JP2017157686A - 電子機器、及び、ストレージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の電子部品を空気流で冷却する際、下流側に配置された電子部品を冷却する能力を向上させる。
【解決手段】 電子機器は、筐体と、複数の電子部品と、前記複数の電子部品が実装され、前記電子部品の近傍に貫通孔が形成された基板と、前記基板と前記筐体の間を流れる空気流を、前記基板に形成された前記貫通孔を介して前記複数の電子部品に導く第１導風部材とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上に複数の電子部品を備える電子機器等に関し、特に、電子部品の冷却に関する。

電子機器は、筐体内に収容された基板上に複数の電子部品が実装されている。発熱量の大きな電子部品は、ファンが送風する空気によって強制的に冷却されている。

図４は、関連技術のストレージ装置の空気流について説明する説明図である。図４（ａ）は、関連技術のストレージ装置の空気流を説明する上面図であり、図４（ｂ）は、関連技術のストレージ装置の空気流を説明する断面図である。ストレージ装置において、基板上に実装された電子部品は、ファンが送風する空気流によって冷却される。ファンから送風された空気流は、まず上流側の電子部品を冷却し、続いて基板上を流れて下流側の電子部品を冷却する。

特許文献１〜４には、筐体内の基板に実装された電子部品に対する様々な冷却方法が記載されている。

特許文献１には、複数の回路素子と、複数の回路素子が実装されるプリント配線基板とを備えた電子回路モジュールが記載されている。その構成は、複数の回路素子のうち動作時に発熱する発熱素子を平面的に覆うようにプリント配線基板の裏面に取り付けられ、裏面との間で中空部を形成する断面略コ字状のカバー部を備える。カバー部には、中空部に空気を導入するための導入口が形成され、プリント配線基板には、発熱素子の近傍位置に中空部の内外を連通する連通部が形成されている。

特許文献２には、基板と放熱板との間を流通する風を、貫通孔を介して、第１の部品が配置される側に送り込むことが記載されている。その構成は貫通孔が形成された基板と、基板の第１の面に配置される第１の部品と、基板の第２の面に配置される第２の部品と、第２の部品に当接して配置され第２の部品を放熱させる放熱板と、基板と放熱板との間を流通する風を貫通孔に案内する導風部である。

特許文献３には、以下の記載がある。プリント配線板を取り付ける成形品フレームに、一体成形されたファン取り付け部を設け、成形品フレームに直接ファンを取り付けることにより、プリント配線板の高温度部品の温度上昇を集中的に緩和し、同時にプリント配線板の下面の半田、部品をも冷却する。

特許文献４には、以下の記載がある。基板に複数の第１のモジュールおよび第２のモジュールが実装されている。第１のモジュールは、筐体内で発熱するとともに、互いに間隔を存して並んでいる。第２のモジュールは、筐体内で第１のモジュールの一端と隣り合うとともに、基板に対する突出高さが第１のモジュールよりも低い。ファンは、筐体の内部に第１のモジュールの間を通過する空気の流れを発生させる。

特開２００９−２６００７４号公報 特開２００６−１９６６００号公報 特開平１１−２５１７７５号公報 特開２０１１−１１９７５４号公報

基板上に複数の電子部品が実装された電子機器において、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のように積極的な冷却が必要な電子部品は、空気の流れの上流側に配置される。この場合、空気は、上流側のＣＰＵによって暖められ、結果、下流側の他の電子部品を冷却する能力が低下する。

また、上流側に配置された電子部品によって空気の流れが阻害されると、下流側に配置された他の電子部品に空気が流れにくくなる。

特許文献１、２の例は、基板の貫通孔は、基板上の設置されたファンに空気を送るためのものである。基板上のファンが送風した空気は、上流側に配置された電子部品によって暖められ、結果、下流側に配置された他の電子部品を冷却する能力が低下する。また、上流側に配置された電子部品によって空気流の流れが阻害されると、下流側に配置された他の電子部品に空気流が流れにくくなり、電子部品を冷却する能力が低下する。

特許文献３の例は、冷却対象の電子部品は一つだけであり、基板上に実装された複数の電子部品に対する考慮はない。また、特許文献４の例は、空気の流れの上流および下流に配置された複数の電子部品に対する考慮はない。

本発明の目的は、空気の流れで複数の電子部品を冷却する際、下流側に配置された電子部品を冷却する能力を向上させることが可能な電子機器等を提供することにある。

本発明の電子機器の一態様は、筐体と、複数の電子部品と、前記複数の電子部品が実装され、前記電子部品の近傍に貫通孔が形成された基板と、前記基板と前記筐体の間を流れる空気流を、前記基板に形成された前記貫通孔を介して前記複数の電子部品に導く第１導風部材とを備える。

本発明のストレージ装置の一態様は、上記の電子機器と、前記筐体に複数のハードディスクを格納する格納部とを備える。

本発明の電子機器は、空気の流れで複数の電子部品を冷却する際、下流側に配置された電子部品を冷却する能力を向上させることができる。

第１の実施形態の電子機器の構成を示す断面図である。 第２の実施形態のストレージ装置の構成を示す上面図である。 第２の実施形態のストレージ装置の空気流について説明する説明図である。 関連技術のストレージ装置の空気流について説明する説明図である。

第１の実施形態の電子機器について、図面を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の電子機器の断面図である。電子機器は、筐体１と、基板２と、電子部品３、第１導風部材４を少なくとも備える。

筐体１は、基板２、電子部品３などを収納する外装部材である。図１には筐体１の一部が示されており、筐体１全体についての説明は省略する。筐体１は、筐体１からの放熱性を考慮した場合、金属など熱伝導率の高い材料で形成される。また筐体１は、金属に限られず他の材料で形成してもよい。

基板２は、筐体１内に配置され、基板２上には複数の電子部品３（３Ａ、３Ｂ）が実装される。また、基板２の下部には、基板２と筐体１によって空間が形成される。電子部品３を冷却する空気流は、この基板下部の空間を流れる。図１中、空気流を矢印で示す。また、矢印の向きは、空気の流れの方向を示している。

基板２と筐体１を用いて空気流の空間を構成することで当該空間を形成するための部材の数を削減することができる。図１の例では、基板２と筐体１によって空間を形成する例を示しているがこれに限られない。他の部材によって空気を流す空間を形成してもよい。

基板２の一例は、プリント基板である。プリント基板は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性基板を複数枚重ねた多層基板で構成され、その表面、裏面、および内層には配線パターンが形成されている。

また、基板２には、実装された各電子部品３（３Ａ、３Ｂ）の近傍に貫通孔が形成される。より具体的には、基板２の貫通孔は、基板２上の各電子部品３（３Ａ、３Ｂ）における空気流の上流側に形成されている。

さらに、基板２と筐体１との間の空間には、第１導風部材４が設置される。第１導風部材４は、基板２の下部を流れる空気流を、基板２の貫通孔を介して基板２上の各電子部品３（３Ａ、３Ｂ）に導く。基板２の下部の空気流は、第１導風部材４によって貫通孔を介して基板２の上面に導かれ、電子部品３（３Ａ、３Ｂ）を冷却する。第１導風部材４は、金属又は樹脂で形成され、基板２の貫通孔が形成された位置で筐体１に固定される。

電子部品３（３Ａ、Ｂ）の一例は、ＣＰＵ、通信回路、又は、メモリである。電子部品３は、その性能あるいは寿命を維持するために、動作時に積極的な冷却を必要とする場合がる。このため、電子部品の放熱面積を拡大する放熱部材が電子部品に取り付けられる。放熱部材の一例は、ヒートシンクである。図１は、基板に実装されたＣＰＵ５にヒートシンク６が形成された例である。ＣＰＵ５とヒートシンク６は、導熱性絶縁部材（図示せず）を介して接続される。導熱性絶縁部材の一例は、絶縁シリコンゴムシートである。本明細書では便宜上、ヒートシンクを備える電子部品を電子部品３Ａと示し、他の電子部品を電子部品３Ｂと区別して示す。

図１に示す電子部品３Ａのヒートシンク６は、第１導風部材４の機能を備える。図１に示すヒートシンク６は、ヒートシンク６の一部が延在し、基板２の貫通孔を抜けて筐体１に接続されている。また、ヒートシンク６の一部と筐体１との接続は、導熱性絶縁部材を介して接続される。これにより、基板２の下部の空気流の一部は、第１導風部材４として機能するヒートシンク６によって基板２上のヒートシンク６（ＣＰＵ５）を冷却する。

また、ヒートシンク６の一部である第１導風部材４が、筐体１と接続することでヒートシンク６から筐体１へ熱を逃がすこともでき、ヒートシンク６（ＣＰＵ５）の更なる冷却効果が得られる。

図１に示す基板２の下部の空気流の方向を基準とすると、基板２上の電子部品３Ａは、空気流の上流側、電子部品３Ｂは、空気流の下流側の配置となる。基板２の下部の空気流の一部は、電子部品３Ａの第１導風部材４を通過して電子部品３Ｂの第１導風部材４に向かう。そして、電子部品３Ｂの第１導風部材４は、基板２の貫通孔を介して空気流を基板上の電子部品３Ｂに導く。

基板２と筐体１との間の空間を空気流が流れることにより、空気流は、上流側の電子部品３Ａに暖められることなく、電子部品３Ｂを冷却することができる。また、また、空気流は、上流側の電子部品３Ａに流れが阻害されることなく、下流側の電子部品３Ｂに空気が流れるようになる。結果、下流側の電子部品３Ｂを冷却する能力が向上する。

ファン７は、筐体１内に少なくとも１つ設置されている。図１の例は、ファン７から送風される空気が、基板２上の複数の電子部品３（３Ａ、３Ｂ）上に届くことで、電子部品３（３Ａ、３Ｂ）が冷却される。誘導部材８は、ファン７と基板２との間に設置され、ファン７が送風した空気を基板２の下部の空間へ導く。誘導部材８は、ファン７から基板２の下部まで空気流を覆って流路を形成する。

ファン７の設置場所は、筐体１内に限られない。例えば、ファン７は、筐体１の面に設置されてもよい。その場合、筐体１のファン７が送風した空気を誘導部材８によって基板２の下部の空間に導くような構成を採用する。

（その他）
基板２と筐体１との間の空間において、第１導風部材４が設けられた方向に基板２と筐体１の間の空気流を導く第２導風部材（図示せず）を備えてもよい。第２導風部材を設けることで第１導風部材４へ空気流を集中させ、電子部品３（３Ａ、３Ｂ）を冷却する空気流の流速を速めることができる。なお、第２導風部材については、第２の実施形態で詳細に説明する。

（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態によれば、複数の電子部品を空気流で冷却する際、下流側に配置された電子部品を冷却する能力を向上させることができる。その理由は、複数の電子部品が実装され、電子部品の近傍に貫通孔が形成された基板と、基板と筐体の間を流れる空気流を基板に形成された貫通孔を介して複数の電子部品に導く第１導風部材とを備えるからである。

（第２の実施形態）
第２の実施形態のストレージ装置について図面を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態の電子機器をストレージ装置に適用した例である。ストレージ装置の一例は、ディスクアレイ装置である。なお、第２の実施形態の説明において、第１の実施形態の構成と同様の構成には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図２は、第２の実施形態のストレージ装置の構成を示す上面図である。図２に示すように、ストレージ装置は、筐体１、基板２、電子部品３、ファン７、格納部１２を備える。

筐体１は、ストレージ装置の外装であり、基板２、電子部品３Ａ、３Ｂ、ファン７、格納部１２を収容する。

格納部１２は、複数のハードディクス（図示せず）を格納可能な構造を有する。また、格納部１２は、後述するファン７によって格納部１２の外（筐体１の外）から格納部１２の中に空気が流入し、格納部１２の外（筐体の中）に空気が流出することが可能な構造を有する。格納部１２に格納されたハードディスクは、格納部１２内を流れる空気流によって冷却される。

ファン７は、格納部１２と基板２との間に配置される。図２に示すファン７は、タンデム配置となる１組のファン７がアレイ状に配置された構成である。

ファン７は、格納部１２側の空気を吸入し、基板２側に送風する。これにより、格納部１２を介して、格納部１２の外（筐体の外）の空気が筐体１内に流れる。

誘導部材８は、ファン７と基板２との間に配置され、ファン７から送風された空気を基板２と筐体１との間の空間に導く。空間を流れる空気流は、ファン７側を上流として下流に流れる。

基板２上には、電子部品３Ａ、３Ｂが実装されている。電子部品３Ａは、放熱部材であるヒートシンクを含む電子部品であり、電子部品３Ｂは、ヒートシンクを含まない電子部品である。

基板２上の電子部品３Ａ、３Ｂの近傍には、それぞれ貫通孔１１が形成されている。貫通孔１１を介して基板２の下部の空気流が、基板２の上部の電子部品３Ａ、３Ｂに流れてくる。基板２上の貫通孔１１は、基板２の下部の空気流の方向を基準として、電子部品３Ａ、３Ｂの上流側に形成されている。あるいは、各電子部品３Ａ、３Ｂの実装位置に対して、ファン７寄りの位置に貫通孔１１が形成されている。

次に、第２の実施形態のストレージ装置における電子部品の冷却について、図面を用いて説明する。図３は、第２の実施形態のストレージ装置の空気流について説明する説明図である。図３において、ファン７が送風した空気流は、誘導部材（図示せず）によって基板２と筐体１の間の空間に導かれる。図３において、貫通孔１１が形成された基板２、及び、基板２上に実装された電子部品３Ａ、３Ｂは、破線によって示されている。

基板２と筐体１の間の空間には、第２導風部材９が設けられている。第２導風部材９は、第１導風部材４が設けられた方向に基板２と筐体１の間の空気流を導く。第２導風部材を設けることで第１導風部材４へ空気流を集中させ、電子部品３Ａ、３Ｂを冷却する空気流の流速を速めることができる。

基板２の下部の空気流は、第１導風部材４によって基板２の貫通孔１１を通過して基板上の電子部品３Ａ、３Ｂに送り込まれる。基板２上の電子部品３Ａ、３Ｂは、基板２の貫通孔１１からの空気流によって冷却される。

ここで、基板２に実装された電子部品３Ａ、３Ｂが空気流の上流側と下流側に配置されている場合、空気流の一部は、上流側の電子部品３Ａに対応した第１導風部材４によって基板２の貫通孔１１を通過して基板２上の電子部品３Ｂに送り込まれる。また、基板２の下部の空気流のうち基板２の貫通孔１１を通過しない空気流は、上流側の第１導風部材４の横を抜けて下流の第１導風部材４に向かう。

基板２と筐体１との間の空間を空気流が流れることにより、空気流は、上流側の電子部品３Ａに暖められることなく、電子部品３Ｂを冷却することができる。また、また、空気流は、上流側の電子部品３Ａに流れが阻害されることなく、下流側の電子部品３Ｂに空気が流れるようになる。結果、下流側の電子部品３Ｂを冷却する能力が向上する。

（その他）
第２の実施形態は、第１の実施形態の電子機器をストレージ装置に適用した例を用いて説明したが、電子機器の適用例はストレージ装置に限られない。例えば、サーバ等、他の電子機器であってもよい。

（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態によれば、複数の電子部品を空気流で冷却する際、下流側に配置された電子部品を冷却する能力を向上させることができる。その理由は、複数の電子部品が実装され、電子部品の近傍に貫通孔が形成された基板と、基板と筐体の間を流れる空気流を基板に形成された貫通孔を介して複数の電子部品に導く第１導風部材とを備えるからである。

電子部品への冷却効果の向上により、ファンの回転数の増加を抑えることができる。またファンの回転数の増加を抑えることでストレージ装置の消費電力の低減、あるいは、ファンの回転音を小さくすることができる。

電子部品３Ａは、ヒートシンクの一部を筐体１に接続することにより、ヒートシンクの熱を筐体１に逃がすことができ、電子部品３Ａの冷却効率をより向上させることが可能となる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ 筐体
２ 基板
３、３Ａ、３Ｂ 電子部品
４ 第１導風部材
５ ＣＰＵ
６ ヒートシンク
７ ファン
８ 誘導部材
９ 第２導風部材
１１ 貫通孔
１２ 格納部

Claims (7)

1. 筐体と、
   複数の電子部品と、
   前記複数の電子部品が実装され、前記電子部品の近傍に貫通孔が形成された基板と、
   前記基板と前記筐体の間を流れる空気流を、前記基板に形成された前記貫通孔を介して前記複数の電子部品に導く第１導風部材と、を備える
   電子機器。
2. 前記貫通孔は、前記基板の下部の前記空気流の方向を基準として前記電子部品より上流側に形成されている、
   請求項１に記載の電子機器。
3. 前記基板と前記筐体の間の前記空気流を前記第１導風部材が配置された方向に導く第２導風部材を更に備える、
   請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記電子部品は、放熱部材を含む、
   請求項１から３のいずれか１つに記載の電子機器。
5. 前記放熱部材の一部が、前記第１導風部材であり、前記貫通孔を介して前記筐体に接続されている、
   請求項４に記載の電子機器。
6. 空気を送風するファンと、
   前記ファンと前記基板との間に設けられ、送風された前記空気を前記基板と前記筐体の間に導く誘導部材と、を更に備える
   請求項１から５のいずれか１つに記載の電子機器。
7. 請求項１から６のいずれか１つの電子機器と、
   前記筐体に複数のハードディスクを格納する格納部と、を備える
   ストレージ装置。

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