JP3859728B2 - 電力パッド／電力配給システム - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、一般に電子回路への電力配給に関し、より詳細には、電力消費モジュールに電力を供給する改良型の電力配給システムに関する。
集積回路における集積度の増大と共に、電力要件も増大してきた。現在のマイクロプロセッサおよび最近開発されたまたは現在開発中の付随の集積回路またはチップでは特にそうである。これらのチップは、以前のものより高速度で動作し、より大量の電力を消費する。
典型的なコンピュータ・システムでは、マザーボードとして知られる大きなプリント回路板が設けられる。マザーボードはいくつかの基本的構成要素を含んでおり、通常はマザーボード上の構成要素が必要とするよりも高い直流レベル（例えば１２ボルト）の電圧を電源から供給される。マザーボードは、挿入するとコンピュータに異なる能力を与えることのできるドータ・ボード用のコネクタを備えている。こうしたボードは、例えば、ディスク・ドライブおよびＣＤ ＲＯＭへのインターフェース、ローカル・エリア・ネットワーク用のモデム・インターフェースなどを実装することができる。通常、これらの回路は、ボード上の１２ボルトで、または減圧した５ボルトの電圧で動作する。電力消費量は一般に余り高くない。しかし、現在のプロセッサは、より低い電圧、例えば３．３ボルトで動作するように設計されている。これらのプロセッサの能力と速度が増大したため、電圧が低いにもかかわらず大量の電力を消費する。これらのプロセッサがより低い電圧で動作するには、電圧を下げるための直流−直流コンバータが必要である。通常、この直流−直流電力コンバータはマザーボードにはんだ付けされ、あるいはマザーボード上のコネクタに差し込まれる。すると、この低い電圧がマザーボード上の導体またはトレース中を通り、この低い電圧を必要とする構成要素、例えばプロセッサ用のコネクタに導かれる。この同じコネクタが信号接続も行う。現在のシステムでは、１個または複数のプロセッサ、場合によっては付随のチップがボードまたはモジュール上に取り付けられる。この場合、このモジュールはマザーボード上のコネクタに差し込まれる。プロセッサが必要とする電圧はより低く、電力消費量は高いので、モジュールに供給しなければならない電流は特に大きくなる。その結果、マザーボード上に直流−直流コンバータ・ボードからマルチチップ・モジュールまでの低抵抗、低インダクタンスの経路を確立することは難しい。この従来技術の配置では、高電流が２本の導体中を、１本は直流−直流コンバータからマザーボードまで、もう１本はマザーボードからモジュール・コネクタを経てモジュールまで通過することが必要なので、特にそうである。また、この従来技術の配置は、製造に困難がある。直流−直流コンバータが、マザーボード上の残りの構成要素を用いてテストしなければならない追加の構成要素となるからである。
したがって、より低い電圧で大量の電力を必要とする電力消費モジュールに電力を配給するための改良型配置が必要である。この低電圧はより高い電圧から変換しなければならない。
発明の概要
コネクタ、例えばマルチチップ・モジュールなどの電力消費モジュール用のソケットがプリント回路板、例えばマザーボードに設けられている。このコネクタは、従来技術のコネクタとは異なり、信号コネクタにすぎず、電力接続は行わない。このソケットから距離を置いて高電圧の接続、例えば１２ボルトの電力コネクタ、またはその両端間に１２ボルトが供給される一対の接点がある。これらの接点は、例えばマザーボード上の１２ボルト・バスと接地バスに接続される。必要なら、直流−直流コンバータを保持するためのファスナ、例えばばねクリップ、ねじなどもプリント回路板上に設けられる。ハウジング内には直流−直流コンバータが設けられ、これはボード上の高電圧コネクタの接点とはまり合う一対のピンまたは接点を備えている。このコンバータは、ハウジング上にボード上のファスナと係合する表面を有する。例えば直流−直流コンバータは、両側に凹部を備え、ボード・スナップ上のばねクリップの形のファスナがこの凹部にスナップばめになる。コンバータのハウジングからコネクタが延びており、このコネクタはコンバータ・ハウジングに堅固にまたは柔軟に取り付けることができる。このコネクタは、必要とする減圧した電圧レベルの直流電力を供給するための接点を有する。これらの接点は、上部接点と下部接点でもよい。電力消費モジュールは、一縁部に電力パッドを備え、直流−直流コンバータの側方に延びるコネクタに差し込まれ、延びた長さに沿って接触が行われる。例えば、方形モジュールの場合、電力パッドはモジュールの一縁部に沿って延ばすことができる。電力パッドは電力消費モジュール上の電力面に接続される。例示する実施形態では、これらの電力面は、片面上の接地面と他の面上の電圧面を含む。電力消費モジュールは、その底面に、接点、例えばボード上のコネクタとはまり合うピンを備える。
【図面の簡単な説明】
第１図は、互いに分離された本発明の主要構成要素を示す透視図である。
第２ａ図は、電力の供給を受けるモジュールの、直流−直流コンバータからコネクタに延びる電力面を示す概略側面図、第２ｂ図はその概略上面図である。
第３図は、第１図の直流−直流コンバータの高電圧接点を示す背面透視図である。
第４図は、第１図のマルチチップ・モジュールのピンと底面電力パッドを示す底面透視図である。
第５図は、本発明の構成要素を組み立てた状態で示す透視図である。
第６図は、ばねクリップの取付けと、直流−直流コンバータの接点とマザーボード上の接点の接触を示す、直流−直流コンバータとマザーボードの背面部分を通る断面図である。
詳細な説明
第１図は、本発明を構成する基本的構成要素を示す透視図である。その３つの基本要素は、マザーボード１１、電力を消費するモジュール１３、および直流−直流電力コンバータ１５である。図の実施形態では、モジュール１３はマルチチップ・モジュールである。しかし、本発明はただ１個のチップを含むモジュールにも同様に適用できる。コンバータ１５は、方形断面を有するハウジング内に従来型の電圧変換回路を含む。マザーボードには、マルチチップ・モジュール１３のピン１９を受けるためのソケットの形をした第１のコネクタ１７が取り付けられている。コネクタ１７は信号コネクタにすぎない。従来技術のコネクタに比べて、電力消費モジュールで必要なピンの数が減っており、したがって、必要なパッケージ挿入力および除去力も下がる。図の実施形態では、コネクタはＰＧＡコネクタと呼ばれているものである。ＬＧＡまたはＢＧＡまたは他のタイプのコネクタも同様に使用できる。従来通り、コネクタ１７はその側縁部に沿って、ピンを受けるリセプタクルの列を備える。マルチチップ・モジュール１３は大量の電力を必要とするどんなタイプの電子構成要素を含んでもよいが、典型的な実施形態では、このモジュールは１個または複数の高速プロセッサと、おそらくは付随の回路を含むことになる。
マザーボード上には、はめ合いとなるピンを差し込む２個の端子２１と２３を備えたコネクタ２０も取り付けられている。マザーボード１１に直接接点を含めた他のタイプのコネクタも端子として使用できる。これらの端子はマザーボード１１のバス（図示せず）に接続され、モジュール１３が必要とするより高い電圧、例えば１２ボルトと接地電圧を供給する。コネクタ２０はコネクタ１７の後部縁２５から間隔を置いて配置されている。図の実施形態では、コネクタ１７とコネクタ２０の間にファスナ２７があり、これはばねクリップの形をとることができる。ファスナが必要な場合、他の形のファスナ固定も使用できる。モジュール１３は、図の実施形態ではその上面２９と底面３１とに、上部電力面と下部電力面とを有する。これらの電力面は、その後部縁の上面および底面の平面状電力パッド３３および３５で終わっている。横並びの電力パッドなど他の配置も可能である。重要な要件は、低インダクタンス、低抵抗の電力経路を実現する構造である。直流−直流コンバータは突出したコネクタ３７を備え、これはハウジングに柔軟にまたは堅固に取り付けられる。このコネクタ３７は、例えば、マルチチップ・モジュールの電力パッド３３、３５とそれぞれはめ合いとなる上部接触面および下部接触面を有する。この上部接触面および下部接触面は、電力面および接地面とすることができる。
この接続を第２ａ図および第２ｂ図の概略図にさらに詳しく示す。これらの図はそれぞれ、直流−直流コンバータ１５とモジュール１３の側面図と上面図であり、マルチチップ・モジュールの電力面３３ａおよび３５ｂが直流−直流コンバータの接触面３９および４１内に延びる様子を概略的に示す。その結果、直流−直流コンバータとマルチチップ・モジュールの間の内蔵式低抵抗低インダクタンスの経路である相互接続が得られる。したがって、信号コネクタ１７とは別の独立したコネクタ３７を介して電力消費モジュール１３に電力が供給されるという利点を有する。電力消費モジュールに向う直流電流はマザーボード上を流れることはない。２つのインターフェースの代りに、１つのインターフェース・コネクタがあり、電力コンバータはマザーボードから分離可能である。
第３図は、ハウジングの背面が見えるように回転した直流−直流コンバータ１５の図である。図のように、このコンバータは背面に、ハウジングの底部から延びるピン４３と４５を備え、これらのピンは、直流−直流コンバータ１５をマザーボード１１に差し込んだとき、コネクタ２０の端子２１および２３とはまり合う。端子２１および２３の力は、直流−直流コンバータ１５を定位置に保持するのに十分となる。ただし、図の実施形態では、追加のファスナも設けられている。したがって、この図では、直流−直流コンバータのハウジングの側面にある凹みまたは凹部４７の１つも見え、直流−直流コンバータをマザーボード１１上に装着したとき、ばねクリップ２７がこの凹部にスナップばめで入る。ばねクリップのばね力が直流−直流電力コンバータをマザーボード１１上でしっかりと保持する。コネクタ２０とピン４３、４５によってもたらされる以上の締付けが必要な場合は、ねじなどの代替ファスナも同様に使用できる。その後、当業者には周知の方式で、直流−直流電力コンバータ１５中の回路がこのより高い電圧をより低い電圧に変換し、それがその接点３９、４１に供給され、そこからマルチチップ・モジュールの電力パッド３３、３５に供給される。
第４図は、底部電力パッド３５がピン１９と共に見えるように逆様にしたモジュール１３の図である。
第５図は、組立て済みの構成要素を示す透視図である。モジュール１３は、その縁部をコネクタ３７に差し込んだ後、その底面上のピン１９がコネクタ１７に差し込まれる。図のように、この直流−直流コンバータの取付け方式により、直流−直流コンバータを別々にテストして平らにマザーボードに差し込むことができ、直流−直流コンバータをマザーボード上で組み立ててテストする必要がなくなるという製造上の利益がもたらされる。直流−直流コンバータ１５は、凹部４７内に係合するばねクリップ２７によってマザーボード１１と接触状態に保持される。ばねクリップを示してあるが、直流−直流コンバータ上に対応する孔を有するタブを貫通して回路板のねじ切りボア中に達するねじなど、他の形態の締付けも可能である。
第６図の背面図に示すように、上記の締付けアセンブリは、直流−直流コンバータ１５をマザーボード１１とよく接続した状態に維持し、ピン４３、４５とコネクタ２０の端子との間の接続が壊れるのを防止する。

Claims (21)

1. 電力配給システムにおいて、
   ａ）
   ｉ）第１の信号コネクタ、および
   ii）前記コネクタから間隔を置いて配置され、その両端間に第１の電圧が供給される一対の端子
   を備えるプリント回路板と、
   ｂ）前記第１信号コネクタとはまり合う第２の信号コネクタを有し、かつ第１および第２の電力パッドを有する電力消費モジュールと、
   ｃ）前記第１電圧をそれより低い電圧に変換する直流−直流コンバータであって、
   ｉ）前記一対の端子と接触する一対の接点、および
   ii）前記のより低い電圧を供給する第１および第２の電力接点を有し、前記電力消費モジュールの前記第１および第２の電力パッドと係合する電力コネクタを備える直流−直流コンバータと
   を備える電力配給システム。
2. 前記プリント回路板上のファスナと、前記ファスナが係合する前記直流−直流コンバータの表面とをさらに備える請求項１に記載の電力配給システム。
3. 前記一対の接点が前記直流−直流コンバータの底面上にピンを備えることを特徴とする請求項２に記載の電力配給システム。
4. 前記ファスナがばねクリップを含むことを特徴とする請求項３に記載の電力配給システム。
5. 前記ファスナとはまり合う前記直流−直流コンバータ上の前記表面が、前記ばねクリップを受けるための凹部を含むことを特徴とする請求項４に記載の電力配給システム。
6. 前記第１および第２の電力パッドが、上部電力パッドと下部電力パッドを含み、前記第１および第２の電力接点が上部電力接点と下部電力接点を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力配給システム。
7. 前記上部および下部電力接点と前記上部および下部電力パッドが平面状であることを特徴とする請求項６に記載の電力配給システム。
8. 前記電力消費モジュールが、その片面に電力面、もう一方の面に接地面を有し、前記各面が前記電力パッドで終端することを特徴とする請求項７に記載の電力配給システム。
9. 前記電力消費モジュールがマルチチップ・モジュールを含むことを特徴とする請求項８に記載の電力配給システム。
10. 前記マルチチップ・モジュールが、プロセッサと付随のチップを含むことを特徴とする請求項６に記載の電力配給システム。
11. 前記プリント回路板上のファスナと、前記ファスナによって係合される前記直流−直流コンバータ上の表面とをさらに含む請求項１０に記載の電力配送システム。
12. 前記一対の接点が前記直流−直流コンバータの底面にあることを特徴とする請求項１１に記載の電力配給システム。
13. 前記ファスナがばねクリップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電力配給システム。
14. 前記ファスナとはまり合う前記直流−直流コンバータ上の前記表面が、前記ばねクリップを受ける凹部を備えることを特徴とする請求項１３に記載の電力配給システム。
15. 前記直流−直流コンバータが、その底部において方形断面を有し、前記コネクタが前記直流−直流コンバータの前側から延び横に延びるコネクタであり、前記凹部が前記モジュールの両面にあり、前記はめ合い接点が前記モジュールの裏面にあることを特徴とする請求項１４に記載の電力配給システム。
16. 前記横に延びるコネクタが前記直流−直流コンバータに柔軟に取り付けられることを特徴とする請求項１５に記載の電力配給システム。
17. 前記横に延びるコネクタが前記直流−直流コンバータに堅固に取り付けられることを特徴とする請求項１５に記載の電力配給システム。
18. 前記プリント回路板上の前記第１の信号コネクタが方形であり、その２つの側縁部に沿ってピンを受けるリセプタクルの列を含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の電力配給システム。
19. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記信号コネクタとは別の独立した第１および第２の低インダクタンス、低抵抗の接点を有するコネクタを介して前記電力消費モジュールの前記電力パッドに直流電力を供給する方法。
20. 前記電力消費モジュールは第１のインダクタンスを有する接続を介して信号を供給され、そして
    前記コネクタの前記第１および第２の接点は前記電力消費モジュールの前記第１および第２の電力パッドと前記直流−直流コンバータとの間に結合された前記第１のインダクタンスより低い第２のインダクタンスを有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電力配給システム。
21. 第２のインダクタンスを有する前記コネクタが電力面と接地面を有する、
    ことを特徴とする請求項２０に記載の電力配給システム。

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