專利名稱：抗惡劣環(huán)境atca計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì) 算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，屬于抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子信息化的發(fā)展，對抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)性能的要求越來越高，要求抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)采用高帶寬計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)如ATCA以集成多塊并行處理的主模塊，而主模塊往往采用高性能多核處理器，高性能多核處理器往往具有高功耗特點(diǎn)，處理器功耗不小于 40瓦，而計(jì)算密度增加的需求往往需要一塊主模塊至少集成2個(gè)多核處理器，一個(gè)抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)往往需要集成至少3塊主模塊，使得抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的功耗不小于200 瓦。由于應(yīng)用的特殊性，抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)必須采用全密封式機(jī)箱，同時(shí)又要兼顧滿足噪聲標(biāo)準(zhǔn)，這給散熱帶來了極大的不利。目前，在商用領(lǐng)域，往往通過開放式強(qiáng)迫風(fēng)冷方式和外加制冷環(huán)境方式對高性能 ATCA計(jì)算機(jī)實(shí)施散熱，且采用風(fēng)冷時(shí)往往不兼顧噪聲標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際使用時(shí)，往往把高性能 ATCA計(jì)算機(jī)放在一個(gè)特定的具有制冷能力的環(huán)境中，通過遠(yuǎn)程操作方法實(shí)現(xiàn)操作人員和計(jì)算機(jī)的隔離，使人遠(yuǎn)離噪聲源，又保證該高性能ATCA計(jì)算機(jī)正常工作。但該方法需要的特定空間作為使用的支撐條件，無法得到很好的應(yīng)用。傳統(tǒng)的抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)往往由一塊中等性能的主模塊和幾塊功能模塊組成，其整機(jī)功耗在50瓦左右，采用了強(qiáng)迫風(fēng)冷和壁軌導(dǎo)冷的抗惡劣環(huán)境散熱方法，能夠很好的解決散熱問題，同時(shí)噪聲能得到很好的控制。而抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的功耗不小于200瓦， 如何能夠很好的進(jìn)行散熱，使抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)能夠正常工作，是迫切需要解決的問題。針對該問題，在抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，目前仍沒有很好的實(shí)際解決方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題在于解決高性能計(jì)算機(jī)在抗惡劣環(huán)境中應(yīng)用的高功耗散熱問題，提供一種大幅提高散熱能力的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為一種抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，包括機(jī)箱外殼、進(jìn)風(fēng)口、風(fēng)機(jī)和出風(fēng)口，所述進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口位于機(jī)箱外殼的兩側(cè)，機(jī)箱外殼內(nèi)靠近出風(fēng)口的位置設(shè)置風(fēng)機(jī)，該機(jī)箱內(nèi)設(shè)置若干風(fēng)道，所述風(fēng)道與進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口相連通，每個(gè)風(fēng)道的側(cè)壁貼有主模塊。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為本實(shí)用新型的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱中，抗惡劣環(huán)境ATCA主模塊通過鋁材料形成的大蓋板，以高效能的導(dǎo)熱率為15的柔性散熱材料DT-E，作為中間熱量傳遞橋梁，和主模塊電氣組成中需要散熱的器件如處理器形成散熱通道，同時(shí)該鋁蓋板的表面直接和散熱風(fēng)道全面貼緊，當(dāng)風(fēng)道工作時(shí)，風(fēng)道的熱量傳遞功能可以把主模塊中鋁蓋板的熱量導(dǎo)出機(jī)箱外面，同時(shí)也可把主模塊的熱量集中點(diǎn)均勻分散，減少散熱路徑和增大散熱面積，使主模塊的電氣組成器件的工作熱量得到有效的散熱，與傳統(tǒng)的抗惡劣環(huán)境導(dǎo)冷機(jī)箱相比，單槽散熱和整機(jī)散熱能力得到大幅提高，散熱能力提升超過ι倍，解決了高性能抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的高功耗散熱問題，克服了高性能高功耗多核處理器在抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)中應(yīng)用的困難，較大的提高抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)性能。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的出風(fēng)口示意圖。圖3為本實(shí)用新型的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)中主模塊的散熱示意圖。圖4為基于風(fēng)道的貼壁傳導(dǎo)散熱等效熱阻布局示意圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1，本實(shí)用新型的一種抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，包括機(jī)箱外殼、進(jìn)風(fēng)口 3、風(fēng)機(jī)4和出風(fēng)口 5，所述進(jìn)風(fēng)口 3和出風(fēng)口 5位于機(jī)箱外殼的兩側(cè)，機(jī)箱外殼內(nèi)靠近出風(fēng)口 5的位置設(shè)置風(fēng)機(jī)4，該機(jī)箱內(nèi)設(shè)置若干風(fēng)道2，所述風(fēng)道2與進(jìn)風(fēng)口 3 和出風(fēng)口 5相連通，每個(gè)風(fēng)道的側(cè)壁貼有主模塊6。風(fēng)道的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，本實(shí)用新型中所述風(fēng)道2的數(shù)量優(yōu)選為五個(gè)，該五個(gè)風(fēng)道相互平行。所述風(fēng)道2內(nèi)側(cè)設(shè)置若干波紋板7，波紋板的凸起與風(fēng)道的內(nèi)壁相銜接，波紋板波浪延伸方向與風(fēng)道的軸線相垂直。所述主模塊6包括擋板8、印制板9、發(fā)熱芯片10、導(dǎo)熱膠墊11和蓋板12，所述發(fā)熱芯片10通過擋板8固定在機(jī)箱上，該發(fā)熱芯片10的一面與印制板9相連接，發(fā)熱芯片10的另一面通過導(dǎo)熱膠墊11與蓋板12相連接，該蓋板12的另一面通過導(dǎo)熱膠墊11與風(fēng)道2的側(cè)壁相連接。本實(shí)用新型在傳統(tǒng)抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)散熱技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)纳岱椒?，減少散熱路徑和增大散熱面積，提供一種適合高性能抗惡劣環(huán)境的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，保證具備多個(gè)高性能主模塊的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的正常工作和應(yīng)用。下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的描述由于應(yīng)用環(huán)境的特殊性，抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)必須采用全密封式機(jī)箱，同時(shí)又要兼顧滿足噪聲標(biāo)準(zhǔn)，這給散熱帶來了極大的不利。對于抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)內(nèi)部的高性能、大功耗的服務(wù)器級主模塊，必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷和大冷板貼壁散熱方法即基于風(fēng)道的貼壁傳導(dǎo)散熱，才能解決計(jì)算機(jī)的散熱問題，保證其在惡劣環(huán)境中能正常的工作。在圖1和圖2中，機(jī)箱內(nèi)部設(shè)置的5條平行風(fēng)道及風(fēng)道內(nèi)提高散熱效率的波紋板，通過真空釬焊工藝焊接于機(jī)箱內(nèi)，保證了外部風(fēng)道與機(jī)箱內(nèi)部的模塊和底板等元器件完全隔離，再通過風(fēng)機(jī)腔中的大功率風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，保證每個(gè)主模塊均能通過各自獨(dú)立的風(fēng)道經(jīng)大冷板貼壁(風(fēng)道壁) 散熱。所有5條風(fēng)道都沒有轉(zhuǎn)彎路徑，空氣在風(fēng)道內(nèi)部流通順暢，散熱效能比必須出現(xiàn)2個(gè) 90度彎路的普通抗惡劣環(huán)境風(fēng)道好得多。同時(shí)通過大冷板貼壁散熱的形式整體熱阻也比傳統(tǒng)的通過兩側(cè)鎖緊壁散熱的形式小得多。該種散熱方法的熱阻最大部分在于大冷板與機(jī)箱風(fēng)道壁之間的接觸面，為了減小熱阻，需在冷板外表面安裝柔性散熱材料。目前用的柔性散熱材料的熱導(dǎo)率在1 2之間，而市場上新產(chǎn)品中導(dǎo)熱率最大的標(biāo)稱可達(dá)10以上，該散熱方法中采用的柔性散熱材料為DT-E (1mm)，導(dǎo)熱率為15。下面結(jié)合圖1說明本實(shí)用新型的抗惡劣環(huán)境ATCA機(jī)箱內(nèi)風(fēng)道布局的特征。在抗惡劣環(huán)境ATCA機(jī)箱內(nèi)，每個(gè)抗惡劣環(huán)境ATCA主模塊配置一個(gè)單獨(dú)的風(fēng)道，該風(fēng)道和抗惡劣環(huán)境ATCA主模塊通過貼壁傳導(dǎo)散熱方式，把主模塊散發(fā)的熱量通過風(fēng)冷方式導(dǎo)出到機(jī)箱外面。機(jī)箱采用左右通風(fēng)槽結(jié)構(gòu)形式，機(jī)箱右側(cè)為出風(fēng)口安裝風(fēng)機(jī)，左側(cè)為進(jìn)風(fēng)口。下面結(jié)合圖2說明抗惡劣環(huán)境ATCA機(jī)箱出風(fēng)口的特征。在抗惡劣環(huán)境ATCA機(jī)箱內(nèi)，每個(gè)ATCA計(jì)算機(jī)風(fēng)道具備獨(dú)立的導(dǎo)熱波紋板，通過波紋板，把機(jī)箱槽壁的熱量傳輸?shù)綑C(jī)箱周圍的空間，實(shí)現(xiàn)每個(gè)機(jī)箱槽壁都有獨(dú)立的導(dǎo)熱渠道，提高散熱效率。下面結(jié)合圖3說明本實(shí)用新型的基于風(fēng)道的貼壁傳導(dǎo)散熱的特征?？箰毫迎h(huán)境 ATCA主模塊通過鋁材料形成的大蓋板，以高效能的柔性散熱材料為DT-E (Imm),導(dǎo)熱率為 15，作為中間熱量傳遞橋梁，和主模塊電氣組成中需要散熱的器件如處理器形成散熱的通道，同時(shí)該鋁蓋板的表面直接和散熱風(fēng)道全面貼緊。當(dāng)風(fēng)道工作時(shí)，風(fēng)道的熱量傳遞功能可以把主模塊中鋁蓋板的熱量導(dǎo)出到機(jī)箱外面，同時(shí)也可把主模塊的熱量集中點(diǎn)的熱量均勻分散，使主模塊的電氣組成器件的工作熱量得到有效的散熱，保證其正常工作。下面結(jié)合圖4說明本實(shí)用新型的基于風(fēng)道的貼壁傳導(dǎo)散熱等效熱阻的特征。熱阻是反映阻止熱量傳遞的能力的綜合參量，單位為。C /W，即物體持續(xù)傳熱功率為IW時(shí)，導(dǎo)熱路徑兩端的溫差。熱阻越大，熱傳導(dǎo)性能越差，在一定的環(huán)境溫度和主板功率下，熱阻小的傳導(dǎo)路徑會讓主板各芯片表面溫度更低，其性能也更好。ATCA主模塊的蓋板為鋁蓋板，主板上各芯片的熱量通過圖3所示路徑傳至風(fēng)道，將會遇到各種熱阻，其過程可用電模擬的方法進(jìn)行分析。假設(shè)( 1)忽略空氣隙的導(dǎo)熱和輻射；(2)各芯片和鋁蓋板之間導(dǎo)熱膠墊的熱阻等于CPU和蓋板之間導(dǎo)熱膠墊的熱阻。 CPU之間的導(dǎo)熱膠墊大小為28mmX28mmXlmm。導(dǎo)熱膠墊的導(dǎo)熱系數(shù)K=15W/(m · °C )；(3)、鋁蓋板的導(dǎo)熱系數(shù)K=204W/(m .V)。其中為芯片和鋁蓋板之間導(dǎo)熱膠墊的熱阻；為鋁蓋板的熱阻；根據(jù)式= δ/ΚΑ Ul計(jì)算得①芯片和鋁蓋板之間導(dǎo)熱膠墊的熱阻Rm= 0. 0825 0C /W②鋁蓋板的熱阻\ =6. 2487X10 磷"C /W在基于風(fēng)道的貼壁散熱機(jī)箱中，主模塊芯片的熱傳導(dǎo)途徑中總熱阻Ra2 = 13 R^ + R^ =1. 0725 "C /W而傳統(tǒng)的熱阻在6°C /W左右，顯然，在抗惡劣環(huán)境機(jī)箱中采用基于風(fēng)道的貼壁散熱方法明顯降低了主模塊芯片的熱傳導(dǎo)熱阻，大大加強(qiáng)了主模塊對外的散熱性能，解決了高功耗密封機(jī)箱的散熱問題。
下面說明本實(shí)用新型的基于風(fēng)道的貼壁傳導(dǎo)散熱效果的特征。在理論分析的基礎(chǔ)上，利用Ice-Pak軟件對基于風(fēng)道的貼壁抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)機(jī)箱的主模塊在工作狀態(tài)下進(jìn)行仿真分析，得到主模塊的溫度分布數(shù)據(jù)，從溫度分布數(shù)據(jù)得知，基于風(fēng)道的貼壁傳導(dǎo)散熱的效果較好，最高溫度區(qū)域的溫度在70度以下，滿足器件工作要求。
權(quán)利要求1.一種抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，其特征在于，包括機(jī)箱外殼、進(jìn)風(fēng)口 [3]、風(fēng)機(jī)[4]和出風(fēng)口 [5]，所述進(jìn)風(fēng)口 [3]和出風(fēng)口 [5]位于機(jī)箱外殼的兩側(cè)，機(jī)箱外殼內(nèi)靠近出風(fēng)口 [5]的位置設(shè)置風(fēng)機(jī)[4]，該機(jī)箱內(nèi)設(shè)置若干風(fēng)道[2]，所述風(fēng)道[2]與進(jìn)風(fēng)口 [3]和出風(fēng)口 [5]相連通，每個(gè)風(fēng)道的側(cè)壁貼有主模塊[6]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，其特征在于，所述風(fēng)道[2]的數(shù)量為五個(gè)，該五個(gè)風(fēng)道相互平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，其特征在于，所述風(fēng)道[2]內(nèi)側(cè)設(shè)置若干波紋板[7]，波紋板的凸起與風(fēng)道的內(nèi)壁相銜接，波紋板波浪延伸方向與風(fēng)道的軸線相垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，其特征在于，所述主模塊[6]包括擋板[8]、印制板[9]、發(fā)熱芯片[10]、導(dǎo)熱膠墊[11]和蓋板[12]， 所述發(fā)熱芯片[10]通過擋板[8]固定在機(jī)箱上，該發(fā)熱芯片[10]的一面與印制板[9]相連接，發(fā)熱芯片[10]的另一面通過導(dǎo)熱膠墊[11]與蓋板[12]相連接，該蓋板[12]另一面通過導(dǎo)熱膠墊[11]與風(fēng)道[2]的側(cè)壁相連接。
專利摘要本實(shí)用新型為一種抗惡劣環(huán)境ATCA計(jì)算機(jī)的多風(fēng)道散熱機(jī)箱，該機(jī)箱具有五個(gè)獨(dú)立的風(fēng)道，風(fēng)道與進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口相連通，風(fēng)道內(nèi)置導(dǎo)熱用波紋板，風(fēng)道側(cè)壁通過高效能的柔性導(dǎo)熱膠墊和主模塊的蓋板緊密貼合，使每個(gè)散熱通道的散熱面積有效增大和散熱路徑有效縮短，減小散熱通道熱阻，使主模塊上的高功耗熱量在風(fēng)道中分布更加均勻和傳遞更加快捷，風(fēng)道中熱量通過內(nèi)置波紋板和機(jī)箱中風(fēng)機(jī)、進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口完成熱量的機(jī)箱外傳遞，使機(jī)箱中主模塊的工作熱量得到有效的散熱，保證主模塊在加固密閉機(jī)箱和高溫環(huán)境下的正常工作。
文檔編號G06F1/20GK202145287SQ20112026461
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者盧錫銘, 徐國強(qiáng), 李慶, 楊衛(wèi)超, 滕有責(zé), 王緒利, 蔡劍平, 鄭波祥, 陳海榮 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所