CN202145287U - 抗恶劣环境atca计算机的多风道散热机箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，该机箱具有五个独立的风道，风道与进风口和出风口相连通，风道内置导热用波纹板，风道侧壁通过高效能的柔性导热胶垫和主模块的盖板紧密贴合，使每个散热通道的散热面积有效增大和散热路径有效缩短，减小散热通道热阻，使主模块上的高功耗热量在风道中分布更加均匀和传递更加快捷，风道中热量通过内置波纹板和机箱中风机、进风口、出风口完成热量的机箱外传递，使机箱中主模块的工作热量得到有效的散热，保证主模块在加固密闭机箱和高温环境下的正常工作。

Description

抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱

技术领域

本实用新型为抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，属于抗恶劣环境计算机技术领域。

背景技术

随着电子信息化的发展，对抗恶劣环境计算机性能的要求越来越高，要求抗恶劣环境计算机采用高带宽计算机体系结构如ATCA以集成多块并行处理的主模块，而主模块往往采用高性能多核处理器，高性能多核处理器往往具有高功耗特点，处理器功耗不小于40瓦，而计算密度增加的需求往往需要一块主模块至少集成2个多核处理器，一个抗恶劣环境计算机往往需要集成至少3块主模块，使得抗恶劣环境ATCA计算机的功耗不小于200瓦。由于应用的特殊性，抗恶劣环境ATCA计算机必须采用全密封式机箱，同时又要兼顾满足噪声标准，这给散热带来了极大的不利。

目前，在商用领域，往往通过开放式强迫风冷方式和外加制冷环境方式对高性能ATCA计算机实施散热，且采用风冷时往往不兼顾噪声标准，在实际使用时，往往把高性能ATCA计算机放在一个特定的具有制冷能力的环境中，通过远程操作方法实现操作人员和计算机的隔离，使人远离噪声源，又保证该高性能ATCA计算机正常工作。但该方法需要的特定空间作为使用的支撑条件，无法得到很好的应用。

传统的抗恶劣环境计算机往往由一块中等性能的主模块和几块功能模块组成，其整机功耗在50瓦左右，采用了强迫风冷和壁轨导冷的抗恶劣环境散热方法，能够很好的解决散热问题，同时噪声能得到很好的控制。而抗恶劣环境ATCA计算机的功耗不小于200瓦，如何能够很好的进行散热，使抗恶劣环境ATCA计算机能够正常工作，是迫切需要解决的问题。针对该问题，在抗恶劣环境计算机领域，目前仍没有很好的实际解决方法。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于解决高性能计算机在抗恶劣环境中应用的高功耗散热问题，提供一种大幅提高散热能力的抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，包括机箱外壳、进风口、风机和出风口，所述进风口和出风口位于机箱外壳的两侧，机箱外壳内靠近出风口的位置设置风机，该机箱内设置若干风道，所述风道与进风口和出风口相连通，每个风道的侧壁贴有主模块。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：本实用新型的抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱中，抗恶劣环境ATCA主模块通过铝材料形成的大盖板，以高效能的导热率为15的柔性散热材料DT-E，作为中间热量传递桥梁，和主模块电气组成中需要散热的器件如处理器形成散热通道，同时该铝盖板的表面直接和散热风道全面贴紧，当风道工作时，风道的热量传递功能可以把主模块中铝盖板的热量导出机箱外面，同时也可把主模块的热量集中点均匀分散，减少散热路径和增大散热面积，使主模块的电气组成器件的工作热量得到有效的散热，与传统的抗恶劣环境导冷机箱相比，单槽散热和整机散热能力得到大幅提高，散热能力提升超过1倍，解决了高性能抗恶劣环境ATCA计算机的高功耗散热问题，克服了高性能高功耗多核处理器在抗恶劣环境计算机中应用的困难，较大的提高抗恶劣环境计算机性能。 

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱结构示意图。

图2为本实用新型的抗恶劣环境ATCA计算机的出风口示意图。

图3为本实用新型的抗恶劣环境ATCA计算机中主模块的散热示意图。

图4为基于风道的贴壁传导散热等效热阻布局示意图。

具体实施方式

结合图1，本实用新型的一种抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，包括机箱外壳、进风口3、风机4和出风口5，所述进风口3和出风口5位于机箱外壳的两侧，机箱外壳内靠近出风口5的位置设置风机4，该机箱内设置若干风道2，所述风道2与进风口3和出风口5相连通，每个风道的侧壁贴有主模块6。

风道的数量可以根据需要进行设置，本实用新型中所述风道2的数量优选为五个，该五个风道相互平行。

所述风道2内侧设置若干波纹板7，波纹板的凸起与风道的内壁相衔接，波纹板波浪延伸方向与风道的轴线相垂直。所述主模块6包括挡板8、印制板9、发热芯片10、导热胶垫11和盖板12，所述发热芯片10通过挡板8固定在机箱上，该发热芯片10的一面与印制板9相连接，发热芯片10的另一面通过导热胶垫11与盖板12相连接，该盖板12的另一面通过导热胶垫11与风道2的侧壁相连接。

本实用新型在传统抗恶劣环境计算机散热技术的基础上，通过实现适当的散热方法，减少散热路径和增大散热面积，提供一种适合高性能抗恶劣环境的抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，保证具备多个高性能主模块的抗恶劣环境ATCA计算机的正常工作和应用。

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细的描述:

由于应用环境的特殊性，抗恶劣环境ATCA计算机必须采用全密封式机箱，同时又要兼顾满足噪声标准，这给散热带来了极大的不利。对于抗恶劣环境ATCA计算机内部的高性能、大功耗的服务器级主模块，必须采用强迫风冷和大冷板贴壁散热方法即基于风道的贴壁传导散热，才能解决计算机的散热问题，保证其在恶劣环境中能正常的工作。在图1和图2中，机箱内部设置的5条平行风道及风道内提高散热效率的波纹板，通过真空钎焊工艺焊接于机箱内，保证了外部风道与机箱内部的模块和底板等元器件完全隔离，再通过风机腔中的大功率风机抽风，保证每个主模块均能通过各自独立的风道经大冷板贴壁（风道壁）散热。所有5条风道都没有转弯路径，空气在风道内部流通顺畅，散热效能比必须出现2个90度弯路的普通抗恶劣环境风道好得多。同时通过大冷板贴壁散热的形式整体热阻也比传统的通过两侧锁紧壁散热的形式小得多。该种散热方法的热阻最大部分在于大冷板与机箱风道壁之间的接触面，为了减小热阻，需在冷板外表面安装柔性散热材料。目前用的柔性散热材料的热导率在1～2之间，而市场上新产品中导热率最大的标称可达10以上，该散热方法中采用的柔性散热材料为DT-E（1mm），导热率为15。

下面结合图1说明本实用新型的抗恶劣环境ATCA机箱内风道布局的特征。在抗恶劣环境ATCA机箱内，每个抗恶劣环境ATCA主模块配置一个单独的风道，该风道和抗恶劣环境ATCA主模块通过贴壁传导散热方式，把主模块散发的热量通过风冷方式导出到机箱外面。机箱采用左右通风槽结构形式，机箱右侧为出风口安装风机，左侧为进风口。

下面结合图2说明抗恶劣环境ATCA机箱出风口的特征。在抗恶劣环境ATCA机箱内，每个ATCA计算机风道具备独立的导热波纹板，通过波纹板，把机箱槽壁的热量传输到机箱周围的空间，实现每个机箱槽壁都有独立的导热渠道，提高散热效率。

下面结合图3说明本实用新型的基于风道的贴壁传导散热的特征。抗恶劣环境ATCA主模块通过铝材料形成的大盖板，以高效能的柔性散热材料为DT-E（1mm），导热率为15，作为中间热量传递桥梁，和主模块电气组成中需要散热的器件如处理器形成散热的通道，同时该铝盖板的表面直接和散热风道全面贴紧。当风道工作时，风道的热量传递功能可以把主模块中铝盖板的热量导出到机箱外面，同时也可把主模块的热量集中点的热量均匀分散，使主模块的电气组成器件的工作热量得到有效的散热，保证其正常工作。

下面结合图4说明本实用新型的基于风道的贴壁传导散热等效热阻的特征。热阻是反映阻止热量传递的能力的综合参量，单位为℃/W，即物体持续传热功率为1W时，导热路径两端的温差。热阻越大，热传导性能越差，在一定的环境温度和主板功率下，热阻小的传导路径会让主板各芯片表面温度更低，其性能也更好。ATCA主模块的盖板为铝盖板，主板上各芯片的热量通过图3所示路径传至风道，将会遇到各种热阻，其过程可用电模拟的方法进行分析。假设：

（1） 忽略空气隙的导热和辐射；

（2） 各芯片和铝盖板之间导热胶垫的热阻等于CPU和盖板之间导热胶垫的热阻。CPU之间的导热胶垫大小为28mmX28mmX1mm。导热胶垫的导热系数K=15W/(m·℃)；

（3）、铝盖板的导热系数K=204W/(m·℃)。

    其中                                               

为芯片和铝盖板之间导热胶垫的热阻；

为铝盖板的热阻；

根据式

计算得：

①  芯片和铝盖板之间导热胶垫的热阻

0.0825℃/W

②  铝盖板的热阻

       

=6.2487X10

℃/W

在基于风道的贴壁散热机箱中，主模块芯片的热传导途径中总热阻

13

+

=1.0725℃/W

而传统的热阻在6℃/W左右， 显然，在抗恶劣环境机箱中采用基于风道的贴壁散热方法明显降低了主模块芯片的热传导热阻，大大加强了主模块对外的散热性能，解决了高功耗密封机箱的散热问题。

下面说明本实用新型的基于风道的贴壁传导散热效果的特征。在理论分析的基础上，利用Ice-Pak软件对基于风道的贴壁抗恶劣环境ATCA计算机机箱的主模块在工作状态下进行仿真分析，得到主模块的温度分布数据，从温度分布数据得知，基于风道的贴壁传导散热的效果较好，最高温度区域的温度在70度以下，满足器件工作要求。

Claims (4)

1.一种抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，其特征在于，包括机箱外壳、进风口[3]、风机[4]和出风口[5]，所述进风口[3]和出风口[5]位于机箱外壳的两侧，机箱外壳内靠近出风口[5]的位置设置风机[4]，该机箱内设置若干风道[2]，所述风道[2]与进风口[3]和出风口[5]相连通，每个风道的侧壁贴有主模块[6]。

2.根据权利要求1所述的抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，其特征在于，所述风道[2]的数量为五个，该五个风道相互平行。

3.根据权利要求1或2所述的抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，其特征在于，所述风道[2]内侧设置若干波纹板[7]，波纹板的凸起与风道的内壁相衔接，波纹板波浪延伸方向与风道的轴线相垂直。

4.根据权利要求1或2所述的抗恶劣环境ATCA计算机的多风道散热机箱，其特征在于，所述主模块[6]包括挡板[8]、印制板[9]、发热芯片[10]、导热胶垫[11]和盖板[12]，所述发热芯片[10]通过挡板[8]固定在机箱上，该发热芯片[10]的一面与印制板[9]相连接，发热芯片[10]的另一面通过导热胶垫[11]与盖板[12]相连接，该盖板[12]另一面通过导热胶垫[11]与风道[2]的侧壁相连接。

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