特開 2023-114450 コンピューターシステム及びコンピューターシステムの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023114450

(43)【公開日】2023-08-17

(54)【発明の名称】コンピューターシステム及びコンピューターシステムの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20230809BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230809BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H05K7/20 B

H05K7/20 F

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023014846

(22)【出願日】2023-02-02

(31)【優先権主張番号】10 2022 102 709.0

(32)【優先日】2022-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】518133201

【氏名又は名称】富士通クライアントコンピューティング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】ヴィルヘルム ノイカム

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA03

5E322AA11

5E322AB01

5E322FA04

5F136BC06

5F136DA25

5F136DA41

5F136EA02

5F136FA02

5F136GA04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】柔軟な冷却構想を有するコンピューターシステム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】コンピューターシステム（１０）は、少なくとも１つ筐体壁（３）と、筐体壁（３）に配置された締付要素（締付けボルト６）とを有する筐体シャーシ（２）と、少なくとも１つの発熱部材を有し、且つ、筐体シャーシ（２）に収容され、発熱部材が配置されたシステムボードと、前記筐体壁（３）と前記システムボードとの間で挟まれるように配置された熱伝導手段（１２）を含む。熱伝導手段（１２）は前記締付要素により脱着可能に前記筐体シャーシ（２）に取付けられ、前記発熱部材から発生された廃熱を前記筐体シャーシ（２）に放散する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

―少なくとも１つの筐体壁（３）と、前記筐体壁（３）に配置された締付要素とを有する筐体シャーシ（２）；
―少なくとも１つの発熱部材（３０）を有し、且つ、前記筐体シャーシ（２）に収容されたシステムボード（３１）であって、前記発熱部材（３０）がシステムボード（３１）上に配置されたシステムボード（３１）；及び
―前記筐体壁（３）と前記システムボード（３１）との間に挟まれるように配置された熱伝導手段（１２、２１）
を含むコンピューターシステム（１０、２０）であって、
前記熱伝導手段（１２、２１）が前記締付要素により前記筐体シャーシ（２）に脱着可能に取付けられ、前記前記熱伝導手段（１２、２１）が、前記発熱部材（３０）により発生された廃熱を前記筐体シャーシ（２）に放散するように構成されている
ことを特徴とするコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項2】

－前記締付要素が前記筐体壁（３）から突出するボルト（６、１１）を含み、前記熱伝導手段（１２、２１）が前記ボルト（６、１１）に対応する固定穴（１３、２６）を含む；又は
－前記締付要素が前記筐体壁（３）に配置された固定穴を含み、前記熱伝導手段（１２、２１）が前記固定穴に対応するボルトを含む、
請求項１に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項3】

前記ボルト（１１）が前記筐体壁（３）の所定の取付けポイントに配置された締付ボルト（６）として設計されており、前記締付ボルト（６）が前記システムボード（３１）を締付けるためのめねじを有する、請求項２に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項4】

前記ボルト（６、１１）が前記筐体シャーシ（２）の所定の場所及び／又は所定の配置に前記熱伝導手段（１２、２１）を固定するように構成されており、前記ボルト（６、１１）により機械コードが設けられる、請求項２に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項5】

前記熱伝導手段（１２、２１）が板金部を含み、前記板金部が特にパンチ及び／又はエンボス加工されたアルミニウム板である、請求項１に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項6】

前記熱伝導手段（１２、２１）が基板と、少なくとも１つの第１接触部（８）とを含み、前記第１接触部（８）が、前記少なくとも１つの発熱部材（３０）と熱接続するため、前記システムボード（３１）の方向に対して前記基板から突出してる、請求項１に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項7】

前記熱伝導手段（１２、２１）が更に第２接触部（９、２４、２５）を含み、前記第２接触部（９、２４、２５）が、前記筐体壁（３）に熱接続又は機械的に固定するために、前記筐体壁（３）の方向に延在している、請求項６に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項8】

前記発熱部材（３０）が、前記筐体壁（３）に対向する前記システムボード（３１）の面に配置され、前記熱伝導手段（１２、２１）が、前記筐体壁（３）と、前記発熱部材（３０）との間で挟まれるように配置される、請求項１に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項9】

前記発熱部材（３０）が、チップセット、電圧レギュレータ、プロセッサ、及びグラフィックスコンポーネントの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のコンピューターシステム（１０、２０）。

【請求項10】

－少なくとも１つの筐体壁（３）と、前記筐体壁に配置された締付要素とを有する筐体シャーシ（２）を設ける工程；
－熱伝導手段（１２、２１）を前記筐体シャーシ（２）に挿入する工程であって、前記熱伝導手段（１２、２１）が前記締付要素の少なくとも第１サブセットにより前記筐体壁（３）に固定される工程；及び
－システムボード（３１）上に配置された少なくとも１つの発熱部材（３０）と前記筐体シャーシ（２）との熱伝導接続を形成するように、前記発熱部材（３０）を有するシステムボード（３１）を前記締付要素の少なくとも第２サブセットにより前記筐体壁（３）に固定する工程
を含むことを特徴とする、コンピューターシステム（１０、２０）の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つの筐体壁を有する筐体シャーシと、少なくとも１つの発熱部材を有し、且つ、前記筐体シャーシに収容されたシステムボードであって、前記発熱部材がシステムボード上に配置されたシステムボードとを含むコンピューターシステムに関する。更に、本発明は、コンピューターシステムの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

上述のタイプのコンピューターシステム及びその製造方法は、従来技術として知られている。例えば、チップセットやプロセッサ等のシステムボードの能動素子は、しばしば、前記コンピューターシステムの操作中に発生された熱を放散するための特有な手段を必要とする。通常ファンを必要とする従来の空気冷却システムに加え、熱伝導系、好ましくは、受動放熱手段の使用が増加している。

【0003】

例えば、ＤＥ１０２０１９１０３０７１Ａ１により、複数の側壁を有するコンピューター筐体と、少なくとも１つの発熱部材を有し、且つ、前記コンピューター筐体に配置されたマザーボードとを含むコンピューターシステムであって、前記発熱部材が前記マザーボード上に配置されているコンピューターシステムが開示されている。前記発熱部材に対向する前記コンピューター筐体の側壁は、前記発熱部材に対して突出している熱伝導体を含んでいる。前記熱伝導体は、ダイカスト製法により製造され、所定の操作中に熱伝導により発生された前記発熱部材の熱エネルギーを吸収するように設計されており、熱伝導により前記熱エネルギーを対応する側壁に放散する。

【発明の概要】

【0004】

本発明の目的は、コンピューターシステムのための柔軟な冷却構想と、それらを実施するための装置及び製造方法を説明することである。好ましくは、開示された冷却構想は、様々な異なる構造のコンピューターシステムに好適であり、特に、簡易な製造を可能とすることを意図している。

【0005】

上述の課題は、少なくとも１つの筐体壁と前記筐体壁に配置された締付要素とを有する筐体シャーシ、少なくとも１つの発熱部材を有し、且つ、前記筐体シャーシに収容されたシステムボードであって、前記発熱部材がシステムボード上に配置されたシステムボード、及び、前記筐体壁と前記システムボードとの間で挟まれるように配置された熱伝導手段を含むコンピューターシステムにより達成することができる。前記熱伝導手段は、前記締付要素により脱着可能に前記筐体シャーシに取付けられており、前記発熱部材により発生された廃熱を前記筐体シャーシに放散するように設計されている。

【0006】

挟むことによる前記熱伝導手段と筐体の締付要素との間の脱着可能な接続により、特に、前記熱伝導手段の前記筐体シャーシへの一体化が容易となり、特定のシステムボードに対する前記筐体シャーシの適応化が容易となる。これにより、特に、異なる場所に配置された発熱部材を有する様々なシステムボードに対して用いられる同型の筐体シャーシを提供することができる。各システムボードに対して、又は異なる部品製造業者による多様な熱設計に対して前記筐体シャーシを適応させるためには、対応する熱伝導手段を設計し、前記熱伝導手段を前記筐体シャーシに挿入することだけが必要となる。前記コンピューターシステムの製造の簡略化に加え、多数の異なる筐体シャーシを入手可能な状態を維持するのに必要な労力も回避、又は少なくとも顕著に削減することができる。

【0007】

例えば、前記締付要素は、前記筐体壁又は前記熱伝導手段から突出するボルトとして設計されていてもよい。特に、前記締付要素は、前記システムボードを締付けるため、前記筐体壁の所定の取付けポイントに配置された締付ボルトであってもよい。このような締付ボルトは、通常、規定された場所に既に設けられており、よって、前記コンピューターシステムの製造において、更なる労力を必要としない。

【0008】

少なくとも１つの態様では、前記熱伝導手段は板金部、特に、パンチ加工及び／又はエンボス加工されたアルミニウム板を含む。このような板金部は、大変容易に、且つ、低価で製造できる。更に、特にアルミニウム板は高い熱伝導率を有し、よって、前記システムボードと前記筐体壁との熱接続を形成するのに大変好適である。

【0009】

少なくとも１つの態様では、前記発熱部材は、前記筐体壁に対向する前記システムボードの面に配置され、前記熱伝導手段は、前記筐体壁と、前記発熱部材との間で挟まれるように配置される。このように、前記発熱部材と前記筐体壁との間に直接的な熱伝導の経路が形成される。

【0010】

本発明の第２の実施形態によると、コンピューターシステムの製造方法が開示されている。前記方法は、
－少なくとも１つの筐体壁と、前記筐体壁に配置された締付要素とを有する筐体シャーシを設ける工程；
－熱伝導手段を前記筐体シャーシに挿入する工程であって、前記熱伝導手段が前記締付要素の少なくとも第１サブセットにより前記筐体壁に固定される工程；及び
－システムボード上に配置された少なくとも１つの発熱部材と前記筐体シャーシとの熱伝導接続を形成するように、前記発熱部材を有するシステムボードを前記締付要素の少なくとも第２サブセットにより前記筐体壁に固定する工程
を含む。

【0011】

このような製造方法は特に簡易に実施される。公知の製造方法と比較し、前記筐体シャーシに熱伝導手段を緩く挿入することのみが必要とされる。必要により、例えば、配置ロボットを用いて自動的に行うこともできる。前記熱伝導手段は、後続する前記システムボードの締付けにより、しっかりと前記筐体シャーシに固定されるため、前記筐体シャーシへの前記熱伝導手段の直接のねじ込み、溶接、又は他の締付けは行われない。

【0012】

本発明の更なる有利な態様は、添付の請求項及び下記実施形態の詳細な説明において開示される。
以下、添付図を参照しながら、本発明を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、筐体壁に溶接された熱伝導手段を有する第１コンピューターシステムを示す。

【図2】図２は、追加的な位置決めボルトにより保持された熱伝導手段を有する第２コンピューターシステムを示す。

【図3】図３は、既存の締付ボルトにより保持された熱伝導手段を有する第３コンピューターシステムを示す。

【図4】図４は、前記コンピューターシステムのうちの１つの概略断面図を示す。

【図5】図５は、コンピューターシステムの製造方法の工程を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、システムボードの発熱部材から放熱するための手段を有するコンピューターシステムの１つの態様を示す。

【0015】

前記コンピューターシステム１は筐体シャーシ２を含み、例示的態様において、前記筐体シャーシ２はスチール板筐体の下部シェルとして設計されている。前記筐体シャーシ２は、他のあらゆるものの中から、基板又は下板状の第１筐体壁３と、更に、前記第１筐体壁３上に形成された又は取付けられた筐体壁４、５とを有し、筐体壁４、５は前記コンピューターシステム１の側壁を形成する。

【0016】

複数の締付要素が前記第１筐体壁３上に配置されており、前記締付要素は、図１に図示されていないシステムボードを締付けるのに用いられている。特に、前記締付要素は、前記第１筐体壁３にねじ込まれる、めねじを有する締付ボルト６である。

【0017】

前記システムボードにある、１つ以上の、所謂、サーマルホットスポットを冷却するため、図１のコンピューターシステム１において熱伝導手段７が提供されており、前記例示的態様において、前記熱伝導手段７はエンボス加工されたアルミニウム板として設計されている。例えば、ホットスポットは、チップセット等の発熱部材が配置されている前記システムボード上の位置であってもよい。

【0018】

前記熱伝導手段７は、第１突出部８と、全部で４つの第２下降部９とを有し、前記第２下降部９は前記第１筐体壁３の方向に対して下降している。前記熱伝導手段７は、前記下降部３において、例えば、スポット溶接により、前記第１筐体壁３に直接溶接される。

【0019】

上述のような配置により、領域８におけるサーマルホットスポットと前記筐体シャーシ２との間での熱伝導が良好となる。したがって、上述のような配置は、電圧レギュレータ及び／又はチップセット等の部品を受動冷却するのに好適である。しかしながら、そのために前記熱伝導手段が前記筐体シャーシ２に溶接されるため、筐体シャーシ２は、それぞれ、使用されるシステムボードに対して特異的に設計される必要がある。したがって、本来使用されることを意図されたシステムボード以外のシステムボードを、例えば、他の場所にチップセットを有するシステムボードを、続に、筐体シャーシ２に挿入することは不可能である。

【0020】

図２は、システムボードの他の場所での１つ以上のホットスポットに特に容易に適応できるコンピューターシステム１０の他の態様を示す。前記コンピューターシステム１０は、図１に示されたコンピューターシステム１と同様のデザインを有している。したがって、既に説明された部材については、ここでは、更に説明をしない。

【0021】

前記コンピューターシステム１とは異なり、前記コンピューターシステム１０の第１筐体壁３は、更に２つの位置決めボルト１１を有しており、前記位置決めボルト１１は脱着可能な熱伝導手段１２を前記筐体シャーシ１１に固定するのに用いられる。このため、前記脱着可能な熱伝導手段１２は、上述の溶接された熱伝導手段７と同様の構成を有する。特に、前記熱伝導手段１２も、第１突出部８と、４つの第２下降部９とを有する。

【0022】

上述の溶接された熱伝導手段７とは異なり、前記熱伝導手段１２の下降部９のうち２つの下降部９にはそれぞれ固定穴１３が設けられ、前記固定穴１３により、前記熱伝導手段１２は、例えば所定の位置に、前記位置決めボルト１１で固定することができる。このように、前記筐体シャーシ２と前記熱伝導手段１２とを脱着可能に接続することができる。

【0023】

前記取付穴１３と共に、前記位置決めピン１１により機械コードが設けられ、前記機械コードにより、前記熱伝導手段１２が前記筐体シャーシ２の所定の場所に特異的に固定されることが確実となる。

【0024】

図示された態様において、機能を阻害することなしに前記熱伝導手段１２を１８０°回転して設置できるように、前記熱伝導手段１２は、前記突出部８の中心に対して点対称となるように設計されている。

【0025】

図示されていない他の態様では、非対称に設計された位置決めボルト１１及び／又は熱伝導手段１２が設けられ、前記熱伝導手段１２の配置は前記位置決めボルト１１及び／又は前記固定穴１３により特定される。例えば、前記４つの下降部９のうち３つに、任意に配置された３つの位置決めボルト１１と、３つの固定穴１３とが設けられていてもよい。

【0026】

図１の配置とは異なり、図２の熱伝導手段１２は前記第１筐体壁３にしっかりと固定されていない。その代わり、前記熱伝導手段１２は、図５を参照して後述されるように、前記筐体シャーシ２において、後続して行われるシステムボードの前記締付ボルト６での締付けにより、挟められるように保持される。実験により、前記熱伝導手段１２の挟むことによる脱着可能な接続が、前記熱伝導手段７のスポット溶接による接続と比較し、約２０％高い熱伝導率をもたらすことが示されている。

【0027】

図３は、他のコンピューターシステム２０を示す。図４に示されたコンピューターシステム２０では、図２で示されたような、追加的な位置決めボルト１１の設置が省略されている。その代わり、図３に示される脱着可能なヒートシンク２１は２つの取付ラグ２２、２３を有しており、前記取付ラグ２２、２３は、それぞれ、前記システムボードを取付けるために設けられた締付ボルト６まで延在している。

【0028】

図４に示される例示的態様では、前記２つの取付ラグ２２、２３は、前記第１筐体壁３と直接、機械的接触及び熱接触する共通下降部２４の一部を形成している。また、前記熱伝導手段２１は更に２つの下降部２５を有し、前記下降部２５も前記第１筐体壁３と直接接触している。

【0029】

図２及び図３の設計とは異なり、前記下降部２５には更なる固定穴は設けられていない。その代わり、前記締付ラグ２２、２３がそれぞれの端部付近に固定穴２６を有する。前記固定穴２６の口径は、前記締付ボルト６が前記固定穴２６で緩く受容できるように選択される。したがって、図４に示されるコンピューターシステム２０において、単に、熱伝導手段２１を緩く前記筐体シャーシ２に挿入し、続いて、システムボードを設置することにより前記システムボードと前記第１筐体壁３とで前記熱伝導手段２１を挟むように保持することも可能である。

【0030】

図４は、組み立てた状態の前記コンピューターシステム１，１０、又は２０の１つの断面図を概略的に示す。前記熱伝導手段７、１２、又は２１は発熱部材３０と直接熱伝導接触していることがわかる。前記発熱部材３０は、例えば、前記システムボード３１のチップセットの部分と対応していてもよい。この例示的態様では、前記発熱部材３０は、前記第１筐体壁３に対向する前記システムボード３１の下面に配置されている。

【0031】

或いは、前記システムボード３１の反対側の上面に前記発熱部材３０を配置することもできる。この場合、前記発熱部材３０により発生された熱エネルギーは、前記システムボード３１を介して、熱伝導により間接的に放散される。現代の多層システムボード３１は、特に、比較的高い銅含有量を有しており、よって、前記システムボード３１を介する良好な熱伝導が確保される。

【0032】

図５は、前記コンピューターシステム１０又は２０の１つを製造する方法の工程を概略的に示す。

【0033】

第１工程Ｓ１では、第１筐体壁３を有する筐体シャーシ２が製造される。例えば、スチール板をパンチング及びスタンピングにより成形し、ハーフシェルを形成することができる。

【0034】

次の工程Ｓ２では、１つ以上の締付ボルト６が前記第１筐体壁３にねじ込まれる、又は挿入される。必要により、図２に示されたように、追加的な位置決めボルト１１が前記筐体壁３に設けられてもよい。

【0035】

更なる工程Ｓ３では、前記熱伝導手段１２又は２１の１つが、前記筐体シャーシ２に緩く挿入される。この工程では、前記熱伝導手段１２又は２１は未だ最終的な締付けはされていない。

【0036】

工程Ｓ４では、システムボード３１を挿入することにより、前記筐体シャーシ２に既に挿入された熱伝導手段１２又は２１が、上方向に覆われる。この前に、前記突出部９等の接触部にサーマルペーストを任意に付与し、冷却される発熱部材３０との熱接触を向上させてもよい。

【0037】

製造されるコンピューターシステムが熱伝導により冷却される発熱部材を有していない場合、工程Ｓ３及びＳ４は省略される。例えば、比較的低パワーなシステムボード、又は他の冷却手段により冷却されるシステムボードは、熱伝導による冷却が必要なシステムボード３１を実装するのに用いられるのと同様の筐体シャーシ２に同様に設置されてもよい。

【0038】

そして、前記挿入されたシステムボード３１は、工程Ｓ５において、締付ボルト６でねじ込まれる。これにより、前記筐体シャーシ２に事前に挿入された熱伝導手段１２又は２１の密着性を確保する。

【0039】

上述の態様では単独のサーマルホットスポット又は突出部８のみが説明されたが、複数の発熱部材を冷却するために複数の突出部８を有する熱伝導手段、或いは、複数の熱伝導手段を設けることもできることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0040】

１ コンピューターシステム
２ 筐体シャーシ
３ （第１）筐体壁
４ （第２）筐体壁
５ （第３）筐体壁
６ 締付ボルト
７ （溶接された）熱伝導手段
８ 突出部
９ 下降部
１０ コンピューターシステム
１１ 位置決めボルト
１２ （脱着可能な）熱伝導手段
１３ 固定穴
２０ コンピューターシステム
２１ （脱着可能な）熱伝導手段
２２ （第１）取付ラグ
２３ （第２）取付ラグ
２４ （共通）下降部
２５ （更なる）下降部
２６ 固定穴
３０ 発熱部材
３１ システムボード
Ｓ１～Ｓ５ 実施工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【外国語明細書】