一种用于相控阵天线TR热管理的散热组件及其制作方法与流程

本发明属于热管理领域，具体涉及一种用于相控阵天线tr热管理的散热组件。

背景技术：

1、相控阵天线是通过控制阵列天线中辐射单元馈电相位来改变方向图波束指向的一类阵列天线。此类天线在许多能够进行制导、定位的武器装备中广泛应用，例如飞行器、导弹等。现代作战中对前端相控阵天线的高性能、大功率、小体积的要求越来越严苛，因此tr模组上高功率芯片的散热也成为了武器装备发展过程中的关键因素。

2、传统的相控阵天线tr模组的散热组件，各均温板热端与不同通道数的tr模组进行贴合，均温板冷端插入到相变冷板凹槽中，在此结构中均温板承担快速导热的作用，热量传递到相变冷板中的相变材料后进行相变吸热，传统散热组件传热路径为：tr模组芯片—均温板热端—均温板冷端—热界面材料—冷板壳体—相变材料。

3、为了能够适应现代化作战的要求，飞行器、导弹等武器装备正朝着小型化、轻量化的方向发展，同时兼顾更加精准的定位和更长的制导时间，因此相控阵天线中tr模组上的芯片功率就会大幅增加，更大的功率必然会带来更大的发热量。但由于传统散热组件是由均温板与相变冷板分体组装成型，此种方式传热路径较长，传导热阻太大无法快速将热量传递至相变材料，因此，当tr模组的功率增加，热流密度提升时，传统的方案将不可避免的导致芯片超温，这将直接导致芯片热失效，不止于此，传统结构方式因中间传导热阻过大，吸热效率过低，导致相变腔结构臃肿，无法适应武器装备小型化、轻量化的设计要求。

4、为了满足武器装备的发展需求，故提出一种兼具热量的快速转移和热量快速吸收的相变高导热均温板散热组件，可广泛应用于现代作战系统、武器中，该散热组件应满足以下条件：

5、1）该散热组件应具有更小的传导热阻和温度梯度，有助于芯片温度控制；

6、2）整体散热组件具有更小的体积，能代谢更多热量，适用于当前武器装备小型化、轻量化的发展；

7、3）在有限的空间内，提升相变反应速度，以确保单位作战时间内相变材料物尽其用，避免相变材料反应迟滞导致的温升。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决背景技术中所提出的问题，本发明提供了一种用于相控阵天线tr热管理的散热组件，该散热组件中相变高导热一体的均温板模组不仅可以实现热量的快速转移，还可以实现热量的快速吸收，加快了相变的反应速度，大幅减小了传热过程的接触热阻，同时相变高导热一体结构使得散热组件更加小型化、轻量化。

2、为了解决上述问题本发明的技术方案为：

3、本方案指示的一种用于相控阵天线tr热管理的散热组件，其组成为相变高导热一体的均温板模组和带液冷流道的卡环，均温板模组尺寸与底部tr尺寸相匹配，均温板模组包括多个通道的相变高导热均温板，均温板包括腔体、端盖、侧盖，方案首次使用了高导热与相变材料共腔结构的均温板，再辅助周向卡环，使卡环内部环绕流道。

4、本发明关于均温板的技术解决方案步骤为：

5、1] 通过cnc加工成一个均温板毛坯，内部腔体尺寸加工到位，腔体5上部分为冷端，下部分为热端，外层预留加工余量，同时加工端盖7与侧盖8，使端盖尺寸与冷端开口尺寸一致，侧盖尺寸与热端侧壁开口尺寸一致；

6、2]依据腔体尺寸选取一块或多块碳系导热片，经热压形成具有一定厚度的碳系导热芯层，热压温度大于200℃，压力不低于0.5mpa；

7、3] 将上述导热芯层依次放入煮沸的naoh溶液和去离子水中进行清洗，将清洗后的导热芯层放入调配好的电镀液中，通过电镀实现导热芯层的热界面处理，涂层厚度为0.001~0.004mm；金属涂层包括但不限于银、银-铜、锡、镍及其组合；

8、4] 取出热界面处理后的导热芯层，进行超声波清洗，用激光穿孔机进行预订位置的微孔成型；并向导热芯层的微孔中填充纳米铜粉，在900℃进行烧结，实现导热芯层厚度方向的高导改性，改性后z向导热率不低于30w·m-1·k-1；

9、5] 将改性后的高导芯材10从热端开口斜向插入，贯穿至冷端相变腔，将侧盖8扣合并热压焊接；

10、 6] 选取质量比为1%~10%的导热填料与相变材料，混合后加热至熔融状态下高速搅拌20~40min，实现相变材料的高导改性，改性后的相变材料导热率不低于6w·m-1·k-1；其中搅拌速度为900～2000rpm，导热填料包括但不限于鳞片石墨、膨胀石墨 (eg)、石墨纳米片、石墨烯、碳纤维及碳纳米管；

11、7] 在熔融状态下将改性后的相变材料9填入相变腔内预留焓变体积，相变材料填充完毕后将端盖7与均温板腔体5采用低温焊接的方式密封。

12、本发明关于卡环的技术解决方案步骤是：

13、一个卡环由内外卡环组成，通过cnc加工出内外卡环，将其焊接，卡环外廓为两个半圆形金属罩，内侧轮廓与均温板模组外轮廓一致，外卡环内侧设置绕制的微型液冷流道，焊接后可通入液冷，卡环上有螺纹孔实现卡环与舱体骨架的固连。

14、有益效果：

15、1）本发明是一种用于相控阵天线tr热管理的散热组件，相变高导热一体均温板的结构，使其具有更低的传导热阻和温度梯度，能够代谢更多热量；

16、2）相变高导热一体均温板的结构，使得散热组件具有更小的体积和重量，适应于武器装备小型化、轻量化的设计要求；

17、3)在有限空间内，相变材料能够直接接触高导物质，热量能够快速传导至相变材料，提高相变材料的反应速率，更有助于芯片的温度控制。

18、本发明相比现有技术的优点：

19、1) 本散热组件与传统散热组件相比大大减小接触热阻，以16通道均温板为例，当单点芯片功耗为24w时，本发明所提出的结构的温度梯度比传统结构温度梯度减小值超过15℃；

20、2) 传统散热结构均温版与相变冷板之间存在螺接，导致整体结构重量增加，同时螺钉的存在占用了相变冷板的体积，本发明提出的相变高导热一体结构，减去了螺钉重量和增加相变可用空间，使得该结构更轻，更小；

21、3)传统散热组件相变腔内不含贯穿的高导物质，均温板的冷端插入有限深度，但本散热组件，高导芯贯穿整个相变腔体，两者直接接触，使得相变材料能够快速反应。

技术特征：

1.一种用于相控阵天线tr热管理的散热组件，该组件包括相变高导热一体的均温板模组和带液冷流道的卡环，其特征在于所述的均温板模组由多块相变高导热一体均温板组成；所述卡环是均温板模组与舱体结构骨架的安装媒介；均温板模组外轮廓面与卡环内侧面采用螺栓固连。

2.根据权利要求1所述的散热组件，其中均温板的特征在于，均温板由端盖、腔体、侧盖组成，腔体分为冷端与热端，冷端开口处设有一圈凸台，方便端盖嵌入焊接。

3.根据权利要求1所述的散热组件，其中均温板热端为金属材质，包括铝合金及其复合材料、铜合金及其复合材料；均温板冷端可为金属材质，包括铝合金及其复合材料铜合金及其复合材料，也可根据减重需求选择聚合物基复合材料，包括尼龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚，聚醚砜、聚甲基丙烯酰亚胺、聚甲醛。

4.根据权利要求1所述的散热组件，其中均温板的特征在于，均温板冷端为相变腔，腔内中心有来自热端的固态高导热芯材贯穿，相变腔四周填充高体积焓变量的相变材料充当热沉。

5.根据权利要求4所述的均温板，其中固态高导热芯材的特征在于：

6.根据权利要求5所述的高导热芯材，填充时将该高导热芯材斜向插入热端空腔，并贯穿冷端相变腔中心，将一端的圆孔与热端空腔内圆柱紧密配合并压实，侧盖与热端开口热压焊接。

7.根据权利要求4所述的均温板，其中相变材料特征在于：

8.根据权利要求4所述的均温板，其中相变材料特征在于，填充相变材料时，从冷端开口处将相变材料填入相变腔，压紧，保证相变材料与高导热芯材直接充分接触，相变材料填充后，将端盖与腔体采用低温焊接密封。

9.根据权利要求1所述的散热组件，其中卡环特征在于，卡环由内外两部分组成，卡环外廓为两个半圆形金属罩，内侧轮廓与均温板模组外轮廓一致，卡环上有螺纹孔实现卡环与舱体骨架的固连，卡环中设置绕制的微型液冷流道，为地面测试提供液冷环境。

技术总结
一种用于相控阵天线TR热管理的散热组件及其制作方法，该组件包括相变高导热一体的均温板模组和带液冷流道的卡环。相变高导热一体的均温板模组包含多块相变高导热一体均温板，该均温板冷端有高导热芯材贯穿，相变材料与高导热芯材在冷端共腔，卡环中带有微型液冷流道，可以用于地面测试，本发明的均温板首次采用高导热芯材与相变材料共腔的形式，减小接触热阻，提升相变反应速率。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：西安聚变材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4