基于ASAAC標準穿通風(fēng)冷模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、    基于asaac標準穿通風(fēng)冷模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計    黃賢浪摘要：隨著電子設(shè)備熱流密度的提高，電子元器件的散熱設(shè)計在電子設(shè)備的設(shè)計中越來越重要，甚至可能成為設(shè)備進一步集成的關(guān)鍵因素。目前能額外提供環(huán)控風(fēng)、液冷源等特殊散熱環(huán)境的電子設(shè)備使用平臺較少，大多電子設(shè)備依然依賴于設(shè)備自身設(shè)計強迫風(fēng)冷系統(tǒng)完成散熱。主要研究了基于asaac標準穿通風(fēng)冷模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，以期為相關(guān)人員提供參考。關(guān)鍵詞：電子設(shè)備;lrm模塊標準;結(jié)構(gòu)設(shè)計;散熱設(shè)計中圖分類號：tn60文獻標識碼：adoi： 10.15913/ki.kjycx.2019.11.063為滿足電子設(shè)備的維修需求，同

2、時提高日益復(fù)雜和高度集成的電子系統(tǒng)的可靠性和容錯能力，便于擴展、改裝，降低開發(fā)、維修費用，多數(shù)綜合化的電子設(shè)備采用了lrm模塊化的設(shè)計思路。asaac標準模塊是歐洲參照美國相關(guān)軍用標準開發(fā)的一種lrm模塊標準，已經(jīng)廣泛運用于軍品和民用電子產(chǎn)品。目前基于asaac標準的綜合化電子設(shè)備常用的強迫風(fēng)冷方式主要分為傳導(dǎo)冷卻和穿通強迫風(fēng)冷冷卻。其主要區(qū)別在于傳導(dǎo)路徑的不同，二者傳導(dǎo)路徑如圖1和圖2所示。直觀可見，穿通強迫風(fēng)冷較傳導(dǎo)冷卻少一個熱阻，其效率相對較高，并可以省去冷板設(shè)計，這種結(jié)構(gòu)形式使用日益增多。區(qū)別于模塊化的傳導(dǎo)冷卻方式和獨立電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷方式，基于穿通風(fēng)冷的綜合電子設(shè)備模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計在結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計、散熱設(shè)計和屏蔽設(shè)計等方面有所差異。就一般穿通風(fēng)冷模塊和傳導(dǎo)風(fēng)冷模塊在結(jié)構(gòu)設(shè)計、散熱和防護設(shè)計等方面的差異進行總結(jié)，并介紹一般穿通風(fēng)冷模塊的設(shè)計形式。1 結(jié)構(gòu)設(shè)計基于asaac標準的lrm模塊如圖3所示，主要由模塊主體、起拔器、鎖緊條和對外連接器組成。1.1 起拔器作為lrm模塊的標準配置，起拔器可以實現(xiàn)快速lrm插拔。起拔器以安裝螺釘為轉(zhuǎn)軸，長邊作為手動施加力矩，短邊與機架安裝面作用，帶動模塊沿模塊肋條方向運動，實現(xiàn)插入或拔出模塊。穿通風(fēng)冷模塊的起拔器作用等同于一般傳導(dǎo)模塊的作用，但是一般而言，基于傳導(dǎo)模塊的綜合機架一般采用密封設(shè)計，設(shè)計有前蓋板，使用的起拔器不宜太凸出模塊前端面。對于

4、兩層及以下的穿通風(fēng)冷機架，一般不設(shè)計前蓋板，使用的起拔器也更為自由。1.2 鎖緊條一般基于傳導(dǎo)冷卻的asaac模塊，其鎖緊肋條一般厚度為7 mm，除去增強模塊的剛度外，可以更多地傳遞熱量，且一般的傳導(dǎo)冷卻模塊為減小熱阻會使用鎖緊條，鎖緊條根據(jù)模塊的重量和力學(xué)振動量級而定。穿通風(fēng)冷模塊主要通過模塊的側(cè)面進行強迫風(fēng)冷，模塊肋條的散熱作用較弱。為此其模塊肋條可以設(shè)計得更薄，一般其厚度為2.5-3 mm。對于振動量值不高，重量不大的模塊甚至可以取消鎖緊條，采用鎖緊力較小但是更為快速的鎖緊方式。1.3 對外連接器為實現(xiàn)模塊的快速維護，一般模塊的信號通過模塊背后的連接器實現(xiàn)對外電氣互聯(lián)。對于有軟件升級需求

5、或監(jiān)測的模塊，其正前面可以設(shè)計調(diào)試口，并設(shè)計小蓋板封堵，以滿足電磁屏蔽要求。隨著模塊功能性能提升，對外電氣信號接口需求數(shù)量日益增多，目前常用的有l(wèi)rm系列連接器，其具有多低頻、射頻，大電流、光信號的傳輸需求。lrm連接器如圖4所示。1.4 模塊主體結(jié)構(gòu)形式模塊主體作為承載電路印制板和元器件的主要部分，通過蓋板加盒體的結(jié)構(gòu)形式拼裝而成。對于數(shù)字信號類模塊，其器件/芯片抗電磁干擾能較強，在模塊內(nèi)部一般不做更多的屏蔽設(shè)計;對于模擬信號類模塊，內(nèi)部需要根據(jù)器件/芯片抗電磁干擾能力進行屏蔽設(shè)計。模擬信號類模塊內(nèi)部的屏蔽設(shè)計一般通過三種方式實現(xiàn)，分別是盒體增加金屬件屏蔽體、蓋板上增加屏蔽隔斷、印制板上使用

6、器件封裝。模塊的開蓋方式有單面開蓋和雙面開蓋，一般由內(nèi)部的電氣功能屏蔽需求和內(nèi)部器件數(shù)量決定。對于雙面開蓋的傳導(dǎo)模塊，為避免蓋板與盒體接觸面的熱阻，芯片熱量可以通過模塊內(nèi)部的金屬面導(dǎo)至模塊肋條處。無論雙面開蓋還是單面開蓋，穿通風(fēng)冷模塊的芯片熱量都須導(dǎo)至蓋板上。單面開蓋模塊結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。1.5 表面涂覆與防護設(shè)計對于傳導(dǎo)冷卻模塊，為減小接觸熱阻，模塊肋條和機架接觸面均不噴涂油漆，一般傳導(dǎo)冷卻機架為封閉結(jié)構(gòu)，能為傳導(dǎo)冷卻模塊提供一定的防護。傳統(tǒng)風(fēng)冷模塊直接暴露于外界環(huán)境中，需要直接面對大氣環(huán)境;模塊外表面不起傳導(dǎo)散熱作用，為此，一般將模塊后部的導(dǎo)電面外的其余表面全部噴涂油漆。由于油漆的厚度精

7、度遠低于機械加工面精度，在實際生產(chǎn)過程中，需要預(yù)留產(chǎn)品油漆尺寸，并嚴格控制油漆厚度。2 散熱設(shè)計傳導(dǎo)與穿通風(fēng)冷模塊最大的區(qū)別在于散熱路徑的不同，二者在散熱設(shè)計上也存在較大差異。穿通風(fēng)冷模塊的芯片熱量傳遞路徑為：芯片表面>導(dǎo)熱墊（脂）>模塊蓋板及散熱齒>冷卻風(fēng)。對于熱流密度較高的芯片，對應(yīng)蓋板的散熱處還應(yīng)當設(shè)計散熱齒。一般散熱齒應(yīng)當平行于冷卻冷的流向，并在該方向留出暢通的通道。對于較大的散熱設(shè)計金屬塊，可以進一步在其上設(shè)計散熱齒，以減輕重量，具體散熱設(shè)計如圖6所示。對于蓋板上的散熱齒，可以根據(jù)熱流分布適當削減，尤其對于靠邊的散熱齒，在不影響蓋板強度的前提下可以削減。對于兩層穿通風(fēng)冷的機架，為盡量減小出風(fēng)口模塊對入風(fēng)口模塊的散熱風(fēng)量影響，在設(shè)計時，對上下層模塊的散熱齒從同一起始位置算起，按照一定間隙規(guī)律朝一個方向延伸。相對于傳導(dǎo)散熱，穿通冷卻模塊的蓋板（或盒體）無需在導(dǎo)熱路徑上將熱全部導(dǎo)至肋條處，蓋板（或盒體）可以除去加強和散熱處，將其設(shè)計得更薄。3 結(jié)束語穿通風(fēng)冷模塊盡管提升了散熱