一种高可用模组化电子设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高可用模组化电子设备，设备由背板分为前、后两个空间，分别安装主功能模块和辅助功能模块。主功能模块由金属壳体封闭，处于散热风道中，散热气流通过后部空间的封闭风道排到外部环境。电子设备整体具备较高防护等级和良好散热性能，能在恶劣环境中稳定工作。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及模组化电子设备，尤其涉及散热优良的高防护等级电子设备。
技术介绍
在工业或其他恶劣环境应用的电子设备需具有较高的防护等级(防尘、放水、防电磁干扰)，同时要具有良好的散热性能，以保证设备稳定工作。目前电子设备往往不能同时解决高防护等级与良好的散热性要求。为提高防护等级而采取的模组化设计方案，其散热路径一般是芯片-导轨-热冷板-风道-外部环境，路径较长、导轨导热面积小，影响散热效果；如果牺牲防护等级(低于IP44)，则芯片的散热片置于风道内，灰尘、水汽、霉菌等有更多可能接触电路板，造成腐蚀、短路、局部阻抗改变等缺陷，影响设备寿命及工作稳定性。为解决上述问题，本专利技术人提出了一种电子设备功能模块及结构设计方案，在提高设备的密闭保护性能的同时，能保证良好的散热效果，确保了电子设备的可靠性、可用性。
技术实现思路
电子设备整体为方体结构，由连接背板分为前、后两个空间。前部空间机箱底板具有多个槽位，每个槽位可放置一个主功能模块，如主控模块、交换模块等，功能模块由外壳封闭防护，插入背板后形成整体密封结构。前部空间的上部安装风扇模块，外部空气从面板底部的进气孔进入，流经主功能模块、由背板通气孔进入后部空间的风道，通过排气孔排到外部环境。进一步地，主功能模块的主要工作器件与外壳贴合，热量传导到外壳，而且此外壳直接处于散热风道中，整体热交换效率较高。主功能模块的外壳由两个侧板拼合，拼接槽放置导电橡胶封条，电路板通过紧固螺丝与外壳固定。进一步地，此功能模块插入背板连接器，连接缝隙填充导电衬垫形成密封结构。因此，整体主功能模块的电路板具有了较高的防护等级。电子设备的后部空间机箱底板具有多个槽位，每个槽位可放置一个辅助功能模块，如接口模块、电源模块等。进一步地，后部空间的风道是密闭的，辅助功能模块处于密封的空间中，得到了防尘、防水等保护。优选地，电子设备的机箱为金属材质，并进行导电氧化，机箱连接缝隙用导电橡胶衬垫。因此该电子设备整体能达到较高的IP防护、电磁防护等级。以下，结合附图具体说明本技术方案的实现。附图说明图1电子设备整体结构图；图2主功能模块外部结构图；图3主功能模块结构分解图；图4主功能模块剖面图；图5主功能模块-背板连接图；图6附属模块图；图7后部空间风道结构图；图8交换机产品立体图；具体实施方式如图1所示电子设备整体为方形结构，方体机箱内104为背板模块，其将机箱分为前后两个空间；前部空间机箱底板具有至少一个槽位，每个槽位可放置一个主功能模块(102)，如主控模块、交换模块等；101为主功能模块的前面板，主功能模块插入背板模块并固定。后部空间机箱底板具有至少一个槽位，每个槽位可放置一个辅助功能模块(103)，如电源输入模块，接口模块等。105为进气孔，外部空气由此进入设备的风冷通道。风扇模块(106)置于前部空间上部，其通过背板模块通风孔(107)将风送入后部空间。如图2所示，功能模块采用封闭结构，201为模块外壳，203为外壳的散热肋，模块通过紧固螺丝(202)在设备机箱固定；图3为主功能模块结构分解图，302为功能模块电路板，301是外壳的两个侧板，两侧板通过放置导电橡胶封条的密封槽结构拼合，闭合后将模块电路板封闭在密闭空间，并通过紧固螺孔(303)将电路板与外壳固定。主功能模块电路板与背板的连接采用密闭性设计，如图5所示：背板连接器(504)由背板框架(503)围固在背板上，背板与支撑板间填充导电衬垫(502)，主功能模块(501)插入背板连接器后，与背板框架及导电衬垫形成密封结构。优选地，模块外壳采用金属材质，背板模块的支撑板采用铝合金材质、表面导电氧化处理，主功能模块密封结构是成导电闭合体，具有较高的电磁防护性能。图6所示电源输入模块，是一种辅助功能模块。辅助功能模块不采用密闭外壳，直接安装在机箱后部空间的槽位。本方案机箱后部空间采用密闭散热风道设计，保证了后部空间的整体密闭性，增强了对辅助功能模块的保护，详见下述散热设计说明。主功能模块电路板的芯片等原器件是主要的热源，本方案采用导热+风冷的散热模式：图1中风扇(106)安装在机箱前部空间的上部，如图7中703所示，风扇模块可整体拆装。风扇吸风，外部空气从前面板底部的进气孔进入，流经所有主功能模块，主功能模块外壳的散热肋增大了风冷散热面积。图4是主功能模块剖面图，401是主功能模块电路板，402、403为两侧外壳，电路板芯片通过导热垫与模块外壳贴合、接触导热，热量经外壳由散热冷风带走。优选地，主功能模块上部安装导热板(704)，与各主功能模块接触导热，自身处于风道中，增加了散热面积。可见本方案主功能模块的散热路径较短，能达到较好的散热效果。如图7，散热气流通过背板模块通风孔(701)进入机箱后部空间，705是风道臂，在机箱后部空间上部构成密闭风道，散热气流经风道和排风孔(702)排放到外部环境。该密闭散热风道对机箱后部空间降温、散热，并保证了辅助功能模块与外部环境隔离，提高了防护性(防尘、防水)。优选地，在辅助功能模块上部可安装导热板，如图1中108所示，与各模块接触导热，增大了辅助功能模块的散热面积，提高散热效果。本技术方案在一款交换机产品的具体实施说明：交换机设备整体为标准4U-19英寸机架式，产品外形如图8，外形尺寸(宽：482.6mm，高177mm，深329.4mm)。机箱前部空间有16个槽位、安装16个可插拔功能模块，包括：交换模块、主控模块、电源模块等；机箱后部有16个槽位、安装16个可插拔辅助功能模块，包括：接口模块、电源输入模块等；风扇模块位于机箱前上部，可独立更换。机壳的前面板下部有多个小孔作为通风进气孔，主功能模块模块功率30W，由金属壳体封闭，处于风道中，防护等级达到IP44。交换机产品按照本方案导热+风冷的散热模式研制，整机散热效果良好，验证结果：环境70℃，整机功耗170W时，受控芯片最高温度为89.4℃,低于结温125℃,满足芯片环境要求，整机连续运行12小时，设备正常。交换机机箱结构为经导电氧化的电镀的铝合金材质，连接缝隙采取导电橡胶衬垫，整机电磁密封良好，防护等级达到IP44，电磁兼容性测试符合军用设备规范要求。通过该产品的研制和验证，说明本设计方案能够制造出适应于恶劣环境及复杂电磁环境条件下使用的电子设备。在一款交换机产品中的应用说明，并非对本方案加以限制。在交换机或类似电子设备中应用本技术方案，都在本技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可用模组化电子设备，其特征在于：所述电子设备由背板分为前、后两个空间；所述电子设备前部空间的功能模块由外壳封闭防护，插入背板后形成整体密封结构；所述电子设备前部空间的上部安装风扇模块，外部空气从面板底部的进气孔进入，流经功能模块、由背板通气孔进入后部空间的风道；所述电子设备的后部空间中，风道通过排气孔将散热气流排到外部环境，功能模块与外部环境隔离。

【技术特征摘要】
1.一种高可用模组化电子设备，其特征在于：所述电子设备由背板分为前、后两个空间；所述电子设备前部空间的功能模块由外壳封闭防护，插入背板后形成整体密封结构；所述电子设备前部空间的上部安装风扇模块，外部空气从面板底部的进气孔进入，流经功能模块、由背板通气孔进入后部空间的风道；所述电子设备的后部空间中，风道通过排气孔将散热气流排到外部环境，功能模块与外部环境隔离。2.根权利要求1所述的高可用模组化电子设备，其特征在于，所述电子设备前部空间功能模块的主工作器件与外壳贴合。3.根权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬文，
申请(专利权)人：北京东土军悦科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11