CN105474474A - 具有热表面的连接器系统 - Google Patents

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Abstract

一模块可设置成与一插座对接。所述模块包括具有一热表面的一本体，所述热表面热连接于由所述本体支撑的有源电路。所述插座设置成允许空气在所述热表面上流动以消散来自所述电路的热能。

Description

具有热表面的连接器系统
相关申请的援引
本申请主张于2013年4月24日提交的美国临时专利申请US61/815,565、2013年12月6日提交的美国临时专利申请US61/913,008的优先权，这两个临时专利申请通过援引整体全部并入本文。
技术领域
本申请涉及多个连接器领域，更具体涉及适于支持多个高数据传输率的多个连接器领域。
背景技术
多个连接器系统经常用于连接多个位于机架(rack)上的服务器和交换机(switch)。在一些应用中，所述多个服务器和所述多个交换机共用同一或邻近的机架，且可用多个无源(passive)线缆组件来耦合。对于其它应用而言，两个设备之间的距离太大，因此需要有源(active)线缆组件。在过去，例如，无源线缆组件常适用于高达10米的距离，有源铜线缆组件适用于高达100米的距离，而超过此距离通常必须使用一光学基介质来传递信号。然而，为了使所述系统更具灵活性，所有这三种线缆组件(无源铜线缆组件、有源铜线缆组件以及光学线缆组件)的对接接口都相同。因此，可使用相同的输入/输出(IO)端口，且一交换机或服务器可在广泛的应用范围内使用。
然而，随着编码的频率已增加到超过5Ghz，使用铜基组件来工作变得越来越具有挑战性。例如，使用NRZ编码可能达到高达约25Gbps的数据传输率，但是，所必须的信号频率使其难于使线缆长度超过5～8米。对于更高的数据传输率而言，仅由于铜线中自然存在的衰减而更增加了具有足够的信噪比的难度。
由于铜的物理性质以及缺乏铜的一合适的替代物，所以预计未来的设计可能完全面向一2米的无源线缆、一10米的有源铜线缆、以及可能是光学基线缆的更长的线缆组件。这样做的一个重要的影响是将更有可能使用有源线缆组件。这将预计导致服务器和交换机产生显著的问题。
目前交换机和服务器均被设计成具有提供10Gbps的通道(通常为1x或4x或10x)的输入/输出(IO)端口，且未来的通道预计需要在16-25Gbps下工作。通常这些通道包括一个发送子通道以及一个接收子通道，这样一10Gbps1x通道可接收高达10Gbps的数据传输率且可发送高达10Gbps的数据传输率。为了满足更多应用的需求，需要增加一给定的空间内的端口的数目。因此一可处理48个1x端口的交换机比一可处理24个1x端口的交换机更合乎需要(假定数目越多越有益)。类似地，一具有24个1x端口、可在16Gbps的数据传输率下工作的交换机比一具有24个1x端口、只可在10Gbps的数据传输率下工作的交换机将会更合乎需要。如上所述，每一个端口通常可与任意类型的线缆组件(无源铜线缆组件、有源铜线缆组件或光学线缆组件)一起使用。
然而，如可认识到的，增加数据传输率趋于使有源线缆组件的数目增加(假设一系统通常需要更长的线缆)。与无源线缆组件不同，有源线缆组件(例如具有作为一功耗装置的电路的线缆组件)会产生大量的热能，如果所述系统要可靠地工作，则有源线缆组件必须被冷却。这意味着所述交换机的制造者必须设计一交换机/盒子，所述交换机/盒子可处理增加的热负荷，或者所述交换机的制造者必须限制所提供的端口的数目。每一模块的热负荷已增加，而使得利用空气冷却系统来管理所述热系统变得更加困难。然而，水冷系统增加了额外的复杂性，且因此在设计需要使用一水冷系统的服务器和交换机以及其它这样的盒子时会有阻力。因此，某些人群会赏识对适于高数据传输率的IO系统的设计的进一步改进。
发明内容
公开了一种连接器系统，所述连接器系统包括一模块和一插座。所述模块包括一本体，所述本体具有一对接面和一第一侧。一热表面设置于所述第一侧且所述热表面设置成提供增加的表面积，以有助于消散热能。所述热表面可包括多个散热片，以提供增加的表面积。所述插座包括一第一部，所述第一部尺寸设置为接收所述热表面，而且所述插座包括一第二部，所述第二部尺寸设置为小于所述第一部。所述插座可包括一通风壁。空气可流入端口、之后在所述热表面上流动且之后穿过所述通风壁，以给所述模块提供冷却。空气也可以相反的方向流动并冷却所述模块。
附图说明
本申请通过举例的方式示出但不限于附图，其中类似的附图标记表示类似的元件，且在附图中：
图1示出处于一未对接位置的一示范性的连接器系统的一立体图。
图2示出图1所示的处于一部分对接位置的实施例的一立体图。
图3示出图1所示的处于一对接位置的实施例的一立体图。
图4示出图3所示实施例的一剖开立体图。
图5示出图2所示实施例的一剖开立体图。
图6示出一插座的一实施例的一立体图。
图7示出图6所示插座的一剖开立体图。
图8示出图6所示插座的另一立体图。
图9示出图8所示实施例的一部分立体图。
图10示出一模块的一实施例的一立体图。
图11示出图10所示实施例的另一立体图。
图12示出图11所示实施例的一放大立体图。
图13示出设置成以一所需的方式提供冷却的一示范性的连接器系统的一示意图。
具体实施方式
下面的详细说明描述示范性实施例，且并不意欲限制于明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可组合在一起，以形成出于简明目的而未示出的另外的组合。
公开了一种连接器系统5，所述连接器系统包括一模块10和一插座60。如可认识到的，当所述模块10和所述插座60设置成彼此可兼容时，连接器系统5工作最佳，但是所述基本的设计可用于大量的潜在结构中。例如，一模块可设置成提供诸多益处，而不必使一热表面位于所述罩件内。此外，所述热表面的位置可调整至所述模块的一侧(而不是所示出的上面)。进一步的变型(如一堆叠结构)也是可能的。如果所述热表面设置在所述侧，则所述堆叠结构可为直接的(straightfoward)。如果所述热表面设置在所述上表面，则有益于在所述插座内设置合适的通风，从而空气可在上端口和底端口流动。
在所示出的图中，可认识到的一个特征是，在一功耗装置和用于通过空气流消散热能的所述热表面之间存在有一降低的热阻。在现有的设计中，例如使兜风散热器(ridingheatsink)，一模块和一散热器之间的热阻趋于在约2℃/W的范围。采用弹性指部设计，一模块和一散热器之间的的热阻可降低至1℃/W，但是即使这样，其对于更大功率的模块而言仍太高。这是由于热阻本质上是连续的且由此累加。因此，所述1℃/W的热阻可累加至所述散热器和冷却空气之间的热阻。如果所述散热器和冷却空气之间的热阻为1.5℃/W且弹性指部用在所述模块和所述散热器之间，则所述模块和冷却空气之间的温度上升约为2.5℃/W。具有一10W的模块和一30℃的冷却空气，所述模块的温度可约为55℃(假定没有其它的热阻存在，这是不太可能的情况)。如可认识到的，这样一种设计可能是不太可取的，因为这样的设计可能潜在影响所述模块的有效寿命。然而，采用所示出的设计，所述热阻可被最小化，从而主要的热阻可由所述冷却空气和所述热表面之间的热接合部所引起。例如，所述热阻可仍为约1.5℃/W，但是如果产生10W且使用30℃的空气冷却，则可使一模块具有一45℃的温度。自然，这样一种所述模块的温度降低有益于提高所述模块的可靠性，且将会进一步容许使用环境空气(例如，未以其它方式冷却的空气)冷却的一应用的可能性。
应注意的是，一热表面和冷却空气之间的实际热阻预计基于大量因素而显著变化，所述因素包括但不限于表面积的量、所述热表面的轮廓、冷却空气的速度以及冷却空气的温度。因此，所述热阻应在不同设计之间变化。然而，所示出的实施例由于具有避免一模块和一散热器之间转换的能力而一可能的益处在于显著的热阻的消除。
回到图中，一连接器系统5包括一模块10，模块10设置成与一插座60对接。所示出的模块10包括一本体20，本体20支撑多条线缆15(可为光纤)且包括一热表面25，热表面25由位于一第一侧20a的多个散热片组成。如图所示，所述本体20具有为一第一距离D1的一高度，而热表面25在所述第一侧上方20a延伸一距离D2。在一实施例中，距离D2可为距离D1的50％以上。如可认识到的，热表面25示出为具有多个散热片，但是其它的结构(例如一网状或蜂窝状结构)也可用于进一步增加表面积。然而，应注意的是，在某一程度上(atsomepoint)进一步增加表面积会造成回报销减(diminishingreturn)，因为将使气流开始减少，从而增加所述表面积将减少进行冷却的量。优选地，所述热表面25的所述表面积大于一平表面的1.5倍，且更优选地，为一平表面的至少2倍。如果需要，所述模块10和所述插座60的尺寸可设置为在工作时使空气流在热表面25上为紊流。
模块10包括一个或多个插卡(paddlecard)26a、26b，且所述多个插卡26a、26b连接于电路27或包含电路27，由于所述电路27的有源性质，电路27产生热能。如图所示，热表面25包括位于一凸部29的两侧的散热片。凸部29被包含是因为所示的模块10为一光学模块(所述光学模块设计成将电信号转换为光信号)，且所示的模块10包括本体20内的凸部29以改善与所述光纤的连接。如果不需要这个凸部29或如果所述模块10被用于提供一有源铜线缆组件(这倾向于不从所述凸部29获益)，则所述热表面25的轮廓可以更均匀的方式横跨所述模块10的第一侧20a延伸。
模块10包括一EMI表面28，EMI表面28设置成接合设置于所述插座60内的一EMI垫片。如可认识到的，EMI表面28位于热表面25和模块10的一对接面21之间。这使插座60和模块10之间进行EMI密封，但仍允许空气在热表面25上流动。应注意的是，尽管示出的所述EMI表面28大体平坦，以使与由所述插座60设置的一EMI垫片容易接合，但是所述EMI表面28可支撑与所述插座60上的一表面接合的一EMI垫片(因此所述EMI垫片可按需设置于所述模块10或所述插座60或二者的组合上)。此外，所述EMI表面28无需一定是平坦的。由于通风壁内的多个开口可能太大而不能提供所需的EMI性能，所以所述EMI垫片可设置于所述通风壁和基座之间的端口内(例如，所述EMI垫片可设置于所述端口的具有一较小周长的部分内)。
插座60包括一罩件61，罩件61具有一前部62和一后部63，且所述罩件61围绕一基座90设置且所述罩件61可安装于一电路板59上。基座90支撑具有接触部的多个端子96，所述接触部可设置于一卡槽91的两侧91a、91b，且在一实施例中，所述多个端子96可由多个薄片体92(如本领域已知)支撑。前部62的尺寸设置成使热表面25插入插座60，而后部63较小，这可有助于提供对准功能，以保证由本体20支撑的所述插卡26a、26b与基座90准确地对准。换而言之，前部62的内周长具有一第一尺寸，后部63的内周长具有一第二尺寸，所述第二尺寸比所述第一尺寸小。
前部62包括一上壁64a和一通风壁65，通风壁65具有一系列开孔67，而后部63包括一上壁64b和一后壁64c。位于后部63中的基座90可包括一个或多个卡槽91(卡槽的数目设置成与插卡的数目匹配)。插座60包括一前缘71，前缘71限定一端口68，而端口68提供一端口入口72和一模块入口72a，模块入口72a具有比端口入口72小的一内周长。为了给一插入的模块10提供导向，罩件61可包括一对准元件74，对准元件74有助于确保一插入的模块10在插入过程中早些正确地定位，从而所述多个插卡26a、26b可接合基座90的一前表面94上的所述多个卡槽91。
所示出的插座60包括一EMI垫片77，EMI垫片77包括多个指部78。所述多个指部78接合模块10的EMI表面28且有助于在基座90的前表面94和端口入口72之间提供一EMI屏障。如上所述，所述EMI屏障可位于前表面94和前缘71之间，但是由于需要使热表面25具有更多的表面积，所以预计所述热表面25将不太理想适合接合一EMI垫片，且因此使所述EMI屏障位于热表面25和前表面94之间通常是有意义的。
如可认识到的，空气流入端口入口72、之后在所述热表面25上(如所示出的，可为多个散热片)流动、之后从一通风壁65流出。通风壁65上的所述一系列开孔67允许空气流动穿出通风壁65。因此，空气可穿过所述端口入口72并穿过所述通风壁65，并在此过程中冷却所述模块10。为了提高热性能，使所述罩件61的一前表面(例如所述端口入口72所处的位置)和通风壁65之间的距离增加是有用的，从而有足够的热传递进行。如从图8可认识到的，通风壁65上的所述一系列开孔67可设置成所述一系列开孔67与模块10的热表面25对准。
所示出的插座60具有基座90，基座90与后壁64c对准且相邻后壁64c。已确定的是，这样一种结构允许有足够的间隔，以在插座60的第二部63中设置所述EMI屏障。
图13示出一潜在系统的一示意图。所述系统包括一外壳105，外壳105限定一内部空间106a和一外部空间106b。如可认识到的，可部分位于外部空间106b中的一模块110设置成插入一插座160，所述插座160在外部空间106b和内部空间106a之间提供一分割体。模块110包括一线缆115，线缆115自模块110延伸且可设置成承载电信号或光信号。应注意的是，根据用户的偏好，线缆115可设置成可移除地连接于模块110，或线缆115可永久地固定于所述模块110。
罩件160包括一EMI屏障170，EMI屏障170可为一壁和一垫片的一组合。自然，如果罩件160的高度足够接近模块110的高度，则EMI屏障170也可由一垫片单独提供，应理解的是，所述垫片可为由在所需的位置间隔开的多个弹性指部形成的一传统的EMI垫片，且位于具有两个或多个部的一罩件内(例如罩件61)，这是很容易实现的。一基座190位于罩件160内且设置成与模块110对接。例如，基座190可具有一个或多个卡槽，且所述模块110可具有一对接突出部(matingledge)，所述对接突出部设置成与所述多个端子对接，但不限于此。所述对接突出部可由一插卡或其它所需的结构提供。
模块110包括一热表面125，热表面125热耦合于设置于模块110内的多个生热部件，优选以在多个生热部件和热表面125之间提供低热阻的方式。外壳105设置成在其内部206a和外部206b之间产生一压力差，外壳105支撑一电路板159，电路板159继而支撑基座190和罩件160。所述罩件160包括与一通风壁165连通的一端口入口172，且由于所述压力差，空气在内部206a和外部206b之间流动。如可认识到的，依赖于所述结构，空气可从内部206a向外部206b流动或是采用相反的方式流动。
不管空气流的方向如何，空气将通过热表面125。由于空气比热表面125冷，所以穿过端口入口172的空气冷却热表面125(或在进入端口入口172之前，或在进入端口入口172之后)。为了有助于导引在热传递区域上的空气，设置了一通风壁165。如果需要，通风壁165可设置成当空气在端口入口172和通风壁165之间流动时必须经过热表面125(这如图4所示，其中热表面25占据端口入口72和通风壁65之间的一位置)。应注意的是，空气的端口入口172可完全(或大部分)开放以允许最大的空气流，或者它可设置有多个开口，开口的尺寸设置成阻止EMI泄露。如果所述端口入口是完全开放的，则需要在通风壁165内设置多个开孔，所述多个开孔的尺寸设置成阻止EMI穿过所述多个开孔，且还需要使所述罩件160在通风壁165和外壳205对应的壁之间延伸。
在此提供的本申请借助其优选和示范实施例说明了多个特征。对于本领域技术人员而言，在阅读本申请后，将会想到在随附权利要求的范围和精神内的各种其它实施例、修改和变型。

Claims (11)

1.一种插头连接器，包括：
一本体，具有一对接面，所述本体具有位于一第一侧的一热表面；
一插卡，位于所述本体内且从所述热表面延伸至邻近所述对接面的一位置；以及
一电路，位于所述本体内，所述电路设置成发射至少1W的热能，所述电路热连接于所述热表面，其中所述热表面具有比一对应的平表面多至少50％的表面积。
2.如权利要求1所述的连接器，其中，所述热表面包括多个散热片。
3.如权利要求1所述的连接器，其中，所述本体具有为一第一距离的一高度，而所述热表面在所述第一侧上方延伸一第二距离，所述第二距离为所述第一距离的至少一半。
4.一种插座连接器，包括：
一基座，具有在一前表面上的一卡槽，所述卡槽具有一第一侧和一第二侧，所述基座支撑多个端子，其中一些端子位于所述第一侧而其余的端子位于所述第二侧；以及
一罩件，限定一端口，所述罩件具有一前缘和一后壁，所述罩件围绕所述基座设置成使所述基座邻近所述后壁，所述端口从所述前缘延伸至所述基座，所述端口具有位于所述前缘处的一端口入口以及邻近所述基座的一模块入口，所述端口入口具有一第一内周长，所述模块入口具有一第二内周长，所述端口在位于所述前缘和所述前表面之间的一位置从所述第一内周长转换至所述第二内周长，所述第二内周长小于所述第一内周长。
5.如权利要求4所述的插座连接器，其中，所述端口还包括一电磁干扰(EMI)垫片，所述EMI垫片位于所述模块入口内，所述EMI垫片设置成在工作时接合一插入的插头连接器的一周面，以有助于降低EMI。
6.如权利要求4所述的插座连接器，其中，所述端口包括一通风壁，所述通风壁在所述第一内周长和所述第二内周长之间延伸，所述通风壁设置成用于允许流经所述入口的空气从所述通风壁流出。
7.如权利要求6所述的插座连接器，其中，所述通风壁包括多个开孔。
8.一种连接器系统，包括：
一基座，具有位于一前表面上的一卡槽，所述卡槽具有一第一侧和一第二侧，所述基座支撑多个端子，其中一些端子位于所述第一侧边而其余的端子位于所述第二侧；以及
一罩件，限定一端口，所述罩件具有一前缘和一后壁，所述罩件围绕所述基座设置成使所述基座邻近所述后壁，所述端口从所述前缘延伸至所述基座，所述端口具有位于所述前缘处的一端口入口以及邻近所述基座的一模块入口，所述端口入口具有一第一内周长，所述模块入口具有一第二内周长，所述端口在位于所述前缘和所述前表面之间的一位置从所述第一内周长转换至所述第二内周长，所述第二内周长小于所述第一内周长，所述罩件包括具有多个开孔的一通风壁；以及
一模块，包括具有一对接面的一本体，所述本体具有位于一第一侧的一热表面，所述模块具有一插卡，所述插卡位于所述本体内且从所述热表面延伸至邻近所述对接面和所述本体内的电路的一位置，所述电路设置成发射至少1W的热能，所述电路热连接于所述热表面，其中所述热表面在所述前缘和所述通风壁之间对准。
9.一种冷却一模块的方法，包括步骤：
将一插座设置于一外壳，所述插座限定一端口，所述端口具有一端口入口；
将一模块置于所述端口内，所述模块包括一热表面；以及
在所述外壳的一外部和一内部之间建立一空气压力差，其中由于所述压力差直接作用于所述热表面上，所以空气在所述外部和所述内部之间流动。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述热表面包括多个散热片。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述插座包括具有多个开孔的一通风壁，且在所述外部和所述内部之间流动的空气穿过所述多个开孔。
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