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热设计对交换机有多重要,看看这个就知道!

时间:2018-06-15 来源:本站


自1947年世界上第一个晶体管在贝尔实验室诞生,人类迈入了集成电路时代!根据摩尔定律,IC集成电路密度越来越高,尺寸要求越来越小,IC制程工艺不断向微小化发展。但是,当芯片的结温(Tj)每上升10℃时,器件的寿命减少大约一半,故障率提高大约2倍。这些问题的存在,导致芯片设计者不得不考虑热失效问题!而产品研发人员也不得不考虑芯片热设计和产品散热问题。


芯片是交换机产品极为重要的元器件,芯片热设计、热处理水平关系到交换机产品的稳定可靠性。下面针对电子元器件的热设计进行简单介绍。


芯片热处理主要思路

芯片热处理的主要思路有以下几个方面:一是选择低功耗、低热阻器件;二是优化局部热源环境,使整体芯片工作结温低于规格要求;三是选择好的导热材料和工艺,实现快速导热。


1、芯片选型

关于芯片的选型,芯片手册中关于热性能参数一般都提供TA、TJ 、ΘJC 、 ΘJA 、PD、 RDS 、I等;根据TJ 结温计算公式:TJ = TC + (ΘJC × Pd),并将规格书参数套入结温公式,可以选型最合适的器件。


同等条件下,优选芯片底部有散热片焊盘及芯片表面有金属材质封装的设计方案。为保证产品质量,除了选择优秀的芯片方案,优特普还结合自身产品特点,对部分关键芯片温度降额做出了以下严格规定,以保证产品使用时的可靠性。


2、优化局部散热环境

热量的传递路径(散热方式)主要有以下三种:热传导、热对流、热辐射。优特普工业类、工业级产品大多采用被动式自然散热方式,并且运行在无风密闭环境。因此,根据产品的安装结构特点及使用环境,我们设计的交换机产品主要采用传导+对流方式,并辅助辐射方式,全方位对热能进行散热,保证产品长期可靠运行。


3、选择导热材料和工艺

在芯片表面增加导热材质,可以更好地帮助散热。用于导热的材料很多,有各类金属、非金属、液体、气体等。一般来说,金属的导热性能要优于非金属。


优特普交换机大多采用导热系数较高的金属材质,如铝合金、铜等。为了增加芯片热传递面积,还采用了多翅片散热片,同时采用纳米喷涂工艺增强热辐射传递性能,提高产品的整体散热性能。


热设计在交换机中的应用

优特普大功率无风扇PoE交换机UTP7524GE-POE-P采用优秀的散热方案,产品内部使用高效散热片,产品机身正面顶部、左右两侧分布散热孔。这样的设计保证了产品在无风扇的情况下也能正常散热,设备即使在55℃的高温下也能正常工作。

优特普大功率无风扇PoE交换机UTP7524GE-POE-P

优特普大功率无风扇PoE交换机UTP7524GE-POE-P


该产品散热仿真如下图所示。


自然对流3D视图


热仿真温度截图


为确保产品的稳定可靠,交换机产品在上市之前还必须经过严苛的器件温升测试,以验证元器件的温度是否符合规定要求。从测试结果可以看出,优特普UTP7524GE-POE-P大功率无风扇交换机的元器件温度值均在规定范围内,并且还保有10%-15%的余量,可以确保交换机在恶劣环境中稳定工作。


UTP7524GE-POE-P元器件温度测试列表


无风扇散热交换机的应用

过去,交换机散热主要通过内置风扇解决,这种方式一方面使得设备在运行过程中噪音较大,不适合对静音要求较高的场所;另一方面风扇运转会产生大量功耗,不利于节能环保,而且影响设备的整体稳定可靠性。


优特普无风扇系列交换机在没有风扇的情况下还能保持稳定运转,且在环境适应性、稳定可靠性、功能性等方面表现都非常优秀,这与产品热设计技术的优化、创新是分不开的。而且,UTP7524GE-POE-P是业界首款大功率无风扇交换机,能支持350W PoE输出,可接入更多前端摄像机。


无风扇系列交换机产品运转时安静、无噪音的特点,非常适合医院、酒店、办公室等要求静音的环境,也适用于安防监控专用领域和其它大中型网络监控工程。


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