JP5406123B2

JP5406123B2 - 基板接続構造、および電子装置

Info

Publication number: JP5406123B2
Application number: JP2010124324A
Authority: JP
Inventors: 延彦若山; 篤美川田; 満 ▲高▼平
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP2011249731A

Description

本発明は、サーバ装置をはじめとする電子装置全般の基板接続構造、および電子装置に関するものである。

近年、計算機システムの発達に伴い、部品を搭載したプリント基板（以下、パッケージと呼ぶ。）間を接続する信号本数の増加、高密度実装、消費電力の増加に伴う発熱密度の増加が要求されるようになってきている。各パッケージ間の接続方法の一つとして、複数パッケージ間接続基板（以下、バックプレーンと呼ぶ。）が用いられている。

パッケージ間の接続にバックプレーンを用いた場合、冷却風の流路を塞いでしまうため、風穴としてバックプレーンの面積の２５％程度を開口面積に割り当てる必要がある。その結果、バックプレーンの面積のうち配線に使用できる領域が減少するため、基板層数が増加し、コストアップするという問題があった。更に、今後配線本数の増加が続くと、バックプレーンの開口面積を維持できる基板層数は製造上の限界に達してしまう。また、製造可能な基板層数でバックプレーンを設計すると開口面積が不足し、冷却風の圧力損失が増加するため、効率的な装置の冷却設計が困難になるという問題がある。

このような従来の接続方式に対して、例えば、特許文献１には、クロスバーボードユニットを冷却風の流路に対して平行に配置することによって、冷却効率を向上させる技術が開示されている。

特開２００２−５７４１９号公報

上述した特許文献１に開示された技術では、クロスバーボードユニットがマザーボードとフレキシブルケーブルを介して接続されているため、パッケージを装着する装置の幅が余分に必要となってしまうという問題があった。また、クロスバーボードユニットとマザーボードとは、互いに交差するように接続されているため、パッケージを装着する装置の高さが余分に必要となってしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、省スペースで装置に対する冷却性を確保することが可能な基板接続構造、および電子装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる基板接続構造は、複数の回路基板を接続するための基板接続構造であって、前記複数の回路基板と、送風部から送出される冷却風の流路に対して水平に配置され、前記回路基板を互いに接続するための接続基板と、前記複数の回路基板のそれぞれと前記接続基板とを接続するコネクタ部を備え、前記回路基板のそれぞれと前記接続基板とは、互いに同一平面上に配置されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる基板接続構造は、複数の回路基板を接続するための基板接続構造であって、前記複数の回路基板と、送風部から送出される冷却風の流路に対して水平に配置され、前記回路基板を互いに接続するための複数に分割された接続基板と、前記複数の回路基板のそれぞれと前記接続基板とを接続するコネクタ部と、分割された前記複数の接続基板のそれぞれを接続する複合接続基板を備え、前記回路基板のそれぞれと前記接続基板とは、互いに同一平面上に配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記基板接続構造を備えた電子装置である。

本発明によれば、省スペースで装置に対する冷却性を確保することが可能な基板接続構造、および電子装置を提供することができる。

本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例１）本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例２）本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例３）本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例４）本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例５）

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる基板接続構造、および電子装置の実施の形態を詳細に説明する。以下に説明するように、多数の信号線を接続し、かつ冷却性を確保する目的を、低コストで実現した。

図１は、本発明の実施例１にかかる基板接続構造の斜視図であって、１ａ〜１ｇはＣＰＵボード、２ａ〜２ｄはＩ／Ｏスイッチ基板、３ａ〜３ｆは電源ユニット、４ａ、４ｂはファンユニット、２０は電源ユニット間を接続する電源用バックプレーンである。上記１〜２０、および後述するＣは、図２、図３、図４、図５に示した場合も同様であるため、以下ではこれらの符合の説明を省略している。また、１０ａ〜１０ｄはＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２を接続する信号用バックプレーンであり、１００ａは信号用バックプレーン１０間の接続と、電源用バックプレーン２０との接続の役割を果たす複合バックプレーンである。

図１に示すように、信号用バックプレーン１０は、ＣＰＵボード１やＩ／Ｏスイッチ基板２の数に応じて、複数の信号用バックプレーン１０ａ〜１０ｄに分割されている。また、図１に示した基板接続構造では、ＣＰＵボード１およびＩ／Ｏスイッチ基板等の種々の処理や演算を担う機能を有する回路基板用のバックプレーンとして信号用バックプレーン１０が備えられ、装置に対する電源を供給する機能を有する回路基板（電源ユニット）用のバックプレーンとして電源用バックプレーン２０が備えられている。後述するように、信号用バックプレーン１０、電源用バックプレーン２０、複合バックプレーン１００ａ、およびＣＰＵボード１、Ｉ／Ｏスイッチ基板２、電源ユニット２０は、ファンユニット４によって発生する冷却風の流路に対して水平となるように配置されている。

全てのＣＰＵボード１と全てのＩ／Ｏスイッチ基板２は互いに信号線で接続する必要があるため、信号用バックプレーン１０だけではなく、図１に示した基板接続構造自体の外縁付近で複合バックプレーン１００ａを介して接続する。ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２と信号用バックプレーン１０とは、互いにコネクタＣを介して接続されている。コネクタＣは、所定のピッチ幅、ピン数を有した基板接続用のコネクタである。ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２と信号用バックプレーン１０とが、このようなコネクタＣによって接続されているため、各基板間の長さ（幅）を短くすることができ、図１に示した接続基板構造、またはこのような接続基板構造を備えた電子機器の大きさをより小型化することが可能となる。

また、電源ユニット３は電源用バックプレーン２０で互いに接続し、複合バックプレーン１００ａを介して、ＣＰＵボード１、Ｉ／Ｏスイッチ基板２、ファンユニット４に電源を供給する。なお、電源ユニット３は、ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２とが信号用バックプレーン１０に接続される場合と同様に、コネクタＣを介して電源用バックプレーン２０に接続されている。

図１に示すように、ファンユニット４によって発生する冷却風の流路は図中のｙ方向であるため、信号用バックプレーン１０と電源用バックプレーン２０はｘｙ平面上に水平に設置し、複合バックプレーン１００ａはｙｚ平面上に水平に設置する。このとき、ｘｙ平面上に設置される信号用バックプレーン１０は、ＣＰＵボード１およびＩ／Ｏスイッチ基板２と同一平面となるように設置される。また、電源用バックプレーン２０は、電源ユニット３（電源ユニット３の上面）と同一平面となるように設置される。例えば、信号用バックプレーン１０ａは、ＣＰＵボード１ａ、ＣＰＵボード１ｅおよびＩ／Ｏスイッチ基板２ａと同一平面となるように設置され、電源用バックプレーン２０は、電源ユニット３ａ〜ｆと同一平面となるように設置される。

なお、図１には示していないが、ＣＰＵボード１ｄよりもさらに下段にＣＰＵボード１が設置されている場合には、電源用バックプレーン２０は、そのＣＰＵボード１および電源ユニット３と同一平面となるように設置されてもよい。

このように、複数の回路基板を接続するための基板接続構造において、複数の回路基板（ＣＰＵボード１、Ｉ／Ｏスイッチ基板２、電源ユニット３）と、ファンユニット４から送出される冷却風の流路に対して水平に配置され、回路基板を互いに接続するための接続基板（信号用バックプレーン１０、電源用バックプレーン２０）と、複数の回路基板のそれぞれと接続基板とを接続するコネクタＣと、を備え、回路基板のそれぞれと接続基板とは、互いに同一平面上に配置されているので、省スペースで装置に対する冷却性を確保することが可能となる。

また、複数の回路基板を接続するための基板接続構造において、複数の回路基板（ＣＰＵボード１、Ｉ／Ｏスイッチ基板２、電源ユニット３）と、ファンユニット４から送出される冷却風の流路に対して水平に配置され、回路基板を互いに接続するための複数に分割された接続基板（信号用バックプレーン１０、電源用バックプレーン２０）と、複数の回路基板のそれぞれと接続基板とを接続するコネクタＣと、分割された複数の接続基板のそれぞれを接続する複合バックプレーン１００と、備え、回路基板のそれぞれと接続基板とは、互いに同一平面上に配置されているので、省スペースで装置に対する冷却性を確保することが可能となる。

また、ｙ方向に正対するｚｘ平面上のバックプレーンは存在せず、各ボードが同一のｘｙ平面上に設置されているので、より効率よく冷却風の圧力損失の低減が実現可能となり、冷却風の流路に対して水平に接続用基板を設置することで圧力損失を低減させるため、バックプレーンに風穴を開けなくても冷却風の妨げにならないという利点がある。

図２は、本発明の実施例２にかかる基板接続構造の斜視図であって、１００ｂはＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２、ファンユニット４を信号、電源に関して接続する複合バックプレーンであり、２００ａ、２００ｂ、２００ｃは複合バックプレーン１００ｂ上の風穴である。

ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２とは、複合バックプレーン１００ｂおよびコネクタＣを介して互いに接続される。また、電源ユニット３は、電源用バックプレーン２０で接続し、複合バックプレーン１００ｂを介してＣＰＵボード１、Ｉ／Ｏスイッチ基板２、ファンユニット４に電源を供給する。実施例１の場合と同様に、ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２とは、同一平面となるように設置され、電源用バックプレーン２０は、電源ユニット３と同一平面となるように設置される。

本実施例２にかかる基板接続構造は、配線領域の不足や、コネクタを経由することによる信号品質の劣化等を回避する理由から、バックプレーンの水平設置を全体に適用することが困難である場合に実施する。この場合、１枚の信号用バックプレーン１００ｂで全ての信号を接続する。信号用バックプレーン１００ｂは、ｚｘ平面上に設置されるため、開口面積確保のための風穴２００ａ、２００ｂ、２００ｃを設ける。ファンユニット４によって発生する冷却風の流路は図中のｙ方向であるため、電源用バックプレーン２０をｘｙ平面上に設置することで、全てのバックプレーンをｚｘ平面上に設置した場合と比較して電源ユニット３部の冷却風の圧力損失の低減が実現可能となる。

なお、図２に示した例では、信号用バックプレーン１００ｂには、ＣＰＵボード１ａ〜ｄの側に、２つの風穴（風穴２００ｂ、風穴２００ｃ）が設けられているが、ＣＰＵボード１の段数に応じて風穴を設けることとしてもよい。例えば、図２に示した例では、４枚の各ＣＰＵボード１の間には３つの空間が存在するため、この空間の位置（幅）に一致するような大きさで、それぞれの空間ごとに風穴を設けることとしてもよい。この場合、ＣＰＵボード１の間の空間の位置と風穴の大きさとが一致しているので、より効率的に装置を冷却することができる。

図３は、本発明の実施例３にかかる基板接続構造の斜視図であって、１３ａ、１３ｂはＣＰＵボード間を接続するバックプレーン、１４はＩ／Ｏスイッチ間を接続するバックプレーン、１２はＣＰＵボード接続用バックプレーン１３とＩ／Ｏスイッチ接続用バックプレーン１４を接続する信号用バックプレーン、２１ａ、２１ｂはＣＰＵボード間の電源を接続するバックプレーン、２２はＩ／Ｏスイッチ間の電源を接続するバックプレーンである。

ＣＰＵボード１はＣＰＵボード間信号接続用バックプレーン１３を経由し、また、Ｉ／Ｏスイッチ２はＩ／Ｏスイッチ間信号接続用バックプレーン１４を経由して、信号用バックプレーン１２で互いに信号線を接続する。電源ユニット３は電源用バックプレーン２０を経由し、ＣＰＵボード間電源接続用バックプレーン２１よりＣＰＵボード１とファンユニット４に電源を供給し、また、Ｉ／Ｏスイッチ間電源接続用バックプレーン２２よりＩ／Ｏスイッチに電源を供給する。実施例１の場合と同様に、ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２とは同一平面となるように設置され、電源用バックプレーン２０は、電源ユニット３と同一平面となるように設置される。

本実施例３は、配線本数の増加、また、電源が供給する電流量の増加等により、経由するコネクタＣを電源用と信号用で完全に分離し、かつ、バックプレーンの水平設置を全体に適用する場合に実施する。この場合、コネクタＣを電源用と信号用で完全に分離するので、基板層数を抑えることができ、低コスト化を実現できる。

また、ファンユニット４によって発生する冷却風の流路は図中のｙ方向であるため、信号用バックプレーン１２と電源用バックプレーン２０はｘｙ平面、ＣＰＵボード間信号接続用バックプレーン１３とＩ／Ｏスイッチ間信号接続用バックプレーン１４とＣＰＵボード間電源接続用バックプレーン２１とＩ／Ｏスイッチ間電源接続用バックプレーン２２はｙｚ平面に設置する。これによって、ｙ方向に正対するｚｘ平面上のバックプレーンは存在しないことから、冷却風の圧力損失の低減が実現可能となる。

図４は、本発明の実施例４にかかる基板接続構造の斜視図であって、１５はＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２を接続する信号用バックプレーンである。１００ｃ、１００ｄは信号用バックプレーン１５と電源用バックプレーン２０との接続の役割を果たす複合バックプレーンである。実施例１の場合と同様に、ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２とは同一平面（ｙｚ平面）となるように設置され、電源用バックプレーン２０は、電源ユニット３と同一平面となるように設置される。

ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２は信号用バックプレーン１５を介して接続する。また、電源ユニット３は電源用バックプレーン２０で接続し、複合バックプレーン１００ｃ、１００ｄを介してＩ／Ｏスイッチ基板２、ファンユニット４に電源を供給する。
本実施例４は、ＣＰＵボード１をｙｚ平面状に並べた装置構成において、バックプレーンの水平設置を全体に適用する場合に実施する。

ファンユニット４によって発生する冷却風の流路は図中のｙ方向であるため、信号用バックプレーン１５と電源用バックプレーン２０はｘｙ平面、複合バックプレーン１００ｃ、１００ｄはｙｚ平面に設置する。これによって、ｙ方向に正対するｚｘ平面上のバックプレーンは存在しないことから、冷却風の圧力損失の低減が実現可能となる。

図５は、本発明の実施例５にかかる基板接続構造の斜視図であって、１００ｅはＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ２と電源用バックプレーン２０を信号、電源に関して接続する複合バックプレーンであり、１６ａ〜１６ｈはＣＰＵボード１とファンユニット４を接続し、複合バックプレーンまでの接続を中継する中継用バックプレーンである。

ＣＰＵボード１の信号線は、中継バックプレーン１６を経由して複合バックプレーン１００ｅでＩ／Ｏスイッチ基板２と接続する。また、電源ユニット３は電源用バックプレーン２０で接続し、複合バックプレーン１００ｅを介してＣＰＵボード１、Ｉ／Ｏスイッチ基板２、ファンユニット４に電源を供給する。実施例１の場合と同様に、ＣＰＵボード１とＩ／Ｏスイッチ基板２と中継用バックプレーン１６とは、同一平面となるように設置され、電源用バックプレーン２０は、電源ユニット３と同一平面となるように設置される。

本実施例５は、実施例１の信号用バックプレーンを左右に２分割し、複合バックプレーンを中央に移動したものであり、実施例１と比較して、ＣＰＵボード１からＩ／Ｏスイッチ２までの配線長を短くしたい場合に実施する。このような配置にすることによって、ＣＰＵボード１から出力される信号の減衰を低減することができる。

ファンユニット４によって発生する冷却風の流路は図中のｙ方向であるため、中継用バックプレーン１６と電源用バックプレーン２０はｘｙ平面、複合バックプレーン１００ｅはｙｚ平面に設置する。これによって、ｙ方向に正対するｚｘ平面上のバックプレーンは存在しないことから、冷却風の圧力損失の低減が実現可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ …ＣＰＵボード
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ …Ｉ／Ｏスイッチ基板
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ …電源ユニット
４ａ、４ｂ …ファンユニット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１、１２、１５ …信号用バックプレーン
１３ａ、１３ｂ …ＣＰＵボード間信号接続用バックプレーン
１４ …Ｉ／Ｏスイッチ間信号接続用バックプレーン
１６ …中継用バックプレーン
２０ …電源用バックプレーン
２１ …ＣＰＵボード間電源接続用バックプレーン
２２ …Ｉ／Ｏスイッチ間電源接続用バックプレーン
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ …信号用、電源用複合バックプレーン
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ …信号用、電源用複合バックプレーン上風穴
Ｃ …コネクタ。

Claims

複数の回路基板を接続するための基板接続構造であって、前記複数の回路基板と、送風部から送出される冷却風の流路に対して水平に配置され、前記回路基板を互いに接続するための複数に分割された接続基板と、前記複数の回路基板のそれぞれと前記接続基板とを接続するコネクタ部と、分割された前記複数の接続基板のそれぞれを接続する複合接続基板を備え、前記回路基板のそれぞれと前記接続基板とは、互いに同一平面上に配置されていることを特徴とする基板接続構造。
前記複合接続基板は、前記基板接続構造の外縁付近で前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項１に記載の基板接続構造。
前記複合接続基板は、前記基板接続構造の中央付近で前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項１に記載の基板接続構造。
前記複合接続基板は、前記基板接続構造の外縁付近と、前記外縁付近に対向した外縁付近とで前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項１に記載の基板接続構造。
前記複合接続基板は、前記流路に対して水平に配置され、前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の基板接続構造。
複数の回路基板を接続するための基板接続構造を備えた電子装置であって、前記基板接続構造は、前記複数の回路基板と、送風部から送出される冷却風の流路に対して水平に配置され、前記回路基板を互いに接続するための複数に分割された接続基板と、前記複数の回路基板のそれぞれと前記接続基板とを接続するコネクタ部と、分割された前記複数の接続基板のそれぞれを接続する複合接続基板を備え、前記回路基板のそれぞれと前記接続基板とは、互いに同一平面上に配置されていることを特徴とする電子装置。
前記複合接続基板は、前記基板接続構造の外縁付近で前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
前記複合接続基板は、前記基板接続構造の中央付近で前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
前記複合接続基板は、前記基板接続構造の外縁付近と、前記外縁付近に対向した外縁付近とで前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
前記複合接続基板は、前記流路に対して水平に配置され、前記接続基板のそれぞれを接続することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の電子装置。