（溫感）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)散熱裝置

寶音內(nèi)蒙古超高壓供電局

（溫感）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)散熱裝置

寶音
內(nèi)蒙古超高壓供電局

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的散熱情況直接關(guān)系到通訊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與服務(wù)能力。隨著網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的廣泛應(yīng)用，其作為網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備，決定著整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)服務(wù)質(zhì)量和效率的提升。為了減少潛在隱患，做好交換機(jī)維護(hù)管理工作，本文對(duì)溫感網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)散熱技術(shù)進(jìn)行了簡要分析，并對(duì)改善網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的散熱設(shè)計(jì)提出建議，以避免維護(hù)管理的各項(xiàng)突發(fā)意外，保障網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的服務(wù)能力。

交換機(jī)；散熱裝置

前言

隨著高清視頻和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，通信已經(jīng)成了工作與生活中不可缺少的組成部分。為了滿足用戶對(duì)性能、服務(wù)的要求，交換機(jī)的功率密度將會(huì)不斷提高，芯片的熱流密度也會(huì)增大，這就要求設(shè)備具有良好的散熱設(shè)計(jì)?；谝陨弦蛩?，本文從三個(gè)方面入手，對(duì)散熱裝置的選擇、印制板及整體設(shè)備散熱設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要概述。

1.網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的散熱概況

1.1 溫度對(duì)電子設(shè)備的影響

以太網(wǎng)交換機(jī)作為目前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的設(shè)備主體，高性能、大容量已經(jīng)成為其必然趨勢。用戶量大、能耗比較高、散發(fā)出來的熱量也很大，若此時(shí)不加以控制，就會(huì)給元器件造成壓力，甚至造成設(shè)備的故障和損壞。在實(shí)際工作中，電子設(shè)備的有效輸出功率僅占輸入功率的一小部分，大部分功率以熱量形式散失，這在大功率電子設(shè)備中尤為明顯。若不能將熱量及時(shí)散出去，電子元件在高溫下將會(huì)產(chǎn)生損壞，例如變壓器、扼流圈等材料絕緣性能退化、電容器等材料熱老化、低熔點(diǎn)焊縫開裂、焊點(diǎn)變脆脫落等。電子元件的失效不僅會(huì)造成設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還可能造成整機(jī)破壞，如材料軟化，造成應(yīng)力結(jié)構(gòu)不合理，進(jìn)而對(duì)整個(gè)電子設(shè)備系統(tǒng)造成影響。

1.2 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的散熱要求

高性能的核心以太網(wǎng)交換機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有重要價(jià)值網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)從整體上被分為單板區(qū)、風(fēng)扇區(qū)、電源區(qū)、背板四個(gè)部分,無論是單板區(qū)還是電源區(qū)，產(chǎn)生的熱量都很高，溫度又是導(dǎo)致其失效的重要因素，因此，作為通訊網(wǎng)絡(luò)的重要結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)對(duì)散熱提出了較高的要求。實(shí)驗(yàn)表明，固定空氣流量、固定散熱器壓降以及固定風(fēng)扇功耗等參數(shù)都會(huì)對(duì)散熱器性能造成影響。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的散熱要求不僅提現(xiàn)在對(duì)溫度的控制和冷卻上，還體系其熱阻和熱流特性對(duì)散熱器參變量的相互適應(yīng)上?，F(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的散熱要求溫差傳熱和磨擦損失等不可逆的能量做功損失最小，同時(shí)還能夠協(xié)調(diào)熱阻和流阻，達(dá)到性能的綜合優(yōu)化。

1.3 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)散熱技術(shù)

電子設(shè)備的散熱是熱技術(shù)的一項(xiàng)重要組成部分，良好的散熱基于熱分析、熱設(shè)計(jì)以及熱測試一系列過程，并能對(duì)不同的電子設(shè)備起到有效散熱作用。熱分析指在設(shè)備的概念設(shè)計(jì)階段，采用有限元法、有限差法等數(shù)學(xué)方法模擬出的電子設(shè)備的溫度分布，為散熱設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，減少投入使用后散熱問題的出現(xiàn)。熱設(shè)計(jì)即散熱設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段選擇冷卻方法并運(yùn)用不同層級(jí)的散熱裝置，來實(shí)現(xiàn)一套可靠的散熱系統(tǒng)。散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接決定了產(chǎn)品的散熱性能，在這一過程中，元器件選擇及裝置的布局等都會(huì)對(duì)其造成影響，對(duì)于電子設(shè)備尤其是交換機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行具有決定性的作用。熱測試是對(duì)產(chǎn)品散熱性能的檢驗(yàn)過程，通過測量原型機(jī)溫度來檢測散熱系統(tǒng)的有效性。通過熱測試，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案可以得到改善，其測量數(shù)據(jù)和結(jié)論能夠促進(jìn)交換機(jī)散熱持續(xù)改進(jìn)。

2.網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的散熱裝置

2.1 散熱裝置的選擇

通訊設(shè)備大功率芯片的散熱普遍使用高性能的熱管翅片散熱器，選擇風(fēng)扇時(shí)考慮的因素很多，包括風(fēng)扇的風(fēng)量、靜壓、壽命、轉(zhuǎn)速、噪音及空間尺寸等，其中，風(fēng)扇的風(fēng)量和靜壓對(duì)其影響最大。風(fēng)扇的總風(fēng)量取決于風(fēng)扇的數(shù)量以及組合形式，單個(gè)風(fēng)扇的風(fēng)量和風(fēng)壓是一定的，選擇散熱裝置時(shí)，要考慮實(shí)際風(fēng)量需求，以及對(duì)其他結(jié)構(gòu)的影響。例如將兩風(fēng)扇串聯(lián)，將送風(fēng)量適當(dāng)提高，同時(shí)測量風(fēng)扇的工作點(diǎn)與風(fēng)扇特性曲線的位置關(guān)系，盡量提高其抗干擾能力，確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定工作。也可以增加翅片密度，以增加換熱面積減少熱阻。在此過程中，需要注意散熱器流阻和熱阻特性，避免由于增加密度導(dǎo)致流動(dòng)阻力過大，對(duì)散熱性能造成不利影響。風(fēng)扇工作點(diǎn)決定流過散熱器的空氣流量，對(duì)于散熱裝置的優(yōu)化具有實(shí)際意義。實(shí)際過程中，散熱器的優(yōu)化還要考慮其空間尺寸及可制造性。目前應(yīng)用較多的散熱器制程工藝主要有鋁擠、壓鑄、鍛造、折疊、粘接、鏟削等,根據(jù)工藝的不同，散熱器的最小翅片厚度和間距也有所差異，在散熱裝置的選擇和優(yōu)化時(shí)要對(duì)其綜合考慮。

2.2 印制板散熱設(shè)計(jì)

印制板作為交換機(jī)的重要部件，對(duì)整體散熱量有很大影響。印制板良好的散熱可以為散熱裝置提供輔助，降低散熱裝置工作壓力?，F(xiàn)階段印制板主要通過將元器件產(chǎn)生的熱量以導(dǎo)熱的形式傳遞到機(jī)箱側(cè)壁以及外部環(huán)境，來達(dá)到散熱的目的。為了平衡散熱量，印制板上的元器件多按熱量大小和散熱程度分區(qū)排列，并針對(duì)元器件的耐熱程度進(jìn)行合理安排。例如使發(fā)熱器件盡可能分散布置，將發(fā)熱量小或耐熱性差的元件放置在冷卻氣流上層，或針對(duì)少數(shù)發(fā)熱過大的元器件，設(shè)置單獨(dú)的散熱裝置等。目前為了加強(qiáng)印制板的散熱設(shè)計(jì)，可以采用添加散熱孔或柔軟熱相變導(dǎo)熱墊等方式，以增強(qiáng)其散熱效果。

2.3 整體散熱設(shè)計(jì)

交換機(jī)器件的布局對(duì)于散熱有很大的影響，相同熱耗的器件安裝在不同的位置會(huì)有不同的溫度結(jié)果，除了將大功耗元件及耐熱元件布置在下風(fēng)口，還要考慮背板位置對(duì)于通風(fēng)口風(fēng)道以及通風(fēng)方式的影響。實(shí)驗(yàn)表明，不同布局下影響芯片結(jié)溫的主要因素是散熱器的風(fēng)量。為了改善交換機(jī)散熱性能，可以采取以下幾種方式，例如采用交錯(cuò)布置，避免平行布置；將散熱器翅片置于出口處，使其得到充足的冷卻氣流；或改變原通風(fēng)方式，將風(fēng)扇布置于機(jī)箱側(cè)面，一方面避免風(fēng)扇抽風(fēng)口受堵，另一方面降低芯片結(jié)溫，使流場內(nèi)部壓力分布更加均勻，散熱效果更好。交換機(jī)整體散熱設(shè)計(jì)需綜合考慮熱布局建議、元器件走線及系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)計(jì)等因素，以便在現(xiàn)實(shí)可行的基礎(chǔ)之上降低溫度對(duì)于設(shè)備運(yùn)行的影響。

結(jié)語

隨著現(xiàn)代社會(huì)通信要求的不斷提升以及周邊環(huán)境的變化，交換機(jī)技術(shù)也將相應(yīng)的迅速發(fā)展，交換機(jī)的性能也將得到不斷的完善。核心網(wǎng)交換機(jī)作為局域網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的關(guān)鍵支持設(shè)備,需要在技術(shù)、功能上不斷創(chuàng)新，利用先進(jìn)的技術(shù)與工藝手段，保證其良好運(yùn)行，同時(shí)延長其使用壽命，擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益。

[1]徐龍?zhí)?電子封裝中熱可靠性的有限元分析[碩士學(xué)位論文].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013

[2]鄭鑫.淺談核心網(wǎng)交換機(jī)的維護(hù)與管理[J].信息通信,2012（3）：241-241

寶音（1981-），內(nèi)蒙古呼和浩特人，工程師，從事信息網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和信息安全與應(yīng)急處理工作。