち込むことによりボードがガイドレール３１と接触し、ヒートシンク１１の荷重を筐体等に設置されたガイドレール３１が支えることでコネクタへ荷重がかかることを防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基幹となる電子回路基板（バックプレーン）へ従属するように接続して使用する電子回路基板（ボード）に関する。特に、大型のヒートシンクを備え、このヒートシンクごとバックプレーンに接続されるボードに関するものである。

ボードをバックプレーンに接続して使用する形態を採る装置においては、一般に、その装置の筐体にボードの挿入のためにガイドレールが設置され、ボードのバックプレーンと接続する端に対して垂直な両端がガイドレールにより誘導されることにより、バックプレーン側のコネクタへボードが導かれ接続される。

一般的に作成されるバックプレーンではコネクタの取り付け位置は若干の誤差を持つため、ボードとガイドレールの間にはこれを吸収するための隙間を設ける必要がある。従って、ボードは接続されるまでの間ガイドレールにより支えられるが、コネクタ同士が接続するとボードの一部はガイドレールの支えを受けなくなり、荷重の一部をコネクタが支える状態で保持される。

ところで、ＣＰＵに代表される電子計算用半導体（以下、半導体チップと呼ぶ）を用いる場合、その発熱量に応じた熱対策が必要となる。放熱の方法は一般的に熱伝導性の優れた金属（アルミニウムや銅）が用いられたヒートシンクにより大気中へ熱伝達および放射するものであり、必要に応じてファンを取り付け使用される。

その能力はヒートシンクの空気との接触面積、ファンの風量に相関するため、一般的には半導体チップの発熱量が大きくなるにつれヒートシンクは大きく、ファンは大型もしくは高回転なものを選択することとなる。

高回転のファンを使用すれば、ヒートシンクは小さなもので済むが、この場合にはファンの動作音が大きくなる。また、大型ファンを使用する場合にも、小さなヒートシンクを利用することが可能であるが、電子回路の高密度、高速化を求められる現況において大型ファンの設置は難しい。

他方、大型のヒートシンクを使用すれば、ファンを使用しないか、せいぜい小型のファンを使用すれば済むことになる。しかし、このようなヒートシンクを有するボードをバックプレーンに接続すると、大型のヒートシンクの重量によるコネクタへの負荷が大きくなり、ヒートシンクの荷重を支えることが困難となって、コネクタの接触不良や破損の可能性が高くなるという問題が生じる。

特許文献１では電子回路基板の周囲を、金属等ヒートシンクを支えるために十分な強度を有する材質を用いた構造物で補強し、その構造物にヒートシンクを接続することにより問題を解決しようとしている。しかし、この技術によれば、特定の材質の構造物を使用する必要があり、高価なものとならざるを得ない。

特開２００１−７７２５５号公報

本発明は上記の問題に鑑みなされたものであって、バックプレーンへ大型のヒートシンが用いられたボードを取り付けた場合にコネクタ付近へ過大な荷重がかかることを防ぐことを目的とする。また、併せて、その材質に関わらず、コネクタ付近への過大な荷重を防ぐものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ガイドレールによって誘導して他の電子回路基板（バックプレーン）に接続して使用する電子回路基板であって、
半導体チップを搭載した電子回路基板本体と、この半導体チップの発熱を放熱するヒートシンクとを備えたヒートシンク付き基板において、
電子回路基板本体が複数個の貫通孔を有していると共に、ヒートシンクがガイドピンを有しており、ガイドピンを前記貫通孔に挿入して、基板本体とヒートシンクとを固定されており、
かつ、前記貫通孔の径が前記ガイドピンの径よりも大きく構成されており、ガイドピンと貫通孔の縁の間に隙間を有するようにしたものである。

この発明によれば、ガイドピンと貫通孔の縁の間に隙間を有するから、ヒートシンク付き基板（ボード）とバックプレーンが接続された状態においても、ヒートシンクの自重により下方向へ落ち込むことによりボードがガイドレールと引き続き接触し、ヒートシンクの荷重を筐体等に設置されたガイドレールが支えることでコネクタへ荷重がかかることを防ぐことができる。

なお、これに加えて、請求項１に記載の発明によれば、ボードとバックプレーンとの間に、各種誤差がある場合にも、この隙間により、これらの誤差を吸収させることができる。これら誤差としては、例えば、バックプレーン上に設置されているコネクタの取り付け位置の誤差、ヒートシンクの製造上の誤差、ガイドピンの取り付け位置の製造上の誤差この隙間などの誤差が例示できる。

また、請求項２に記載の発明は、前記ヒートシンクが前記ガイドレールより小さい幅を有するようにしたものである。このため、ヒートシンク付きのボードは、前記ガイドレールの間を通ることができ、ヒートシンクの自重により下方向へ落ち込んだ場合、下方向の前記ガイドレールによってヒートシンクの荷重を支えることができる。

次に、請求項３に記載の発明は、前記基板本体とヒートシンクとを互いに圧接させる付勢手段を備えたものである。付勢手段としてはばね等が利用できる。ボードを取り付ける力が必要以上に大きい場合にはボードの異常な湾曲が起きる。また、チップ表面とヒートシンクの摩擦力がヒートシンクの自重よりも大きくなる場合にはボードがバックプレーンコネクタへ接続された場合にボードと共に浮き上がり、その荷重がバックプレーンコネクタへ負荷する問題が起こる。請求項３に記載の発明は、ばね等の付勢手段により基板本体とヒートシンクとを互いに圧接させているから、必要な力で押さえることが可能となり、上記問題の発生を防ぐことができる。

次に、請求項４に記載の発明は、請求項１のボードを備える筐体に関するもので、ヒートシンク付き電子回路基板と、この基板を接続する他の電子回路基板（バックプレーン）と、前記ヒートシンク付き電子回路基板を誘導して両者を接続させるガイドレールとを備えて構成された筐体であって、
前記ヒートシンク付き電子回路基板が、半導体チップを搭載した電子回路基板本体と、この半導体チップの発熱を放熱するヒートシンクとを備え、電子回路基板本体が複数個の貫通孔を有していると共に、ヒートシンクがガイドピンを有しており、ガイドピンを前記
貫通孔に挿入して、基板本体とヒートシンクとを固定したものであり、
かつ、前記貫通孔の径が前記ガイドピンの径よりも大きく構成されており、ガイドピンと貫通孔の縁の間に隙間を有するようにしたものである。

本発明によれば、大型のヒートシンクを使用した場合にも、このヒートシンクの荷重をガイドレールにて支えることができるから、コネクタ付近へ過大な荷重がかかることがなく、バックプレーンへボードを取り付けることができる。

本発明の実施形態の１例を示す模式図 本発明の実施形態でコ字型ケースを付けた場合を示す模式図で、（ａ）ヒートシンクのフィン側から見た斜視図、（ｂ）ボード側からみた斜視図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に示すように、本発明のヒートシンク付きボードは、ボード本体２とヒートシンク１とを備えて構成されるものである。ヒートシンク１にガイドピン１１が４箇所設けられており、これらガイドピン１１に対応して、ボード本体２には貫通孔２１が４箇所設けられている。これら貫通孔２１の径は前記ガイドピン１１の径よりも大きく、ガイドピン１１と貫通孔２１の縁の間に隙間を有するように構成されている。また、ボード本体２には、そのヒートシンク１側に放熱を要するチップが配置されている。そして、ガイドピン１１を貫通孔２１に挿入し、例えばボルトなどの手段で固定すると、ボード本体２の平面方向にガイドピン１１と貫通孔２１の隙間分の自由度を設けることができる。

こうしてヒートシンク１を固定したボードを、上下方向に配置された２本のガイドレール３に差込み、このガイドレール３によって、筐体の挿入方向（矢印Ａの方向）に誘導し、バックプレーン（図示せず）のコネクタに接続して使用する。ガイドレール３は、筐体に設置されており、ガイドレール３はヒートシンク１の幅よりも若干広くなるよう設置することで隙間を設けることが望ましい。ただし、ガイドレールとはせず平板状の支持部材を設けヒートシンクの荷重のみを支えることもできる。

なお、ガイドピン１１と貫通孔２１の上下方向の隙間は、バックプレーン上に設置されているコネクタの取り付け位置の誤差、ヒートシンクの製造上の誤差、ガイドピンの取り付け位置の製造上の誤差を考慮し決定するものであるが、前後方向に関しては必要以上の隙間を持たせるとバックプレーン上のコネクタへボード本体２のコネクタ２２を挿入する際に十分接続できない、あるいは抜けやすくなるという問題が発生するため、貫通孔２１はガイドピンに対して、挿入方向（矢印Ａの方向）に垂直な方向（矢印Ｂの方向）に長い楕円形状が望ましい。

ただしコネクタのピン数が多い場合など、上記の隙間が接続の際の精度に影響を及ぼす場合には別途位置あわせピン等を用いてコネクタ２２付近のみを別途誘導し接続することができる。もしくは図示しないボード本体２用のガイドレールを別途設けることにより誘導することもできる。また、ヒートシンクのガイドレール３に左右方向の隙間を設ければボード本体２はコネクタ接続時に最適な場所で接続され、ヒートシンク１がそれに追従することによりバックプレーン上のコネクタ取り付け位置の左右方向の誤差に対応することができる。

なお、この例では、ヒートシンク１のフィンは水平方向へ配置されており、ボード前面
より強制的な吸気、もしくは排気を行うことを考慮している。この場合ヒートシンク１のフィン側の面全体を平板形状の部材で覆うことで空気の流路をフィン周囲へ制限しヒートシンク１の放熱性能を高めることができる。一例として図２ではコの字型のケース４の中へヒートシンク１を納めることでフィンを覆っている。

また、ヒートシンクが大型であるためフィン部分をつかむと大きな力がかかる。前述のようにフィン周囲を覆いフィン端部の露出を防ぐことで作業時の安全性を高めることができる。

前述のように、この例ではヒートシンク１のフィン角度は水平のものを示しているが、バックプレーンにより気流が妨げられる場合や自然空冷とする場合にはフィンが角度を持つように配置することでバックプレーンを避けたり自然空冷による上昇気流によって後方への流れを発生させたりして放熱することもできる。

次に、ガイドレール３の材質としては、このボード２の抜き差しが頻繁な場合には、摩擦の少ない高分子材料を選択することが望ましいが、ボードの抜き差しが少ない場合にはアルミニウム等の熱伝導性の良い材質を用いることによりヒートシンク１の熱を筐体へも伝えることで放熱性を高めることができる。

フロントパネルを設置する際は、フロントパネルをボードではなくヒートシンク１へ取り付ける構造とすれば、ボードの取り付け高さのずれによらずに隣り合うフロントパネルを直線的に配置することができることに加え、フロントパネルからも放熱を行うことができる。

さらにフロントパネルへアルマイト処理等の熱放射性を高める表面処理を行うことができ、フロントパネルもヒートシンク形状とすることで放熱性を高めることもできる。

本発明にかかるヒートシンクの実装構造は、バックプレーンコネクタへ負荷をかけることなく必要な大型ヒートシンクが設けられたボードを実装することができ、高性能化、高密度化が進む電子機器へ有用である。

１１・・・ヒートシンク
１２・・・ガイドピン
２１・・・ボード
２２・・・ホール
２３・・・コネクタ
３１・・・ガイドレール
４１・・・ヒートシンクケース

Claims (4)

1. ガイドレールによって誘導して他の電子回路基板（バックプレーン）に接続して使用する電子回路基板であって、
   半導体チップを搭載した電子回路基板本体と、この半導体チップの発熱を放熱するヒートシンクとを備えたヒートシンク付き基板において、
   電子回路基板本体が複数個の貫通孔を有していると共に、ヒートシンクがガイドピンを有しており、ガイドピンを前記貫通孔に挿入して、基板本体とヒートシンクとを固定されており、
   かつ、前記貫通孔の径が前記ガイドピンの径よりも大きく構成されており、ガイドピンと貫通孔の縁の間に隙間を有することを特徴とするヒートシンク付き基板。
2. 前記ヒートシンクが前記ガイドレールより小さい幅を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付き基板。
3. 前記基板本体とヒートシンクとを互いに圧接させる付勢手段を備え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付き基板。
4. ヒートシンク付き電子回路基板と、この基板を接続する他の電子回路基板（バックプレーン）と、前記ヒートシンク付き電子回路基板を誘導して両者を接続させるガイドレールとを備えて構成された筐体であって、
   前記ヒートシンク付き電子回路基板が、半導体チップを搭載した電子回路基板本体と、この半導体チップの発熱を放熱するヒートシンクとを備え、電子回路基板本体が複数個の貫通孔を有していると共に、ヒートシンクがガイドピンを有しており、ガイドピンを前記貫通孔に挿入して、基板本体とヒートシンクとを固定したものであり、
   かつ、前記貫通孔の径が前記ガイドピンの径よりも大きく構成されており、ガイドピンと貫通孔の縁の間に隙間を有することを特徴とする筐体。

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