CN106789105A - 一种设置有石墨散热片的工业交换机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种设置有石墨散热片的工业交换机，所述工业交换机的交换芯片设置有铝基散热片，所述铝基散热片与所述交换芯片的接触位置挖空；所述铝基散热片的截面呈“U”字型，铝基散热片固定在交换机的主板上；“U”字型铝基散热片的底部凹槽内、交换芯片的上方设置有一片石墨散热片，所述石墨散热片粘贴在铝基散热片的底部凹槽内、交换芯片的上方；交换芯片的热量通过所述石墨散热片传导到铝基散热片上。本申请的交换机利用石墨散热片与铝基散热片组合的散热系统来解决工业交换机的温度过高的问题，石墨散热片可以在减轻器件重量的情况下提供更加优异的导热散热性能。

Description

一种设置有石墨散热片的工业交换机

技术领域

本发明涉及工业交换机领域，具体涉及一种设置有石墨散热片的工业交换机。

背景技术

因工业现场在电磁兼容、温度、湿度、防尘上都要比普通环境要求高和恶劣，故工业交换机在研发设计中一般需满足：工业级宽温度设计，电磁兼容设计，双电源宽电压冗余设计和PCBA做三防处理，即防潮、防霉、防烟雾。

商用交换机在设计中无抵御恶劣工业现场的能力，不具备长时间工作在工业环境下的能力，在工业环境下经常容易出现故障，更使维护成本持续上升，不建议在工业环境中使用商业级交换机。

近年随着宽带无线通讯、云计算和大数据等高带宽业务在轨道交通、智能电力等行业应用的普及，对工业级交换机的背板带宽和端口数量也提出高要求，那么研发高性能的工业级交换机散热问题无疑是重中之重，工业交换机的散热系统设计也就显得尤为重要了。工业交换机长期工作在高温下对其寿命的影响是致命的，所以在设计该类产品时，除了系统设备内的器件要选择宽温度范围的工业级元器件外，更要充分重视设备的热设计。而热设计主要包括主动散热和被动散热；有两个选型原则是：(1)对于较低功率芯片，一般芯片散热功率在小于10W时，可以采用被动散热，比如通过设备外壳开孔形成自然对流、加大外壳面积、外壳褶皱设计或采用导热较好的型材；(2)对于功率较大情况，一般芯片散热功率在大于15W时，尤其是在多光口系统中，模块类型单模多模均可，单纯靠被动散热无法解决问题，这种情况下应该采用主动散热方式解决热问题。

而目前业内对于主动散热方式通用的做法是通过加装散热风扇，但由于工业网络设备不能停机且要长期运行的特殊性，风扇主动散热有以下缺点：风扇工作一直处于全速状态，除其造成电能浪费、增大整机噪声外，还使得电源负载功耗加重，机壳内灰尘过多堆积等。更重要的是风扇在全速状态时其寿命约为两万小时也就是大约2.8年，风扇到了年限以后性能转速会逐渐下降，给系统可靠性增加了不可控因素。但由于没有监控单元，这种隐患很难发现：例如当交换机当前丢包率逐渐上升时，在客户现场并不容易察觉是因风扇老化、转速降低还是灰尘堆积太厚导致机壳内关键元件温度升高超过其芯片最大节温所致。一旦风扇失效而未及时进行更换，机箱内环境温度每提10℃，元器件MTBF就降低50％。交换机的机内积热将会快速导致交换机性能的下降而出现丢包宕机等现象，直至设备崩溃。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种嵌入式千兆核心交换模块，其有效解决了背景技术中存在问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种设置有石墨散热片的工业交换机，所述工业交换机的交换芯片设置有铝基散热片，所述铝基散热片与所述交换芯片的接触位置挖空；所述铝基散热片的截面呈“U”字型，铝基散热片固定在交换机的主板上；“U”字型铝基散热片的底部凹槽内、交换芯片的上方设置有一片石墨散热片，所述石墨散热片粘贴在铝基散热片的底部凹槽内、交换芯片的上方；交换芯片的热量通过所述石墨散热片传导到铝基散热片上。

进一步，所述铝基散热片采用翘片式设计，即“U”字型铝基散热片的两侧设置有若干层散热铝片。

进一步，所述铝基散热片的顶部通过导热硅胶垫与交换机的上盖板机壳连接。

进一步，所述石墨散热片为长方形，其厚度为0.05mm。

本发明具有以下有益技术效果：

本申请的交换机利用石墨散热片与铝基散热片组合的散热系统来解决工业交换机的温度过高的问题，石墨散热片可以在减轻器件重量的情况下提供更加优异的导热散热性能。

因石墨散热片具有一定的柔软性、厚度仅0.05mm，且高导热系数，利用石墨散热片可以最大程度的降低交换芯片与铝基散热片之间的热阻，交换芯片的热量可以有效地传导到铝基散热片上，从而将热量通过机壳传递出去，避免了热量在交换芯片上的堆积，可有效保证交换芯片工作于适合的温度范围内。铝基散热片的主要功能是创造出最大的有效表面积，将交换芯片传递过来的热量通过机壳上盖板传导到外界的空气中。因为铝基散热片的材质为金属铝，金属铝本身就具有较高的导热性，所以铝制散热片可以利用自身良好的导热特性将部分热量传导到交换机的机壳上，通过交换机的机壳将这部分热量散发出去，可以大大加快交换机机箱内热量向外界扩散的速度，保证交换机长时间稳定的工作。

附图说明

图1为工业交换机的交换芯片在未设置散热装置的散热结构示意图；

图2为本发明的工业交换机的散热装置与主板的连接关系示意图；

图3为本发明的工业交换机的散热装置在未设置石墨散热片之前的俯视图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1所示，工业交换机的交换芯片在未设置散热装置时的散热途径为：一部分交换芯片的Die(芯片裸片)内部将热量通过导热材料1传递给芯片封装外壳2，在本申请中，封装外壳2通过石墨散热片将热量传导到定制铝基散热片上，铝基散热片再通过导热硅胶垫传导到上盖板机壳上，形成热量传递的通道，将交换芯片的热量散出；另外一部分热量通过Die(芯片裸片)内部传递给芯片的基板3，并通过基板3内的散热通道4传递给焊球5、PCB板6后，通过PCB板6散热。交换芯片的封装一般为BGA类，该类器件通过PCB散热效果很差，因此主要的散热通道以上表面散热为主。本发明所设计的工业交换机中主要考虑交换芯片上表面与空气的热阻，在传统的交换机散热系统中主要用硅胶片来降低交换芯片与空气的热阻，但硅胶片的导热系数很低一般在1～8W/m.k，其作为交换芯片和铝基片之间的传导媒介无法将交换芯片在最大功耗时散发的热量传递出去，会导致大量的热量聚集在交换芯片的表面，严重影响交换芯片的正常工作，在本发明中利用石墨散热片替换硅胶片，石墨散热片是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，优秀的导热系数：150～1200W/m.k，石墨散热片比金属的导热还好。热传导系数平面传导300-1200W/m.k，垂直传导20-30W/m.k，耐温400℃；并且具有极低的热阻：石墨散热片热阻比铝低40％，比铜低20％，较轻的重量：重量比铝轻25％，比铜轻75％，可以在减轻器件重量的情况下提供更优异的导热散热性能。

如图2-3所示，本申请提供了一种设置有石墨散热片的工业交换机，该工业交换机的交换芯片设置有铝基散热片7，铝基散热片7与交换芯片的接触位置挖空；铝基散热片7的截面呈“U”字型，铝基散热片7固定在交换机的主板9上；“U”字型铝基散热片7的底部凹槽内、交换芯片的上方设置有一片石墨散热片8，石墨散热片8粘贴在铝基散热片7的底部凹槽内、交换芯片的上方；交换芯片的热量通过石墨散热片8传导到铝基散热片7上。

铝基散热片7采用翘片式设计，即“U”字型铝基散热片的两侧设置有若干层散热铝片10；如此设置，可以将热量辐射到机壳内四周，使热量不集中在一个点；铝基散热片7通过螺钉和铜柱固定在主板9上。

铝基散热片7的顶部通过导热硅胶垫与交换机的上盖板机壳连接。

石墨散热片8为长方形，其厚度为0.05mm。因石墨散热片8具有一定的柔软性、厚度仅0.05mm和高导热系数，利用石墨散热片8可以最大程度的降低交换芯片与铝基散热片7之间的热阻，交换芯片的热量可以有效地传导到铝基散热片7上，从而将热量通过机壳传递出去，避免了热量在交换芯片上的堆积，可有效保证交换芯片工作于适合的温度范围内。铝基散热片7的主要功能是创造出最大的有效表面积，将交换芯片传递过来的热量通过机壳上盖板传导到外界的空气中。因为铝基散热片7的材质为金属铝，金属铝本身就具有较高的导热性，所以铝制散热片可以利用自身良好的导热特性将部分热量传导到交换机的机壳上，通过交换机的机壳将这部分热量散发出去，可以大大加快交换机机箱内热量向外界扩散的速度，保证交换机长时间稳定的工作。

本申请可以有效的解决多端口大功率工业交换机发热严重的问题，整机可设计为IP40防护等级，即机壳开孔尺寸<＝1mm，不仅可以解决系统无需风扇设计以及散热风扇使用中设备的可靠性和噪音问题，还可以用被动散热的方式解决工业交换机中大功率芯片的热设计问题，提高了系统的MTBF。是一种简单可靠且实用性高的散热设计的典型应用。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种设置有石墨散热片的工业交换机，其特征在于，所述工业交换机的交换芯片设置有铝基散热片，所述铝基散热片与所述交换芯片的接触位置挖空；所述铝基散热片的截面呈“U”字型，铝基散热片固定在交换机的主板上；“U”字型铝基散热片的底部凹槽内、交换芯片的上方设置有一片石墨散热片，所述石墨散热片粘贴在铝基散热片的底部凹槽内、交换芯片的上方；交换芯片的热量通过所述石墨散热片传导到铝基散热片上。

2.根据权利要求1所述的设置有石墨散热片的工业交换机，其特征在于，所述铝基散热片采用翘片式设计，即“U”字型铝基散热片的两侧设置有若干层散热铝片。

3.根据权利要求1所述的设置有石墨散热片的工业交换机，其特征在于，所述铝基散热片的顶部通过导热硅胶垫与交换机的上盖板机壳连接。

4.根据权利要求1所述的设置有石墨散热片的工业交换机，其特征在于，所述石墨散热片为长方形，其厚度为0.05mm。