[發明專利]一種空間高熱耗光電設備的散熱方法及散熱結構

在審

• 申請號: 202010760659.2
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111902024A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 劉百麟;李一帆;魏巍;劉紹然;胡幗杰;閆森浩
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 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

本發明涉及一種空間高熱耗光電設備的散熱方法及散熱結構，(1)將機箱作為散熱的主路徑，進行機箱的優化散熱設計；(2)將封裝為一體結構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，進行功能模塊的優化散熱設計；(3)計算PCB板的當量導熱率，進行機箱內安裝的PCB板的優化散熱設計，強化PCB板與機箱殼體之間的傳導散熱路徑，優化高發熱元器件的布局；(4)進行PCB板上高發熱元器件的散熱加強設計，提高高發熱元器件的散熱效果。針對現代電子設備集成度越來越高，元器件的熱流越來越大，布局及安裝空間有限，使用約束限制條件大的情況，本發明適用空間隨機分布布局及安裝空間有限的高熱流器件散熱及溫度精密控制的熱設計任務。

技術領域

本發明涉及一種空間高熱耗光電設備的散熱方法及散熱結構，屬于空間設備熱設計技術領域。

背景技術

隨著載荷技術快速發展，電子設備的集成度越來越高，性能要求也越來越高，設備內部的電子器件結構尺寸越來越小，功耗也越來越大，器件的散熱設計及溫度控制難度顯著增大。若熱設計方法不當，會嚴重影響設備的性能指標及使用壽命，尤其是空間電子設備，譬如GEO航天器使用電子設備，一般在軌空間運行需長達15年以上，其熱設計方法的可靠性十分重要。在電子產品中，高溫對電子產品的影響包括絕緣性能退化、元器件損壞、材料的熱老化、低熔點焊縫開裂及焊點脫落，從而導致整個產品的性能下降以至完全失效。據統計,電子設備的失效有55％因高溫導致,隨著溫度的升高,其失效率成指數形式增長。電子元器件是電子、電氣系統的基礎產品，電子元器件溫度是影響電子設備工作可靠性的重要因素，可見對電子設備及元器件開展熱設計，使其選用的電子元器件溫度控制在規定的允許的工作溫度范圍內，是有效保證和提高其可靠性的技術手段。

電子設備主要散熱路徑是借助設備機箱對外散熱，常用的熱設計方法是元器件散熱是通過其安裝的PCB電路板傳導到機箱殼體(PCB板與機箱殼體機械連接)，由于PCB板主要成份是玻璃鋼或陶瓷，導熱率較低，傳熱效果有限，對于大熱耗高熱流器件，除了借助PCB板散熱外，通常需要采用導熱金屬條、微型熱管等將元器件與機箱殼體搭接強化其散熱，這種散熱設計帶來較強的限制條件，如布局、足夠的安裝空間等，且安全性與可靠性較低，不適用于精確的溫度范圍控制。綜上所述，現代電子設備集成度越來越高，元器件的熱流越來越大，布局及安裝空間十分有限，現有的電子設備熱設計技術，使用約束限制條件很大，設計代價高，已不能適用空間隨機分布布局及安裝空間有限的高熱流器件散熱及溫度精密控制的熱設計任務需求，亟需發展新的高效熱設計方法。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種空間高熱耗光電設備的散熱方法，以解決現有方法不適用于高熱流元器件隨機布局散熱及精密控溫的缺點與不足。

本發明采用的技術方案是：

一種空間高熱耗光電設備的散熱方法，步驟如下：

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

(2)將封裝為一體結構的功能模塊分為包括普通功能模塊和具有精密控溫需求的功能模塊，進行機箱內封裝為一體結構的功能模塊的優化散熱設計；

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

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

進一步的，進行機箱的優化散熱設計，具體為：機箱殼體結構包括底板、側板和蓋板，均采用鋁合金材料加工而成，底板和側板連接在一起且銑成一個整體結構，減小傳熱路徑的熱阻，蓋板固定在側板上側用于將機箱封閉；機箱底板內外兩側的安裝面為全接觸表面，無減重槽，機箱表面進行高發射率表面處理，強化空間輻射散熱。