本發(fā)明涉及工業(yè)交換機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種設(shè)置有石墨散熱片的工業(yè)交換機(jī)。

背景技術(shù)：

因工業(yè)現(xiàn)場在電磁兼容、溫度、濕度、防塵上都要比普通環(huán)境要求高和惡劣，故工業(yè)交換機(jī)在研發(fā)設(shè)計中一般需滿足：工業(yè)級寬溫度設(shè)計，電磁兼容設(shè)計，雙電源寬電壓冗余設(shè)計和PCBA做三防處理，即防潮、防霉、防煙霧。

商用交換機(jī)在設(shè)計中無抵御惡劣工業(yè)現(xiàn)場的能力，不具備長時間工作在工業(yè)環(huán)境下的能力，在工業(yè)環(huán)境下經(jīng)常容易出現(xiàn)故障，更使維護(hù)成本持續(xù)上升，不建議在工業(yè)環(huán)境中使用商業(yè)級交換機(jī)。

近年隨著寬帶無線通訊、云計算和大數(shù)據(jù)等高帶寬業(yè)務(wù)在軌道交通、智能電力等行業(yè)應(yīng)用的普及，對工業(yè)級交換機(jī)的背板帶寬和端口數(shù)量也提出高要求，那么研發(fā)高性能的工業(yè)級交換機(jī)散熱問題無疑是重中之重，工業(yè)交換機(jī)的散熱系統(tǒng)設(shè)計也就顯得尤為重要了。工業(yè)交換機(jī)長期工作在高溫下對其壽命的影響是致命的，所以在設(shè)計該類產(chǎn)品時，除了系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)的器件要選擇寬溫度范圍的工業(yè)級元器件外，更要充分重視設(shè)備的熱設(shè)計。而熱設(shè)計主要包括主動散熱和被動散熱；有兩個選型原則是：(1)對于較低功率芯片，一般芯片散熱功率在小于10W時，可以采用被動散熱，比如通過設(shè)備外殼開孔形成自然對流、加大外殼面積、外殼褶皺設(shè)計或采用導(dǎo)熱較好的型材；(2)對于功率較大情況，一般芯片散熱功率在大于15W時，尤其是在多光口系統(tǒng)中，模塊類型單模多模均可，單純靠被動散熱無法解決問題，這種情況下應(yīng)該采用主動散熱方式解決熱問題。

而目前業(yè)內(nèi)對于主動散熱方式通用的做法是通過加裝散熱風(fēng)扇，但由于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能停機(jī)且要長期運(yùn)行的特殊性，風(fēng)扇主動散熱有以下缺點(diǎn)：風(fēng)扇工作一直處于全速狀態(tài)，除其造成電能浪費(fèi)、增大整機(jī)噪聲外，還使得電源負(fù)載功耗加重，機(jī)殼內(nèi)灰塵過多堆積等。更重要的是風(fēng)扇在全速狀態(tài)時其壽命約為兩萬小時也就是大約2.8年，風(fēng)扇到了年限以后性能轉(zhuǎn)速會逐漸下降，給系統(tǒng)可靠性增加了不可控因素。但由于沒有監(jiān)控單元，這種隱患很難發(fā)現(xiàn)：例如當(dāng)交換機(jī)當(dāng)前丟包率逐漸上升時，在客戶現(xiàn)場并不容易察覺是因風(fēng)扇老化、轉(zhuǎn)速降低還是灰塵堆積太厚導(dǎo)致機(jī)殼內(nèi)關(guān)鍵元件溫度升高超過其芯片最大節(jié)溫所致。一旦風(fēng)扇失效而未及時進(jìn)行更換，機(jī)箱內(nèi)環(huán)境溫度每提10℃，元器件MTBF就降低50％。交換機(jī)的機(jī)內(nèi)積熱將會快速導(dǎo)致交換機(jī)性能的下降而出現(xiàn)丟包宕機(jī)等現(xiàn)象，直至設(shè)備崩潰。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種嵌入式千兆核心交換模塊，其有效解決了背景技術(shù)中存在問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種設(shè)置有石墨散熱片的工業(yè)交換機(jī)，所述工業(yè)交換機(jī)的交換芯片設(shè)置有鋁基散熱片，所述鋁基散熱片與所述交換芯片的接觸位置挖空；所述鋁基散熱片的截面呈“U”字型，鋁基散熱片固定在交換機(jī)的主板上；“U”字型鋁基散熱片的底部凹槽內(nèi)、交換芯片的上方設(shè)置有一片石墨散熱片，所述石墨散熱片粘貼在鋁基散熱片的底部凹槽內(nèi)、交換芯片的上方；交換芯片的熱量通過所述石墨散熱片傳導(dǎo)到鋁基散熱片上。

進(jìn)一步，所述鋁基散熱片采用翹片式設(shè)計，即“U”字型鋁基散熱片的兩側(cè)設(shè)置有若干層散熱鋁片。

進(jìn)一步，所述鋁基散熱片的頂部通過導(dǎo)熱硅膠墊與交換機(jī)的上蓋板機(jī)殼連接。

進(jìn)一步，所述石墨散熱片為長方形，其厚度為0.05mm。

本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：

本申請的交換機(jī)利用石墨散熱片與鋁基散熱片組合的散熱系統(tǒng)來解決工業(yè)交換機(jī)的溫度過高的問題，石墨散熱片可以在減輕器件重量的情況下提供更加優(yōu)異的導(dǎo)熱散熱性能。

因石墨散熱片具有一定的柔軟性、厚度僅0.05mm，且高導(dǎo)熱系數(shù)，利用石墨散熱片可以最大程度的降低交換芯片與鋁基散熱片之間的熱阻，交換芯片的熱量可以有效地傳導(dǎo)到鋁基散熱片上，從而將熱量通過機(jī)殼傳遞出去，避免了熱量在交換芯片上的堆積，可有效保證交換芯片工作于適合的溫度范圍內(nèi)。鋁基散熱片的主要功能是創(chuàng)造出最大的有效表面積，將交換芯片傳遞過來的熱量通過機(jī)殼上蓋板傳導(dǎo)到外界的空氣中。因?yàn)殇X基散熱片的材質(zhì)為金屬鋁，金屬鋁本身就具有較高的導(dǎo)熱性，所以鋁制散熱片可以利用自身良好的導(dǎo)熱特性將部分熱量傳導(dǎo)到交換機(jī)的機(jī)殼上，通過交換機(jī)的機(jī)殼將這部分熱量散發(fā)出去，可以大大加快交換機(jī)機(jī)箱內(nèi)熱量向外界擴(kuò)散的速度，保證交換機(jī)長時間穩(wěn)定的工作。

附圖說明

圖1為工業(yè)交換機(jī)的交換芯片在未設(shè)置散熱裝置的散熱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的工業(yè)交換機(jī)的散熱裝置與主板的連接關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明的工業(yè)交換機(jī)的散熱裝置在未設(shè)置石墨散熱片之前的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面，參考附圖，對本發(fā)明進(jìn)行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。

為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左”“右”等空間相對術(shù)語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應(yīng)地解釋。

如圖1所示，工業(yè)交換機(jī)的交換芯片在未設(shè)置散熱裝置時的散熱途徑為：一部分交換芯片的Die(芯片裸片)內(nèi)部將熱量通過導(dǎo)熱材料1傳遞給芯片封裝外殼2，在本申請中，封裝外殼2通過石墨散熱片將熱量傳導(dǎo)到定制鋁基散熱片上，鋁基散熱片再通過導(dǎo)熱硅膠墊傳導(dǎo)到上蓋板機(jī)殼上，形成熱量傳遞的通道，將交換芯片的熱量散出；另外一部分熱量通過Die(芯片裸片)內(nèi)部傳遞給芯片的基板3，并通過基板3內(nèi)的散熱通道4傳遞給焊球5、PCB板6后，通過PCB板6散熱。交換芯片的封裝一般為BGA類，該類器件通過PCB散熱效果很差，因此主要的散熱通道以上表面散熱為主。本發(fā)明所設(shè)計的工業(yè)交換機(jī)中主要考慮交換芯片上表面與空氣的熱阻，在傳統(tǒng)的交換機(jī)散熱系統(tǒng)中主要用硅膠片來降低交換芯片與空氣的熱阻，但硅膠片的導(dǎo)熱系數(shù)很低一般在1～8W/m.k，其作為交換芯片和鋁基片之間的傳導(dǎo)媒介無法將交換芯片在最大功耗時散發(fā)的熱量傳遞出去，會導(dǎo)致大量的熱量聚集在交換芯片的表面，嚴(yán)重影響交換芯片的正常工作，在本發(fā)明中利用石墨散熱片替換硅膠片，石墨散熱片是一種全新的導(dǎo)熱散熱材料，具有獨(dú)特的晶粒取向，沿兩個方向均勻?qū)?，?yōu)秀的導(dǎo)熱系數(shù)：150～1200W/m.k，石墨散熱片比金屬的導(dǎo)熱還好。熱傳導(dǎo)系數(shù)平面?zhèn)鲗?dǎo)300-1200W/m.k，垂直傳導(dǎo)20-30W/m.k，耐溫400℃；并且具有極低的熱阻：石墨散熱片熱阻比鋁低40％，比銅低20％，較輕的重量：重量比鋁輕25％，比銅輕75％，可以在減輕器件重量的情況下提供更優(yōu)異的導(dǎo)熱散熱性能。

如圖2-3所示，本申請?zhí)峁┝艘环N設(shè)置有石墨散熱片的工業(yè)交換機(jī)，該工業(yè)交換機(jī)的交換芯片設(shè)置有鋁基散熱片7，鋁基散熱片7與交換芯片的接觸位置挖空；鋁基散熱片7的截面呈“U”字型，鋁基散熱片7固定在交換機(jī)的主板9上；“U”字型鋁基散熱片7的底部凹槽內(nèi)、交換芯片的上方設(shè)置有一片石墨散熱片8，石墨散熱片8粘貼在鋁基散熱片7的底部凹槽內(nèi)、交換芯片的上方；交換芯片的熱量通過石墨散熱片8傳導(dǎo)到鋁基散熱片7上。

鋁基散熱片7采用翹片式設(shè)計，即“U”字型鋁基散熱片的兩側(cè)設(shè)置有若干層散熱鋁片10；如此設(shè)置，可以將熱量輻射到機(jī)殼內(nèi)四周，使熱量不集中在一個點(diǎn)；鋁基散熱片7通過螺釘和銅柱固定在主板9上。

鋁基散熱片7的頂部通過導(dǎo)熱硅膠墊與交換機(jī)的上蓋板機(jī)殼連接。

石墨散熱片8為長方形，其厚度為0.05mm。因石墨散熱片8具有一定的柔軟性、厚度僅0.05mm和高導(dǎo)熱系數(shù)，利用石墨散熱片8可以最大程度的降低交換芯片與鋁基散熱片7之間的熱阻，交換芯片的熱量可以有效地傳導(dǎo)到鋁基散熱片7上，從而將熱量通過機(jī)殼傳遞出去，避免了熱量在交換芯片上的堆積，可有效保證交換芯片工作于適合的溫度范圍內(nèi)。鋁基散熱片7的主要功能是創(chuàng)造出最大的有效表面積，將交換芯片傳遞過來的熱量通過機(jī)殼上蓋板傳導(dǎo)到外界的空氣中。因?yàn)殇X基散熱片7的材質(zhì)為金屬鋁，金屬鋁本身就具有較高的導(dǎo)熱性，所以鋁制散熱片可以利用自身良好的導(dǎo)熱特性將部分熱量傳導(dǎo)到交換機(jī)的機(jī)殼上，通過交換機(jī)的機(jī)殼將這部分熱量散發(fā)出去，可以大大加快交換機(jī)機(jī)箱內(nèi)熱量向外界擴(kuò)散的速度，保證交換機(jī)長時間穩(wěn)定的工作。

本申請可以有效的解決多端口大功率工業(yè)交換機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重的問題，整機(jī)可設(shè)計為IP40防護(hù)等級，即機(jī)殼開孔尺寸<＝1mm，不僅可以解決系統(tǒng)無需風(fēng)扇設(shè)計以及散熱風(fēng)扇使用中設(shè)備的可靠性和噪音問題，還可以用被動散熱的方式解決工業(yè)交換機(jī)中大功率芯片的熱設(shè)計問題，提高了系統(tǒng)的MTBF。是一種簡單可靠且實(shí)用性高的散熱設(shè)計的典型應(yīng)用。

上面所述只是為了說明本發(fā)明，應(yīng)該理解為本發(fā)明并不局限于以上實(shí)施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。