TWM553081U

TWM553081U - 通訊模組

Info

Publication number: TWM553081U
Application number: TW106204609U
Authority: TW
Inventors: 泰姆雷德曼; 安卓布萊亞曼; 歐元威爾斯契; 尤希納胡
Original assignee: 梅爾那斯科技有限公司
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2017-12-11

Description

通訊模組

本創作大體上係關於通訊系統，且特定言之係關於一種用於消散來自一通訊系統之埠之熱之模組。

熱消散模組可用於各種電子系統中，諸如用於資料通訊模組中。若干類型之熱消散模組經設計以消散來自通訊埠之熱。

舉例而言，美國專利申請公開案2014/0160679描述一種具有一籠之框架區段，該籠具有一第一接納部分及一第二接納部分，第二接納部分接納一模組。一第一板具有一末端，第一板被第一接納部分接納。一熱管具有附接至第一板之末端之一第一末端且具有一第二末端。一第二板附接至熱管之第二末端，且一彈簧附接至第一板以使第一板偏壓抵靠模組。

美國專利申請公開案2013/0145612描述一種用以移除來自一電腦機箱內之一發熱電子組件之熱且圍阻電磁輻射使其不橫越形成機箱圍阻結構之一部分之一面板中之高通過量通風口之系統包括一散熱器，該散熱器具有帶一入口面之一鰭片結構。

本文中描述之本創作之一實施例提供一種通訊模組，其包含一基板、一散熱器、耦合至該基板之一或多個通訊埠、一積體電路(IC)及一或多個熱管。該散熱器耦合至該基板且包含平行於一軸定向之冷卻鰭片。該IC沿著該軸在該基板上安裝於該散熱器與該一或多個通訊埠之間。該等熱管經構形以將來自該等通訊埠之熱轉移至該散熱器。

在一些實施例中，該通訊模組遵循一周邊組件互連快速(PCI-Express)標準。在其他實施例中，該基板包含一印刷電路板(PCB)。在又其他實施例中，該散熱器由鋁製成。

在一實施例中，該等熱管安裝於該基板上且平行於該軸定向。在另一實施例中，該一或多個通訊埠包含四通道小型可插拔式(QSFP)電光換能器或小型可插拔式(SFP)電光換能器。在又另一實施例中，該通訊模組包含一或多個板，各板耦合在該等熱管之一者與該等通訊埠之一各自一者之間，且各板經構形以將來自該等各自通訊埠之該一者之熱轉移至該等熱管之該各自一者。

在一些實施例中，各通訊埠包含一閉鎖彈簧(case spring)，該閉鎖彈簧經構形以將一板及一熱管耦合至該通訊埠。在其他實施例中，使用銀焊或熱環氧樹脂將各板耦合至一各自熱管。

將從結合圖式進行的本創作之實施例之以下詳細描述更充分理解本創作，其中：

10‧‧‧冷卻模組

20‧‧‧通訊模組

22‧‧‧基板

24‧‧‧散熱器

26‧‧‧冷卻鰭片

28‧‧‧通訊埠

30‧‧‧熱管

32‧‧‧閉鎖彈簧

34‧‧‧冷板

36‧‧‧籠

42‧‧‧冷氣

44‧‧‧軸

46‧‧‧積體電路(IC)

50‧‧‧插圖

圖1係根據本創作之一實施例之一通訊模組之一示意性圖示；圖2係根據本創作之一實施例之通訊埠之一冷卻模組之一示意性圖示；圖3係根據本創作之一實施例之通訊埠之一冷卻模組之一示意性分解圖；圖4A係根據本創作之一實施例之通訊埠之一冷卻模組之一示意性側視圖；及圖4B係根據本創作之一實施例之通訊埠之一冷卻模組之一示意性正視圖。

概述

在資料通訊系統中，一網路節點(諸如一伺服器)通常使用一網路介面控制器(NIC)連接至一通訊網路。一NIC通常包括主動裝置(諸如通訊輸入/輸出(I/O)埠，通常定位於NIC之前邊緣處)及一或多個積體電路(IC)。此等主動裝置通常產生熱，此會劣化NIC可靠性及效能且可能導致對主動裝置及NIC之其他組件之損害。因此，使過多熱從其中消散係重要的。

下文描述之本創作之實施例提供用於消散來自NIC且特定言之來自其通訊I/O埠之熱之改良技術。

原則上，可藉由使用定位於NIC之後邊緣處之風扇自後邊緣朝向NIC之前邊緣吹氣以便冷卻前邊緣處之埠而消散來自埠之熱。然而，在此構形中，氣流在到達埠之前消散來自IC(其通常在高於埠之溫度下操作)之熱，藉此非所要地進一步加熱埠。

原則上，可藉由增大氣流而消散來自埠之熱，但此等解決方案需要增大實體尺寸(例如，歸因於引入更大風扇)且可消耗高電力(用於驅動大風扇)。此外，由NIC產生之熱通常隨著通訊資料速率而增大，且因此支援高資料速率之一NIC需要經改良熱消散。

在所揭示實施例中，NIC藉由使用在IC上方自前邊緣延伸至後邊緣之冷卻通道來消散來自埠之熱。此方法無需增大NIC之實體尺寸，且仍在高資料速率下提供有效熱消散。

在一些實施例中，一散熱器耦合在NIC之後邊緣與風扇之間，該等風扇自NIC之後邊緣朝向前邊緣吹氣。散熱器包括冷卻鰭片，該等冷卻鰭片平行於氣流方向定向，以便增大熱消散速率。

在一實施例中，一或多個熱管連接在安裝於NIC之一基板之前邊緣處之埠與定位於後邊緣處之散熱器之間。熱管經構形以在與氣流相反之一方向上將來自埠之熱轉移至散熱器。使用具有類似於一各自埠之表面積之一表面積之一冷板將各熱管耦合至埠，以便提供自埠至各自熱管之高速率熱消散速率。

在一些實施例中，IC在基板上安裝於散熱器與埠之間。在此等實施例中，一減小氣流足以消散來自IC之熱而造成對埠之少量加熱或不加熱，該等埠藉由熱管冷卻。

所揭示技術在減小的氣流量值下提供自NIC之高效熱消散，此因此可使用具有標準實體尺寸且在其等的完整指定溫度範圍內操作之高資料速率NIC來實施。

系統描述

圖1係根據本創作之一實施例之一通訊模組20之一示意性圖示。舉例而言，模組20可充當一資料通訊系統中之一網路介面控制器(NIC)。

在本實施例中，模組20包括一NIC，該NIC電且機械地遵循周邊組件互連快速(PCI-Express或PCIe)匯流排標準。

在一些實施例中，模組20包括通常由一印刷電路板(PCB)製成之一基板22，該基板22經構形以電連接在本文中描述之模組20之組件之間。用於將模組20插入至一主機(例如，一伺服器或其他電腦)之一PCIe槽之一PCB邊緣連接器可見於圖之底部處。

在一些實施例中，模組20包括一或多個通訊埠28，諸如四通道小型可插拔式(QSFP)電光換能器或小型可插拔式(SFP)電光換能器或任何其他合適收發器(其可為基於光學及/或基於電的)。埠28安裝於基板22之一前邊緣(亦被稱為模組20之一前邊緣)上且經構形以經由插入至埠28中之外部光學及/或電纜而在模組20與資料通訊系統之其他實體之間交換通訊信號。

在一些實施例中，模組20包括一散熱器24，該散熱器24耦合至基板22之一後邊緣。在一實施例中，散熱器24由鋁或任何其他合適材料製成且包括冷卻鰭片26。

在一些實施例中，模組20包括一積體電路(IC)46，該積體電路(IC)46在基板22上安裝於埠28與散熱器24之間且經構形以與埠28交換通訊信號。

在一些實施例中，模組20進一步包括一或多個熱管30，各管30具有兩個(在下文稱為「第一」及「第二」)末端。在一實施例中，各熱管30之第一末端耦合至基板22之前邊緣處之埠28，且第二末端耦合至定位於基板22之後邊緣處之散熱器24。

在圖1之實例中，熱管30在IC 46上方沿著基板22橫越且經構形以將由通訊埠28產生之熱轉移至散熱器24。

圖2係根據本創作之一實施例之通訊埠28之一冷卻模組10之一示意性圖示。在一些實施例中，模組10包括散熱器24、熱管30、耦合至埠28之冷板(展示在圖3中)及視情況一或多個風扇(未展示)。

在一些實施例中，風扇定位於散熱器24後側，該散熱器24耦合至基板22之後邊緣。在一實施例中，風扇經構形以沿著一軸44自模組20之後邊緣至前邊緣吹冷氣42，以便消散來自散熱器24及IC 46之熱。

在一些實施例中，散熱器24之鰭片26平行於軸44定向，以便最大化自散熱器24之熱消散速率。

在一實施例中，熱管30平行於軸44定向。在此實施例中，熱管可將來自(前邊緣處之)埠28之熱消散至(後邊緣處之)散熱器24，而不超過模組20之寬度及長度。

在一些實施例中，冷板由一熱傳導材料(諸如6XXXX系列之鋁合金)製成且經構形以將由埠28之換能器產生之熱轉移至熱管28，該等熱管28將熱轉移至散熱器24。

在一些實施例中，沿著軸10進行模組20中之熱轉移。藉由熱管30將由埠28產生之熱自模組20之前邊緣轉移至後邊緣，而由IC 46產生之熱及儲存於散熱器24處之熱自模組20之後方消散至前方且通過模組20之前邊緣流出。

創作人發現，藉由憑藉一個方向上之傳導將來自埠28之熱轉移至一遠端散熱器24且憑藉相反方向上之對流沿著相同軸消散(來自散熱器24及IC 46之)熱，他們可將冷氣42之流動速率自900直線英呎每分鐘(LFM)減小至600LFM及更低，而不增大埠28或IC 46之各自溫度。

舉例而言，基於模擬及產品測試，在55℃下施加550LFM之空氣，實現在69℃之一溫度下操作埠28之QSFP換能器及在100℃操作IC，該等溫度在此等主動裝置之指定各自操作溫度內。

圖3係根據本創作之一實施例之通訊埠28之冷卻模組10之一示意性分解圖。在一些實施例中，各埠28包括經構形以容納換能器(未展示)之一籠36及經構形以將冷板34附接至換能器之一閉鎖彈簧32。

注意，冷板34之下表面之面積實質上類似於換能器之上表面之面積。類似面積增大換能器與冷板34之間的熱轉移速率。此外，閉鎖彈簧32經構形以在換能器、冷板34與熱管30之間耦合，以便增大自換能器至熱管30之熱轉移速率。

現在參考一插圖50，其係冷板34及熱管30之一BB剖面圖。在一實施例中，熱管30安置在板34中之一預形成溝槽內，以便增大表面積及因此板34與熱管30之間的熱轉移速率。在一些實施例中，可使用各種保持方法(諸如銀焊或熱環氧樹脂)將各熱管30耦合至一各自板34。

圖4A係根據本創作之一實施例之冷卻模組10之一示意性側視圖。在一些實施例中，熱管30沿著模組20橫越且在IC 46上方經過，以便將來自埠28之熱轉移至散熱器24，該埠28及該散熱器24分別定位於模組20之前邊緣及後邊緣處。此等實施例遵循半高半長(HHHL)之一設計實踐，且此外，實現遵循由周邊組件互連快速(PCIe)串列電腦擴展匯流排標準定義之低輪廓半長(LPHL)外觀尺寸之一規格。

圖4B係根據本創作之一實施例之冷卻模組10之一示意性正視圖。在一些實施例中，冷卻模組10藉由沿著軸44來回轉移熱而相較於埠28之各自高度及寬度，實現模組20之高度及寬度之一最小延伸(在LPHL及HHHL內)。

在上述實施例中，基板22之長度係142mm，且模組20之總長度(包含散熱器24及埠28)係167mm。在其他實施例中，模組20可具有任何其他合適長度、寬度及高度。

儘管本文中描述之實施例主要解決資料通訊模組，但本文中描述之方法及系統亦可用於其他應用中，諸如各種類型之開關、夾層板或包括來自使用一或多個散熱器之QSFP及特定應用IC(ASIC)之熱消散設備之任何其他模組或系統。

因此，將瞭解，藉由實例陳述上述實施例，且本創作不限於已在上文中具體展示及描述之內容。實情係，本創作之範疇包含在上文中描述之各種特徵之組合及子組合以及熟習此項技術者在閱讀前述描述之後將想到且未在先前技術中揭示之本創作之變動及修改。