JP2017162892A - 電子機器筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体のフレーム側の冷却流路・レール機構およびカードモジュールの固定部品・配線を削減することにより、小型化・軽量化・材料コストおよび製造コストの低減を実現する。また、フレームとカードモジュール間の接触面熱抵抗を削減することにより、放熱能力を向上する。
【解決手段】外部接続コネクタを有するカードモジュール１およびブロワモジュール２をBKPLモジュール３、トッププレート４およびボトムプレート５に固定する構造とし、従来のカードモジュールを収納するための筐体フレームおよびフレーム内のレール機構、固定部品、配線を削減する。また、カードモジュール１に熱交換部を設けることにより、フレームとカードモジュール間の接触面熱抵抗を削減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子、回路素子などの電子機器を搭載する電子機器筐体に関するものである。

近年、車両や航空機等の移動体プラットホームの多様化および機能部品の性能均一化に伴い、電子回路基板を搭載する電子機器において、従来の機能・性能を維持しつつ、付加価値として機器の小型・軽量・安価が求められる傾向にあり、小型・軽量・低コスト化技術の開発が必要となっている。

車両や航空機等の移動体に搭載する電子機器の一般的な冷却方式の一つとして、電子回路基板の電子部品取付け面にシャシ（放熱板）を取り付け、電子回路基板上の電子部品の熱をシャシに伝え、さらにシャシから熱交換部に伝え、熱交換部を冷却空気にて冷却する間接冷却方式がある。この方式では、筐体のフレームとカードモジュール（カード状の回路基板に、半導体素子、回路素子などの電子機器が実装されたカード型モジュールのことをいう）の機械的接触部分にレール機構を設け、熱伝導によりカードモジュールの発熱を筐体のフレームの流路内に設けられた熱交換部まで輸送し放熱する構造が一般的である。

上記の間接冷却方式の構造は、筐体のフレームに設けたレール機構を用いてモジュールの挿抜を行うが、電子機器保護のための適度な密閉性および放熱性を確保するため、フレームとカードモジュール間の固定には十分な寸法精度が必要である。そのため、フレームに複雑な形状のレール機構を成形し、モジュールの挿抜・固定を行うための部品を設けている。

特開２０１０-０５６５２７号公報 特開２０１３-２５４７８４号公報 特開平７−１３１１７３号公報

従来の間接冷却方式では、機器全体の小型化を図る場合、モジュールを高密度実装にて限界まで小型化したとしても、モジュールの挿抜用のレール機構及び固定用の部品、外部接続コネクタとBKPL（Backplane）を配線するスペース、冷却空気の流路が筐体のフレーム内部に必要となり、それらのスペースは機器全体の小型化に対して妨げとなっている。また、部品点数が多いため材料コストが高くなる傾向にある。

カードモジュールの固定には、十分な寸法精度が必要であるため、フレームのレール機構をはじめ固定に関連する部品は複雑な形状となる。したがって、それらの部品は主に切削加工等により成形されることが多く、製造コストが高くなる傾向にある。

外部接続コネクタとBKPL間の配線は、筐体のフレームとカードモジュールの隙間の限られたスペースにて配線されるため、配線経路が複雑になることが多い。したがって、筐体内の配線作業の長時間化、配線治具の製作等により製造コストが高くなる傾向にある。

カードモジュールの発熱をレール機構の機械的接触部分を介して筐体のフレームへ熱伝導により輸送するため、熱輸送経路に接触面における接触熱抵抗が介在する。したがって、大量の熱を輸送させる場合、接触面における温度上昇が大きくなり、放熱能力が低下する。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、構造が簡易で、小型化、軽量化、低コスト化が可能な電子機器筐体を提供することを目的とする。

この発明に係る電子機器筐体は、回路基板と、前記回路基板を固定するカードシャシを備える複数のカードモジュールと、前記カードモジュールを挿抜可能なコネクタを複数有するBKPL（Backplane）を備えるBKPLモジュールとを備え、前記カードシャシは、前記回路基板で発生した熱を排熱する熱交換部を有する。

この発明に係る電子機器筐体によれば、カードモジュールを収納する筐体フレームを削減し、カードモジュールおよび周辺部品のみで構成することにより、機器全体の小型・軽量化が可能となる。

また、カードモジュールを収納する筐体フレームを削減し、カードモジュールおよび周辺部品のみで構成することにより、フレーム関連部品の材料コストおよび加工・組立の製造コストが低減される。

また、従来筐体フレーム側にあった熱交換部および冷却流路をカードモジュール側に移設することにより放熱能力が向上する。

本発明の実施の形態１に係る電子機器筐体の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電子機器筐体の全体を分解した分解図である。 本発明の実施の形態１に係る電子機器筐体（図１）を左手前から見たときの冷却流路を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る電子機器筐体の構造（図１）を左手前からみたときの冷却流路を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における半導体素子、回路素子などの電子機器を搭載する電子機器筐体１００の外観を示すものであり、図２は図１の電子機器筐体１００の構造を分解した状態を示す図である。

図１において、電子機器筐体１００は、複数のカードモジュール１と、ブロアモジュール２、BKPL（Backplane）モジュール３と、トッププレート４と、ボトムプレート５から構成される。
図２において、カードモジュール１は、半導体素子、回路素子などの電子部品が搭載され、電子部品の動作時に高発熱箇所となる回路基板７と、回路基板７に接続された外部接続コネクタ９と、高熱伝導性の構造部材で例えばアルミニウムを加工したカードシャシ６と、カードシャシ６を立てた状態でカードシャシ６の上下部に設けられた熱交換部８から構成される。回路基板７はカードシャシ６に相互の面が接触するように嵌め合せされ、ねじによって固定される。また、回路基板７は、外部接続コネクタ９の取付け位置とは反対側に、後述するBKPL１３とコネクタ接続するBKPL対応コネクタも備えている。カードシャシ６の上下位置に設けられた熱交換部８は、熱を伝達する面積を広げたフィン構造を成しており、カードシャシ６の厚さ方向に空気が流れるように複数枚のプレートフィンが設けられている。

ブロワモジュール２は、２穴の開いたダクト１２と、２穴に挿入されるブロワ１０と、ブロワ１０を覆うブロワカバー１１から構成される。

BKPLモジュール３は、BKPLシャシ１４と、BKPL１３から構成される。BKPL１３には、カードモジュール１をBKPL１３の面に対して垂直方向に挿入して接続可能なコネクタが横方向に並列に並べられており、BKPL１３はBKPLシャシ１４にねじ固定される。

カードモジュール１は、BKPLモジュール３のBKPL１３に対して垂直方向に挿入され、固定される。
固定の際には、先述の通り、カードモジュール１の回路基板７はBKPL１３とコネクタにて相互接続される。より具体的にはカードモジュール１は、BKPL１３のコネクタ部に設けられたガイドピンに差し込まれて位置決めされた後、BKPL１３のコネクタに設けられた固定金具により固定される。
BKPL１３は複数のコネクタを並列に備えており、各々のコネクタ位置に複数枚のカードモジュール１を固定することが可能である。

ブロワモジュール２は、BKPLモジュール３の側面にねじ止め等により固定される。

次に、カードモジュール１とブロワモジュール２が固定されたBKPLモジュール３の上下面には、トッププレート４およびボトムプレート５が用意され、トッププレート４およびボトムプレート５によりカードモジュール１は覆われ、BKPLシャシ１４に固定される。

ブロワモジュール２の対向面には吸気用ダクト等が接続されて、電子機器筐体の内部は密閉される。

図３は、図２で説明した各構成をアセンブリした状態において、外部接続コネクタ９側から見た電子機器筐体１００の内部断面を示した図であり、図４はその斜視図である。
前述の通り、複数のフィンプレートから成る熱交換部８を有するカードモジュール１と、ブロワモジュール２をBKPLモジュール３に接続した状態において、上下面がトッププレート４とボトムプレート５で覆われることにより、カードモジュール１の上下位置に冷却流路９０が形成される。

ブロワ１０を稼動することで、冷却空気が図３、図４に矢印で示す冷却流路９０に従い流れ、カードモジュール１の上下の熱交換部およびブロワモジュール２内部のダクト１２を通り、ブロワカバー１１より電子機器筐体１００の外部に排出される。

このようにカードモジュール１の回路基板７にて発生した発熱は、カードシャシ６を介して熱交換部８に伝達され、ブロワによる強制空冷にて、熱交換部８より冷却空気に排熱される。
したがって、実施の形態１に係る電子機器筐体においては、従来のカードシャシから筐体のフレームに熱輸送される際の接触面熱抵抗によるロスが削減され、放熱性の向上が図れる。特に、昨今の高発熱密度化の傾向に伴い、高発熱密度基板を搭載する筐体において大きな効果が期待できる。

また、実施の形態１に係る電子機器筐体は、従来の機器筐体構造と比較し、カードモジュールの挿抜用のレール機構及び固定用の部品、外部接続コネクタとBKPL間の配線スペース、冷却空気の流路を有するフレームが削減されるため、カードモジュールの最外形が筐体全体のサイズとなる。
これにより、カードモジュール１を高密度実装により小型化することにより、電子機器筐体全体の小型化が可能となる。
また、部品点数が大幅に削減されるため、軽量化および材料コストを低減することが可能である。

また、カードモジュールの挿抜・固定に関連する複雑形状および高精度の加工が削減されるため、製造コストが低減可能となる。

さらに、外部接続コネクタとBKPL間の電気的接続はカードモジュールを介してコネクタ接続にて行われるため、筐体内部の配線が不要となる。
したがって、複雑な配線経路の配線作業、配線治具等が削減されるため、製造コストを低減可能な効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態１では、カードモジュール１とブロワモジュール２を固定したBKPLモジュールの上下面を更にトッププレート４とボトムプレート５で覆っていたが、実施の形態２では、ブロワモジュール２、トッププレート４およびボトムプレート５を省略し、カードモジュール１とBKPLモジュール３のみで、電子機器筐体を構成する。構造を実施の形態２とする。

実施の形態２に係る電子機器筐体１０１（図示せず）では、カードモジュール１内の回路基板７で発生した発熱は、カードシャシ６を介し、自然空冷にて熱交換部８より周囲空気に冷排熱される。したがって、ブロワモジュール２、トッププレート４およびボトムプレート５の材料・製造費が削減され、より小型・軽量・低コスト化することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態１では、カードモジュール１とブロワモジュール２を固定したBKPLモジュールの上下面を更にトッププレート４とボトムプレート５で覆い、カードモジュールの上下に冷却流路９０を形成していたが、実施の形態３では、ブロワモジュール２の代わりに液体冷媒循環装置を設け、トッププレート４およびボトムプレート５内部に熱交換部および液体流路を形成する。また、併せて、カードモジュール１の熱交換部８を削除する。

実施の形態３に係る電子機器筐体１０２（図示せず）では、カードモジュール１内の回路基板７で発生した発熱は、カードシャシ６を介し、トッププレート４およびボトムプレート５に熱伝導により輸送され、熱交換部より液体冷媒に排熱される。
これにより、実施の形態１に係る電子機器筐体に比べて冷却性能の向上が図れる。

１ カードモジュール、２ ブロワモジュール、３ BKPLモジュール、４ トッププレート、５ ボトムプレート、６ カードシャシ、７ 回路基板、８ 熱交換部、９ 外部接続コネクタ、１０ ブロワ、１１ ブロワカバー、１２ ダクト、１３ BKPL、１４ BKPLシャシ、９０ 冷却流路、１００、１０１ 電子機器筐体。

Claims (4)

1. 回路基板と、前記回路基板を固定するカードシャシを備える複数のカードモジュールと、
   前記カードモジュールを挿抜可能なコネクタを複数有するBKPL（Backplane）を備えるBKPLモジュールと、
   を備え、
   前記カードシャシは、前記回路基板で発生した熱を排熱する熱交換部を有することを特徴とする電子機器筐体。
2. 前記複数のカードモジュールの上面に設けられたトッププレートと、
   前記複数のカードモジュールの下面に設けられたボトムプレートと、
   前記回路基板の基板面と対向する位置に、ダクトと前記ダクトに挿入されたブロワからなるブロワモジュールと、
   を備え、
   前記複数のカードモジュールは、各々のカードモジュールが平行に前記BKPLに挿入固定され、
   前記熱交換部は、前記回路基板の基板面に垂直となる方向に面を有する複数枚のプレートフィンからなり、
   前記ブロワは、前記プレートフィンを空気の流路として吸気することを特徴とする請求項１記載の電子機器筐体。
3. 前記カードモジュールは、前記トッププレート側と、前記ボトムプレート側の両側に前記熱交換部を備えることを特徴とする請求項２記載の電子機器筐体。
4. 回路基板と、前記回路基板を固定するカードシャシを備える複数のカードモジュールと、
   前記カードモジュールを挿抜可能なコネクタを複数有するBKPLを備えるBKPLモジュールと、
   前記複数のカードモジュールの上面に設けられたトッププレートと、
   前記複数のカードモジュールの下面に設けられたボトムプレートと、
   前記カードモジュールと前記BKPLモジュールと前記トッププレートと前記ボトムプレートで形成される空間に封入された液体冷媒と、
   前記液体冷媒を循環する液体冷媒循環装置と、
   を備え、
   前記カードモジュールは前記BKPLに挿入されて固定され、
   前記冷媒循環装置は、前記液体冷媒を循環させて、前記回路基板で生じた発熱を前記トッププレートあるいは前記ボトムプレートに輸送することを特徴とする電子機器筐体。

Images