JP3828580B2 - 電子機器による通信を行う装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、一般に電子機器間の相互接続部に関し、さらに詳しくは、電子機器による通信装置と、電子機器間の通信方法とに関する。
発明の背景
プリント回路板，多重チップ・モジュールおよび電子ハイブリッド・アセンブリ等の電子機器や、集積回路，受動部品および能動部品などの種々の部品レベルの装置は、通常動作の間に冷却を必要とする熱源となる場合がある。
二相噴霧冷却は、電子機器などの熱源の表面に、直接的にあるいは間接的に霧化した流体の液滴を噴霧することを特徴とする。流体液滴が機器の表面に衝突すると、液体の薄膜が機器を覆い、主として機器表面からの流体の蒸発によって熱が除去される。
多くの用途において二相噴霧冷却は好適な熱除去方法であるが、噴霧冷却される機器を囲むハウジングは広範な封止を必要とするのが普通である。一般に、ハウジングは、５年間に亘る適切なシステム性能のために充分な流体を維持するには、最大漏れ速度は１大気圧差において毎秒１０^-6立方センチメートルとしなければならない。
噴霧冷却の利点の１つは、電子システムで達成することのできる統合性が高いレベルにあることである。しかし、システムの統合が進むと、電子機器間の通信のために必要とされる相互接続部は数が多く複雑になることが多く、電気導体または光ファイバの物理的整合など電子機器を相互接続する従来の方法では、噴霧冷却システムにおける流体損失を充分に阻止することができない場合がある。これは、ハウジングの外装境界を横切る物理的，電気的な、または光ファイバのフィードスルーが時間の経過と共に流体損失を招くためである。
過剰な流体損失を防ぐための気密封止コネクタが可能であるが、このような封止は極端に価格が高くなり、シール，ロック・ナット，クランプなど多くの部品の組立を必要とする。
従って、封止された境界の両端で過剰な流体損失を起こさず、広範囲の気密封止を必要としない、電子機器による、電子機器間の通信を行うための装置および方法が必要である。
発明の概要
本発明の一局面により、電子機器による通信装置であって、電子機器を囲む寸法に規定される第１区画領域を規定する第１ハウジングを備える装置によって上記の必要性に対応する。第１ハウジングは内面と外面とを有し、第１ハウジングの少なくとも一部分が透明である。発光素子が第１ハウジングの透明部分の内面と外面との間に、少なくとも部分的に配置される。発光素子は第１端と第２端とを有する。第１端は電気信号に応答し、第２端は光学信号に応答する。第１電子機器が第１区画領域内に置かれると、第１電子機器は電気信号を第１端に発信し、第２端が電気信号を光学信号に変換して、この光学信号を外面を通じて送信する。
本発明の他の局面により、電子機器間で通信を行う方法は、区画領域を規定する、内面と外面とを有するハウジングであって、少なくとも一部分が透明なハウジングを設ける段階；区画領域内に第１電子機器と第２電子機器とを配置する段階；ハウジングの透明部分の内面と外面との間に少なくとも部分的に発光素子を配置する段階であって、発光素子が電気信号に応答する第１端と光学信号に応答する第２端とを有する段階；発光素子に応答し、ハウジングの透明部分と通信状態にあるインタフェース・ボードを設ける段階；第１電子機器によって、第１端に電気信号を送信する段階；電気信号を光学信号に変換する段階；光学信号を外面を通じてインタフェース・ボードに送信する段階；およびインタフェース・ボードを介して第２電子機器と通信する段階；を備える。
本発明のさらに別の局面により、電子機器間で通信を行う方法は、第１区画領域を規定する、内面と外面とを有する第１ハウジングであって、少なくとも一部分が透明な第１ハウジングを設ける段階；第１区画領域内に第１電子機器を配置する段階；第１ハウジングの透明部分の内面と外面との間に少なくとも部分的に発光素子を配置する段階であって、発光素子が電気信号に応答する第１端と光学信号に応答する第２端とを有する段階；第２区画領域を規定する、少なくとも一部分が透明な第２ハウジングを設ける段階；第２区画領域内に第２電子機器を配置する段階；および発光素子を介して第１電子機器と第２電子機器との間で通信する段階；を備える。
本発明の利点は、解説のために図示および説明される本発明の好適な実施例の以下の説明から、当業者には容易に理解頂けよう。言うまでもなく、本発明は他の異なる実施例も可能であり、その詳細は様々な観点において修正が可能である。従って、図面および説明は本来解説を目的とするものであって、制限を加えるためのものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の好適な実施例による、発光素子をその中に埋め込んだ流体封止ハウジングの等角図である。
第２図は、ハウジング内に発光素子を埋め込むための一方法を示す、直線２−２で切断した第１図の断面図である。
第３図は、第１図に示されるハウジングに発光素子を埋め込むための第１代替方法を示す。
第４図は、第１図に示されるハウジングに発光素子を埋め込むための第２代替方法を示す。
第５図は、本発明の好適な実施例による、中央インタフェースにより相互接続される電子機器を囲む流体封止ハウジングの等角図である。
第６図は、第４図に示される中央インタフェースにより相互接続される電子機器を囲む２つの流体封止ハウジングの等角図である。
第７図は、照準線法で相互接続される電子機器を囲む２つの流体封止ハウジングの等角図である。
第８図は、照準線法で相互接続される電子機器を囲む２つの流体封止ハウジングの別の等角図である。
好適な実施例の詳細説明
図面を参照して、同様の番号は同類の部品を指示するが、第１図は流体封止ハウジング１０の等角図である。ハウジング１０は好ましくはプラスティックであるが、金属など他の適切な材料とすることもできる。図示されるように、ハウジング１０は内面２２と外面２４とを有し、区画領域２６内に、プリント回路板などの電子機器４５を囲む。ハウジング１０は、好ましくは、通常の噴霧冷却システムを用いて電子機器４５を冷却するように構築される。
電子機器４５を噴霧冷却するのに適した閉ループ噴霧冷却システムは、流体ポンプ５０を備える。これはチューブ５２を介して流体流入口４６に接続され、冷却剤流体をハウジング１０に供給する。チューブ５２は、有刺継手（barbed fitting）５３を用いるか、他の適切な手段により流体流入口４６に結合される。
ノズル（図示せず）が周知の技術により冷却剤流体を霧化し、霧化された流体を空洞部２６内と電子機器４５上とに放出する。霧化流体が電子機器４５に衝突すると、液体の薄膜が機器４５を覆い、主として、機器からの流体の蒸発によって熱が除去される。
過剰な流体が回収され流体流出口４７からハウジング１０外に除去される。チューブ５４によりポンプ５０に、またチューブ５６により流体流出口４７に接続されるコンデンサ５３が流体流出口４７から流体を受け取る。チューブ５６は、たとえば有刺継手を用いて、あるいは他の適切な手段により流体流出口４７に結合される。コンデンサ５３は、流体からの熱を拒否して、主に液相に熱を返す。ファン（図示せず）を用いて、コンデンサ５３の冷却容量を大きくすることもできる。冷却された流体はコンデンサ５３からポンプ５０に供給される。かくして、冷却剤の閉ループ流が形成される。言うまでもなく、任意の点において、冷却剤は蒸気，液体または蒸気と液体の混合物とすることができる。
冷却剤流体は、周知の広く入手可能な冷却剤等の誘電性冷却剤でも、あるいは用途によっては水などの導電性冷却剤でもよい。適切な冷却剤の一例に３Ｍ社から市販される3M's Fluorinert（商標）誘電性流体，発注番号FC-72がある。3M's Fluorinert（商標）誘電性流体と類似の他のペルフルオロカーボン流体はAusimont Galden（登録商標）社から市販される。
冷却剤流を設ける任意の従来手段を本発明の開示される実施例と共に用いること、また２つ以上のハウジング１０を単独の冷却剤源に接続すること、あるいは、たとえば冗長性を持たせる目的で１つ以上の冷却剤源を単独のハウジング１０に接続することもある。流体の漏れをさらに減らすために、ポンプとコンデンサのアセンブリをハウジング１０内に一体化して、ハウジング１０の境界を超える流体のフィードスルーが起こらないようにすることもできる。
流体ポンプ５０とコンデンサ５３の寸法は、熱除去および流量要件に基づいて選択する。たとえば、典型的な閉ループ流体流は５００ないし１０００ワットの熱散逸に関して毎分５００ないし１０００ミリリットルである。種々の寸法のポンプおよびコンデンサのアセンブリがIsothermal Systems Research社から入手可能であり、適当な配管および継手はCole-Parmer社（イリノイ州Vernon Hills）から入手することができる。
再び第１図を参照して、ハウジング１０は少なくとも一部分が透明なカバー１２を有する。カバー１２は、ハウジング１０と同様に、内面２２と外面２４とを有する。カバー１２は、所定の動作波長で透明な光学グレードのポリカーボネートなどの材料、または他種の光学的に透明な材料である。カバー１２にとって適切な材料は、GE Plastics社から市販されるLexan（商標）ポリカーボネート等の成型ポリマである。カバー１２は、Ｏリングなどのガスケット１６を用いて、ハウジング１０に付着および封止する。しかし、カバー１２をハウジング１０に封止または固定するには、ネジ，超音波溶接，鑞付けまたはハンダ付けなど数多くの方法や他の周知の方法を用いることもできる。
カバー１２は、その中に埋め込まれたいくつかの発光素子１４を有する。発光素子１４により、電子機器４５はハウジング１０の外部にある電子機器と通信を行うことができる。電子機器４５に接続される電気導体リード線（下記に詳述する）に現れる電気信号が発光素子１４に送られ、発光素子１４が光源を励起し、電気信号を光学信号２０に変換する。光学信号２０はカバー１２を通じて受光素子（図示せず）に送信される。電子機器４による双方向通信を可能にするために、受光素子がカバー１２内に配置される場合もある。
発光素子１４は、たとえば、光学ドライバ回路構成を有するレーザ・ダイオードなどの半導体レーザ素子であるか、あるいは電気信号を光学信号に変換する他の素子とすることができる。適切な発光素子の１つに、BCP社から市販されるものがある。適切な受光素子もBCP社から市販される。
第２図は、直線２−２に沿った第１図の断面図であり、カバー１２内に発光素子１４を埋め込むための１つの方法を示す。図示されるように、発光素子１４は、カバー１２の内面２２と外面２４との間に全体が配置される。カバー１２内に発光素子１４を埋め込むには射出成型が好適な方法であるが、他の方法も可能である。電子機器４５に接続する電気導体リード線１８も、発光素子１４がカバー１２内に射出成型される際などには、カバー１２の内面２２内に射出成型してもよい。あるいは、周知の技術によるオーバーモールド・フレックス回路を用いて電気導体終端を行ってもよい。
第２図に示されるようにカバー１２内に発光素子１４を埋め込むことにより、電子機器４５を冷却するために用いる冷却剤流体を区画領域２６内に保持することができ、また光学信号２０を封止ハウジング１０外の冷却剤流体により歪ませずに自由に通過させることができる。冷却剤流体からの歪みを最小限に抑えることは、たとえばデータ速度の速い用途では重要である。また、カバー１２は発光素子１４により生成される光学信号のための集束要素として働く。
第３図は、カバー１２内に発光素子１４を埋め込むための第１代替方法である。図示されるように、カバー１２の内面２２に凹部３０が形成される。発光素子１４がカプセル化するレンズ２８が凹部３０内にしっかりと嵌合する。この構造は、光学信号２０の送信に対する流体干渉がそれほど問題とならない場合、たとえばデータ速度の低い場合に有用である。
第４図は、ハウジング１０内に発光素子１４を配置する第２代替方法を示す。図示されるように、発光素子１４は電子機器４５上に置かれ、光学信号２０がカバー１２の内面２２と外面２４の両方を貫通して送信される。
第５図は、第１噴霧冷却電子機器４５と第２噴霧冷却電子機器４６とを囲むハウジング１０の等角図である。ハウジング１０はカバー（図示せず）を有し、機器４５，４６の両方に接続される発光素子および受光素子（図示せず）を備える。発光素子および受光素子は、第２図，第３図および第４図に関連して説明され、それらの図示される技術に従って構築される。インタフェース・ボード３２によって機器４５，４６間および機器４５，４６と外部装置（図示せず）との間の通信が容易になる。これは、受光素子１６においてハウジング１０内に配置される発光素子から光学信号を受信し、発光素子１４によって光学信号をハウジング１０内に配置される受光素子に送信することによって行われる。両機器がハウジング１０内に位置するので、機器４５，４６間で通信リンクをハード配線することが望ましい場合もある。
第６図は、噴霧冷却電子機器４５，４６をそれぞれ囲む２つの流体封止ハウジング１０，１１の等角図である。ハウジング１０，１１はそれぞれ、発光素子および受光素子（図示せず）を備えるカバー（図示せず）を有する。発光素子および受光素子は、第２図，第３図および第４図に関して説明され、それらに図示される方法により構築される。第５図に関して説明されるように、インタフェース・ボードが機器４５，４６と他の外部機器（図示せず）との間の通信を容易にする。
第７図は、噴霧冷却電子機器４５，４６をそれぞれ囲む２つの流体封止ハウジング１０，１１の等角図である。ハウジング１０，１１は、第２図，第３図および第４図に関して説明され、それらに図示される方法により構築される受光素子および受光素子（図示せず）を含む部分を有する。ハウジング１０内の発光素子が、好ましくは照準線法でハウジング１１内の受光素子と整合され、その逆も行われる。このようにして、電子機器４５，４６は、共通のインタフェース・ボードを用いずにハウジング１０と１１との間で通信することが可能になる。
第８図は、噴霧冷却電子機器４５，４６をそれぞれ囲む２つの流体封止ハウジング１０，１１の等角図である。ハウジング１０，１１は、第２図，第３図および第４図に関して説明され、それらに図示される方法により構築される発光素子および受光素子を含むカバー１２を有する（発光素子１４および受光素子１６は、ハウジング１１に接続するカバー１２内に見える）。ハウジング１１内の発光素子１４が、好ましくは照準線法でハウジング１０内の受光素子と整合され、その逆も行われる。このようにして、電子機器４５，４６は、共通のインタフェース・ボードを用いずにハウジング１０と１１との間で通信することが可能になる。
本明細書に説明される装置および方法により、電子機器による、電子機器間の通信を可能にする良好に封止されたハウジングが得られ、なおかつ噴霧冷却システムなどの流体冷却システムにおける流体損失が実質的に削減される。電子機器の相互接続が機械的に行われないために、出荷または工場内や現場での取扱に際して突出して損傷を受けることのあるデリケートな導体がなくなる。
ハウジング全体またはその任意の部分を透明にすることができ、また発光素子および受光素子をハウジング内あるいはハウジングの任意の部分の周囲に配置することができる。また、本明細書に説明される本発明の実施例は流体冷却システムでの使用に限らず、電子モジュール間の通信が望まれる任意のシステムにおいて用いることができる。
添付の請求項およびその等価物の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の他の形態および更なる形態を考案することができることは明白である。

Claims (8)

1. 電子機器による通信を行う装置であって：
   第１区画領域を規定する第１ハウジングであって、前記第１区画領域は前記電子機器の少なくとも一部分を囲う寸法に規定され、前記第１ハウジングは内面と外面とを有し、その少なくとも一部分が透明である第１ハウジング；および
   前記第１ハウジングの前記透明部分における前記内面と前記外面との間に少なくとも一部が配置される発光素子であって、電気信号に応答する第１端部と光学信号に応答する第２端部とを有する発光素子；
   によって構成され、第１電子機器が前記第１区画領域内に少なくとも部分的に配置されると前記第１電子機器が電気信号を前記第１端部に送信し、前記第２端部が前記電気信号を光学信号に変換して前記光学信号を前記外面を通じて送信することを特徴とする装置。
2. 前記発光素子が半導体レーザによって構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記第１端部が導体によって構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記第１電子機器が前記第１区画領域内に配置されると、前記第１電子機器が冷却用流体と接触することを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 第２区画領域を規定する第２ハウジングであって、前記第２区画領域は電子機器を囲う寸法に規定され、前記第２ハウジングの少なくとも一部分が透明である第２ハウジングによってさらに構成され、第２電子機器が前記第２区画領域に配置され、前記第２電子機器が前記光学信号に応答可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記光学信号に応答するインタフェース・ボードによってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記第１ハウジングがプラスティックによって構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 前記発光素子が前記第１ハウジング内で射出成型されることを特徴とする請求項１記載の装置。

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