JP2013526040A - シングルボードコンピュータと共に使用する楔形ロック部、シングルボードコンピュータ、及びコンピュータシステムの組立方法 - Google Patents

Abstract

シングルボードコンピュータと共に用いるための楔形ロック部は、プリント回路基板（ＰＣＢ）に対して位置付けられる冷却プレートと、動作環境においてシングルボードコンピュータを固定するよう構成されたクランプ装置と、冷却プレートの上面及びクランプ装置の上面に沿って位置付けられてＰＣＢの伝導冷却を可能にする熱伝導プレートと、を含む。
【選択図】 図３

Description

本明細書で開示される主題は、全体的に、シングルボードコンピュータの冷却に関し、より詳細には、シングルボードコンピュータを固定し伝導冷却で使用する熱経路を設けるための装置及び方法に関する。

コンピュータなどの電気組立体は、プロセッサ、トランジスタ、及び／又はダイオードなどの発熱構成要素をより高密度に実装するようになっているので、構成要素が過熱する可能性が高くなってきている。この過熱の可能性の増大は、このような組立体の耐用年数の短縮の一因となっており、及び／又は当該組立体の信頼性及びサイズの限定要因となっている。

公知の電気組立体で使用できるようなラックマウント式の回路基板は、一般に、伝導冷却回路基板又は対流冷却回路基板の何れかに分類できる。多くの公知の伝導冷却回路基板は、回路基板の一方の表面上で且つ回路基板上に実装される構成要素（半田など）と接触して位置付けられる金属熱管理層を含む。熱管理層は、回路基板の縁部に延び、ヒートシンクと接触するよう配列される導電面を提供する。熱管理層は、ヒートシンクに装着されて、構成要素が発生する過剰な熱のヒートシンクへの熱伝導を可能にする。

従って、このような伝導冷却回路基板は、回路基板上に実装された構成要素が発生する熱を放散するのに単一の熱経路しか提供しない。例えば、図１は、公知の伝導冷却シングルボードコンピュータ１００の概略図である。コンピュータ１００は、サイドバー１０４に対して位置付けられたプリント回路基板（ＰＣＢ）１０２と、冷却プレート１０６とを含む。楔形ロック部１０８は、カードエッジを提供するシステム又はラックなどの環境において、冷却プレート１０６上に下向きの力を誘起することによりコンピュータ１００を固定する。この下向きの力は、同様に、冷却プレート１０６によりＰＣＢ１０２上に加えられる。従って、楔形ロック部１０８は、動作環境において生じる可能性がある衝撃及び振動に抗してコンピュータ１００を固定する。ＰＣＢ１０２により発生する熱は、冷却プレート１０６によってサイドバー１０４及び楔形ロック部１０８に伝導される。次いで、熱は、熱のほぼ１／３が楔形ロック部１０８を通って熱経路を辿り、熱のほぼ２／３がサイドバー１０４を通って熱経路を辿るように放散される。従って、コンピュータ１００の熱管理層は、熱抵抗が低い。しかしながら、図１に示すように、主熱経路の長さは、コンピュータ１００から放散できる熱の量を制限する。従って、伝導冷却を用いてコンピュータにより放散できる熱の量を増大させる装置及び方法が望ましい。

この発明の概要は、発明を実施するための形態において以下で更に説明される概念の中から選択された内容を簡易的な形態で紹介するために提供される。本概要は、請求項に記載された主題の主要な特徴又は基本的特徴を確認するためのものではなく、更に、請求項に記載された主題の範囲を定める一助として使用されるものでもない。

１つの態様において、シングルボードコンピュータと共に使用するための楔形ロック部が提供される。楔形ロック部は、プリント回路基板（ＰＣＢ）に対して位置付けられる冷却プレートと、動作環境においてシングルボードコンピュータを固定するよう構成されたクランプ装置と、冷却プレートの上面及びクランプ装置の上面に沿って位置付けられてＰＣＢの伝導冷却を可能にする熱伝導プレートと、を含む。

別の態様において、シングルボードコンピュータが提供される。シングルボードコンピュータは、プリント回路基板（ＰＣＢ）と、動作環境内で前記シングルボードコンピュータを固定するよう構成された楔形ロック部と、を含む。楔形ロック部は、ＰＣＢに対して位置付けられた冷却プレートと、クランプ装置と、冷却プレートの上面及びクランプ装置の上面に沿って位置付けられてシングルボードコンピュータの伝導冷却を可能にする熱伝導プレートと、を含む。

別の態様において、シングルボードコンピュータを有するコンピュータシステムを組み立てる方法が提供され、該シングルボードコンピュータは、プリント回路基板（ＰＣＢ）と、冷却プレートと、該冷却プレートに対して位置付けられた熱伝導プレートと、保持プレートと、クランプ装置とを含む。本方法は、コンピュータシステムの熱基準面に対してシングルボードコンピュータを位置付ける段階と、コンピュータシステム内にシングルボードコンピュータを固定し且つ複数の熱経路を提供して前記シングルボードコンピュータの伝導冷却を可能にするよう前記クランプ装置を調整する段階と、
を含む。

本明細書に記載される実施形態は、添付図面と共に以下の説明を参照することによってより深く理解することができる。

公知の伝導冷却シングルボードコンピュータの概略部分断面図。 シングルボードコンピュータと共に用いることができる例示的な楔形ロック部の概略部分断面図。 図２に示すクランプ状態中の楔形ロック部の概略部分断面図。 図２及び図３に示す楔形ロック部の概略部分断面図。 図２〜４に示すクランプ装置楔形ロック部を含む例示的なシングルボードコンピュータの斜視図。 楔形ロック部が緩和状態にあるときの図５に示すシングルボードコンピュータの側面図。 楔形ロック部がクランプ状態にあるときの図５及び６に示すシングルボードコンピュータの側面図。 図５〜７に示すシングルボードコンピュータを組み立てる例示的な方法を示すフローチャート。

本明細書では、プリント回路基板（ＰＣＢ）をシングルボードコンピュータとクランプするための手段として冷却プレートに楔形ロック部を提供することができる方法及び装置の例示的な実施形態が詳細に説明される。楔形ロック部の機能を組み込むことにより、シングルボードコンピュータ内にＰＣＢをクランプするのに使用される必要な内部スペースがより少なくなる。取り戻されるこのスペースを用いて、ＰＣＢから熱を伝導するのに使用する材料の量を増大することができる。追加の伝導材料を用いて、ＰＣＢの動作温度を下げることが可能になる。その上、本明細書で説明される方法及び装置は、ＰＣＢによって発生した熱をＰＣＢから伝導するための手段を提供することができる。ＰＣＢを所定位置にクランプすることにより曲げられる熱伝導プレートを使用することにより、動作中にＰＣＢから更なる量の熱を伝導してＰＣＢの動作温度を低下させるようにすることができる。ＰＣＢの動作温度が低下することにより、ＰＣＢの使用可能な寿命が長くなり、及び／又はＰＣＢに対して実施される必要な保守管理が少なくなる。

図２〜４は、例示的な一体化された楔形ロック部２００の概略図である。具体的には、図２は、緩和された状態又は非クランプ状態中の楔形ロック部２００の概略部分断面図であり、図３は、クランプ状態中の楔形ロック部２００の概略部分断面図であり、図４は、軸線Ａ−Ａ（図３に示す）に沿った楔形ロック部２００の概略部分断面図である。例示的な実施形態において、楔形ロック部２００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２０２を含むシングルボードコンピュータ（図２〜４には図示していない）を固定及び／又は安定化するよう構成される。その上、楔形ロック部２００は、以下で更に詳細に説明するように、ＰＣＢ２０２及び／又はシングルボードコンピュータの伝導冷却を可能にする。幾つかの実施形態において、楔形ロック部２００は、更なる伝導冷却を可能にするサイドバー２０４を含む。他の実施形態において、楔形ロック部２００は、サイドバー２０４を含まない。例示的な実施形態において、シングルボードコンピュータは、冷却プレート２０６を含み、楔形ロック部２００は、熱伝導プレート２０８、保持プレート２１０、及びクランプ装置２１２を含む。幾つかの実施形態において、サイドバー２０４は、ＰＣＢ２０２の少なくとも一部を受けるようなサイズにされた差込部２１４を含む。より具体的には、差込部２１４は、ＰＣＢ２０２の下面２１６が差込部２１４の上面２１８に沿って位置決めされるようなサイズにされる。加えて、ＰＣＢ２０２の側面２２０は、差込部２１４の側面２２２に沿って位置決めされる。ＰＣＢ２０２は、冷却プレート２０６の下面２２４の少なくとも一部に沿って該冷却プレート２０６に結合され、下面２２４がＰＣＢ２０２の上面２２６の少なくとも一部に沿って又はこれに対して位置決めされるようにする。

例示的な実施形態において、熱伝導プレート２０８の下面２２８は、冷却プレート２０６の上面２３０に沿って位置決めされる。冷却プレート２０６の端部２３４内に設けられたチャンネル２３２は、クランプ装置２１２を受けるようなサイズにされ、下面２２８がまた、クランプ装置２１２の上面２３６に沿って位置付けられるようにされる。図４に示すように、クランプ装置２１２は、第１の鋸歯状部分２３８と、協働する第２の鋸歯状部分２４０とを含む。第１の鋸歯状部分２３８は、第１の鋸歯状部分２３８の上面２４２が第２の鋸歯状部分２４０の下面２４４と整列されるように、第２の鋸歯状部分２４０に対して位置決めされる。より具体的には、第１の鋸歯状部分２３８の第１の歯セット２４６は、第２の鋸歯状部分２４０の第２の歯セット２４８と互いに交差される。

図２及び３に示すように、ＰＣＢ２０２から熱を伝導させるために、フリップチップ２５０は、上面２２６の少なくとも一部に沿って位置決めされる。加えて、ダイ２５２が、フリップチップ２５０の上面２５４の少なくとも一部に沿って位置付けられる。ＰＣＢ２０２により発生する熱は、フリップチップ２５０及びダイ２５２を通じて冷却プレート２０６に送られる。次いで、熱は、冷却プレート２０６及びクランプ装置２１２を含む第１の熱経路２５６を通って送られる。幾つかの実施形態において、第１の熱経路はまた、サイドバー２０４を含むことができる。その上、例示的な実施形態において、熱はまた、冷却プレート２０６及び熱伝導プレート２０８を含む第２の熱経路２５８を通って送られる。図３に示すように、第２の熱経路２５８は、第１の熱経路２５６の長さよりも短い長さを有する。１つの実施形態において、各熱経路２５６及び２５８は、ＰＣＢ２０２及び／又はシングルボードコンピュータによって発生する熱のほぼ半分を放散する。

例示的な実施形態において、楔形ロック部２００は、ラックなど作動システム内のシングルボードコンピュータを固定する。その上、楔形ロック部２００は、低い熱抵抗を提供するために動作システム内の熱基準面（図示せず）にて圧力を生成することにより、シングルボードコンピュータ及び／又はＰＣＢ２０２の伝導冷却をより大きくすることができる。より具体的には、保持プレート２１０は、熱伝導プレート２０８の端部２６２が保持プレート２１０の端部２６４を越えて延びるように、熱伝導プレート２０８の上面２６０の少なくとも一部に沿って位置付けられる。図４に示すように、スクリュー２６６は回転させることができる。スクリュー２６６を回転させることによって生成されるトルクは、第１の鋸歯状部分２３８上の第１の方向２６８で力Ｆ_Yを誘起する。力Ｆ_Yは、第１の歯セット２４６を第２の歯セット２４８に対して第１の方向２６８で移動させる。第１の歯セット２４６の移動により第２の鋸歯状部分２４０上で第２の方向２７０の力Ｆ_Zが誘起され、この第２の方向２７０は第１の方向２６８に対して垂直である。力Ｆ_Zは、熱伝導プレート２０８の下面２２８に対して第２の鋸歯状部分２４０を圧迫する。スクリュー２６６を調節することにより、図３に示すように、熱伝導プレート２０８の端部２６２が曲がるようになる。従って、種々の実施形態において、熱伝導プレート２０８は、ＰＣＢ２０２から熱を伝導可能にする高い熱伝導率及び銅ベリリウム合金（ＣｕＢｅ）のようなバネ特性をもたらす材料のうちの少なくとも１つを提供する材料から形成される。しかしながら、高い熱伝導率をもたらすあらゆる好適な材料を用いることができる点は、当業者であれば理解されるはずである。バネ特性は、力Ｆ_Zに抗して作用する抵抗力をもたらし、作動環境内でシングルボードコンピュータを固定可能にし、及び／又はシングルボードコンピュータの伝導冷却に使用するより低い熱抵抗を提供できるようにする。その上、幾つかの実施形態において、熱伝導プレート２０８は、複数のシム（図示せず）を含むことができ、ここでシムの少なくとも第１の部分は、高い熱伝導率を提供する材料から形成され、シムの少なくとも第２の部分は、バネ特性をもたらす材料から形成される。

図５〜７は、楔形ロック部２００のような楔形ロック部を含む例示的なシングルボードコンピュータ３００の図である。具体的には、図５は、シングルボードコンピュータ３００の斜視図であり、図６は、楔形ロック部２００が緩和された状態又は非クランプ状態にあるときのシングルボードコンピュータ３００の側面図であり、図７は、楔形ロック部２００がクランプ状態にあるときのシングルボードコンピュータ３００の側面図である。シングルボードコンピュータ３００は、ＰＣＢ２０２（図２及び／又は３に示す）のようなＰＣＢと、シャーシガイド３０２とを含む。シングルボードコンピュータ３００は、楔形ロック部２００によってラック（図示せず）などの動作環境内に固定される。図６に示すように、楔形ロック部２００が緩和された状態又は非クランプ状態にあるときには、第１の鋸歯状部分２３８及び第２の鋸歯状部分２４０は整列されている。より具体的には、第１の鋸歯状部分２３８の上面２４２は、第２の鋸歯状部分２４０の下面２４２と完全に整列されている。図７に示すように、スクリュー２６６が回転されると、力Ｆ_Yが第１の鋸歯状部分２３８上に誘起され、第１の鋸歯状部分２３８が力Ｆ_Yに相当する方向２６８に移動するようになる。第１の鋸歯状部分２３８の移動により、第１の歯セット２４６が同様に第２の歯セット２４８に対して移動するようになり、これにより第１の方向２６８に垂直な第２の方向２７０の力Ｆ_Zが誘起されるようになる。従って、力Ｆ_Zは、熱伝導プレート２０８に抗して第２の鋸歯状部分２４０にて誘起される。力Ｆ_Zは、保持プレート２１０をシャーシガイド３０２に結合する１つ又はそれ以上のファスナー３０４により対向される。力Ｆ_Zは、過剰衝撃及び／又は振動力から保護することにより動作環境内でシングルボードコンピュータ３００を固定できるようにする。その上、力Ｆ_Zは、シングルボードコンピュータ３００と動作環境の熱基準面（図示せず）との間に局所的圧力をもたらして低い熱抵抗の生成を容易にし、これによりシングルボードコンピュータ３００から除去できる熱の量を増大させることができる。より具体的には、熱は、第１の熱経路２５６及び第２の熱経路２５８（共に図２〜４に示される）を通じた伝導により除去される。第１の熱経路２５６は、冷却プレート２０６及びクランプ装置２１２（図２〜４に示す）を含む。幾つかの実施形態において、第１の熱経路２５６はまた、サイドバー２０４（図２及び３に示す）を含むことができる。第２の熱経路２５８は、冷却プレート２０６及び熱伝導プレート２０８を含む。

図８は、シングルボードコンピュータ３００（図５〜７に示す）などのシングルボードコンピュータを含むコンピュータシステムを組み立てる例示的な方法を示すフローチャート４００である。図２〜７を参照すると、例示的な実施形態において、シングルボードコンピュータ３００は、ＰＣＢ２０２、冷却プレート２０６、該冷却プレート２０６に対して位置付けられる熱伝導プレート２０８、保持プレート２１０、及びクランプ装置２１２を含む。

例示的な実施形態において、シングルボードコンピュータ３００は、コンピュータシステムの熱基準面に対して位置付けられる（４０２）。シングルボードコンピュータ３００を固定するためにクランプ装置２１２が調整される（４０４）。より具体的には、クランプ装置２１２は、シングルボードコンピュータ３００を熱基準面に固定するように調整される。１つの実施形態において、クランプ装置２１２の調整は、第１の方向２６８での第１の鋸歯状部分２３８の移動が、第１の方向２６８に垂直な第２の方向２７０で第２の鋸歯状部分２４０に作用する力Ｆ_Zを与えるようにスクリュー２６６を回転させることを含む。力Ｆ_Zは、例えば、衝撃及び振動力からの保護を提供するためコンピュータシステム内にシングルボードコンピュータ３００を固定する。その上、第２の鋸歯状部分２４０に作用する力Ｆ_Zを与えるようにクランプ２１２を調整することにより、冷却プレート２０６及びクランプ装置２１２を含む第１の熱経路２５６を提供する（４０６）。更に、第２の鋸歯状部分２４０に作用する力Ｆ_Zを与えるようにクランプ２１２を調整することにより、冷却プレート２０６及び熱伝導プレート２０８を含む、第２の熱経路２５８を提供する（４０８）。従って、第１及び第２の熱経路２５６及び２５８を提供することにより、シングルボードコンピュータ３００の伝導冷却が可能になる。より具体的には、クランプ２１２を調整することによるシングルボードコンピュータ３００と熱基準面との間に生成される圧力は、低い熱抵抗を可能にし、これによりシングルボードコンピュータ３００の更なる伝導冷却が可能になる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

２００ 楔形ロック部
２２２ 差込部２１４の側面
２２４ 冷却プレート２０６の下面
２２６ ＰＣＢ２０２の上面
２２８ 熱伝導プレート２０８の下面
２３０ 冷却プレート２０６の上面
２３２ チャンネル
２３４ 冷却プレート２０６の端部
２５４ フリップチップ２５０の上面
２５６ 第１の熱経路
２５８ 第２の熱経路
２６０ 熱伝導プレート２０８の上面

Claims (20)

1. シングルボードコンピュータと共に用いるための楔形ロック部であって、
   プリント回路基板（ＰＣＢ）に対して位置付けられる冷却プレートと、
   動作環境において前記シングルボードコンピュータを固定するよう構成されたクランプ装置と、
   前記冷却プレートの上面及び前記クランプ装置の上面に沿って位置付けられて前記ＰＣＢの伝導冷却を可能にする熱伝導プレートと、
   を備える、楔形ロック部。
2. 前記熱伝導プレートが、高熱伝導率をもたらす材料を含む、請求項１に記載の楔形ロック部。
3. 前記熱伝導プレートが、複数のシムを含む、請求項１に記載の楔形ロック部。
4. 前記楔形ロック部が、前記ＰＣＢにより生成される熱を除去可能にする第１の熱経路を提供し、該第１の熱経路が前記冷却プレート及び前記クランプ装置を含む、請求項１に記載の楔形ロック部。
5. 前記楔形ロック部が、前記ＰＣＢにより生成される熱を除去可能にする第２の熱経路を提供し、該第２の熱経路が前記冷却プレート及び前記熱伝導プレートを含む、請求項４に記載の楔形ロック部。
6. 前記第２の熱経路が、前記第１の熱経路の長さよりも短い長さを有する、請求項５に記載の楔形ロック部。
7. 前記クランプ装置が、第１の鋸歯状部分と、該第１の歯セットに対して位置付けられる第２の鋸歯状部分とを含む、請求項１に記載の楔形ロック部。
8. 前記第１の鋸歯状部分が、第１の方向で移動して、前記第１の方向に垂直な第２の方向で前記第２の鋸歯状部分に作用する力を誘起するように構成される、請求項７に記載の楔形ロック部。
9. 前記第２の方向で前記第２の鋸歯状部分に誘起される力が、動作環境内で前記シングルボードコンピュータを固定するように前記熱伝導プレートに誘起される、請求項８に記載の楔形ロック部。
10. シングルボードコンピュータであって、
    プリント回路基板（ＰＣＢ）と、
    動作環境内で前記シングルボードコンピュータを固定するよう構成された楔形ロック部と、
    を備え、該楔形ロック部が、
    前記ＰＣＢに対して位置付けられた冷却プレートと、
    クランプ装置と、
    前記冷却プレートの上面及び前記クランプ装置の上面に沿って位置付けられて前記シングルボードコンピュータの伝導冷却を可能にする熱伝導プレートと、
    を含む、シングルボードコンピュータ。
11. 前記楔形ロック部が、前記ＰＣＢによって生成された熱を伝導によって前記シングルボードコンピュータから逃がすことを可能にする第１の熱経路を提供し、該第１の熱経路が、前記冷却プレート及び前記クランプ装置を含む、請求項１０に記載のシングルボードコンピュータ。
12. 前記楔形ロック部が、前記ＰＣＢによって生成された熱を伝導によって前記シングルボードコンピュータから逃がすことを可能にする第２の熱経路を提供し、該第２の熱経路が、前記冷却プレート及び前記熱伝導プレートを含む、請求項１１に記載のシングルボードコンピュータ。
13. 前記第２の熱経路が、前記第１の熱経路の長さよりも短い長さを有する、請求項１２に記載のシングルボードコンピュータ。
14. 前記クランプ装置が、第１の鋸歯状部分と、該第１の歯セットに対して位置付けられる第２の鋸歯状部分とを含む、請求項１０に記載のシングルボードコンピュータ。
15. 前記第１の鋸歯状部分が、第１の方向で移動して、前記第１の方向に垂直な第２の方向で前記第２の鋸歯状部分に作用する力を誘起するように構成される、請求項１４に記載のシングルボードコンピュータ。
16. 前記第２の方向で前記第２の鋸歯状部分に誘起される力が、動作環境内で前記シングルボードコンピュータを固定するように前記熱伝導プレートに誘起される、請求項１５に記載のシングルボードコンピュータ。
17. プリント回路基板（ＰＣＢ）と、冷却プレートと、該冷却プレートに対して位置付けられた熱伝導プレートと、保持プレートと、クランプ装置とを含むシングルボードコンピュータを有するコンピュータシステムを組み立てる方法であって、
    前記コンピュータシステムの熱基準面に対して前記シングルボードコンピュータを位置付ける段階と、
    前記コンピュータシステム内に前記シングルボードコンピュータを固定し且つ複数の熱経路を提供して前記シングルボードコンピュータの伝導冷却を可能にするよう前記クランプ装置を調整する段階と、
    を含む、方法。
18. 前記クランプ装置を調整する段階が、第１の方向でスクリューを回転させて、前記クランプ装置の第１の鋸歯状部分が、前記第１の方向に垂直な第２の方向で前記クランプ装置の第２の鋸歯状部分に作用する力を誘起するようにする段階を含む、請求項１７に記載の方法。
19. 熱基準面に対して前記シングルボードコンピュータを位置付ける段階が、前記冷却プレート及び前記クランプ装置を含む第１の熱経路の提供を可能にする、請求項１７に記載の方法。
20. 熱基準面に対して前記シングルボードコンピュータを位置付ける段階が更に、前記冷却プレート及び前記熱伝導プレートを含む第２の熱経路の提供を可能にし、該第２の熱経路は、前記第１の熱経路の長さよりも短い長さを有する、請求項１９に記載の方法。

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