(57)【要約】【課題】システムボードに配置される電子モジュールの設計及びレイアウトを改善することにより、電子モジュールの利便性及び効率的な放熱を図る。【解決手段】システムボードに取り外し可能に接続可能な電子モジュールは、システムボードに接続され、放熱デバイス（１２０Ａ）と第１の側（１６８）にプロセッサ（１１０）が接続されるプリント回路基板（１０４）とを有し、放熱デバイス（１２０Ａ）が熱交換によりプロセッサ（１１０）から放熱する第１の部分（１９２）と、第１の部分（１９２）とシステムボードとの間に配置され、プロセッサ（１１０）に電力を供給する電源システムボード（１３０）を有し、電源システムボード（１３０）がプリント回路基板（１０４）の第２の側（１７２）に隣接し平行に延びる第２の部分（１９０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムボードに取り外し可能に接続可能な電子モジュールにおいて、
前記システムボードに接続され、放熱デバイスと、プリント回路基板であって前記プリント回路基板の第１の側にプロセッサが接続されるプリント回路基板とを備え、前記放熱デバイスが熱交換により前記プロセッサから放熱する第１の部分と、
前記第１の部分と前記システムボードとの間に形成される空間に配置され、前記プロセッサに電力を供給する電源システムボードを備え、前記電源システムボードが前記プリント回路基板の第２の側に隣接して前記第２の側と平行に延びる第２の部分とを備えることを特徴とする電子モジュール。
【請求項２】
前記放熱デバイスは前記電子モジュールの一方を形成し、前記電源システムボードは前記電子モジュールの他方を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項３】
前記プリント回路基板の前記第２の側と前記電源システムボードの上側との間に形成される空間に配置される第２の放熱デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項４】
前記第１の部分と前記電源システムボードとの間に配置されて、前記プリント回路基板及び前記電源システムボードの両方から放熱する第２の放熱デバイスと、
前記電源システムボードと前記システムボードとの間に配置される隙間充填材とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項５】
前記第１の部分と前記システムボードとの間に形成される前記空間は、前記第１の部分と前記システムボードとを接続する接続手段の高さとほぼ等しい高さを有することを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項６】
前記第１の部分と前記電源システムボードとの間に形成される空間に配置される液体冷却ソリューションをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項７】
前記プロセッサが発生する熱は、前記放熱デバイスにより液体冷却されることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項８】
前記第２の部分は、前記第１の部分を前記システムボードに接続させたまま、前記第１の部分から取り外すことができることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項９】
前記第２の部分は、前記第１の部分と前記システムボードとの間に形成される前記空間とほぼ等しい体積を実質的に満たすことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項１０】
プリント回路基板に電子モジュールの第１の部分を接続することであって、前記第１の部分は、放熱デバイスと、複数のプロセッサを備えるプロセッサ基板とを有する第１の部分を接続することと、
第２の部分を接続することであって、前記第１の部分の下に前記電子モジュールの第２の部分を接続することにより、前記第２の部分の電源ボードが、前記プリント回路基板と前記プロセッサ基板との間で前記プリント回路基板と前記プロセッサ基板とに平行になる第２の部分を接続することと、
前記電源ボードにより、前記プロセッサ基板へ電力を供給することと、
前記放熱デバイスにより、前記複数のプロセッサから放熱することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記第１の部分を前記プリント回路基板に接続させたまま、前記第２の部分を分離することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
液体熱交換を用いて、前記放熱デバイスから放熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記プロセッサ基板と前記電源ボードとの間に挟まれた別の放熱デバイスにより、前記電源ボードから放熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
液体冷却プレートを用いて前記第２の部分から放熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の部分と前記プリント回路基板との間に或る体積の空間を形成することと、
前記第２の部分が前記第１の部分に接続されるときに、前記第２の部分で前記或る体積の空間を実質的に満たすことをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の部分から前記第１の部分へ直流電力を供給することと、
前記第１の部分から前記プリント回路基板へ処理機能を提供することと、
前記放熱デバイスにより、前記第１の部分及び前記第２の部分から放熱すること
をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システムボードに配置される電子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の電子システムは、複数のプリント回路基板を利用しており、このプリント回路基板には多くの異なる電子部品が相互接続されている。これらの電子システムのサイズが縮小され、性能が向上されると、実装密度、放熱、及び配電構造がますます重要なこととなる。
【０００３】
実装密度を高めて電子デバイスの実際のサイズを縮小する１つの方法では、電子部品が互いにより密接に配置される。しかしながら、回路基板内の電子部品は、通常はすでに緊密に収容されており、さらなる空間を容易に得ることは難しい。しかしながら、電子デバイスの全体サイズを縮小するように電子部品を配置することができれば、大きな節約を実現することができ、また、大きな利点を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子部品が互いにより密接に実装され、また、これらの部品の性能が向上するにつれて、多くの電子システムにおいては放熱がより重要な因子となる。回路基板は複数の発熱デバイスを含む場合があり、このような発熱デバイスは指定の動作温度内で動作するために冷却されなければならない。これらの発熱デバイスが十分に冷却されない場合、これらのデバイスの性能は低下し、さらには永久に機能しなくなる可能性がある。さらに、発熱デバイスが互いに密接に実装されている場合、１つのデバイスからの熱が隣接するデバイスの性能に影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
プリント回路基板部品の設計及び配置は、非常に複雑で困難である。設計者は、いくつかの例を上げると、実装密度及び放熱等の多くの因子を考慮に入れなければならない。これらの分野を改善することにより、電子システム及び電子デバイスにとって大きな利益を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、システムボードに配置されるプロセッサモジュールの装置、方法及びシステムを含む。一実施形態では、第１の部分及び第２の部分を有する電子モジュールが、システムボードに取り外し可能に接続される。第１の部分は、システムボードに接続され、放熱デバイス及びプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、このプリント基板の第１の側にはプロセッサが接続される。放熱デバイスは、熱交換器によって、プロセッサから放熱する。第２の部分は、第１の部分とシステムボードとの間に形成される空間に配置される。第２の部分は、プロセッサへ電力を供給する電源システムボードを有する。電源システムボードは、プリント回路基板の第２の側に隣接して、この第２の側と平行に延びる。
【０００７】
本発明の方法の別の例示的な実施形態では、方法は、プリント回路基板に電子モジュールの第１の部分を接続することであって、第１の部分は、放熱デバイスと複数のプロセッサを有するプロセッサ基板とを有する第１の部分を接続することと、第１の部分の下に電子モジュールの第２の部分を接続することであって、それにより、第２の部分の電源ボードがプリント回路基板とプロセッサ基板との間でこれらと平行になる第２の部分を接続することと、電源ボードにより、プリント回路基板へ電力を供給すること、及び放熱デバイスにより、複数のプロセッサから放熱することを備える。
【０００８】
他の実施形態及びこれらの実施形態の変形形態は、添付図面及び発明の詳細な説明において示され理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図４は、本発明の例示的な一実施形態による電子システム又は電子アセンブリ１００を示す。電子アセンブリ１００は、２つのプリント回路基板（ＰＣＢ）又はプリント配線板（ＰＷＢ）１０２、１０４を含む。プリント回路基板１０２、１０４は、様々な構成を有することができ、それらの構成は依然として本発明による実施形態の範囲内である。例として、プリント回路基板１０２、１０４としては、電源モジュール回路基板、電圧調整モジュール（ＶＲＭ）回路基板、コントローラボード（周辺装置用のコントローラを含む特別なタイプの拡張ボード等）、拡張ボード（コンピュータの拡張スロットに差し込まれる任意のボード等）又はモジュール等が挙げられ得る。別の例としては、プリント回路基板１０２がマザーボードであり、そしてプリント回路基板１０４がドーターボードであってもよい。
【００１０】
ここで、マザーボードとは、パーソナルコンピュータ、サーバ又は他の電子デバイスにおいて用いられるプリント回路基板である。マザーボード（メインボード又はシステムボードとしても知られる）は、コンピューティングシステムにおけるプロセッサ、グラフィックカード、サウンドカード、コントローラ、メモリ、集積回路（ＩＣ）、モジュール、ＰＣＢ及び多くの他の電子部品及び電子デバイスのための取り付け点を提供することができる。ドーターボードは、マザーボード又は他のカード又はボードの拡張部分として利用される。ドーターボードは、マザーボード又は他のボードに対するプラグ、ソケット、ピン、コネクタ又は他の付属部品を有することができる。例えば、コネクタ１０６Ａ、１０６Ｂを用いて、プリント回路基板１０２をプリント回路基板１０４に電気的に接続することができる。コネクタ１０６Ａ、１０６Ｂは、プリント回路基板１０２とプリント回路基板１０４との間の機械的及び電気的インタフェース又は接続部を提供する。コネクタ１０６Ａ、１０６Ｂとしては、例えば、取り外し可能に接続可能なプラグ（雄型）及びソケット（雌型）が挙げられる。代替的に、１つのコネクタを用いて、プリント回路基板１０２とプリント回路基板１０４とを接続することができる。さらに、プリント回路基板１０２、１０４の間の接続機構を、プリント回路基板１０２、１０４の側部及び／又は端等の種々の位置に設けることができるが、これらに限定はされるものではない。さらにまた、任意の接続の代わりに又はその任意の接続とともに、はんだ付けを用いることができる。
【００１１】
プリント回路基板１０２、１０４は、複数の電子部品又は電子デバイスを含む。例えば、プリント回路基板１０４は、複数の発熱部品又はデバイス１１０を含む。これらの発熱デバイス１１０は、動作中に発熱する任意の電子部品を含む。例えば、発熱デバイス１１０としては、電子電源回路、集積回路（ＩＣ）又はチップ、デジタルメモリチップ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プロセッサ（中央処理装置（ＣＰＵ）又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等）、ディスクリート電子デバイス（電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等）、他のタイプのトランジスタ又は適切に動作するために若しくは指定の温度範囲内で動作するために、それ自体が放熱を必要とするデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。ＡＳＩＣは、特定の目的又は用途のためにカスタマイズされた機能性を有する集積回路又はチップから成る。プリント回路基板１０２およびプリント回路基板１０４及び／又は電源システム１３０としては、発熱するか又は発熱しない複数の電子部品又は電子デバイス、少量又は微量の熱を発生する複数の電子部品又は電子デバイス、または、発熱はするが、適切に動作するため又は指定の温度範囲内で動作するための発生した熱のそれ自体からの放熱を必要とはしない複数の電子部品又は電子デバイスも、さらに挙げられる。このようなデバイスの例としては、抵抗器、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード、メモリ等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１２】
電子アセンブリ１００は、少なくとも１つのサーマルソリューション又は放熱デバイス１２０Ａを含み、任意選択で、第２の放熱デバイス１２０Ｂを含む。放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂとしては、ヒートスプレッダ、コールドプレート又は熱的補鋼プレート、冷却（蒸発冷却）プレート、ヒートパイプ、機械的な隙間充填材（複数のロッド、ピン等）、サーマルパッド又は放熱するように構成されている他のデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。さらに、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、基材上、電子部品間又は完成部品内で熱伝導層を形成するために用いられるサーマル合成物及びサーマルインタフェース材を含む。例えば、熱伝導性の樹脂、テープ、成形熱可塑性合成物、接着剤、ギャップパッド及び樹脂を、発熱デバイス１１０と放熱デバイス１２０Ａとの間で用いて、放熱及び／又は熱移動を改善することができる。さらに、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂはヒートシンクを含む。ヒートシンクは、発熱デバイス１１０等の発熱デバイス又は発熱部品の温度を低下させるように設計された部品である。ヒートシンクは、例えば、電子部品との直接的又は間接的な熱交換で放熱することができ、この熱は、周囲空気すなわち周囲の環境に放散される。多くのタイプのヒートシンクを、本発明による実施形態で利用することができる。例えば、本発明の実施形態では、ファンを有さないヒートシンク（受動的ヒートシンク）又はファンを有するヒートシンク（活動的ヒートシンク）が含まれる。ヒートシンクの他の例としては、押出ヒートシンク、折り曲げフィンヒートシンク、冷間鍛造ヒートシンク、接合型／組立型ヒートシンク、及びスカイブヒートシンクが挙げられる。さらに、ヒートシンクを含む放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、液体又は相変化材料を用いることができる。例えば、放熱デバイスは、発熱デバイス１１０から、液体冷却又は空気冷却されるヒートシンクへ熱を伝導することができる。さらに、液体管又は液体ループを用いて、放熱デバイス又は放熱モジュールから、そこから離れた外部の場所へ、熱を排出又は移動することができる。
【００１３】
電子アセンブリ１００は、少なくとも１つの電源又は電源システム１３０も含む。１つ又は複数の電気コネクタ又は電力結合デバイス１４０が、電源システム１３０をプリント回路基板１０４に接続する。図１〜図３は、プリント回路基板１０４及び／又は電源システム１３０の端又は角に設けられたコネクタ１４０を示す。１つのコネクタ１４０が図示されているが、本発明による実施形態は、特定の数、タイプ又は場所のコネクタに限定されない。例えば、複数のコネクタを用いて、電源システム１３０をＰＣＢ１０４に結合することができる。代替的に、コネクタ１４０は、プリント回路基板１０４及び／又は電源システム１３０の側部、中間及び／又は端等の種々の位置に設けられるが、これらに限定されない。
【００１４】
電源システム１３０には、電子アセンブリ１００内の電子部品（発熱デバイス１１０等）及び／又はプリント回路基板（プリント回路基板１０４等）に電力を供給するための多数の実施形態が挙げられる。例えば、電源システム１３０は、ファクトライズ・パワー・アーキテクチャ（ＦＰＡ）モジュール、直流（ＤＣ）変換器又はＤＣ−ＤＣ変換器等の電力変換器、ＤＣ線形レギュレータ、ＡＣ−ＤＣ変換器、ＤＣスイッチングレギュレータ又はＤＣチャージポンプである。
【００１５】
プリント回路基板１０２は、電子アセンブリ１００で接続されると、プリント回路基板１０４とほぼ平行になる。プリント回路基板１０２とプリント回路基板１０４とは、機械的及び電気的に接続されて、垂直積層構成を形成する。特に、コネクタ１０６Ａおよびコネクタ１０６Ｂが、プリント回路基板１０２とプリント回路基板１０４とを互いに接続させる。プリント回路基板１０２は、コネクタ１０６Ａとコネクタ１０６Ｂとを互いに接続したときの高さすなわち厚さと等しいか又はほぼ等しい距離「Ｄ」（図２を参照）だけプリント回路基板１０４から離間している。さらに、図４に最も分かりやすく示すように、プリント回路基板１０４は、長さ「Ｌ」と幅「Ｗ」とを掛け合わせた面積と等しい表面積を有するように画定される。図２及び図３に最も分かりやすく示すように、プリント回路基板１０２、１０４が積み重ねた構成にあるとき、これらの間には或る体積の使用されないスペース、すなわち空いているスペースである空間１６０が存在する。この使用されないスペース、すなわち空いているスペースである空間１６０の体積は、プリント回路基板１０４の下の空間の体積から、コネクタ１０６Ａおよびコネクタ１０６Ｂによって占められるような空間を差し引いた体積とほぼ等しい。換言すれば、使用されないスペースである空間１６０の体積は、（Ｌ×Ｗ×Ｄから成る体積）から（コネクタ１０６Ａ及びコネクタ１０６Ｂが占める体積）を差し引いた体積と等しい。
【００１６】
電子アセンブリ１００において実装密度を高めるために、すなわちスペースの効果的な使用を高めるために、使用されないスペースである空間１６０が電子部品によって占められてもよい。このような電子部品は、発熱デバイス又は非発熱デバイスである。これらの部品は、適切に動作するために放熱デバイスを用いる必要がない電子部品等、非発熱デバイス又は低発熱デバイスであることが好ましい。図１〜図３に最も分かりやすく示すように、使用されないスペースである空間１６０は、電源システム１３０、コネクタ１４０、及び任意選択の放熱デバイス１２０Ｂを含むことができる。例として、使用されないスペースである空間１６０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）デバイス、スイッチ、ビットテスト（メモリ又はレジスタにおける特定のビットの値のテスト等）及びバスアーキテクチャ（Ｉ2Ｃバス等）等の種々の他の電子部品も含むことができるが、これらに限定されない。
【００１７】
電源システム１３０を、プリント回路基板、電源モジュールアセンブリ、電源回路カード／基板及び／又は電源モジュールＰＣＢとして構成することができる。図１〜図３に示すように、電源システム１３０は、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂ及びプリント回路基板１０２、１０４との関係において、これらと平行であって、これらと垂直積層の関係にあるように配置されている。例示的な一実施形態では、電源システム１３０とプリント回路基板１０４とは互いに平行であり、コネクタ１４０の厚さとほぼ等しい距離だけ、これらは離れている。この電源システム１３０とプリント回路基板１０４との間のスペースは、放熱デバイス１２０Ｂ（熱伝導性の隙間充填材料）で充填することができる。
【００１８】
電源システム１３０は、モジュール式であって交換可能な部材である。いくつかの実施形態では、電源システム１３０は、電子アセンブリ１００において用いるための柔軟性及び交換性を得るために標準化された単位又は標準化された寸法で構成され、独立して動作可能なユニット、すなわち独立して動作可能なモジュールである。さらに、電源システム１３０は、電子アセンブリ１００における他の部品（例えば、発熱デバイス１１０、プリント回路基板１０４及び／又は放熱デバイス１２０Ａ等）の接続、これらの取り外し、すなわち交換を伴わずに、電子アセンブリ１００（例えば、プリント回路基板１０４）に接続するか又は電子アセンブリ１００から取り外すことができる。したがって、電源システム１３０は、プリント回路基板１０２又はプリント回路基板１０４及び／又は発熱デバイス１１０から独立して整備（例えば、交換又は修理）することができる。ここで、例えば、電源システム１３０が機能しなくなるか、または、交換若しくはアップグレードが必要とされる場合を仮定する。このような場合には、電源システム１３０は、プリント回路基板１０２からのプリント回路基板１０４の取り外し、すなわち交換を伴わずに、電源システム１３０はコネクタ１４０から分離され、プリント回路基板１０４から分離されて取り外される。特に、発熱デバイス１１０をプリント回路基板１０４に接続すなわち結合させたまま、そして、プリント回路基板１０４をプリント回路基板１０２に接続すなわち結合させたまま、電源システム１３０をプリント回路基板１０４から分離して、プリント回路基板１０２、１０４の間から抜き出すことができる。代替的に、放熱デバイス１２０Ｂを利用する場合は、放熱デバイス１２０Ｂは、電源システム１３０と同時に取り外されるか又は電源システム１３０を取り外す前に取り外される。その後、電源システム１３０をプリント回路基板１０２とプリント回路基板１０４との間に差し戻し、すなわち配置し戻して、コネクタ１４０を介してプリント回路基板１０４に再接続することができる。
【００１９】
プリント回路基板１０４は、モジュール式であって交換可能な部材である。いくつかの実施形態では、プリント回路基板１０４は、電子アセンブリ１００において用いるための柔軟性及び交換性を得るために標準化された単位又は標準化された寸法で構成され、独立して動作可能なユニット、すなわち独立して動作可能なモジュールである。さらに、プリント回路基板１０４は、電子アセンブリ１００における他の部品の接続、これらの取り外し、すなわち交換を伴わずに、電子アセンブリ１００（例えば、プリント回路基板１０２及び／又は電源システム１３０）に接続するか、または、電子アセンブリ１００から取り外すことができる。したがって、プリント回路基板１０４は、プリント回路基板１０２又は電源システム１３０及び／又は放熱デバイス１２０Ｂから独立して整備（例えば、交換又は修理）することができる。例えば、プリント回路基板１０４が機能しなくなるか、または、交換若しくはアップグレードが必要とされる場合を仮定する。プリント回路基板１０４は、電源システム１３０及び放熱デバイス１２０Ｂをプリント回路基板１０２に接続、すなわち結合させたまま、プリント回路基板１０２及び／又は電源システム１３０から分離して取り外すことができる。プリント回路基板１０４を取り外したら、発熱デバイス１１０を例えば修理又は交換してから、プリント回路基板１０４をプリント回路基板１０２及び電源システム１３０に再び取り付け、すなわち再接続することができる。
【００２０】
電源システム１３０は、電子アセンブリ１００で接続されると、プリント回路基板１０２とプリント回路基板１０４との間に挟まれる。さらに、プリント回路基板１０２、１０４及び電源システム１３０は、それぞれが互いに離間して平行であり、機械的及び電気的に接続されて、垂直積層構成を形成する。図１〜図３に示すように、電子アセンブリ１００は、少なくとも３つの異なる層の垂直積層構成から成り、各層は他の各層とは別個の層である。第１の層すなわち上部層はプリント回路基板１０４を含み、第２の層すなわち中間層は電源システム１３０を含み、第３の層すなわち下部層はプリント回路基板１０２から成る。放熱デバイス１２０Ａは、第１の層の上に配置され、いくつかの実施形態では、第１の層の一部を形成する。さらに、放熱デバイス１２０Ｂは、第１の層と第２の層との間に配置され、いくつかの実施形態では、第１の層又は第２の層のいずれかの層の一部を形成する。
【００２１】
例示的な一実施形態では、放熱デバイス１２０Ａは、発熱デバイス１１０の上面の真上で延び、かつ、プリント回路基板１０４の上で延びる或る体積の空間を実質的に満たす。放熱デバイス１２０Ａの下側１６６の一部は、プリント回路基板１０４の上側１６８の表面積（長さ「Ｌ」×幅「Ｗ」）の全て又はほぼ全てにわたって広がっている。
【００２２】
例示的な一実施形態では、放熱デバイス１２０Ｂは、電源システム１３０の上面すなわち上側１７０とプリント回路基板１０４の下面すなわち下側１７２との間に延びる或る体積の空間を実質的に満たす。放熱デバイス１２０Ｂの下側の一部は、電源システム１３０の上側１７０の表面積（長さ×幅）の全て又はほぼ全てわたって広がっている。
【００２３】
図１〜図３は、プリント回路基板１０４、電源システム１３０及び放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂを、一体化された一連の部品として示しているが、本発明による実施形態では、一体化された一連の部品、すなわち一体形成品等であることに限定されない。プリント回路基板１０４、電源システム１３０及び放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、互いに結合され、すなわち互いに電気的且つ／又は機械的に連通する等、分離した別個のユニット、すなわち要素として形成することができる。
【００２４】
放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、種々の層及び／又は電気部品（電源システム１３０、発熱デバイス１１０及び／又はプリント回路基板１０２、１０４等）に直接的又は間接的に取り付けられ、すなわち、それらと直接的又は間接的に接触する。例えば、放熱デバイス１２０Ｂは、電源システム１３０及び／又はプリント回路基板１０４からの熱移動又は放熱を直接行うように、電源システム１３０及び／又はプリント回路基板１０４と直接接触してもよい。別の例として、放熱デバイス１２０Ａは、プリント回路基板１０４の表面の一部及び発熱デバイス１１０の両方と直接接触してもよい。このようにすることで、放熱デバイス１２０Ａは、直接、発熱デバイス１１０及びプリント回路基板１０４の両方から放熱デバイス１２０Ａへ熱移動させることができる。
【００２５】
本発明による様々な実施形態の複数の層、デバイス、部品及び／又はモジュールを通して又はこれらから、熱が伝導され、熱交換され、そして放熱が行われる。説明のために、これらの例示的な実施形態のいくつかを図１〜図３に関連して説明する。
【００２６】
一例として、モジュールすなわち層のために、ある共通の排出用の場所、すなわち共通の表面領域から熱が排出すなわち放散される。電源システム１３０から発生した熱は、放熱デバイス１２０Ｂを通って伝導すなわち移動され、この後に空気すなわち周囲に放散される。別の例として、発熱デバイス１１０から熱が発生すると、この発生した熱は、発熱デバイス１１０及び／又はプリント回路基板１０４の上側１６８から放熱デバイス１２０Ａへ移動する。この熱は、放熱デバイス１２０Ａの上面１７６から放散される。このように、放熱デバイス１２０Ａは、発熱デバイス１１０とプリント回路基板１０４とから同時に放熱することができる。
【００２７】
放熱デバイス１２０Ａの任意の表面（表面１７６等）は、放熱及び／又は熱交換を促進するように改良されてもよい。例えば、この表面は、フィン、ロッド、ピン又は他の特徴的な部材を含んでもよい。さらにまた、任意の放熱デバイスの任意の表面は、この任意の放熱デバイスの本体に取り付けられる別個の機構すなわちユニットとして形成されてもよい。
【００２８】
様々な方法で放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂから熱が放散される。例えば、放熱デバイス１２０Ａおよび放熱デバイス１２０Ｂの一方又は両方が、空気流を生成する能動デバイスであってもよい。単に説明のために、電子アセンブリ１００は、空気流の方向を示す矢印と共に図示されている（空気流は、紙面に向かう垂直な方向であり、丸で囲んだ「×」で示す）。空気流は、例えば、電子アセンブリ１００内、すなわち放熱デバイス１２０Ａおよび放熱デバイス１２０Ｂ内若しくはこれらに近接して配置されるファン又は他のデバイスにより提供される。例えば、空気流はシステムファンから生成される。空気流は、プリント回路基板１０２、１０４及び電源システム１３０と平行な経路で導かれる。しかしながら、空気流はいかなる特定の方向にも限定されない。いくつかの実施形態では、例えば、空気流は、プリント回路基板１０２、１０４、電源システム１３０及び／又は発熱デバイス１１０に対して垂直な方向に導かれる。したがって、主な空気流は、プリント回路基板１０２、１０４、発熱デバイス１１０、電源システム１３０及び／又は放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂに向かって、これらの上に又はこれらの下に導かれる。さらに、主な空気流は、複数の異なる部品／層（プリント回路基板１０２、１０４、発熱デバイス１１０、電源システム１３０及び／又は放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂ等）に同時に導かれてもよく、すなわち特定の各部品／層に対して別個に同時に導かれていてもよい。したがって、同じ空気流を用いて、複数の層及び／又は部品から同時に熱を放散し、すなわちこれらを冷却することができ又は１つの層及び／又は部品のみから熱を放散し、すなわちこれを冷却することができる。
【００２９】
空気流を利用して、熱移動すなわち放熱の補助すなわち促進をすることができる。これに関して、電子アセンブリ１００は、熱伝導経路及び／又は空気流経路の一方又は両方を利用して放熱することができる。放熱のための熱伝導と空気流との組み合わせは数多くある。例として、放熱デバイス１２０Ａ、Ｂは、発熱デバイス１１０、電源システム１３０及び／又はプリント回路基板１０２、１０４と直接接触して、これらの部品から熱を伝導することができる。それと同時に、プリント回路基板１０２、１０４、電源システム１３０、発熱部品１１０及び放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂの１つ又は全てに導かれる空気流を放熱デバイス１２０Ａおよび放熱デバイス１２０Ｂの一方又は両方が生成し、また、この空気流に放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂの１つ又は両方が晒される。例えば、この空気流を利用して、放熱デバイス１２０Ａが発熱デバイス１１０から熱を伝導し放散する際に、電源システム１３０及びプリント回路基板１０４（発熱部品を含む）を冷却することができる。したがって、同じ放熱デバイス１２０Ａが、プリント回路基板１０４、電源システム１３０及び発熱デバイス１１０から同時に放熱する。
【００３０】
放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、遠隔熱交換器（ＲＨＥ）を利用し、且つ／又は備えることができる。あるＲＨＥは、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂが、発熱デバイス（プリント回路基板１０４、発熱デバイス１１０及び／又は電源システム１３０等）から遠隔にあることを可能にする。例えば、ＲＨＥは、発熱デバイス１１０からヒートパイプを有する取り付けブロックへ熱を移動させることができる。さらに、ヒートパイプは電子システム（例えば、放熱デバイス）の任意の部分すなわちモジュールに結合され、且つこの電子システムから遠隔のヒートシンクへ向かうように外方へ延びていてもよい。代替的に、ヒートパイプは、モジュール又はシステムの表面（例えば、放熱デバイスの表面）に取り付けられて、遠隔のヒートシンクまで延びていてもよい。例えば、ヒートパイプは、流体及び灯心の材料を収容している中空の銅管である。気化及び再凝縮のプロセスを通して、熱はヒートパイプを通り、フィン付きヒートシンク等の熱交換器へ移動する。局所空気流を用いて、熱を周囲に排出することができる。
【００３１】
図１及び図２を参照すると、放熱デバイス１２０Ａおよび放熱デバイス１２０Ｂの一方又は両方が、コールドプレートであるか又はコールドプレートを利用することができ、且つ／又はヒートパイプ又は液体を介した放熱を利用することができる。図１、２の「流入」及び「流出」の矢印は、それぞれ液体流入及び液体流出を表し、放熱デバイス１２０Ａおよび放熱デバイス１２０Ｂの一方又は両方において利用することができる。したがって、放熱デバイス１２０Ａおよび放熱デバイス１２０Ｂは、ポンプ及び／又は熱交換器に結合されて、プリント回路基板１０２、１０４、発熱デバイス１１０、電源システム１３０等のいずれか１つ又はこれらの組み合わせを冷却するためにサーマルソリューションを介して冷却液を循環させることができる。放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、本明細書で説明する熱伝導及び／又は空気流冷却技法の一方又は両方とともに利用することができる。一例として、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、上面又は下面に別個の部品すなわちユニットを含んでもよい。この別個の部品は、液体コールドプレート、蒸発器、冷却器、ヒートシンク又は当該技術分野で既知の他のデバイスすなわち技術である。
【００３２】
本発明による実施形態では、いかなる数又はタイプの放熱デバイスにも限定されない。さらに、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、互いに結合されてもよい。例えば、液体ヒートパイプ（又は当該技術分野で既知の他のデバイス）が、放熱デバイス１２０Ａから放熱デバイス１２０Ｂまで延びていてもよい。このヒートパイプは、放熱デバイス１２０Ｂ、プリント回路基板１０２、１０４、電源システム１３０及び発熱デバイス１１０から熱を除去するのに役立ち、放熱デバイス１２０Ａへこの熱を移動させる。その後、移動した熱は、空気、液体コールドプレート、さらなるヒートパイプ、放熱等を含む本明細書で説明する様々な方法で放散されるが、これらに限定はされない。
【００３３】
種々の異なる電子部品、層及びプリント回路基板を組み合わせて、本発明による種々の実施形態にすることができる。図５は、そのような例示的な一実施形態を電子アセンブリ５００として示す。この図では、プロセッサ回路基板は、（電子部品の中でも特に）少なくとも１つのプロセッサ、メモリ及びＡＳＩＣを含む。例えば、プロセッサ回路基板は、いくつかの例を挙げると、複数のプロセッサ、１つのＡＳＩＣ及びメモリ等の多数の電子発熱部品を有する。プロセッサ回路基板の第１の側は、２つの別個のプロセッサ、１つのＡＳＩＣ及びメモリを含む。プロセッサ回路基板の第２の側（例えば、発熱部品を含まない側）は、１つ又は複数のコネクタを介してシステムボードに結合される。第１の放熱デバイス（図５でサーマルソリューション１として示す）が、プロセッサ回路基板の上に配置されて、２つのプロセッサから熱を除去する。第２の放熱デバイス（図５でサーマルソリューション２として示す）が、ＡＳＩＣとメモリと上に配置されて、これらから熱を除去する。電源回路基板は、プロセッサ回路基板に電力を供給し、プロセッサ回路基板とシステムボードとの間にわたる空間内で挟まれる。電源回路基板及びプロセッサ回路基板から熱を除去するために、電源回路基板の上側とプロセッサ回路基板の下側との間にはコールドプレートが延びる。電源回路基板の下側とシステムボードの上側との間には、隙間充填材が配置される。図示のように、プロセッサ回路基板並びに他の部品及び層の真下の位置であるシステムボードの下には、第２のコールドプレートが配置される。
【００３４】
図１及び図２に最も分かりやすく示すように、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、単一部材すなわち１つの部材から成る。しかしながら、本発明による実施形態は、多種多様なタイプ及び数の放熱デバイスを利用することができる。例えば、放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、複数の別個の部材（図５に示すサーマルソリューション１及びサーマルソリューション２等）から成っていてもよい。電子アセンブリ１００に関して利用することができる種々のさらなる実施形態のいくつかの例を、図６Ａ−図６Ｃに示す。これらの例では、１つの空気流を示しているが、種々の方向に流れる複数の空気流も本発明による実施形態の範囲内にある。
【００３５】
図６Ａは、本体部分６２０Ａにわたって配置される複数の開口６１０Ａを有する放熱デバイス６００Ａを示す。開口６１０Ａは、様々な構成及び／又は形状を有する。そして開口６１０Ａとしては、スロット、孔等が挙げられ、隣接する複数のピン、ロッド、フィン等から形成される。開口６１０Ａによって、空気流（空気流は、紙面に向かう方向であり、丸で囲んだ「×」で示す）が放熱デバイス６００Ａ内を通ることができる。
【００３６】
図６Ｂは、ベース部品６０２Ｂ及び複数の他の個別部品６０４Ｂから形成される放熱デバイス６００Ｂの一つの例を示す。ベース部品６０２Ｂ及び個別部品６０４Ｂは、それぞれ複数の開口６１０Ｂを有する。開口６１０Ｂは、様々な構成及び／又は形状を有する。そして開口６１０Ｂとしては、スロット、孔等が挙げられ、隣接する複数のピン、ロッド、フィン等から形成される。開口６１０Ｂによって、空気流（空気流は、紙面に向かう方向であり、丸で囲んだ「×」で示す）が放熱デバイス６００Ｂ内を通ることができる。
【００３７】
図６Ｃは、ベース部品６０２Ｃ及び複数の他の個別部品６０４Ｃから形成される放熱デバイス６００Ｃの一つの例を示す。ベース部品６０２Ｃ及び個別部品６０４Ｃは、複数の開口６１０Ｃを有する。個別部品６０４Ｃは、ベース部品６０２Ｃとは別個であり、ベース部材６０２Ｃから取り外すことができる。また、個別部品６０４Ｃは、ベース部品６０２Ｃの孔すなわち開口６４０Ｃ内で延在する。開口６１０Ｃは、様々な構成及び／又は形状を有する。そして、開口６１０Ｃとしては、スロット、孔等が挙げられ、隣接する複数のピン、ロッド、フィン等から形成される。開口６１０Ｃによって、空気流（空気流は、紙面に向かう方向であり、丸で囲んだ「×」で示す）が放熱デバイス６００Ｃ内を通ることができる。
【００３８】
本発明による実施形態では、モジュール式の結合構造が利用されてもよい。特定の電子部品（プリント回路基板を含む）すなわちデバイスが機能しなくなるか又は交換を必要とする場合、その電子部品を、モジュールすなわち電子アセンブリから取り外して、新たな部品及び／又は異なる部品と交換することができる。したがって、電子アセンブリは、部品の使用及び交換に柔軟性及び多様性を与えるように標準化された電子部品及び／又は寸法で構成することができる。例として図５を参照すると、サーマルソリューション１及び／又はサーマルソリューション２が機能しなくなる場合、他の部品及び／又は層をシステムボードに接続させたまま、これらのサーマルソリューションの一方または両方を取り外して交換することができる。プロセッサ回路基板又はその上にある部品が機能しなくなるか、又は交換を必要とする場合、他の部品及び／又は層をシステムボードに接続させたまま、プロセッサ回路基板をシステムボードから分離して取り外すことができる。電源回路基板が機能しなくなるか又は交換を必要とする場合、プロセッサ回路基板及びプロセッサ回路基板に配置される発熱部品をシステムボードに接続させたまま、電源回路基板を電子アセンブリから分離し且つ／又は取り外すことができる。その後、新たな且つ／又は異なる電源回路基板を電子アセンブリに接続することができる。したがって、電源回路基板及び／又はコールドプレートの取り外し又は交換の際に、高価な発熱部品（プロセッサ、メモリ、ＡＳＩＣ等）を交換せずにおくことができ、取り外し又は交換をする必要がない。
【００３９】
本明細書で用いる場合、「モジュール」という用語は、他の電子アセンブリ又は電子部品とともに用いられる電子部品のユニット、パッケージすなわち機能的アセンブリを意味する。モジュールは、完全な又はより大きな電子構造すなわち電子デバイスの一部であって独立動作可能なユニットである。さらに、モジュールは、完全な又はより大きな電子構造から独立して接続可能且つ独立して移動可能である。
【００４０】
図に示される電子部品、層及び／又はモジュールの構成又は配置により、重量、空間及びコストが削減されるが、それは、これらの部品及び／又は層が効率的に離間しているからである。例えば、本発明による実施形態は、様々なモジュールを利用することができる。図１〜図３を参照すると、プリント回路基板１０４は、発熱デバイス１１０（全てが同じボードすなわちカード上にある複数の別個のプロセッサ、１つのＡＳＩＣ、及びメモリ等）を含むプロセッサモジュール１９２である。プロセッサモジュール１９２は、放熱デバイス１２０Ａを含んでも含まなくてもよい。別の例として、電源システム１３０は、放熱デバイス１２０Ｂを含んでも含まなくてもよい電源システムモジュール１９０を形成する。電源システムモジュール１９０はコネクタ１４０を介して、プロセッサモジュール１９２に対して垂直積層され、プロセッサモジュール１９２に接続すなわち結合される。同時に、電源システムモジュール、コネクタ、プロセッサモジュール及び任意選択の放熱デバイスは、例えばプリント回路基板１０２に取り外し可能に接続されるプロセッサ／電源モジュール１８８を形成する。図１〜図３は、例えば、コネクタ１０６Ａ、１０６Ｂによってプリント回路基板１０２に接続されるプロセッサ／電源モジュール１８８を示す。さらに、電源システム１３０及び／又は電源モジュールは、ノイズを最小にしてステップ負荷性能を最適にするために、負荷（例えばプリント回路基板１０４）に近接して電源を提供することができる。さらに、電源システムモジュール１９０は、プリント回路基板１０４（すなわちプロセッサモジュール１９２）の片側とプリント回路基板１０２（すなわちシステムボード）の片側との間にわたるわずかな空間に実装される。
【００４１】
例示的な一実施形態では、プロセッサ／電源モジュール１８８（図２）は、互いに機械的且つ電気的に接続すなわち結合される２つの半体から構成される。第１の半体には、例えば図１及び図２に１９０として示す電源システムモジュールが挙げられる。電源システムモジュール１９０は、放熱デバイス１２０Ｂを備えるか備えない電源システム１３０を含む。第２の半体には、例えば図１及び図２に１９２として示すプロセッサモジュールが挙げられる。プロセッサモジュール１９２は、発熱デバイス１１０を含み、放熱デバイス１２０Ａは含んでも含まなくてもよい。プロセッサ／電源モジュール１８８を組み立てるために、第１の半体（すなわち、電源システムモジュール１９０）が第２の半体（すなわち、プロセッサモジュール１９２）に結合すなわち接続される。その後、プロセッサ／電源モジュール１８８がプリント回路基板１０２に接続される。種々のコネクタを用いて、第１の半体及び第２の半体を互いに結合し、そして、結合された第１の半体及び第２の半体がプリント回路基板１０２に結合されるのである。
【００４２】
プロセッサ／電源モジュール１８８は、種々の構成を有することができる。説明のために（図１〜図３に示すように）、プロセッサ／電源モジュール１８８は、ほぼ矩形の構成である。プロセッサ／電源モジュール１８８の上面は、放熱デバイス１２０Ａの一つの外面（外側）によって形成され、この上面と反対側である下面は、電源システム１３０の一つの外面（下側）によって形成される。
【００４３】
電子アセンブリ内のモジュール方式を促進させるために、電子部品間の種々の取り外し可能な接続部が利用される。例として、このような接続部としては、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、プラグ（例えば、雄型）、ソケット（例えば、雌型）、ピン、コネクタ、はんだ付け又は他の取り外し可能すなわち分離可能な付属部品が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４４】
モジュールは、様々な異なる熱交換すなわち熱移動インタフェース（２つの放熱デバイス間のインタフェース又は放熱デバイスとプリント回路基板又は発熱デバイスとの間のインタフェース等）を備えることができる。これらのインタフェースは、熱伝導すなわち熱交換を向上させるように構成される。例えば、インタフェースは、導電性の樹脂、テープ、接着剤、ギャップパッド、グリース又は熱伝導を促進すなわち改善する任意の他のデバイス又は部品を備える。
【００４５】
本発明による実施形態は、多種多様な方法及び実施形態で利用される。例えば、本発明による実施形態は、「Multi-Processor Module」と題する２００４年３月１５日に出願された米国特許出願第１０／８００，８３７号（参照により本明細書に援用される）に教示されている実施形態を利用することができる。別の例として、例示的な一方法は、複数の発熱部品を第１の回路基板に接続することから成る。発熱部品としては、複数の別個のプロセッサ（例えば、分離したダイ上に形成されるプロセッサ）、ＡＳＩＣ、メモリ及び他のデバイスが挙げられる。電源システムは、垂直積層構成で第１の回路基板に接続される。１つ又は複数の電源コネクタにより、電源システムが第１の回路基板に結合される。１つの放熱デバイスが、第１の回路基板の片面の上に、すなわち片面に沿って（例えば発熱部品の真上）配置され、別の放熱デバイスが、第１の回路基板と第２の回路基板との間に配置される。放熱デバイスは、第１の回路基板（発熱部品を含む）、電源システム及び第２の回路基板の全てから放熱する。放熱デバイスは、第１の回路基板及び電源システムの両方から（例えば、直接熱交換によって）同時に放熱することができる。さらに放熱デバイスは液体交換流、または、空気流経路における空気流を含むか、利用するか又は生成することができる。空気流経路は、第１の回路基板及び第２の回路基板、電源システム、放熱デバイス及び／又は発熱部品のいずれか１つ又はこれらの任意の組み合わせに導かれる。さらに、液体交換流を利用して、プリント回路基板、放熱デバイス、電源システム又は発熱部品からの熱除去、放熱すなわち熱移動が行われる。全体として電源システムと、第１の回路基板と、放熱デバイス及び発熱部品とが合わさって、プロセッサ／電源モジュールを形成する。このモジュールは、例えば垂直積層構成で第２の回路基板（システムボードすなわちマザーボード等）に接続され配置される。プロセッサ／電源モジュールは第２の回路基板に対して取り外し可能に接続される。プロセッサ／電源モジュール内の部品（放熱デバイス、プリント回路基板、プロセッサ、メモリ、ＡＳＩＣ及び／又は電源システム等）を、他の部品が、モジュールとして第２の回路基板に機械的且つ／又は電気的に結合されたままで、個別又は他の部品と一緒に修理又は交換することができる。それから、改修されたプロセッサ／電源モジュールを第２の回路基板に再接続することができる。
【００４６】
種々の方法の説明が、特定の順序で進めなければならないステップとして解釈されるべきではないことが、当業者には理解されるであろう。さらなるステップを加えてもよく、いくつかのステップをなくしてもよく又はステップの順序を変更すなわち他の形に変えてもよい。
【００４７】
本発明は、限定された数で実施形態に関して説明してきたが、本明細書を読めば、多数の変更及び変形が当業者には理解されるであろう。添付の特許請求の範囲は、このような変更及び変形を包含し、本発明の真の精神及び範囲内にあることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による電子アセンブリのブロック図の分解側面図である。
【図２】組み立てられた際の図１の電子アセンブリの側面図である。
【図３】図２の端面図である。
【図４】放熱デバイスを取り外した際の図１の電子アセンブリの上面図である。
【図５】組み立てられた際の例示的な電子アセンブリの側面図である。
【図６Ａ】放熱デバイスの例示的な一実施形態の図である。
【図６Ｂ】放熱デバイスの別の例示的な実施形態の図である。
【図６Ｃ】放熱デバイスの別の例示的な実施形態の図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００      電子アセンブリ
１０４      プリント回路基板
１１０      発熱デバイス（プロセッサ）
１２０Ａ    放熱デバイス
１３０      電源システム（電源システムボード）
１６８      上側（第１の側）
１７２      下側（第２の側）
１９０      電源システムモジュール（第２の部分）
１９２      プロセッサモジュール（第１の部分）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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