一种空间遥感相机高功耗电路散热装置的制作方法

本发明涉及一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，改变了传统电路的散热形式，显著提高了空间遥感相机高功耗电路的散热效率。

背景技术：

空间遥感CCD相机工作过程中，成像电路中存在大量高功耗器件，带来了很大的发热量，而在没有对流情况的空间环境中，器件热量主要以导热形式为主。如果散热问题解决不到位，势必会导致电路中器件性能指标不稳定，进而影响相机的稳定性和可靠性，甚至造成任务失败。因此电路板的散热问题尤为突出，必须高度重视。

为了解决散热问题，当前的空间遥感相机电路散热装置有以下三点：

(1)电路大面积的铺铜平面。这种方法的有效散热面积小，没有有效地对外热传导途径，对于功耗大的器件(平均功耗大于0.2W)效果较差，会造成电路板局部或整板发热量过大；

(2)盖板凸台：电路上方或者下方增加金属盖板凸台，发热器件与凸台之间使用导热绝缘垫接触导热，器件热量通过导热绝缘垫传导至盖板凸台，再由盖板凸台传导到相机结构体。这种方式要求凸台在盖板上的位置及高度，必须与散热器件的位置及高度精确配合，此外导热绝缘垫的导热系数偏小，导热效率较低。盖板凸台对机箱结构件的设计、加工和装配带来很大困难，特别是装配，稍有不慎可能就对电路器件造成损坏；

(3)导热索：使用导热胶将导热索固定在发热器件上，将导热索通过螺钉固定在相机结构体上，将热量通过导热索传导到相机结构体。这种方式因导热面积、长度和材料因素影响，导热效率较低。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，采用本发明解决了电路在空间环境无对流情况下，散热措施复杂，散热效率低的问题。

本发明的技术方案如下：一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，包括凸台式金属芯电路板和相机结构体；所述凸台式金属芯电路板的叠层形式包括导热绝缘层、具有凸台形式的金属芯、信号走线层，金属芯在电路板叠层的中间，金属芯与信号走线层使用导热绝缘层压合；凸台与金属芯为一体成型机加而成，遥感相机内高功耗器件散热外壳与凸台贴装散热；所述相机结构体具有U型导轨槽，金属芯四边通过导轨槽与相机结构体接触安装，并使用螺钉紧固；最终高功耗器件的热量通过凸台、金属芯传导于相机结构体，达到快速导热目的。

所述相机结构体通过U型导轨槽完成与金属芯导热安装，导轨槽深度不小于10mm，宽度为m3，与金属芯厚度一致，U型导轨槽内表面粗糙度不大于3.2μm。

所述金属芯材料为紫铜，凸台与金属芯一体成形，凸台各边均小于高功耗器件散热面各边1mm，机加精度不大于0.1mm，凸台高度机加精度为0.01mm，凸台以及金属芯表面粗糙度不大于3.2μm，金属芯外形各边尺寸比信号走线层各边尺寸大m1，m1不小于12mm。

所述高功耗器件外壳与金属芯凸台贴装，外壳与凸台之间均匀涂抹导热硅脂，导热硅脂涂抹厚度为0.1mm，预压紧器件后进行高功耗器件管脚焊接。

所述的导热绝缘层材料为高导热、高绝缘材料，导热系数不小于2.0W/m·k。

所述螺钉中心到金属芯边缘的距离为U型导轨槽深度的1/2，每个螺钉间距不大于50mm，螺钉直径不小于3mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，通过在电路叠层中增加具有凸台形式的金属芯，使得散热器件直接与金属芯接触，可以不增加散热部件即可完成电路散热，而金属芯四边直接与相机结构体导轨槽式安装，这样将整板的热量迅速传导于相机结构体，其散热效率明显增大。本发明装置与现有装置相比，对热扩散进行极为有效的处理，从而降低器件运行温度，延长使用寿命；提高功率密度和可靠性；减少散热器和其它硬件(包括热界面材料)的装配，缩小产品体积，降低硬件及装配成本；金属芯也可充当屏蔽板，可以起到一定屏蔽电磁波的作用。

附图说明

图1为本发明电路板叠层以及器件与凸台安装示意图；

图2、图3为本发明电路板与相机结构体安装示意图。

具体实施方式

参考如图1和图2，本实施例一种空间遥感相机高功耗电路散热措施。电路中的高功耗器件为线性稳压电源器件101，其外壳为金属封装，且与内部电路是绝缘。102为导热绝缘层；103为金属芯；104为信号走线层；105为相机结构体；106为凸台；107为紧固螺钉；m1为金属芯每边比信号走线层每边尺寸宽出的尺寸；m3为金属芯厚度尺寸；m5为螺钉之间的间距；m6为相机结构体与金属芯接触的宽度。

凸台式金属芯电路板叠层示意图如图1所示，整个装置设计流程如下：

(1)凸台式金属芯电路板：

①金属芯103长宽高尺寸确定：由相机结构体U型尺寸得到；

②凸台106位置以及数量确定：电路器件布局完成后，高功耗器件所在电路中位置为凸台所在金属芯的具体位置，且凸台各边小于高功耗器件散热面各边1mm，高功耗器件的数量即为凸台的数量；

③凸台106高度确定：由导热绝缘层、信号走线层压合后的厚度为凸台高度；

④由凸台位置，高度，以及金属芯长宽高，精密机加得到一体成型凸台式金属芯层，该实例中，金属芯103为1mm厚度的紫铜，尺寸为230mm×230mm，高功耗器件散热面尺寸为15mm×10mm，凸台106尺寸为14mm×9mm，凸台高度为0.14mm，凸台高度机加精度为0.01mm，其它机加精度为0.1mm，凸台和金属芯表面粗糙度小于3.2μm。

⑤信号走线层104尺寸确定：信号走线层各边尺寸均小于金属芯层12mm，铜厚度为70um；

⑥导热绝缘层102材料确定：导热绝缘层为高绝缘的陶瓷粉末填充而成的聚合物，导热系数为2.2W/m·k，厚度为75um。

⑦电路叠层压合：凸台式金属铜芯，处于电路板叠层的中间位置，信号走线层104分别位于顶层和底层，用于摆放器件和信号走线，导热绝缘层102用于压合金属芯103和信号走线层104。

(2)高功耗器件101与金属芯凸台106的安装：高功耗器件101直接贴在金属芯凸台106上面，之间的缝隙填充导热硅脂，预压紧后进行管脚焊接固定

(3)金属芯103与相机结构体105导轨槽安装：

金属芯103如图2虚线所示，信号走线层104如图2实线所示，金属芯103与相机结构体105安装方式如图3所示。相机结构体105的U型导轨槽深度为10mm，宽度1mm，U型导轨槽表面粗糙度不大于3.2μm。网格状为相机结构体105与金属芯电路板接触位置，金属芯103先插入相机结构体U形导轨槽，完成三边接触，最后一边使用活动夹条，完成金属芯与相机结构体接触，接触宽度为m6为10mm，螺钉107紧固间距m5为50mm，紧固螺钉107直径为3mm。

本实施实例得到的空间遥感相机高功耗电路散热装置，相比较传统的散热装置，高功耗器件101与相机结构体105之间的热阻减小了90％。

图1中，所示电路中在此基础上，可通过增加信号走线层104数量，但金属芯103只能作为中间层。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。