CN207083347U - 通信模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通信模块。通信模块包括衬底、散热器、耦合到衬底的一个或多个通信端口、集成电路(IC)和一个或多个热管。散热器耦联到衬底并且包括平行于轴线定向的冷却翅片。该IC安装在散热器和沿轴线的一个或多个通信端口之间的衬底上。热管被配置为将热量从通信端口传递到散热器。

Description

通信模块

技术领域

本实用新型一般涉及通信系统，且特别涉及用于散发来自通信系统的端口的热量的模块。

背景技术

散热模块可用于各种电子系统，例如用于数据通信模块。数种类型的散热模块被设计用于散发来自通信端口的热量。

例如，美国专利申请公布2014/0160679描述了一种框架组件，该框架组件具有带有第一接收部分和第二接收部分的保持架，第二接收部分接收模块。第一板具有端部，第一板被第一接收部分接收。热管具有附接到第一板的端部的第一端部并具有第二端部。第二板附接到热管的第二端部，以及弹簧附接到第一板以抵靠模块偏置第一板。

美国专利申请公布2013/0145612描述了一种系统，用于从计算机机箱内的发热电子部件移除热量，并且容纳来自穿过形成机箱外壳结构的一部分的边框(bezel)中的高通量的通风口的电磁辐射，该机箱外壳结构包括散热器，散热器具有带入口面的翅片结构。

实用新型内容

本文描述的本实用新型的实施方案提供了一种通信模块，该通信模块包括衬底、散热器、耦联到衬底的一个或多个通信端口、集成电路(IC) 和一个或多个热管。散热器耦联到衬底并且包括平行于轴线定向的冷却翅片(cooling fin)。IC安装在散热器和沿轴线的一个或多个通信端口之间的衬底上。热管被配置为将热量从通信端口传递到散热器。

在一些实施方案中，通信模块符合快速外设部件互连(PCI-Express) 标准。在其他实施方案中，衬底包括印刷电路板(PCB)。在又一其他实施方案中，散热器由铝制成。

在实施方案中，热管安装在衬底上并且平行于轴线定向。在另一个实施方案中，一个或多个通信端口包括四通道小型可插拔(QSFP)或小型可插拔(SFP)电光换能器。在又一个实施方案中，通信模块包括一个或多个板，每个板耦联在热管中的一个和通信端口中的相应的一个端口之间，并且每个板被配置成将热量从相应的通信端口中的一个端口传递到热管中的相应的一个热管。

在一些实施方案中，每个通信端口包括壳体弹簧(case spring)，该壳体弹簧被配置为将板和热管耦联到通信端口。在其他实施方案中，每个板使用银焊(silver welding)或热环氧树脂耦联到相应的热管。

从结合附图进行的本实用新型的实施方案的以下详细描述，本实用新型将得到更完全地理解，其中：

附图说明

图1根据本实用新型的实施方案的通信模块的示意性图示说明；

图2是根据本实用新型的实施方案的通信端口的冷却模块的示意性图示说明；

图3A是根据本实用新型的实施方案的通信端口的冷却模块的示意性分解视图说明；

图3B是根据本实用新型的实施方案的冷却板和热管沿图3A中线BB 的截面视图；

图4A是根据本实用新型的实施方案的通信端口的冷却模块的示意性侧视图说明；

图4B是根据本实用新型的实施方案的通信端口的冷却模块的示意性前视图说明。

具体实施方式

综述

在数据通信系统中，诸如服务器等网络节点通常使用网络接口控制器 (NIC)连接到通信网络。NIC通常包括有源器件，例如通常位于NIC前边缘的通信输入/输出(I/O)端口以及一个或多个集成电路(IC)。这些有源器件通常产生热量，这可能降低NIC的可靠性和性能，并可能导致对有源器件和NIC的其他部件的损坏。因此，重要的是将来自这些部件的过多的热量散发掉。

下文描述的本实用新型的实施方案提供了用于散发来自NIC的特别是来自其通信I/O端口的热量的改进技术。

原理上，可以通过使用位于后边缘的风扇将来自NIC的后边缘的空气吹向前边缘来散发来自端口的热量，以便冷却NIC前边缘处的端口。然而，在该配置中，空气流在到达端口之前散发了来自IC(其通常在高于端口的温度下操作)的热量，从而不期望地进一步加热了端口。

原理上，可以通过增加空气流来散发来自端口的热量，但是这种解决方案需要增加物理尺寸(例如，由于引入更大型的风扇)，并且可能消耗高的电力(用于驱动大型风扇)。此外，由NIC产生的热量通常随通信数据速率而增加，因此支持高数据速率的NIC需要改善散热。

在所公开的实施方案中，NIC通过使用IC上方的从前边缘延伸到后边缘的冷却通道来散发来自端口的热量。这种方法不需要增加NIC的物理尺寸，并且还在高数据速率下提供有效的散热。

在一些实施方案中，散热器耦联在NIC的后边缘和从后部向NIC的前边缘吹送空气的风扇之间。散热器包括平行于空气流的方向定向的冷却翅片，以增加散热速率。

在实施方案中，一个或多个热管连接在安装在NIC的衬底的前边缘处的端口与位于后边缘处的散热器之间。热管被配置成沿着与空气流相反的方向将热量从端口传递到散热器。每个热管使用具有与端口表面积相似的表面积的冷却板耦联到相应的端口，以便提供从端口到相应热管的高速散热速率。

在一些实施方案中，IC安装在散热器和端口之间的衬底上。在这样的实施方案中，减少的空气流足以散发来自IC的热量，而很少或不会对由热管冷却的端口造成加热。

所公开的技术在减小空气流大小时提供了对NIC的有效的散热，因此该技术可以在具有标准物理尺寸并且在其完全指定的温度范围内运行的高数据速率的NIC的情况下实现。

系统描述

图1为根据本实用新型的实施方案的通信模块20的示意性图示说明。模块20可以例如用作数据通信系统中的网络接口控制器(NIC)。

在本实施方案中，模块20包括NIC，该NIC在电气和机械方面符合快速外设部件互连(PCI-Express或PCIe)总线标准。

在一些实施方案中，模块20包括通常由印刷电路板(PCB)制成的衬底22，其被配置为电连接在本文描述的模块20的部件之间。在图的底部可以看到用于将模块20插入主机(例如服务器或其他计算机)的PCIe插槽内的PCB边缘连接器。

在一些实施方案中，模块20包括一个或多个通信端口28，诸如四通道小型可插拔(QSFP)或小型可插拔(SFP)电光换能器或任何其他合适的收发器，该通信端口可以是基于光学的和/或基于电学的。端口28安装在衬底22的前边缘(也称为模块20的前边缘)上，并且被配置为经由插入端口28内的外部光缆和/或电缆来在模块20和数据通信系统的其他实体之间交换通信信号。

在一些实施方案中，模块20包括耦联到衬底22的后边缘的散热器24。在实施方案中，散热器24由铝或任何其他合适的材料制成，并且包括冷却翅片26。

在一些实施方案中，模块20包括安装在衬底22上、在端口28和散热器24之间的集成电路(IC)46，并被配置为与端口28交换通信信号。

在一些实施方案中，模块20还包括一个或多个热管30，每个管30具有两个(在下文中称为“第一”和“第二”)端部。在实施方案中，每个热管30的第一端部耦联到在衬底22的前边缘处的端口28，并且第二端部耦联到在衬底22的后边缘处的散热器24。

在图1的示例中，热管30沿着衬底22、在IC 46上方横跨，并且被配置为将由通信端口28产生的热量传递到散热器24。

图2为根据本实用新型的实施方案的通信端口28的冷却模块10的示意性图示说明。在一些实施方案中，模块10包括散热器24、热管30、耦联到端口28的冷却板(在图3A-3B中示出)、以及可选地包括一个或多个风扇(未示出)。

在一些实施方案中，风扇位于散热器24之后，散热器24耦联到衬底 22的后边缘。在实施方案中，风扇配置成沿着轴线44从模块20的后边缘向其前边缘吹送冷空气42到前边缘，以便散发来自散热器24和IC 46的热量。

在一些实施方案中，散热器24的翅片26平行于轴线44定向，以便最大化对散热器24的散热速率。

在一个实施方案中，热管30平行于轴线44定向。在该实施方案中，热管可以将热量从端口28(在前边缘处)散发到散热器24(在后边缘处)，而不超过模块20的宽度和长度。

在一些实施方案中，冷却板由诸如6XXXX系列的铝合金的导热材料制成，并且被配置成将端口28的换能器产生的热量传递到热管28，热管 28将热量传递到散热器24。

在一些实施方案中，模块20中的热传递沿着轴线44进行。由端口28 产生的热量通过热管30从模块20的前边缘传递到后边缘，而由IC 46产生的热量和存储在散热器24处的热量从模块20的后部散发到前部，并通过模块20的前边缘流出。

发明人发现，通过沿一个方向的传导将热量从端口28传递到远端散热器24，并且通过沿相反方向的对流沿相同轴线散发热量(来自散热器24和IC 46)，他们可以将冷空气42的流动速率从900每分钟直线英尺 (LFM)减少到600LFM及以下，而不增加端口28或IC 46的对应温度。

例如，基于模拟和产品测试，在55℃下应用550LFM的空气，实现在69℃的温度下操作端口28的QSFP换能器，以及在100℃下操作IC，这些温度在这些有源器件的指定的相应操作温度范围内。

图3A为根据本实用新型的实施方案的通信端口28的冷却模块10的示意性分解视图说明。在一些实施方案中，每个端口28包括配置成容纳换能器(未示出)的保持架36和配置成将冷却板34附接到换能器的壳体弹簧32。

注意，冷却板34的下表面的面积大体上类似于换能器的上表面的面积。类似的面积增加了换能器和冷却板34之间的热传递的速率。此外，壳体弹簧32配置成在换能器、冷却板34和热管30之间耦联，以便增加从换能器到热管30的热传递速率。

现在参考图3B所示的插图50，其为冷却板34和热管30的BB截面视图。在一个实施方案中，热管30设置在板34中的预先形成的沟槽内，以便增加板34和热管30之间的表面积，并因此增加板34和热管30之间的热传递速率。在一些实施方案中，每个热管30可以使用各种保持方法 (例如银焊或热环氧树脂)耦联到相应的板34。

图4A是根据本实用新型的实施方案的冷却模块10的示意性侧视图说明。在一些实施方案中，热管30沿着模块20横跨并且在IC 46上方通过，以便将热量从端口28传递到散热器24，端口28和散热器24分别位于模块20的前边缘和后边缘处。这些实施方案符合半高半长(HHHL)的设计实践，并且此外，能够符合由快速外设部件互连(PCIe)串行计算机扩展总线标准定义的低档半长(LPHL)(Low Profile Half Length)外形因素的规范。

图4B是根据本实用新型的实施例的传冷却模块10的示意性前视图说明。在一些实施方案中，与端口28的相应高度和宽度相比，冷却模块10 通过沿着轴线44来回传递热量能够使模块20的高度和宽度最小的延伸(在LPHL和HHHL内)。

在上述实施方案中，衬底22的长度为142mm，并且包括散热器24和端口28的模块20的总长度为167mm。在其他实施方案中，模块20可以具有任何其他合适的长度、宽度和高度。

尽管本文描述的实施方案主要论述数据通信模块，但是本文描述的方法和系统也可以用于其他应用中，例如在各种类型的转换器、夹层板 (mezzanine board)或包括使用一个或多个散热器对QSFP和专用IC (ASIC)的散热设备的任何其他模块或系统。

因此，应理解上述实施方案是通过示例引用的，并且本实用新型并不限于上文已具体示出和描述的内容。而是，本实用新型的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及对于本领域的技术人员在阅读前面的描述将想到的且并不在现有技术中的对本实用新型的变化和修改。

Claims (10)

1.一种通信模块，包括：

衬底；

散热器，其耦联到所述衬底并且包括平行于轴线定向的冷却翅片；

一个或多个通信端口，其耦联到所述衬底；

集成电路IC，其安装在所述散热器和沿着所述轴线的所述一个或多个通信端口之间的所述衬底上；和

一个或多个热管，其被配置为将热量从所述一个或多个通信端口传递到所述散热器。

2.根据权利要求1所述的通信模块，其中所述通信模块符合快速外设部件互连PCI-Express标准。

3.根据权利要求1所述的通信模块，其中所述衬底包括印刷电路板PCB。

4.根据权利要求1所述的通信模块，其中所述散热器由铝制成。

5.根据权利要求1所述的通信模块，其中所述热管安装在所述衬底上并且平行于所述轴线定向。

6.根据权利要求1所述的通信模块，其中所述一个或多个通信端口包括四通道小型可插拔QSFP电光换能器。

7.根据权利要求1所述的通信模块，其中所述一个或多个通信端口包括小型可插拔SFP电光换能器。

8.根据权利要求1所述的通信模块，所述通信模块还包括一个或多个板，每个板耦联在所述热管中的一个和所述一个或多个通信端口中的相应的通信端口之间，并且每个板被配置成将热量从所述相应的通信端口中的一个通信端口传递到所述热管中的相应的热管。

9.根据权利要求8所述的通信模块，其中每个通信端口包括壳体弹簧，所述壳体弹簧被配置为将板和热管耦联到所述通信端口。

10.根据权利要求8所述的通信模块，其中每个板使用银焊或热环氧树脂耦联到相应的热管。