一种一体式复合散热的有源前端组件结构的制作方法

1.本发明属于电子设备热控技术领域，具体涉及一种一体式复合散热的有源前端组件结构。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展和进步，电子产品向高性能、小型化发展已成趋势。电子器件的高集成度应用带来了电子产品热流密度呈指数级别的增加。器件过热已成为电子产品失效的主要原因之一，严重影响了电子设备的可靠性和工作寿命。由于器件的可靠性对温度十分敏感，散热技术的发展是电子设备高可靠性、高性能、高集成度发展趋势中至关重要的一个环节。而军用电子设备因工作环境的特殊性，其对散热的要求更为苛刻，其中以有源前端组件最具代表性。
3.有源前端组件是雷达导引头的核心组成部分，为实现雷达导引头高性能、多功能等特性，通常会在有源前端组件上集成大量的大功率发热元器件，而部分元器件对温度较为敏感。伴随着有源前端组件集成度的提高，高热流密度和散热空间狭小导致的散热问题也日益凸显。
4.目前采取的散热措施主要包含以下几类：自然冷却(大多数采取空气的自然对流)、强迫对流冷却(包括风冷和液冷)、热电制冷等。其热设计通常是借鉴以往的设计经验，设计思路局限性较大，为了满足散热要求，往往留有较大的沉余量，因此要么整体设备臃肿，系统庞大，要么根本无法满足系统的散热要求，而且生产周期长，成本高，甚至还会影响到系统总体方案的实施。
5.因此设计一种高效可靠的散热装置保证雷达导引头可靠稳定地工作势在必行。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种一体式复合散热的有源前端组件结构，通过冷板组件、储热模块及发热组件的优化布局，形成闭合的热流链路，兼备高效传热、储能吸热及工质散热的复合散热功能，以达到弹载有源前端组件高效散热的目的。
7.为实现上述目的，本发明提供一种一体式复合散热的有源前端组件结构，其主体结构从上至下依次包括第一发热组件、冷板组件、第二发热组件以及底座；
8.所述冷板组件设于第一发热组件和第二发热组件之间，其内部设有流道；所述冷板组件的入口和出口分别与对应的弯管组件相连，所述弯管组件均穿过底座上对应的安装孔并在其底部形成对应的接口，作为冷板组件内部冷却工质的入口和出口；
9.所述第二发热组件包括储热模块、信号处理板、电源组件，信号处理板设于储热模块和电源组件之间，其安装于储热模块上，两者之间设有用于导热的凸台，且所述信号处理板背离储热模块面设有导热块，该导热块位于信号处理板与电源组件中的电源模块之间，用于信号处理板传递热量至底座；
10.所述冷板组件内部的冷却工质为水或空气，所述储热模块内具有相变材料作为冷却工质，与发热组件之间进行换热，能够兼顾有源前端组件长时间测试及短时间飞行过程中散热。
11.作为本发明的进一步改进，所述储热模块包括储热盒体和储热盖板，两者形成的型腔内部灌注有相变材料；所述相变材料先利用真空抽注的方式注入型腔中，再采用搅拌摩擦焊的方式封堵灌注口。
12.作为本发明的进一步改进，所述电源组件包括电源盒体以及安装在电源盒体上的电源板、电源模块；所述导热块安装于信号处理板与电源模块之间，可将信号处理板该面发热器件产生的热量传递至电源模块上，再传递至底座上；所述电源板和电源盒体之间设有用于导热的凸台，其热量通过该导热凸台导出，传递至底座。
13.作为本发明的进一步改进，所述储热模块的型腔内部设计有若干均匀分布的热交换齿。
14.作为本发明的进一步改进，所述冷板组件包括冷板盒体、冷板盖板，冷板盒体内部设有流道，流道内设有均匀分布散热片。
15.作为本发明的进一步改进，所述弯管组件包括弯管和直管，其中所述弯管与冷板组件连接，所述直管一端与弯管连接，另一端设有台阶，与底座相接触；所述台阶一面通过压板压紧于基座上，另一面用于与管接头连接。
16.作为本发明的进一步改进，所述弯管组件与冷板组件的连接面上设有凸凹交错结构，并且在凸凹交错结构处涂胶或设置密封圈。
17.作为本发明的进一步改进，有源前端组件主体结构外侧设有屏蔽筒，所述屏蔽筒一端固定在第一发热组件上，另一端固定在底座上。
18.作为本发明的进一步改进，所述冷板组件与第一发热组件之间以及所述冷板组件与第二发热组件之间均粘贴有导热胶垫。
19.作为本发明的进一步改进，所述第一发热组件、冷板组件、第二发热组件以及底座通过螺钉依次层叠连接，所述第二发热组件以及底座的连接面上设有若干凸台结构或凹槽结构，相邻两个连接面上的凸台结构与凹槽结构相匹配。
20.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
21.(1)本发明一体式复合散热的有源前端组件结构，通过冷板组件、储热模块及发热组件之间匹配组合，形成优化的闭合热流链路，兼备高效传热、储能吸热及工质散热的复合散热功能，以满足弹载有源前端组件高效散热的目的；通过相变材料熔化吸收大量的热实现对有源前端组件的散热，同时设置弯管组件及管接头，便于与外部气管或液冷机进行连接，进一步实现对有源前端组件长时间测试的散热。
22.(2)本发明一体式复合散热的有源前端组件结构，冷板组件与储热模块位于第一发热组件和第一发热组件之间，两者产生的热量能够迅速向位于中间部位的冷板组件和储热模块传递，并通过冷板组件中流动的工质带走热量，降低发热组件产生的温度，达到高效传热的效果。
23.(3)本发明一体式复合散热的有源前端组件结构，通过在各个组件上设置圆形限位台阶能够避免长螺钉承受较大地剪切力，并且通过在各个组件外轮廓上设置屏蔽筒，能
够在起到电磁屏蔽作用的同时增加整个装置结构强度。
24.(4)本发明一体式复合散热的有源前端组件结构，通过在储热模块腔体内部设计均匀分布的热交换齿，能够提高储热模块结构强度及内部导热系数，使得储热模块具有较高的相变潜热和热瞬时响应特性，满足热量在储热模块内部能够快速均匀扩散，并及时被相变材料吸收，实现高效可靠储热。
25.(5)本发明一体式复合散热的有源前端组件结构，采用弯管组件与冷板组件相连，使得流道的接口引入整个装置的底部，将底部流道口的堵盖换成管接头，即可连接外部的液冷机或气管，实现冷板组件的冷却循环回路的接通，从而实现高效散热，保障有源前端组件长时间的测试，整个换装过程较为简单、便捷。
26.(6)本发明一体式复合散热的有源前端组件结构，弯管组件一端与冷板组件相连，另一端通过压板及底座压紧固定，使得弯管组件全约束，避免产生悬臂结构。
附图说明
27.图1为本发明实施例的一体式复合散热装置整体结构示意图；
28.图2为本发明实施例的一体式复合散热装置剖面结构示意图；
29.图3为本发明实施例的一体式复合散热装置底部结构示意图；
30.图4为本发明实施例的一体式复合散热装置涉及的冷板组件结构示意图；
31.图5为本发明实施例的一体式复合散热装置涉及的弯管组件结构示意图；
32.图6为本发明实施例的冷板组件与弯管组件安装结构示意图；
33.图7为本发明实施例的一体式复合散热装置涉及的第二发热组件结构示意图；
34.图8为本发明实施例的一体式复合散热装置涉及的储热盒体结构示意图。
35.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-第一发热组件、2-导热胶垫、3-弯管组件、4-第二发热组件、5-屏蔽筒、6-屏蔽条、7-底座、8-管接头、9-冷板组件、10-密封圈、11-螺钉、12-压板；301-弯管、302-直管；401-储热盒体、402-相变材料、403-信号处理板、404-储热盖板、405-电源板、406-导热块、407-电源模块、408-电源盒体；901-冷板盒体、902-冷板盖板、903-散热片。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.请参阅图1至图3，本发明的一体式复合散热的有源前端组件结构，其主体结构从上至下依次包括第一发热组件1、冷板组件9、第二发热组件4以及底座7。第一发热组件1优选为tr组件，用于信号的发射和接收。冷板组件内部设有流道，第一发热组件1及第二发热组件4将产生的热量传递至冷板组件时，经其内部流动的工质(空气或水)将热量带走，保证有源前端组件在长时间测试时，各发热组件温度均稳定在正常工作温度范围内。
42.具体地，冷板组件9位于第一发热组件1和第二发热组件4之间，冷板组件9与第一发热组件1之间以及冷板组件9与第二发热组件4之间均优选粘贴有导热胶垫2，用于减少发热组件与散热组件之间的热阻，保证热传递链路的高效性。进一步优选地，冷板组件9上下面均设计有粘贴导热胶垫2的限位台阶，装配并压缩导热胶垫2时起到限位作用。
43.冷板组件9与弯管组件3相连，弯管组件3避开第二发热组件4并穿过底座7上对应的安装孔并在其底部形成对应的接口，作为冷板组件内部冷却工质的入口和出口，用于与对应的管接头8相连，便于与外部气管或液冷机进行连接，组成一个闭环的冷却系统，该系统满足该有源前端长时间地面测试散热性能的可靠。
44.需要说明的是，管接头8与弯管组件可拆卸地连接，两者之间采用密封圈密封；管接头8一端与有源前端组件相连，另一端与管路相连，满足有源前端组件长时间测试，确保元器件散热性能的可靠。整个有源前端组件地面测试完成后，可取下管接头8，替换为堵盖，利于整个有源前端组件的美观及冷却系统中残留工质的密封。
45.具体地，如图4所示，冷板组件9包括冷板盒体901、冷板盖板902以及散热片903等。冷板盒体901和冷板盖板902之间优选采用真空钎焊形成整体结构。冷板盒体901内部设有流道，并设有对应的入口和出口，其流道内设有均匀分布散热片903，不难理解的是，流道中均匀分布的散热片能够在流道内形成自然流道，进一步增加冷却系统内部流动工质的流动路径，增加流动工质与热源的热交换面，从而提高系统的散热效率。
46.如图5所示，弯管组件3优选为不锈钢材料，包括弯管301和直管302，其中弯管301与冷板组件9连接；直管302一端与弯管301连接，优选为焊接；直管302另一端设有台阶，与底座相接触，台阶一面通过压板12压紧于基座上，并且两者接触面之间粘贴有橡胶板；台阶另一面与管接头8连接，连接处通过密封圈压紧台阶面。
47.基于上述设计，直管302一端的台阶上下面同时受力夹紧，保证了弯管组件3中直
管302端部的固定，另一端经弯管301与冷板组件9固定连接，使得弯管组件3呈全约束状态，避免悬臂结构的出现。
48.结合图4至图6，两个弯管组件3分别与冷板组件9的入口和出口对应连接，优选地，弯管组件3与冷板组件9的连接面上设有凸凹交错结构，并且在凸凹交错结构处涂胶及设置密封圈，形成多重密封结构，能够满足密封可靠性要求。
49.进一步参阅图7，本发明的第二发热组件4具体包括储热模块、电源组件、信号处理板403、导热块406等。其中信号处理板403安装于储热模块上；电源组件包括电源板405、电源模块407以及电源盒体408，电源板405、电源模块407安装于电源盒体408上。信号处理板403与储热模块之间设有用于导热的凸台，且信号处理板403背离储热模块面设有导热块406，导热块406安装于信号处理板403与电源模块407之间，可将信号处理板403该面发热器件产生的热量传递至电源模块407上，再由电源模块传递至底座7上。电源板405和电源盒体408之间设有用于导热的凸台，其热量通过该导热凸台导出，传递至底座7。
50.优选地，信号处理板403与电源板405上的大功率发热器件均与其对应的导热结构件之间贴有导热胶垫，用以减少热阻，使发热器件产生的热量能及时有效地传递至结构件上。
51.结合图8所示，储热模块包括储热盒体401、相变材料402以及储热盖板404。储热盒体401与储热盖板404优选采用真空钎焊形成一体结构。储热模块上设计有用于灌相变材料402的灌注口，具体地，先利用真空抽注的方式将熔化后的相变材料402注入储热模块型腔中，再采用搅拌摩擦焊的方式封堵灌注口。
52.优选实施例中，储热模块型腔内部设计有若干均匀分布的热交换齿，其一方面能够提高储热模块内部相变材料402的导热系数，另一方面能够提高储热模块的整体结构强度，以防在低气压工况下，储热模块内部的相变材料402熔化热膨胀导致储热模块结构变形。
53.优选地，储热模块与冷板组件9接触面设计有台阶面，用于储热模块与冷板组件装配时粘贴导热胶垫及压缩导热胶垫时高度方向上的限位。
54.在地面长时间测试时，由冷板组件9中流动的工质将系统产生的热量带走，确保元器件长时间工作散热的可靠；在飞行试验时，因有源前端组件处于密闭空间中，无法使用冷却系统，故此时由储热模块内部的相变材料402吸热来满足有源前端组件短时间工作热性能的稳定，即将发热器件产生的热量转化为相变潜热，当温度达到相变材料402的熔点时，相变材料402由固态变为液态剧烈吸热，确保元器件温度控制在熔点附近。
55.本发明的一体式复合散热的有源前端组件，设有冷板组件及相变储热模块，在热源与冷板之间形成闭合高效的散热链路，采用贴导热胶垫及提高结构件表面加工精度来减少整个系统中的热阻，该有源前端组件一体式复合散热兼顾长时间测试及短时间飞行过程中散热性能的可靠。
56.进一步地，有源前端组件主体结构外侧设有屏蔽筒5，屏蔽筒5一端固定在第一发热组件1上，另一端固定在底座7上，一方面用于增加整个有源前端的结构强度，另一方面对有源前端整体起电磁屏蔽作用。屏蔽筒5顶部台阶面与第一发热组件1台阶面相匹配，屏蔽筒5底部与底座7的缝隙处增添封闭式的环形屏蔽条6，用紧固件将屏蔽条6压缩变形，填满缝隙处，确保无缝隙连接，屏蔽筒5上下两端面的连接结构有效地提高了有源前端的屏蔽效
果。屏蔽筒5优选不锈钢材料，其厚度优选为2mm。
57.进一步优选地，屏蔽筒5底部设有定位缺口，对底座7的支耳进行让位及定位，保证屏蔽筒5装配位置的唯一性。另外屏蔽筒采用机械加工，通过控制加工精度，提高了屏蔽筒5与有源前端主体之间的贴合性，降低电磁泄漏。
58.优选地，第一发热组件1、冷板组件9、第二发热组件4以及底座7通过螺钉10依次层叠连接；进一步优选地，第一发热组件1、冷板组件9、第二发热组件4以及底座7的连接面上设有若干凸台结构或凹槽结构，相邻两个连接面上的凸台结构与凹槽结构相匹配，一方能够起到定位作用，另一方面，能够有效避免螺钉11承受剪切力。
59.优选地，底座7上设有用于与舱段固定的安装法兰，安装法兰上设有用于舱段定位的销孔，保证整个有源前端组件在舱段中的安装精度。
60.本发明的一体式复合散热的有源前端组件结构，通过冷板组件、储热模块及发热组件之间匹配组合，形成优化的闭合热流链路，兼备高效传热、储能吸热及工质散热的复合散热功能，以满足弹载有源前端组件高效散热的目的；通过相变材料熔化吸收大量的热实现对有源前端组件的散热，同时设置弯管组件及管接头，便于与外部气管或液冷机进行连接，进一步实现对有源前端组件长时间测试的散热。
61.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。