JP3643715B2 - 電子装置の実装構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、論理ユニットと電源ユニットを実装する電子装置の実装構造に係り、特に高効率な給電及び冷却を可能とした給電方法とユニットレイアウトを持つ電子装置の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に従来技術による多数のプリント基板を搭載した電子装置、例えばホストコンピュータは、図７に示す如く、多数の半導体素子等（ＬＳＩ）を搭載した論理ユニット２２を、フレ−ム２１の筐体一側面にガイドレ−ル２４により案内して実装し、この論理ユニット２２に電力を供給する複数の電源ユニット２３を、バックボード２５を境にしてガイドレ−ル２４により案内して筐体他側面に実装し、筐体下位置に送風機ユニット２６を配置し、該上方の論理ユニット２２及び電源ユニット２３に冷却風を供給することにより、前記ユニット２２及び２３の冷却を行う様に構成している。また前記複数の電源ユニット２３は、個々の論理ユニット２２対応に給電バスバーとバックボード２５を介して例えば、１．２Ｖ／３．３Ｖ／５Ｖの給電を行う。
【０００３】
前記各ユニットの境となるバックボード２５は、フレーム２１内に上下２段に実装され、このため論理ユニット２２の半導体素子等から発する高い熱量が、バックボード２５の表面（図７中手前部分）且つ上下段に集中する＜従来特性１＞。
【０００４】
前述の論理ユニット２２への給電は、図８に示す如く、電源ユニット２３ａが１．２Ｖ、電源ユニット２３ｂが３Ｖ、電源ユニット２３ｃが５Ｖとした場合、例えば１つの電源ユニット２３ａが、１．２Ｖの電力を給電経路２７ａを構成する給電バスバー２７を介して複数の論理ユニット２２に供給するため、１つの電源ユニット２３からの給電バスバー２７が枝別れしてゆくような形状となってバックボード２５に連結されている。従って、この給電方式によれば、給電バスバー２７の形状により電源ユニット２３と論理ユニット２２を最短で結ぶ経路と最長の経路が存在し、経路の長いところほど電圧降下が大きくなり、経路の長さの違いによる電圧降下の格差が生じる＜従来特性２＞。
【０００５】
更に前記実装構造は、論理ユニット２２を上下２枚実装する際には該論理ユニット２２の上下にガイドレール２４を配置するものであるが、例えば下にしか論理ユニットを実装しない場合には筐体上面にはガイドレール２４を配置しない構造である。またガイドレール２４は、図８の如く半導体素子を搭載した論理ユニット２２を保持するために中央が開口された板形状の空気抵抗となる。このため筐体上面には、ガイドレール２４が存在する箇所と存在しない箇所が発生し、図８右側に示す如く、冷却風の流路抵抗となるガイドレール２４の有無で論理ユニット２２を冷却する冷却風量に格差が発生する＜従来特性３＞。
【０００６】
また前記実装構造は、図９に示す如く、前記論理ユニット２２に複数のＬＳＩ２９を搭載し、バックボード２５にもＬＳＩ２８を搭載し、該バックボード２５へガイドレール３０を介して論理ユニット２２を搭載する様に構成している。この実装構造の冷却は、図中の下方向から送風により行われるものであるが、ＬＳＩ２８とＬＳＩ２９を冷却する冷却風流路が分離されていないため、ＬＳＩ２９の発熱量による風温上昇の影響をＬＳＩ２８が受け、冷却設計を難しくしている＜従来特性４＞。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した様に従来技術による電子装置の実装構造は、従来特性１，３，４で説明した様に、高い熱量がバックボード２５の表面且つ上下段に集中し、更にガイドレール２４の有無で論理ユニット２２を冷却する冷却風量に格差が発生し、更に論理ユニット２２のＬＳＩ２９の発熱がバックボートに搭載したＬＳＩ２８に影響すると言う特性があり、このために筐体内における熱分布の不均一及び冷却効率が低いと言う不具合があった。
【０００８】
また従来技術による電子装置の実装構造は、従来特性２で説明した様に、電源ユニット２３から論理ユニット２２への経路長の違いによる電圧降下の格差が生じ、論理ユニット２２への給電電圧が不均一であると言う不具合があった。
【０００９】
本発明の目的は、前述の従来技術による不具合を除去することであり、筐体内における熱分布を均一化し、冷却効率を向上し、論理ユニットへの給電電圧を均一化することができる電子機器の実装構造を提供することである。
【００１０】
具体的に述べると本発明の目的は、論理ユニットや電源ユニットの発熱による熱量の集中を防ぎ分散させる実装構造、論理ユニットや電源ユニットを搭載するバックボ−ドを上下２段に実装する際の各ユニットの発熱による熱量の集中を分散し、均一化させる高発熱量のユニットを通過する風量を増加させる実装構造、論理ユニットや電源ユニットの発熱による空気温度上昇の影響を前記ＬＳＩに与えない実装構造、論理ユニットと該論理ユニットに給電を行う電源ユニットとを最短で結ぶ実装構造、論理ユニットと電源ユニットが一対一の関係となる実装構造の何れか又は全てを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、バックボードに複数の論理ユニット及び該論理ユニットに電力を供給する電源ユニットとを実装し、前記論理及び電源ユニットに冷却風を供給する送風機ユニットとを備える電子装置の実装構造において、前記バックボードの両面に論理ユニット及び電源ユニットを交互に配置し、前記電源ユニットがバックボードを境にした他面に実装し且つ近接した論理ユニットに電力を供給する様に接続したことを第１の特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記特徴の実装構造において、前記バックボードを境にして接続した複数の電源ユニットと論理ユニット間の距離を同一としたことを第２の特徴とし、前記各特徴の電子装置の実装構造において、前記論理ユニットが電源ユニットに比べて高発熱量であり、該電源ユニットが論理ユニットに比べて低発熱量であり、前記論理ユニット及び電源ユニット並びにバックボードが独立した空気流路を形成し、前記送風機ユニットが前記各々の空気流路に冷却風を供給することを第３の特徴とし、前記特徴による実装構造において、前記電源ユニットが形成する空気流路が、論理ユニットが形成する空気流路に比べて空気流通抵抗が大きい様に構成したことを第４の特徴とする。
【００１３】
更に本発明は、前記第１及び第２の特徴による電子装置の実装構造において、前記論理ユニットが電源ユニットに比べて高発熱量であり、該電源ユニットが論理ユニットに比べて低発熱量であり、前記交互に配置した論理ユニット及び電源ユニットをバックボードの上下、且つ上下の論理ユニットの下に電源ユニット又は電源ユニットの下に論理ユニットが位置する様に実装し、前記送風機ユニットが前記論理ユニット及び電源ユニットに冷却風を供給することを第５の特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による電子装置の実装構造を図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２は、本実施形態による電子装置の正面及び裏面を示す斜視図である。
本実施形態による電子装置は、筐体のフレーム１と、複数の半導体素子等を搭載した複数の論理ユニット２と、該論理ユニット２に電力を給電するための複数の電源ユニット３と、該各ユニット２及び３をガイドレース８を介して搭載するためのバックボード６と、該バックボード６を固定するためのバックボードフレーム７と、前記各ユニット２及び３を冷却するための遠心形送風機５ａを含む送風機ユニット５と、この送風機ユニット５を収納するための送風機ボックス４とを備える。また前記電源ユニット３は、１つで１．２Ｖ／３．３Ｖ／５Ｖの複数の電圧を供給することができる。
【００１５】
本実施形態による論理及び電源ユニットの実装構造は、従来がバックボードの一面に論理ユニット、他面に電源ユニットを搭載していたのに対し、バックボード６の両面に論理ユニットと電源ユニットとを交互に、且つ上下が同種類のユニットに成る様に配置する。例えば図１の如くフレーム１のバックボード６の前面（図１の手前方向）の上段に、論理ユニット２と電源ユニット３とを横方向に交互に配置し、下段にも上段とユニットが同じ種類になる様に配置し、図２の如くバックボード６裏面にも同様にユニットを配置し配置する。
【００１６】
尚、バックボード６を境にした両ユニットの他面のユニットが異種のユニットになる様に配置する、例えばバックボード６前面に論理ユニット２を配置したら裏面に電源ユニット３を配置する様に異なる種のユニットを配置しても良い。
【００１７】
この各ユニットを交互に配置した図１及び２に示した電子装置の上部を拡大して示したのが図５及び図６である。これら図を参照すれば明らかな如く、本実装構造は、装置の正面及び裏面から見て、論理ユニット２と電源ユニット３とをバックボード６の両面において交互に配置し、上下のユニットを同じユニットに成る様に実装している。
【００１８】
また本実施形態による論理及び電源ユニット２，３は、フレーム１の上下方向に空気が流通する箱形状のトンネル構造を形成している。また本実装構造は、フレーム１にユニットを支持するために配置した棚１０（図３）や、装置上面のバックボード６上に配置される棚９（図５，６）に空気流路に沿った風穴（例えば図５中の符号６０）を設け、更にバックボード６を支持するバックボードフレーム７の一部に空気流路に沿った切り欠き（例えば図５中の符号７１）を設けている。
【００１９】
従って本実施形態によれば、筐体下位置の送風機ユニット５から上方向に送られる冷却風が、図３に示す図２のＡ−Ａ断面図の如く、バックボード６を境にして一面の論理ユニット２の半導体素子（ＬＳＩ）を搭載した面の空間を含む箱形状の筒（トンネル）を通って筐体上部に排出され、他面の電源ユニット３の電源コイル等の素子を搭載した面の空間を通って筐体上部に排出される。この流路は、図３の上面から見た図４の如く、バックボード６を境にして交互に設けられた論理ユニット２及び電源ユニット３内の箱形状の筒を通って筐体上部に排出される。
【００２０】
この排出される空気の流量は、図５及び図６に示す如く、電源ユニット３を搭載する位置上面に中空の板形状のガイドレール８が流路抵抗となるため、ガイドレール８から排出される冷却風５０の流量が小さく、論理ユニット２を通って排出される冷却風５２の流量が大きく設定される。
【００２１】
また前記論理及び電源ユニット２，３をフレーム１の上下方向に空気が流通する箱形状に形成したことにより、バックボード６近傍を独立した空気流通路として形成でき、これにより送風機ユニット５から上方向に送られる冷却風が、バックボード６に搭載したＬＳＩ１３近傍のみを通って冷却風５１として排出されるため、このＬＳＩ１３から発する熱量が論理ユニットの半導体素子（ＬＳＩ）に供給されるのを防止することができる。
【００２２】
特に本実施形態においては、空気の流路抵抗となる論理ユニット２用のガイドレール８を装置上面の排出面から見て交互に（具体的には論理ユニットと電源ユニットとを交互に）、且つバックボード６の両面に配置し、図５及び６に示す装置上部の全面から冷却風を排出する様に構成したことにより、装置全面にわたって熱分布を均等化し且つ冷却効率を向上することができる。
【００２３】
前記ガイドレ−ル８は、低発熱量の電源ユニット３の上下部に電源ユニット３と高発熱量の論理ユニット２の両方を実装するものであり、このため低発熱量の電源ユニット３の中を流れる冷却風には流路抵抗が付いて風量を減少させ、その分、高発熱量の論理ユニット２の中を流れる冷却風の風量を増加させることが出来る。更にこのような実装をすることで、従来、ユニットの発熱による風温上昇の影響がどの程度バックボ−ド上に搭載されたＬＳＩやコネクタに及ぼされるのか予測困難で冷却検討を難しくしていたのを簡単なモデルで考えることができる。
【００２４】
また本実施形態による実装構造は、特に図４に示す如くバックボード６を境にした一方の電源ユニット３から他面の斜め横の論理ユニット２に対して電力を供給するため、電源ユニット３と論理ユニット２との物理的距離を全て同一とすることができ、これにより両ユニットを接続する給電経路の長さを同一にすることができ、論理ユニット２に供給する電圧を全て同一とし、給電路長の違いによる電圧低下を防止することができる。
【００２５】
前記給電経路は、図４に示したコネクタ１４及びバックボード６内の配線を最短かつ直接的に接続される。これにより本実施形態による論理ユニット２は、動作に必要な複数の電圧を、従来の電圧ごとにユニット化された複数の電源ユニットから供給されるのではなく、一つの電源ユニットから供給する、即ち複数の電圧を供給できる電源ユニット３を使用することにより、論理ユニット２と電源ユニット３とを一対一の関係にすることが出来る。これにより従来の給電バスバーに付随する部品類が一切不用となるため、給電バスバ−を通過する間の電圧降下の解消や、部品数の削減とそれに伴う工数低減、更にコスト削減、組立性向上やコンパクト設計などが可能となった。
【００２６】
尚、本発明は次に述べる実施形態としても表すことができる。
＜実施形態１＞ バックボ−ドと論理ユニット、電源ユニットと該バックボ−ドやユニット類を動作中に冷却する送風機を筐体や架などに実装する電子装置の実装構造において、前記バックボ−ドには、複数のコネクタが搭載されており、前記論理ユニットと電源ユニットの端部には、該コネクタと結合できるコネクタを搭載し、バックボ−ドに論理ユニットをコネクタを介して結合すると該論理ユニットに給電を行う電源ユニットが、論理ユニットに対して真裏あるいは真横といった最短距離で結ばれる位置に実装される、たとえば給電バスバ−といった給電部品を必要としないことを特徴とする電子装置の実装構造。
＜実施形態２＞ 前記論理ユニットと電源ユニットを、前記バックボ−ドに対して複数個実装する実装構造において、論理ユニットと該論理ユニットに給電を行う電源ユニットの距離が、論理ユニットの実装位置によらず、同じであることを特徴とする電子装置の実装構造。
＜実施形態３＞ 前記論理ユニットと電源ユニットの発熱量に差異がある実装構造において、高発熱量のユニットと低発熱量のユニットを交互に並べて前記バックボ−ドに結合することで、発熱量の多いユニットばかりを並べてバックボ−ドに結合するのに対して熱量の集中を防ぎ、熱量の拡散あるいは均一化をはかる冷却構造をもつことを特徴とする実施形態２記載の電子装置の実装構造。
＜実施形態４＞ 前記バックボ−ドを筐体や架内で上下段に実装する実装構造において、該バックボ−ドに交互に並べて結合される前記論理ユニットと電源ユニットの並び順序を、上段のバックボ−ドと下段のバックボ−ドとで一ユニット分ずらすことで、筐体や架の下部から上部に至るまでの各ユニットの発熱による空気温度上昇値を均一化する冷却構造を持つことを特徴とする実施形態３記載の電子装置の実装構造。
＜実施形態５＞ 前記論理ユニットと電源ユニットの前記バックボ−ドに対する交互実装において、各ユニットの発熱による熱量の違いから、各ユニットを実装するガイドレ−ルの搭載位置を低発熱量のユニットの上下部とし、冷却風の流路抵抗になりうるガイドレ−ルを高発熱量のユニットの上下部に搭載しないことで高発熱量のユニットに流れ込む冷却風の風量を増加させる冷却構造を持つことを特徴とする実施形態３記載の電子装置の実装構造。
＜実施形態６＞ 前記バックボ−ド上に冷却を必要とするＬＳＩが搭載されているバックボ−ドにおいて、該ＬＳＩを冷却する冷却風を流すために、前記ユニット類を実装する棚の奥に風穴を設けることを特徴とし、棚に該風穴を設けることの出来ない箇所は、バックボ−ドフレ−ムに溝を設けて冷却風を流す冷却構造を持つことを特徴とする電子装置の実装構造。
＜実施形態７＞ 前記バックボ−ドにおいて、該バックボ−ド上に搭載されているＬＳＩを冷却する冷却風が、他の電子ユニットの発熱による空気温度上昇の影響を受けないように、電子ユニットを箱状のユニットにすることで見かけ上のトンネルを形成し、該ＬＳＩを効率よく冷却できる冷却構造を持つことを特徴とする電子装置の実装構造。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、バックボードの両面に論理ユニット及び電源ユニットを交互に配置し、前記電源ユニットがバックボードを境にした面に実装され且つ近接した論理ユニットに電力を供給する様に接続したことにより、筐体内の発熱を均一化することができ、前記バックボードを境にして接続した複数の電源ユニットと論理ユニット間の距離を同一としたことにより給電路長の差による給電電圧の格差を解消することができる。
【００２８】
また本発明は、論理ユニットが高発熱量，電源ユニットが低発熱量であり、該論理ユニット及び電源ユニット並びにバックボードが独立した空気流路を形成し、前記送風機ユニットが前記各々の空気流路に冷却風を供給することにより冷却効率を向上することができ、前記電源ユニットが形成する空気流路が、論理ユニットが形成する空気流路に比べて空気流通抵抗が大きい様に構成したことにより、発熱量の大きい論理ユニットに冷却風を多く供給して冷却効率を向上することができる。
【００２９】
更に本発明は、論理ユニットが電源ユニットに比べて高発熱量であり、該電源ユニットが論理ユニットに比べて低発熱量であり、前記交互に配置した論理ユニット及び電源ユニットをバックボードの上下、且つ上下の論理ユニットの下に電源ユニット又は電源ユニットの下に論理ユニットが位置する様に実装し、前記送風機ユニットが前記論理ユニット及び電源ユニットに冷却風を供給することにより、筐体内部での発熱箇所の集中を防止して冷却効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による電子装置の実装構造を説明するための装置正面の斜視図。
【図２】本実施形態による電子装置の実装構造を説明するための装置裏面の斜視図。
【図３】論理ユニットと電源ユニットの実装位置関係を示した図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図３を上部から見た断面図。
【図５】図１の天井部を拡大した斜視図。
【図６】図２の天井部を拡大した斜視図。
【図７】従来技術による電子装置の実装構造を説明するための図。
【図８】従来技術による電子装置の実装及び給電構造を説明するための図。
【図９】従来技術によるバックボード上に搭載されたＬＳＩの冷却方法を説明するための斜視図。
【符号の説明】
１：電子装置のフレ−ム、２：電源ユニット、３：論理ユニット、４：送風機ボックス、５：送風機ユニット、５ａ：遠心形送風機、６：バックボ−ド、７：バックボ−ドフレ−ム、８：ガイドレ−ル、９〜１２：棚、１３： バックボード搭載のＬＳＩ、１４：コネクタ、１５：論理ユニット搭載のＬＳＩ。

Claims (5)

1. バックボードに複数の論理ユニット及び該論理ユニットに電力を供給する電源ユニットとを実装し、前記論理及び電源ユニットに冷却風を供給する送風機ユニットとを備える電子装置の実装構造において、前記バックボードの両面に論理ユニット及び電源ユニットを交互に配置し、前記電源ユニットがバックボードを境にした他面に実装し且つ近接した論理ユニットに電力を供給する様に接続したことを特徴とする電子装置の実装構造。
2. 前記バックボードを境にして接続した複数の電源ユニットと論理ユニット間の距離を同一としたことを特徴とする請求項１記載の電子装置の実装構造。
3. 前記論理ユニットが電源ユニットに比べて高発熱量であり、該電源ユニットが論理ユニットに比べて低発熱量である請求項１又は２記載の電子装置の実装構造において、前記論理ユニット及び電源ユニット並びにバックボードが独立した空気流路を形成し、前記送風機ユニットが前記各々の空気流路に冷却風を供給することを特徴とする電子装置の実装構造。
4. 前記電源ユニットが形成する空気流路が、論理ユニットが形成する空気流路に比べて空気流通抵抗が大きい様に構成したことを特徴とする請求項３記載の電子装置の実装構造。
5. 前記論理ユニットが電源ユニットに比べて高発熱量であり、該電源ユニットが論理ユニットに比べて低発熱量である請求項１又は２記載の電子装置の実装構造において、前記交互に配置した論理ユニット及び電源ユニットをバックボードの上下、且つ上下の論理ユニットの下に電源ユニット又は電源ユニットの下に論理ユニットが位置する様に実装し、前記送風機ユニットが前記論理ユニット及び電源ユニットに冷却風を供給することを特徴とする電子装置の実装構造。

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