[發明專利]一體化TR組件雙面熱源強迫液冷設計

無效

• 申請號: 201410185846.7
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103945677A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 高玉良;萬建崗;毛滔;蘇彥華;張路;鄧靜;周艷;陳鵬
• 申請（專利權）人: 萬建崗;高玉良;張路
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及雷達熱處理工藝，是有源相控陣雷達TR組件的可靠性熱設計。

背景技術

為了滿足有源相控陣雷達TR組件高性能、低成本、輕小型化等要求，新一代TR組件采用射頻模塊和電源模塊一體化設計，即對一整塊鎂鋁合金板坯料兩側進行數控銑削加工，形成兩個腔體，分別安裝射頻組件和開關電源，中間為兩面均帶熱源的冷板。由于受到T/R組件結構尺寸的限制，組件內功放模塊和電源模塊的布局非常緊湊，熱流密度很大，局部熱流密度達到15kW/m2，如果功率晶體管內耗散的功率不能及時散發出去，將使管內PN結溫度急劇上升，導致功率晶體管輸出功率、效率等性能急劇下降，同時使得管子的可靠性降低。目前的相控陣雷達TR組件熱設計普遍采用強迫風冷，或者由于射頻組件和開關電源分立設計，采用單面熱源強迫液冷，而根據新一代TR組件的結構和熱流密度特點，強迫風冷已遠遠不能滿足散熱需求，如果采用強迫液冷，就涉及到雙面熱源的散熱，需要重點考慮冷板流道路徑選擇、流道的加工、流道蓋板的密封、耐壓性測試等一系列新型熱處理工藝，即要防止冷板滲漏燒毀電路或對電路造成腐蝕的危險，又要起到優異的冷卻效果，提高組件的整機熱可靠性。

發明內容

為了解決一體化TR組件熱流密度大，強迫風冷和單面熱源強迫液冷無法滿足散熱需求的問題，采用雙面熱源強迫液冷設計，通過合理選擇冷板流道路徑，精確的流道的加工、流道蓋板的密封、耐壓性測試等一系列新型熱處理工藝，保證了組件的熱可靠性。

本發明采用的技術方案是：對一整塊鋁合金板3A21坯料兩側進行數控銑削加工，形成兩個腔體，中間為兩側均帶熱源的冷板，射頻組件和開關電源電子器件分別直接安裝在冷板上，冷板設計為液冷式冷板，在冷板中通過加工中心探頭挖出液冷流道，液冷流道選取于熱源的正下方，流道采用易于加工的方形結構，并且為蛇形走向，以減小冷卻液壓力損失，對于間接液體冷卻，主要考慮冷卻液的腐蝕性和熱特性，水是最經濟有效的冷卻液，考慮到TR組件的工作環境溫度范圍為-40℃～+50℃，冷卻液加入52％（體積比）的乙二醇，以使其冰點降為－41℃。冷卻液路蓋板采用真空電子束焊的方法密封，整個焊接過程在真空環境下完成，不需焊料，焊接后材料表面無氧化，焊件變形很小，在保證熱傳導能力的同時確保其能承受一定壓力，有效防止冷板滲漏；為檢驗焊接效果，對冷板進行安全性試壓，然后進行非破壞性氣密性檢驗；冷板冷卻液接口與管路的連接采用自密封快速接頭，該接口位于組件后部，并能快速方便的與安裝架的管路接通和斷開，且不會泄露冷卻液；電子器件通過導熱硅脂直接安裝在冷板上，以縮短傳熱路徑，減小熱阻，提高冷卻效率，當TR組件工作時，電子器件的熱量傳至冷板，再由冷板將熱量傳遞給流通管道的冷卻液，由冷卻液將熱量帶走。

本發明的有益效果是：解決了一體化TR組件熱流密度大，強迫風冷和單面熱源強迫液冷無法滿足散熱需求的問題，而且采用真空電子束焊進行蓋板密封，焊接質量高，有效防止冷板滲漏，散熱效率高，工作穩定可靠。

四、附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是冷板夾具示意圖

圖2是TR組件電源面腔體結構圖

圖3是冷板水冷流道結構路線圖

圖4是冷板水冷流道橫截面圖

圖5是真空電子束焊熱循環曲線圖

圖6是冷板試壓檢驗工藝圖

圖7是自密封快速接頭實物圖

圖8是TR組件射頻面腔體結構圖

圖9是射頻組件面與冷板流道的整體結構圖

五、具體實施方式

第一步下料：進行冷板的坯料下料，選擇尺寸為447?mm×417?mm×65?mm?3A21標準鋁合金板。

第二步清洗：對坯料清洗處理，以去除表面殘留的任何污染源及表面氧化膜，具體操作步驟是，先用汽油清洗，去除表面潤滑油及沾污物；然后在5%NaOH（重量濃度）水溶液浸洗1分鐘，溫度60℃；再用清水漂洗；然后在5%HNO₃（體積濃度）水溶液浸洗30s，溫度30℃；再進行清水漂洗；最后80℃烘干。

第三步組裝：冷板的結構外形比較規則，采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti作為夾具材料制作夾具，將冷板坯料組裝定位，以控制冷板在熱態下的變形。如圖1所示，冷板放于上壓板（101）和下墊板（102）之間，然后通過緊固螺釘（103）緊固。