[發明專利]一種適用于航天器大功率器件的散熱結構

有效

• 申請號: 202010623249.3
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111867324B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 宋偉;藺鵬婷;許志堯;裴行政;紀志坡;陳永剛
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H05K7/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

本發明涉及一種適用于航天器大功率器件的散熱結構,包括安裝壓塊、彈性海綿體、導熱填料、絕緣陶瓷片、絕緣套和安裝板,安裝板和安裝壓塊為主散熱結構，單耳大功率器件固定在安裝板上，絕緣陶瓷片安置在安裝板與器件之間，并在其間隙處均勻涂抹導熱填料；緊固件與單耳大功率器件金屬殼體間使用T型絕緣套隔離；安裝壓塊與器件之間填充彈性海綿體為器件安裝面提供均勻壓緊力。該發明不用策畫大面積導熱路徑，無需提供主動熱控措施，對單耳大功率器件溫升抑制幅度可達23％以上，且能實現10kV以上的絕緣耐壓，可廣泛應用于航天器大功率器件的絕緣散熱安裝。

技術領域

本發明涉及一種適用于航天器大功率器件的散熱結構，可以廣泛應用到宇航電子產品中單耳大功率器件的散熱安裝、絕緣安裝，使單耳大功率器件既滿足絕緣安裝要求，又能夠經受嚴酷的熱學沖擊試驗環境，使得單耳大功率器件不發生結溫過高等溫度失效。

背景技術

大功率器件是宇航電子產品中常用的電子開關元器件，為防止大功率器件短路造成對指令母線的短路破壞，需要對大功率器件進行絕緣安裝；同時，為了滿足航天器熱學環境條件的要求，大功率器件在熱環境下結溫不得超過Ⅰ級降額溫度，因此大功率器件安裝需要有良好的抗熱沖擊安裝環境。

由于航天器在軌工作為真空環境，無法進行對流散熱，因此,一般產品熱設計思路是將器件熱量從產品內部導致產品安裝面和外表面，再通過以熱傳導方式為主、輻射散熱為輔的方式將熱量傳遞至深冷外空間。為節省寶貴的在軌能源，一般產品內部的大功率器件不采取主動熱控措施，代而采用被動熱控措施。隨著產品在軌應用技術的快速發展，器件在軌應用熱耗越來越大、器件功率密度越來越高，這就對器件應用安裝熱環境可靠性要求越來越高。常規功率器件熱耗一般不大于1.5W，對應的熱流密度一般僅為3W/cm²，隨著產品在軌應用工況變化，在某產品中出現了單個器件熱耗為9.2W的單耳安裝器件，其熱流密度高達18.4W/cm²。

部分傳統大功率器件直接安裝在印制板上，這樣便于器件的絕緣安裝，但是，由于印制板的法向傳熱系數低，易在熱沖擊過程中產生熱積累，引起器件工作時結溫大幅升高，導致大功率器件使用壽命降低，降低產品可靠性。

還有將大功率器件直接安裝在結構上，這樣雖然理論上減小了器件與散熱面之間的熱傳導距離，但是由于是剛性安裝，增加了器件與散熱面之間的接觸熱阻，同時還需要采取額外措施，對大功率器件進行絕緣安裝。

目前所公開的功率器件安裝方法，尚存在如下不足之處：(1)采用傳統被動傳熱方式功率器件散熱安裝設計，雖對一般功率器件能夠起到的增加散熱作用，但無法解決大功率器件散熱問題(熱別是功率密度大于3W/cm²時)；(2)由于功率器件安裝面面積較大，而且粗糙度分布不均勻(如安裝面粗糙度大于6.3μm)，傳統安裝方法無法解決大功率器件安裝面熱分布不平衡(如由于安裝面受力不均，部分實際未與散熱面接觸)問題，不利于器件的熱可靠性設計提升；(3)以上方法均不能夠起到對大功率器件的絕緣保護作用。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種適用于航天器大功率器件的散熱結構，既能滿足大功率器件絕緣安裝，又能夠降低大功率器件工作溫度。

本發明解決技術的方案是：

一種適用于航天器大功率器件的散熱結構，其特征在于，包含安裝壓塊、彈性海綿體、絕緣套、第一導熱填料、絕緣陶瓷片、第二導熱填料和安裝板，

安裝板為單耳大功率器件的主安裝結構，在安裝板上放置絕緣陶瓷片，并在絕緣陶瓷片與安裝板之間均勻涂抹導熱填料，

單耳大功率器件放置在絕緣陶瓷片上，并在絕緣陶瓷片與大功率器件之間均勻涂抹導熱填料，將絕緣套安裝到單耳大功率器件的安裝孔中，第一緊固螺釘穿過安裝板、絕緣陶瓷片、單耳大功率器件和絕緣套，在絕緣套上依次安裝平墊圈、彈簧墊圈，最后將螺母、擰入到第一緊固螺釘中，擰緊螺母，完成單耳大功率器件的絕緣散熱安裝；