[發(fā)明專利]一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法及散熱結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111902024A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉百麟;李一帆;魏巍;劉紹然;胡幗杰;閆森浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于步驟如下：

(1)將機箱作為設(shè)備功能模塊、PCB板以及元器件散熱的主路徑，進行機箱的優(yōu)化散熱設(shè)計；

(2)將封裝為一體結(jié)構(gòu)的功能模塊分為普通功能模塊和具有精密控溫需求的功能模塊，進行機箱內(nèi)封裝為一體結(jié)構(gòu)的功能模塊的優(yōu)化散熱設(shè)計；

(3)計算PCB板的當量導熱率，進行機箱內(nèi)安裝的PCB板的優(yōu)化散熱設(shè)計，強化PCB板與機箱殼體之間的傳導散熱路徑，優(yōu)化高發(fā)熱元器件的布局；

(4)進行PCB板上高發(fā)熱元器件的散熱加強設(shè)計，提高高發(fā)熱元器件的散熱效果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于：進行機箱的優(yōu)化散熱設(shè)計，具體為：機箱殼體結(jié)構(gòu)包括底板、側(cè)板和蓋板，均采用鋁合金材料加工而成，底板和側(cè)板連接在一起且銑成一個整體結(jié)構(gòu)，減小傳熱路徑的熱阻，蓋板固定在側(cè)板上側(cè)用于將機箱封閉；機箱底板內(nèi)外兩側(cè)的安裝面為全接觸表面，無減重槽，機箱表面進行高發(fā)射率表面處理，強化空間輻射散熱。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于：機箱表面進行高發(fā)射率表面處理是指噴涂黑漆或黑色陽極化；機箱壁厚不小于2.5mm，安裝面平面度要求為任意100mm×100mm范圍內(nèi)平面度誤差小于0.1mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于：進行機箱內(nèi)封裝為一體結(jié)構(gòu)的功能模塊的優(yōu)化散熱設(shè)計，具體為：

對于普通功能模塊，直接布局安裝在機箱底板內(nèi)側(cè)安裝面上，在所述普通功能模塊與機箱底板內(nèi)側(cè)安裝面之間填充導熱填料，強化接觸傳熱，所述普通功能模塊直接通過機箱進行散熱。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于：對于具有精密控溫需求的功能模塊，在機箱底板內(nèi)側(cè)安裝面上先安裝熱電制冷器，再將所述具有精密控溫需求的功能模塊固定在熱電制冷器上，通過熱電制冷器對所述具有精密控溫需求的功能模塊進行加熱或制冷的雙向熱流控制，實現(xiàn)溫度區(qū)間精密控制；所述具有精密控溫需求的功能模塊通過螺釘或金屬卡箍安裝固定在熱電制冷器上，熱電制冷器通過螺釘安裝在機箱底板內(nèi)側(cè)安裝面上，確保所有接觸面緊密接觸，并在所有安裝面之間均填充導熱填料，強化接觸傳熱。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于：所述普通功能模塊是指最低工作溫度低于0℃、最高工作溫度高于50℃的功能模塊，所述具有精密控溫需求的功能模塊是指激光器模塊，其工作溫度區(qū)間為35±1℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于：進行機箱內(nèi)安裝的PCB板的優(yōu)化散熱設(shè)計，具體為：

增加PCB板覆銅層數(shù)和覆銅層厚度，提高PCB板的當量導熱率，覆銅層延伸到電路板安裝邊框邊緣，并在電路板安裝邊框的外表面覆銅；增加高發(fā)熱元器件安裝區(qū)域局部覆銅面積和覆銅層厚度；所述高發(fā)熱元器件是指熱耗≥0.3W的元器件；

元器件與PCB板之間通過元器件管腳接觸傳熱，元器件與PCB板之間接觸面填充導熱填料，PCB板安裝邊框與機箱殼體安裝接觸面寬度不小于5mm,接觸面之間填充導熱填料，并采用螺釘安裝固定，強化PCB板與機箱殼體之間的傳導散熱路徑；

布置元器件時，高發(fā)熱元器件布局在PCB板的邊緣，縮短高發(fā)熱元器件與機箱殼體之間的傳熱路徑；同時，高發(fā)熱元器件分散布局，避免熱源集中。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種空間高熱耗光電設(shè)備的散熱方法，其特征在于：所述PCB板的當量導熱率計算如下：

式中，λ_當量為PCB板當量導熱率，λ_Cu為覆銅層銅的導熱率，λ_PCB為PCB板材導熱率，H_Cu,i為PCB板第i覆銅層厚度，H_PCB,i為PCB板第i板材夾層厚度；P_Cu,i為PCB板第i覆銅層覆銅面積百分比；n為PCB板覆銅層總層數(shù)；m為PCB板板材夾層總層數(shù)。