JP2006173603A - 放熱デバイスを有するプロセッサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】内部の発熱デバイスから十分に放熱し得る電子モジュールと放熱方法を提供する。
【解決手段】システムボード（１０２）に取り外し可能に接続可能な電子モジュール（１９０、１９２）は、前記システムボードに接続される第１の部分（１９２）と、該第１の部分の上に接続される第２の部分（１９０）と、を備える。第１の部分（１９２）は、放熱デバイス（１２０Ａ）及びプリント回路基板（ＰＣＢ）（１０４）を含み、該ＰＣＢの第１の側（１６８）にはプロセッサ（１１０）が接続され、前記放熱デバイス（１２０Ａ）は前記プロセッサ（１１０）と前記システムボード（１０２）との間に延在する。前記第２の部分（１９０）は、前記プロセッサに電力を供給する電源システムボード（１３０）を有し、前記電源システムボードは、前記ＰＣＢ（１０４）の第２の側に隣接して該第２の側と平行に延びることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱デバイスを有するプロセッサモジュールに関する。

一部の電子システムは、多くの異なる電子部品が相互接続される複数のプリント回路基板を利用している。これらの電子システムのサイズが縮小され、性能が向上すると、実装密度、放熱、及び配電構造がますます重要になる。

実装密度を高めるとともに電子デバイスの実際のサイズを縮小する１つの方法は、電子部品を互いにより密接に配置することである。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できない。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、大きな節約及び利点を実現することができる。

電子部品が互いに密接に実装されるほど、またこれらの部品の性能が向上するほど、多くの電子システムにおいて放熱はより重要な因子となり得る。回路基板は複数の発熱デバイス（発熱電子部品）を含む場合があり、これら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、これらのデバイスは性能の低下を示し、さらには永久に機能しなくなり得る。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。本発明は、内部の発熱デバイスから十分に放熱し得る電子モジュールと放熱方法を提供する。

プリント回路基板部品の設計及びレイアウトは、非常に複雑で困難であり得る。設計者は、少数の例を上げると、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実現することができる。

実施形態は、システムボードのためのプロセッサモジュールの装置、方法、及びシステムを含む。電子モジュールは、システムボードに取り外し可能に接続可能である。電子モジュールは第１の部分及び第２の部分を有する。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、ＰＣＢ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、プロセッサとシステムボードとの間に延びる。第２の部分は、第１の部分の上に接続され、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、ＰＣＢの第２の側に隣接して第２の側と平行に延びる。

別の例示的な実施形態では、方法は、プリント回路基板（ＰＣＢ）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、複数のプロセッサを有するプロセッサボードと放熱デバイスとを有する、第１の部分を接続すること、第１の部分の上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、プロセッサボードと背中合わせに対向し合うような、第２の部分を接続すること、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含む。

他の実施形態及びこれらの実施形態の変形形態は、添付図面及び発明を実施するための最良の形態において示されるとともに教示される。

図１〜図３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及び１０４を含む。ＰＣＢ１０２及び１０４は、様々な構成を有することができ、それらは依然として本発明による実施形態内であり得る。例として、ＰＣＢ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）、又はモジュールが挙げられ得る。別の例としては、ＰＣＢ１０２はマザーボードであってもよく、ＰＣＢ１０４はドーターボードであってもよい。

マザーボードは、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ることができ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、コンピュータ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に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として利用することができる。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及び１０６Ｂを用いて、ＰＣＢ１０２をＰＣＢ１０４に電気的に結合することができる。コネクタ１０６は、ＰＣＢ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し、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）を含み得る。代替的に、１つのコネクタを用いて、ＰＣＢ１０２と１０４とを接続することができる。さらに、ＰＣＢ１０２と１０４との間の接続機構を、限定はされないが、ＰＣＢ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。さらにまた、何らかの接続の代わりに、又はそれとともに、はんだ付けを用いることができる。

ＰＣＢ１０２及び１０４は、複数の電子部品又は電子デバイスを含む。例えば、ＰＣＢ１０４は、複数の発熱部品又は発熱デバイス１１０を含む。これらの発熱デバイスは、動作中に発熱する任意の電子部品を含む。例えば、発熱デバイスとしては、限定はされないが、電子電源回路（electronic power circuits）、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）、ディスクリートな（個別の）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、又は適切に又は指定の温度範囲内で動作するために放熱を必要とするデバイスが挙げられる。ＡＳＩＣは、特定の目的又は用途のために特化された機能性を有する集積回路又はチップから成り得る。ＰＣＢ１０２及び１０４及び／又は電源システム１３０には、発熱し得るか又はし得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し得る複数の電子部品又は電子デバイス、又は、発熱し得るが、適切に又は指定の温度範囲内で動作するために発生した熱の放熱を必要とし得ない複数の電子部品又は電子デバイスも含まれ得る。このようなデバイスの例としては、限定はされないが、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。

電子アセンブリ１００は、少なくとも１つの冷却部材（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。放熱デバイスとしては、限定はされないが、ヒートスプレッダ（熱拡散器）、コールドプレート（冷却板）又はサーマルスティフナプレート（thermal-stiffener plates）、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なっている他のデバイスが挙げられる。さらに、放熱デバイスは、サブストレート（基板）上、電子部品間、又は完成部品内に熱伝導層を形成するために用いることができる、サーマルコンパウンド（熱配合材料）及びサーマルインタフェース材（熱接続材）を含む。例えば、熱伝導性の樹脂、テープ、成形熱可塑性コンパウンド、接着剤、ギャップパッド、及びグリースを、発熱デバイスと放熱デバイスとの間で用いて、放熱及び／又は熱移動を改善してもよい。さらに、放熱デバイスはヒートシンクを含む。ヒートシンクは、発熱部品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、熱は、周囲空気又は周囲環境に放散される。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、実施形態には、ファンを有さないヒートシンク（受動ヒートシンク）又はファンを有するヒートシンク（能動ヒートシンク）が含まれ得る。ヒートシンクの他の例としては、押し出しヒートシンク、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（bonded）／二次加工型（fabricated）ヒートシンク、及びスカイブフィンヒートシンクが挙げられ得る。さらに、ヒートシンクを含む放熱デバイスは、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、熱を排出又は移動させてもよい。

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。電気コネクタ又は電力結合デバイス１４０が、各電源システム１３０をＰＣＢ１０４に接続する。図１〜図３は、ＰＣＢ１０４及び／又は電源システム１３０の各端又は各角に１つずつ設けられたコネクタ１４０を示す。２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、又はコネクタの場所に限定されない。例えば、１つのコネクタ又は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、コネクタは、限定はされないが、ＰＣＢ１０４及び／又は電源システム１３０の側部、中間、及び／又は端等、種々の位置に設けることができる。

電源システム１３０は、電子アセンブリ１００内の電子部品（発熱部品１１０等）及び／又はＰＣＢ（ＰＣＢ１０４等）に電力を供給するための多数の実施形態を含み得る。例えば、電源システムは、ファクトライズド・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リニアレギュレータ、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り得る。

電源システム１３０は、ＰＣＢ、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、並びにＰＣＢ１０２及び１０４と平行且つ上下に積み重ねた関係で配置される。例示的な一実施形態では、電源システム１３０及びＰＣＢ１０４は、平行であり、コネクタ１４０の厚さとほぼ等しい距離だけ離れている。図２に示すように、電源システム１３０の片面とＰＣＢ１０４の片面との間にはわずかな空間１６４がある。例示的な一実施形態では、この空間１６４は、熱伝導性の隙間充填材で充填することができる。

電源システム１３０は、モジュール式且つ交換可能であり得る。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寸法で構成され得る、独立動作可能なユニット又はモジュールである。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、発熱部品１１０、ＰＣＢ１０４、及び／又は放熱デバイス１２０Ａ）の接続、取り外し、又は交換を伴わずに、電子アセンブリ（例えば、ＰＣＢ１０４）に接続するか、又は電子アセンブリ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、ＰＣＢ１０２又はＰＣＢ１０４及び／又は発熱部品１１０とは独立に整備（例えば、交換又は修理）することができる。例として、例えば、電源システム１３０が機能しなくなるか、又は他の原因で交換又はアップグレードを必要とすると仮定する。電源システム１３０は、放熱部品１１０及び／又はＰＣＢ１０２及び１０４の取り外し又は交換を伴わずに、コネクタ１４０から分離し、ＰＣＢ１０４から分離して取り外すことができる。代替的に、放熱デバイス１２０Ｂを利用する場合、放熱デバイス１２０Ｂは、電源システム１３０と同時に取り外すか、又は電源システム１３０を取り外す前に取り外すことができる。

ＰＣＢ１０４は、モジュール式且つ交換可能であり得る。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ１０４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寸法で構成され得る、独立動作可能なユニット又はモジュールである。さらに、ＰＣＢ１０４は、電子アセンブリ１００における他の部品の接続、取り外し、又は交換を伴わずに、電子アセンブリ（例えば、ＰＣＢ１０２及び／又は電源システム１３０）に接続するか、又は電子アセンブリから取り外すことができる。したがって、ＰＣＢ１０４は、ＰＣＢ１０２又は電源システム１３０及び／又は放熱デバイス１２０とは独立に整備（例えば、交換又は修理）することができる。例として、例えば、ＰＣＢ１０４が機能しなくなるか、又は他の原因で交換又はアップグレードを必要とすると仮定する。ＰＣＢ１０４は、ＰＣＢ１０２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。ＰＣＢ１０４を取り外したら、発熱部品１１０を例えば修理又は交換してから、ＰＣＢ１０４をＰＣＢ１０２及び電源システム１３０に再び取り付けるか又は再接続することができる。

ＰＣＢ１０４は、接続されると、ＰＣＢ１０２と電源システム１３０との間に挟まれる。さらに、ＰＣＢ１０２及び１０４並びに電源システム１３０は、離間して平行に、機械的及び電気的に接続されて、上下に積み重ねた構成を形成する。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つの異なる上下に積み重ねた層から成り、各層は他の層から離間している。第１の層すなわち上部層は電源システム１３０を含み、第２の層すなわち中間層はＰＣＢ１０４を含み、第３の層すなわち下部層はＰＣＢ１０２を含む。放熱デバイス１２０Ａは、第２の層と第３の層との間に配置され、いくつかの実施形態では、第２の層又は第３の層の一部を形成してもよい。

例示的な一実施形態では、放熱デバイス１２０Ａは、発熱部品１１０の上面の上に延在するとともにＰＣＢ１０４の下及びＰＣＢ１０２の上に延びる或る体積の空間を実質的に満たす。例えば図１及び図２に示すように、放熱デバイス１２０Ａの上側１６６の一部は、ＰＣＢ１０４の下側１６８の表面積（長さ×幅）の全て又はほぼ全てに沿って延びる。放熱デバイス１２０Ａの下側１７０は、ＰＣＢ１０２の上側１７２に沿って延びる。

例示的な一実施形態では、放熱デバイス１２０Ｂの下部すなわち下面１７４は、電源システム１３０の上側１７６の表面積（長さ×幅）の全て又はほぼ全てに沿って延びる。

図１〜図３は、ＰＣＢ１０４、電源システム１３０、及び放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂを単一部品（one-piece）として示しているが、本発明による実施形態は、単一部品、一体形成品等に限定されない。ＰＣＢ１０４、電源システム１３０、及び放熱デバイス１２０Ａ、１２０Ｂは、例えば互いに結合されるか、又は互いに電気的且つ／又は機械的に連通する、独立した別個のユニット又は部品として形成することができる。

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、発熱部品１１０、及び／又はＰＣＢ１０２及び１０４等）に直接的又は間接的に取り付けられるか、又はそれらと直接的又は間接的に接触してもよい。例えば、放熱デバイス１２０Ｂは、電源システム１３０からの熱移動又は放熱を直接行わせるように、電源システムと直接接触してもよい。別の例として、放熱デバイス１２０Ａは、発熱部品１１０及びＰＣＢ１０２の表面の一部と直接接触してもよい。放熱デバイス１２０ＡはＰＣＢ１０２と１０４との間に挟まれるため、発熱部品１１０及びＰＣＢ１０２の両方から放熱デバイス１２０Ａへ直接熱が移動することができる。

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、熱伝導、熱交換、及び放熱を行うことができる。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に関して説明する。

一例として、熱は、モジュール又は層の共通の出口場所又は共通の表面領域から排出又は放散され得る。電源システム１３０から発生した熱は、放熱デバイス１２０Ｂを伝導又は移動した後、上面１７８において空気又は周囲に放散され得る。別の例として、発熱部品１１０から熱が発生すると、発生した熱は、発熱部品１１０及び／又はＰＣＢ１０２及び１０４の上面から放熱デバイス１２０Ａへ移動する。このように、放熱デバイス１２０Ａは、発熱部品１１０とＰＣＢ１０２及び１０４とから同時に放熱することができる。

放熱デバイスの任意の表面（表面１７８等）を、放熱及び／又は熱交換を促進するように改良してもよい。例えば、表面は、フィン（ひれ）、ロッド、ピン、又は他の特徴を含んでもよい。さらにまた、任意の放熱デバイスの任意の表面を、放熱デバイスの本体に取り付けられる別個の本体又はユニットとして形成してもよい。

様々な方法で放熱デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂから放熱することができる。例えば、放熱デバイス１２０Ａ及び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、空気流の方向が矢印で示すような方向であるように図示されている（空気流は、紙面に対して垂直な方向であり、丸で囲んだ「Ｘ」で示す）。空気流は、例えば、電子アセンブリ１００内に、又は放熱デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂ内に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得る。例えば、空気流はシステムファンから生成され得る。空気流は、ＰＣＢ１０２及び１０４並びに電源システム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、ＰＣＢ１０２、ＰＣＢ１０４、電源システム１３０、及び／又は放熱部品１１０に対して垂直な方向に導かれ得る。したがって、主な空気流は、ＰＣＢ１０２及び１０４、発熱部品１１０、電源システム１３０、及び／又は放熱デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂに、それらの上に、又はそれらの下に導かれ得る。さらに、主な空気流は、複数の異なる部品／層（ＰＣＢ１０２及び１０４、発熱部品１１０、電源システム１３０、及び／又は放熱デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂ等）に同時に、又は特定の部品／層のみにおいて、導かれてもよい。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、又は１つの層及び／又は部品のみから、熱を冷却又は放散することができる。

空気流を利用して、熱移動又は放熱を補助又は促進することができる。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及び１２０Ｂは、発熱部品１１０及び／又はＰＣＢ１０２及び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、放熱デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂの一方又は両方が、ＰＣＢ１０２、１０４及び放熱デバイスの両方に導かれる空気流を生成するか、又はこの空気流に曝されることができる。例えば、この空気流を利用して、放熱デバイス１２０Ａが発熱部品１１０から熱伝導及び放熱する際に、ＰＣＢ１０４（発熱部品を含む）及び放熱デバイスを冷却することができる。したがって、同じ放熱デバイスが、ＰＣＢ１０２及び１０４と発熱部品１１０とから同時に放熱する。

放熱デバイスは、遠隔熱交換器（ＲＨＥ）を利用し、且つ／又は備えることができる。ＲＨＥは、放熱デバイスが発熱デバイス（ＰＣＢ１０４、発熱部品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、発熱デバイス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、モジュール又は電子システム（例えば、放熱デバイス）の任意の部分と一体であり、且つ電子システムから遠隔のヒートシンクまで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、流体及びウィッキング材料（毛細管構造を持つ網目状の素材）を含む中空の銅管であり得る。気化及び再凝縮のプロセスを通して、熱はヒートパイプから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。

図１を参照すると、放熱デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂの一方又は両方が、コールドプレート（冷却板）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。「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す。したがって、放熱デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂは、ポンプ及び／又は熱交換器に結合されて、ＰＣＢ、発熱部品、電源システム等のいずれか１つ又はこれらの組み合わせを冷却するサーマルソリューション（冷却部材）を通して冷却液を循環させることができる。放熱デバイス１２０Ａ及び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及び１２０Ｂは、上面又は下面に別個の部品又は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又は技術であり得る。

本発明による実施形態は、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（liquid heat pipe）（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１２０Ａ及び発熱部品１１０から熱を除去して、放熱デバイス１２０Ｂへこの熱を移動させるのに役立つであろう。その後、移動した熱は、限定はされないが、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せることができる。

種々の異なる電子部品、層、及びＰＣＢ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４及び図５は、そのような例示的な一実施形態を電子アセンブリ４００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を含み得る。例えば、プロセッサ回路基板は、少数の例を挙げると、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し得る。プロセッサ回路基板の第１の側（例えば、発熱部品を含む側）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の放熱デバイスが、システムボードとプロセッサ回路基板との間に配置される。この放熱デバイスは、発熱部品及びシステムボードの両方から放熱させることができる。プロセッサ回路基板の第２の側すなわち裏側は、１つ又は複数のコネクタを介して電源回路基板に結合される。第２の放熱デバイスが、電源回路基板の上に配置されて、電源回路基板から放熱させる。さらに、この第２の放熱デバイスは、第１の放熱デバイスに結合されて、熱移動又は放熱を補助することができる。

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、複数の別個の部材から成っていてもよい。電子アセンブリ１００とともに利用することができる種々の実施形態のいくつかの例を、図６Ａ〜図６Ｃに示す。これらの例は、１つの空気流を示しているが、種々の方向を有す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。

図６Ａは、本体部分６２０Ａに延びる複数の開口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／又は形状を有するとともに、スロット、孔等を含むことができ、隣接するピン、ロッド、フィン等から形成されることができる。開口６１０Ａは、空気流（空気流は、紙面に対して垂直な方向であり、丸で囲んだ「Ｘ」で示す）が放熱デバイス６００Ａを通ることを可能にする。

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の別の例を示す。ベース部品及び個別部品は、複数の開口６１０Ｂを有する。開口６１０Ｂは、様々な構成及び／又は形状を有するとともに、スロット、孔等を含むことができ、隣接するピン、ロッド、フィン等から形成されることができる。開口６１０Ｂは、空気流（空気流は、紙面に対して垂直な方向であり、丸で囲んだ「Ｘ」で示す）が放熱デバイス６００Ｂを通ることを可能にする。

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の別の例を示す。ベース部品及び個別部品は、複数の開口６１０Ｃを有する。個別部品６０４Ｃは、ベース部品６０２Ｃとは別個であるとともに取り外し可能であり、ベース部品６０２Ｃの孔又は開口６１０Ｃを通して延びる、又は、孔又は開口６１０Ｃ内に延在する。開口６１０Ｃは、様々な構成及び／又は形状を有するとともに、スロット、孔等を含むことができ、隣接するピン、ロッド、フィン等から形成されることができる。開口６１０Ｃは、空気流（空気流は、紙面に対して垂直な方向であり、丸で囲んだ「Ｘ」で示す）が放熱デバイス６００Ｃを通ることを可能にする。

本発明による実施形態は、モジュール式の結合構造（connective architecture）を利用してもよい。特定の電子部品（ＰＣＢを含む）又はデバイスが機能しなくなるか、又は他の原因で交換を必要とする場合、その電子部品を、モジュール又は電子アセンブリから取り外して、新たな且つ／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４及び図５を参照すると、電源回路基板上の第２の冷却部材（サーマルソリューション）又は電源回路基板が機能しなくなるか、又は他の原因で交換を必要とする場合、プロセッサ回路基板及びそれに対応する発熱部品をシステムボードに接続させたまま、第２の冷却部材及び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／又は異なる第２の冷却部材及び／又は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、高価な発熱部品（プロセッサ、メモリ、ＡＳＩＣ等）は、交換せずにおくことができ、電源回路基板及び／又は第２の冷却部材の取り外し又は交換の際に、取り外し又は交換の必要がない。別の例として、プロセッサ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、発熱部品をプロセッサ回路基板に接続させたまま、プロセッサ回路基板及びそれに付随する電源回路基板を、システムボードから分離又は離脱して、電子アセンブリから取り外すことができる。その後、第１の冷却部材を修理又は交換することができる。代替的に、新たな且つ／又は異なるプロセッサ回路基板及び／又は発熱部品を修理又は交換することができる。

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、又は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又は電子デバイスの一部である、独立動作可能なユニットであり得る。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り得る。

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おり、放熱デバイスを追加する必要がないからである。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、ＰＣＢ１０４は、発熱部品１１０（全てが同じボード又はカード上にある、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であり得る。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を形成し得る。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と上下に積み重なり、プロセッサモジュールに接続又は結合され得る。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、合わせて、例えばＰＣＢ１０２に取り外し可能に接続することができるプロセッサ／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及び１０６Ｂを介してＰＣＢ１０２に接続されるこのようなプロセッサ／電源モジュールを示す。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ＰＣＢ１０４）に近接した電源を提供することができる。

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又は結合される２つの半体から成ることができる。第１の半体は、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を含む。電源システムモジュールは、放熱デバイス１２０Ｂを有するか又は有さない電源システム１３０を含むことができる。第２の半体は、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を含む。プロセッサモジュール１９２は、発熱部品１１０を含み、放熱デバイス１２０Ａを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）は、第２の半体（すなわち、プロセッサモジュール１９２）に結合又は接続される。その後、プロセッサ／電源モジュール１８８は、ＰＣＢ１０２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、且つＰＣＢ１０２に結合することができる。図１〜図３に最も分かりやすく示すように、電源システム１３０及びＰＣＢ１０４は、放熱デバイス１２０Ａと１２０Ｂとの間に挟まれる。さらに、図示のように、プロセッサ／電源モジュールが組み立てられると、放熱部品１１０は、プロセッサ／電源モジュール自体のハウジング内に配置され、電源システムモジュール１３０及びＰＣＢ１０４は背中合わせに対向し合って配置される。

プロセッサ／電源モジュールは、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／電源モジュールは、ほぼ矩形の構成を有する。プロセッサ／電源モジュールの上面は、電源システム１３０又は任意選択的に放熱デバイス１２０Ｂの片側の外面から形成される。下面は、放熱デバイス１２０Ａの片側の外面から形成される。

電子アセンブリ内のモジュラリティを促進させるために、電子部品間で種々の取り外し可能な接続部を利用することができる。例として、このような接続部としては、限定はされないが、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又は分離可能な付属部品が挙げられる。

モジュールは、様々な異なる熱交換器又は熱移動インタフェース（熱接続材）（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ＰＣＢ又は発熱部品との間のインタフェース（接続材）等）を含むことができる。これらのインタフェースは、熱伝導又は熱交換を向上させるようになっていてもよい。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、又は熱伝導を促進又は改善する任意の他のデバイス又は部品を含み得る。

本発明による実施形態は、多様な異なる方法及び実施形態で利用することができる。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を含み得る。発熱部品は、複数の別個のプロセッサ（例えば、異なるダイ上に形成されるプロセッサ）、ＡＳＩＣ、メモリ、及び他のデバイスを含み得る。電源システムは、上下に積み重ねた構成で第１の回路基板に接続することができる。１つ又は複数の電源コネクタにより、電源システムを第１の回路基板に結合することができる。１つの放熱デバイスが、電源システムの片面の上に、又は片面に沿って配置され、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（発熱部品を含む）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、空気流経路において液体交換流又は空気流を含むか、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つ又は任意の組み合わせに導かれ得る。さらに、液体流を利用して、ＰＣＢ、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、又は熱移動を行ってもよい。電源システム、第１の回路基板、放熱デバイス、及び発熱部品は、合わせて、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、第２の回路基板（システムボード又はマザーボード等）に接続するとともに、例えば上下に積み重ねた構成で配置することができる。プロセッサ／電源モジュール内の部品（放熱デバイス、ＰＢ、プロセッサ、メモリ、ＡＳＩＣ、及び／又は電源システム等）は、他の部品及び／又は層又はモジュールを第２の回路基板に機械的且つ／又は電気的に結合させたまま、個別又は一緒に修理又は交換することができる。次に、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。

種々の方法の説明を、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するべきではないことは、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又は他の形で変えてもよい。

本発明は、限定数の実施形態に関して説明してきたが、本開示を読めば、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。

本発明は、以下の実施態様を含む。

［実施態様１］システムボード（１０２）に取り外し可能に接続可能な電子モジュール（１９０、１９２）であって、前記システムボードに接続される第１の部分（１９２）であって、該第１の部分は放熱デバイス（１２０Ａ）及びプリント回路基板（ＰＣＢ）（１０４）を含み、該ＰＣＢの第１の側（１６８）にはプロセッサ（１１０）が接続され、前記放熱デバイスは前記プロセッサと前記システムボードとの間に延在することを特徴とする、第１の部分（１９２）と、該第１の部分の上に接続される第２の部分（１９０）であって、該第２の部分は前記プロセッサに電力を供給する電源システムボード（１３０）を有し、前記電源システムボードは、前記ＰＣＢの第２の側に隣接して該第２の側と平行に延びることを特徴とする、第２の部分（１９０）とを備えることを特徴とする電子モジュール。

［実施態様２］前記放熱デバイスは前記電子モジュールの片側にあり、前記電源システムボードは前記電子モジュールの反対側にあることを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様３］前記ＰＣＢは、該ＰＣＢの前記第１の側に接続される第２のプロセッサ（１１０）を含み、前記放熱デバイスは、前記プロセッサの両方と前記システムボードとの間に延びることを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様４］前記放熱デバイスは、前記プロセッサ及び前記システムボードと直接接触して、該プロセッサ及び該システムボードから直接放熱することを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様５］前記電源システムボードに接続される第２の放熱デバイス（１２０Ｂ）をさらに備え、前記放熱デバイスは前記電子モジュールの片側にあり、前記第２の放熱デバイスは前記電子モジュールの別の側、すなわち反対側にあることを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様６］前記ＰＣＢは、前記第１の側の反対側に第２の側を有し、前記第２の側は、前記電源システムボードの片側と対向し合うことを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様７］前記プロセッサが発生する熱は、ヒートパイプを介して前記放熱デバイスから伝導されることを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様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の部分から取り外し可能であることを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様９］前記放熱デバイスは、前記ＰＣＢの前記第１の側の下に形成される或る体積の空間を実質的に満たすことを特徴とする、実施態様１に記載の電子モジュール。

［実施態様１０］プリント回路基板（ＰＣＢ）（１０２）に電子モジュール（１９０、１９２）の第１の部分（１９２）を接続することであって、複数のプロセッサ（１１０）を有するプロセッサボード（１０４）と放熱デバイス（１２０Ａ）とを有する、第１の部分（１９２）を接続すること、前記第１の部分の上に前記電子モジュールの第２の部分（１９０）を接続することであって、それにより、該第２の部分の電源ボード（１３０）が、前記プロセッサボードと背中合わせに対向し合うような、第２の部分（１９０）を接続すること、及び、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。

［実施態様１１］前記放熱デバイスにより、前記ＰＣＢと前記プロセッサボード上の他の発熱部品とから放熱することをさらに含むことを特徴とする、実施態様１０に記載の方法。

［実施態様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、実施態様１０に記載の方法。

［実施態様１３］別の放熱デバイス（１２０Ｂ）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、実施態様１０に記載の方法。

［実施態様１４］液体コールドプレート（liquid cold plate）を用いて、前記第１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、実施態様１０に記載の方法。

［実施態様１５］前記第１の部分を前記ＰＣＢに接続させたまま、前記第２の部分を前記第１の部分から分離することをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。

［実施態様１６］前記第２の部分から前記第１の部分へＤＣ電力を供給すること、前記第１の部分から前記ＰＣＢへ処理機能を提供すること、及び、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、実施態様１０に記載の方法。

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。 組み立て中の図１の電子アセンブリの側面図である。 図２の端面図である。 組み立て中の電子アセンブリの例示的な一実施形態の側面図である。 図４の端面図である。 放熱デバイスの例示的な一実施形態の図である。 放熱デバイスの別の例示的な実施形態の図である。 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

１０２ システムボード
１０４ プリント回路基板（ＰＣＢ）
１１０ プロセッサ
１２０Ａ、１２０Ｂ 放熱デバイス
１３０ 電源システムボード
１６８ 第１の側
１９０ 第２の部分
１９２ 第１の部分
１９０、１９２ 電子モジュール

Claims (16)

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であって、
   前記システムボードに接続される第１の部分であって、該第１の部分は放熱デバイス及びプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、該ＰＣＢの第１の側にはプロセッサが接続され、前記放熱デバイスは前記プロセッサと前記システムボードとの間に延在することを特徴とする、第１の部分と、
   該第１の部分の上に接続される第２の部分であって、該第２の部分は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有し、前記電源システムボードは、前記ＰＣＢの第２の側に隣接して該第２の側と平行に延びることを特徴とする、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。
2. 前記放熱デバイスは前記電子モジュールの片側にあり、前記電源システムボードは前記電子モジュールの反対側にあることを特徴とする、請求項１に記載の電子モジュール。
3. 前記ＰＣＢは、該ＰＣＢの前記第１の側に接続される第２のプロセッサを含み、前記放熱デバイスは、前記プロセッサの両方と前記システムボードとの間に延びることを特徴とする電子モジュール。
4. 前記放熱デバイスは、前記プロセッサ及び前記システムボードと直接接触して、該プロセッサ及び該システムボードから直接放熱することを特徴とする電子モジュール。
5. 前記電源システムボードに接続される第２の放熱デバイスをさらに備え、前記放熱デバイスは前記電子モジュールの片側にあり、前記第２の放熱デバイスは前記電子モジュールの別の側、すなわち反対側にあることを特徴とする電子モジュール。
6. 前記ＰＣＢは、前記第１の側の反対側に第２の側を有し、前記第２の側は、前記電源システムボードの片側と対向し合うことを特徴とする電子モジュール。
7. 前記プロセッサが発生する熱は、ヒートパイプを介して前記放熱デバイスから伝導されることを特徴とする電子モジュール。
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の部分から取り外し可能であることを特徴とする電子モジュール。
9. 前記放熱デバイスは、前記ＰＣＢの前記第１の側の下に形成される或る体積の空間を実質的に満たすことを特徴とする電子モジュール。
10. プリント回路基板（ＰＣＢ）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、複数のプロセッサを有するプロセッサボードと放熱デバイスとを有する、第１の部分を接続すること、
    前記第１の部分の上に前記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、該第２の部分の電源ボードが、前記プロセッサボードと背中合わせに対向し合うような、第２の部分を接続すること、及び、
    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。
11. 前記放熱デバイスにより、前記ＰＣＢと前記プロセッサボード上の他の発熱部品と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。
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。
13. 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。
14. 液体コールドプレートを用いて、前記第１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。
15. 前記第１の部分を前記ＰＣＢに接続させたまま、前記第２の部分を前記第１の部分から分離することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記第２の部分から前記第１の部分へＤＣ電力を供給すること、
    前記第１の部分から前記ＰＣＢへ処理機能を提供すること、及び、
    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。

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