一种真空系统中散热件的密封散热装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种真空散热件的密封散热装置，用于真空环境中电子学系统的真空密封散热，该装置包括上法兰(1)、电子学系统(4)、下法兰(8)，其中，上法兰(1)上开有第一密封槽(3)，下法兰(8)上开有双密封槽结构，其包括第二密封槽(5)和第三密封槽(7)，第二密封槽(5)和第三密封槽(7)之间开有抽气槽(6)。
【专利说明】
一种真空系统中散热件的密封散热装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种真空散热件的密封散热装置，尤其用于电子学系统的真空密封散热。
【背景技术】
[0002]真空环境加工、制造或航天载荷中存在各种需要在真空环境中正常运行的电子学系统完成控制、信息采集、处理、传输等工作。然而在真空环境中运行的电子学系统存在两方面困境:从电子学系统自身出发，部分电子器件例如电解电容在真空系统中内外压差导致其失效，并且当电子学系统在低真空范围运行时存在放电安全隐患；另一方面，电子学系统表面存在大量有机材料，有机材料在真空环境放气产生的气体及颗粒物质污染真空环境。综上，有必要为电子学系统设计合理的密封装置将其与真空系统隔离，提升整体系统可靠性。
[0003]完成电子学系统的密封后，安装在真空密封散热结构中的电子学系统工作过程中会产生热量引起电子学系统表面温度升高，在连续工作过程中热量在密封散热结构内累积，电子学系统表面温度高于一定范围后影响器件性能、寿命甚至烧坏元件。因此需要对其进行有效的散热设计，释放工作过程中产生的热量，从而保证电子学系统正常工作。
[0004]现有技术的真空密封散热装置如图1所示，由上法兰1、下法兰3、盒体4、冷却介质管道5组成。电子学系统6安装在真空密封结构内，通过上法兰1、下法兰3压紧密封槽2内的密封圈完成密封。电子学系统6工作过程中产生的热量通过安装支架7传导到真空密封盒体4上，再由盒体4与焊接在盒体4上的冷却介质管道5完成热交换，达到电子学系统的散热目的。这样的散热方式存在三方面问题:首先，散热介质与散热器件不直接接触，之间存在三次热耦合过程，直接影响热交换效率;其次，对电子系统整体进行散热，不利于高功率器件例如处理芯片局部快速散热，容易导致电子学系统局部温度过高；最后，该密封结构包含上下法兰1、3，密封盒体4三部分，整体体积、质量较大，灵活性、稳定性较差。
[0005]本发明是一种真空密封散热装置，主要用于解决以下技术问题:(I)电子学系统在真空环境中工作时，与真空环境的有效密封隔离技术；(2)真空密封件内的电子学系统高效散热技术；(3)真空密封件内的电子学系统的局部加强散热技术；(4)优化真空密封散热件结构，减小真空密封散热装置的体积、重量。
【发明内容】
[0006]本发明提出一种电子学系统的紧凑真空密封结构装置，用于电子学系统的真空密封散热，该装置包括上法兰(1)、电子学系统(4)、下法兰(8)，其中，上法兰(I)上开有第一密封槽(3)，下法兰(8)上开有双密封槽结构，其包括第二密封槽(5)和第三密封槽(7)，第二密封槽(5)和第三密封槽(7)之间开有抽气槽(6)。
[0007]优选地，上法兰(I)下部除密封接口外，中间部分掏空为电子学表面的元器件留出空间。
[0008]优选地，电子学系统(4)背面涂覆绝缘层和防水层，边缘留出与上法兰(1)、下法兰
[8]相配合的法兰连接孔，安装时对齐上法兰(I)、电子学系统(4)、下法兰(8)的连接孔，通过螺栓(2)拧紧。
[0009]优选地，上法兰(I)采用橡胶密封或者金属密封，下法兰(8)上采用双密封槽结构，第二密封槽(5)和第三密封槽(7)可以采用双橡胶密封、双金属密封或一金属一橡胶混合密封。
[0010]优选地，橡胶密封采用橡胶O型圈，金属密封采用实心丝圈软金属或者弹性金属。
[0011]优选地，实心丝圈软金属为锡丝、退火铜丝、银丝、铟丝、铝丝、金丝之一，弹性金属为空心金属O型圈或C型圈，其以液态金属填充。
[0012]优选地，下法兰(8)为热导率系数较高的实心金属结构，下法兰(8)上具有散热介质通道(9)，通过一个介质入口和一个介质出口完成散热介质在下法兰(8)上散热介质通道
(9)中的循环。
[0013]优选地，利用盖板(10)与下法兰(8)焊接，将散热介质完全密封在散热介质通道
(9)内。
[0014]优选地，抽气槽(6)通过管道与干式机械栗相连。
[0015]本发明直接将电子学系统密封在上下密封法兰之间，隔离电子学系统与真空环境，在保证电子学系统正常工作的同时防止其释放的气体及微粒污染真空环境。同时，本发明提供了几种真空密封结构中电子学系统的散热方式，解决了电子学系统的高效散热及局部加强散热问题。最后，通过夹层抽气的方式抽出电子学系统和密封法兰之间的残余气体或可能泄露的冷却介质，进一步保证真空系统内部的清洁度。
[0016]与现有技术相比，本发明在满足电子学系统与真空环境有效隔离的基础上，结构紧凑、体积小、质量轻，便于搬运、稳定性好，更适合用于运动件控制器的电子学系统的密封与散热;本发明的散热介质与电子学系统直接接触，散热效率更高;本发明能够根据电子学系统的热功率分布设计散热热沉结构，加强局部尚功率器件的散热效率。
【附图说明】
[0017]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0018]图1为现有技术的真空密封散热装置；
[0019]图2为本发明所述真空密封散热装置实施例1;
[0020]图3a为本发明所述真空密封散热装置实施例2;
[0021]图3b为本发明所述真空密封散热装置实施例2的均匀散热介质通道下法兰示意图；
[0022]图4为本发明所述真空密封散热装置的非均匀散热介质通道下法兰示意图；
[0023]图5为本发明所述真空密封散热装置实施例4。
【具体实施方式】
[0024]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0025]根据本发明的实施方式，提出一种电子学系统的紧凑真空密封结构。
[0026]如图2所示，本发明涉及的电子学系统真空密封结构主要包括上法兰1、电子学系统4、下法兰8。其中，上法兰I上开有第一密封槽3，下法兰8上开有第二密封槽5和第三密封槽7，第二密封槽5和第三密封槽7之间开有抽气槽6。上法兰I除必要的密封接口外中间部分掏空为电子学表面的元器件留出足够空间。下法兰8作为密封法兰的同时也起到热沉的作用，根据实际散热需求对其具体结构进行设计。
[0027]电子学系统4背面涂覆绝缘层和防水层，边缘留出与上法兰1、下法兰8相配合的法兰连接孔，安装时对齐三部分连接孔通过螺栓2拧紧。上法兰I的密封面上开第一密封槽3，可采用橡胶O型圈，实心丝圈例如锡丝、退火铜丝、银丝、铟丝、铝丝、金丝等软金属，弹性金属例如空心金属O型圈、C型圈等，以及液态金属填充。最后通过螺栓2拧紧完成上法兰I与电子学系统4之间的密封。
[0028]下法兰8上开有双密封槽结构，第二密封槽5和第三密封槽7，两个密封槽可以根据需求采用双橡胶密封、双金属密封或一金属一橡胶混合密封，若真空环境对污染物控制量较为严格，建议在真空端的第二密封槽(5)中采用金属密封。橡胶密封可采用橡胶O型圈，金属密封可采用实心丝圈，例如锡丝、退火铜丝、银丝、铟丝、铝丝、金丝等软金属，弹性金属例如空心金属O型圈、C型圈等，以及液态金属填充。双层密封槽之间设有夹层抽气槽6，抽气槽6通过管道与干式机械栗相连，利用机械栗抽走密封法兰与电子学系统间隙的残留空气，进一步减小泄漏率提高密封效果。
[0029]下法兰8作为密封法兰的同时也起到散热热沉的作用。图2中的实施例1中的下法兰为实心金属结构热导率系数较高，通过螺栓2拧紧与待散热电子学系统紧密结合，将带散热电子学系统上的热量带走，适用于散热量相对较小并且热分布相对均衡的电子学系统。
[0030]当实施例1中的下法兰8热沉结构不能满足电子学系统所需散热效率时，在下法兰8上加工出散热介质通道，利用循环流动的散热介质与电子学系统直接接触过程中发生的热交换带走电子学系统表面热量。如图3中的真空密封散热装置实施例2。散热介质通道9通过一个介质入口和一个介质出口完成散热介质在下法兰8上散热介质通道9中的循环。散热介质直接与电子学系统接触，在介质循环过程中带走电子学系统表面热量。散热介质可根据实际需求选择冷却气体、冷却液体、液态金属等材料。散热介质通道9通过上下法兰双层密封结构与电子学系统完成密封。同时，第二密封槽5、第三密封槽7之间的抽气槽6通过管道与干式机械栗相连，将有可能泄露的散热介质抽走，防止其泄漏到真空环境中。
[0031]实施例2适用于功率相对均衡的电子学系统，对于局部存在高功耗元件需要局部加强散热的电子学系统可以采用如图4所示的非均匀散热介质通道下法兰，在需要加强散热区域增加散热介质通道密度的方法实现局部强化加热。散热介质通道的设计根据实际需要灵活调整，并不局限于所述实施例。
[0032]图5所示实施例利用盖板10与下法兰8焊接将散热介质完全密封在散热介质通道9内，实现散热介质零泄漏。
[0033]以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做作得任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0034]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种真空散热件的密封散热装置，用于真空环境中电子学系统的真空密封散热，该装置包括上法兰(I)、电子学系统(4)、下法兰(8)，其中，上法兰(I)上开有第一密封槽(3)，下法兰(8)上开有双密封槽结构，其包括第二密封槽(5)和第三密封槽(7)，第二密封槽(5)和第三密封槽(7)之间开有抽气槽(6)。2.根据权利要求1所述的装置，上法兰(I)下部除密封接口外，中间部分掏空为电子学表面的元器件留出空间。3.根据权利要求1所述的装置，电子学系统(4)背面涂覆绝缘层和防水层，边缘留出与上法兰(I)、下法兰(8)相配合的法兰连接孔，安装时对齐上法兰(I)、电子学系统(4)、下法兰(8)的连接孔，通过螺栓(2)拧紧。4.根据权利要求3所述的装置，上法兰(I)采用橡胶密封或者金属密封，下法兰(8)上采用双密封槽结构，第二密封槽(5)和第三密封槽(7)可以采用双橡胶密封、双金属密封或一金属一橡胶混合密封。5.根据权利要求4所述的装置，橡胶密封采用橡胶O型圈，金属密封采用实心丝圈软金属或者弹性金属。6.根据权利要求5所述的装置，实心丝圈软金属为锡丝、退火铜丝、银丝、铟丝、铝丝、金丝之一，弹性金属为空心金属O型圈或C型圈，其以液态金属填充。7.根据权利要求3所述的装置，下法兰(8)为热导率系数较高的实心金属结构，下法兰(8)上具有散热介质通道(9)，通过一个介质入口和一个介质出口完成散热介质在下法兰(8)上散热介质通道(9)中的循环。8.根据权利要求7所述的装置，利用盖板(10)与下法兰(8)焊接，将散热介质完全密封在散热介质通道(9)内。9.根据权利要求1所述的装置，抽气槽(6)通过管道与干式机械栗相连。
【文档编号】H05K5/06GK106028727SQ201610457964
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】张罗莎, 王魁波, 吴晓斌, 陈进新, 罗艳, 谢婉露, 周翊, 王宇
【申请人】中国科学院光电研究院