CN106211552B - 一种空间遥感相机高功耗电路散热装置 - Google Patents

一种空间遥感相机高功耗电路散热装置 Download PDF

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Abstract

一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，包括凸台式金属芯电路板，相机结构体。所述凸台式金属芯电路板中包含具有凸台形式的金属芯，金属芯处于电路叠层的中间，高功耗器件的散热面与金属芯凸台面贴装，所述相机结构体，具有U型导轨槽，金属芯通过导轨槽与相机结构体接触安装，使用螺钉紧固。本发明得到的一种具有凸台式金属芯的空间遥感相机高功耗电路散热装置，凸台与金属芯一体成型，作为电路板叠层的中间层，凸台区域在电路板顶层开窗，使得高功耗器件的散热面与金属芯直接接触，而金属芯则与相机结构体导轨槽接触固定散热，不仅减少了散热途径，还大大提高了导热效率。

Description

一种空间遥感相机高功耗电路散热装置
技术领域
本发明涉及一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，改变了传统电路的散热形式，显著提高了空间遥感相机高功耗电路的散热效率。
背景技术
空间遥感CCD相机工作过程中，成像电路中存在大量高功耗器件，带来了很大的发热量，而在没有对流情况的空间环境中，器件热量主要以导热形式为主。如果散热问题解决不到位，势必会导致电路中器件性能指标不稳定，进而影响相机的稳定性和可靠性，甚至造成任务失败。因此电路板的散热问题尤为突出，必须高度重视。
为了解决散热问题，当前的空间遥感相机电路散热装置有以下三点：
(1)电路大面积的铺铜平面。这种方法的有效散热面积小，没有有效地对外热传导途径，对于功耗大的器件(平均功耗大于0.2W)效果较差，会造成电路板局部或整板发热量过大；
(2)盖板凸台：电路上方或者下方增加金属盖板凸台，发热器件与凸台之间使用导热绝缘垫接触导热，器件热量通过导热绝缘垫传导至盖板凸台，再由盖板凸台传导到相机结构体。这种方式要求凸台在盖板上的位置及高度，必须与散热器件的位置及高度精确配合，此外导热绝缘垫的导热系数偏小，导热效率较低。盖板凸台对机箱结构件的设计、加工和装配带来很大困难，特别是装配，稍有不慎可能就对电路器件造成损坏；
(3)导热索：使用导热胶将导热索固定在发热器件上，将导热索通过螺钉固定在相机结构体上，将热量通过导热索传导到相机结构体。这种方式因导热面积、长度和材料因素影响，导热效率较低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，采用本发明解决了电路在空间环境无对流情况下，散热措施复杂，散热效率低的问题。
本发明的技术方案如下：一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，包括凸台式金属芯电路板和相机结构体；所述凸台式金属芯电路板的叠层形式包括导热绝缘层、具有凸台形式的金属芯、信号走线层，金属芯在电路板叠层的中间，金属芯与信号走线层使用导热绝缘层压合；凸台与金属芯为一体成型机加而成，遥感相机内高功耗器件散热外壳与凸台贴装散热；所述相机结构体具有U型导轨槽，金属芯四边通过导轨槽与相机结构体接触安装，并使用螺钉紧固；最终高功耗器件的热量通过凸台、金属芯传导于相机结构体，达到快速导热目的。
所述相机结构体通过U型导轨槽完成与金属芯导热安装，导轨槽深度不小于10mm，宽度为m3，与金属芯厚度一致，U型导轨槽内表面粗糙度不大于3.2μm。
所述金属芯材料为紫铜，凸台与金属芯一体成形，凸台各边均小于高功耗器件散热面各边1mm，机加精度不大于0.1mm，凸台高度机加精度为0.01mm，凸台以及金属芯表面粗糙度不大于3.2μm，金属芯外形各边尺寸比信号走线层各边尺寸大m1，m1不小于12mm。
所述高功耗器件外壳与金属芯凸台贴装，外壳与凸台之间均匀涂抹导热硅脂，导热硅脂涂抹厚度为0.1mm，预压紧器件后进行高功耗器件管脚焊接。
所述的导热绝缘层材料为高导热、高绝缘材料，导热系数不小于2.0W/m·k。
所述螺钉中心到金属芯边缘的距离为U型导轨槽深度的1/2，每个螺钉间距不大于50mm，螺钉直径不小于3mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，通过在电路叠层中增加具有凸台形式的金属芯，使得散热器件直接与金属芯接触，可以不增加散热部件即可完成电路散热，而金属芯四边直接与相机结构体导轨槽式安装，这样将整板的热量迅速传导于相机结构体，其散热效率明显增大。本发明装置与现有装置相比，对热扩散进行极为有效的处理，从而降低器件运行温度，延长使用寿命；提高功率密度和可靠性；减少散热器和其它硬件(包括热界面材料)的装配，缩小产品体积，降低硬件及装配成本；金属芯也可充当屏蔽板，可以起到一定屏蔽电磁波的作用。
附图说明
图1为本发明电路板叠层以及器件与凸台安装示意图；
图2、图3为本发明电路板与相机结构体安装示意图。
具体实施方式
参考如图1和图2，本实施例一种空间遥感相机高功耗电路散热措施。电路中的高功耗器件为线性稳压电源器件101，其外壳为金属封装，且与内部电路是绝缘。102为导热绝缘层；103为金属芯；104为信号走线层；105为相机结构体；106为凸台；107为紧固螺钉；m1为金属芯每边比信号走线层每边尺寸宽出的尺寸；m3为金属芯厚度尺寸；m5为螺钉之间的间距；m6为相机结构体与金属芯接触的宽度。
凸台式金属芯电路板叠层示意图如图1所示，整个装置设计流程如下：
(1)凸台式金属芯电路板：
①金属芯103长宽高尺寸确定：由相机结构体U型尺寸得到；
②凸台106位置以及数量确定：电路器件布局完成后，高功耗器件所在电路中位置为凸台所在金属芯的具体位置，且凸台各边小于高功耗器件散热面各边1mm，高功耗器件的数量即为凸台的数量；
③凸台106高度确定：由导热绝缘层、信号走线层压合后的厚度为凸台高度；
④由凸台位置，高度，以及金属芯长宽高，精密机加得到一体成型凸台式金属芯层，该实例中，金属芯103为1mm厚度的紫铜，尺寸为230mm×230mm，高功耗器件散热面尺寸为15mm×10mm，凸台106尺寸为14mm×9mm，凸台高度为0.14mm，凸台高度机加精度为0.01mm，其它机加精度为0.1mm，凸台和金属芯表面粗糙度小于3.2μm。
⑤信号走线层104尺寸确定：信号走线层各边尺寸均小于金属芯层12mm，铜厚度为70um；
⑥导热绝缘层102材料确定：导热绝缘层为高绝缘的陶瓷粉末填充而成的聚合物，导热系数为2.2W/m·k，厚度为75um。
⑦电路叠层压合：凸台式金属铜芯，处于电路板叠层的中间位置，信号走线层104分别位于顶层和底层，用于摆放器件和信号走线，导热绝缘层102用于压合金属芯103和信号走线层104。
(2)高功耗器件101与金属芯凸台106的安装：高功耗器件101直接贴在金属芯凸台106上面，之间的缝隙填充导热硅脂，预压紧后进行管脚焊接固定
(3)金属芯103与相机结构体105导轨槽安装：
金属芯103如图2虚线所示，信号走线层104如图2实线所示，金属芯103与相机结构体105安装方式如图3所示。相机结构体105的U型导轨槽深度为10mm，宽度1mm，U型导轨槽表面粗糙度不大于3.2μm。网格状为相机结构体105与金属芯电路板接触位置，金属芯103先插入相机结构体U形导轨槽，完成三边接触，最后一边使用活动夹条，完成金属芯与相机结构体接触，接触宽度为m6为10mm，螺钉107紧固间距m5为50mm，紧固螺钉107直径为3mm。
本实施实例得到的空间遥感相机高功耗电路散热装置，相比较传统的散热装置，高功耗器件101与相机结构体105之间的热阻减小了90％。
图1中，所示电路中在此基础上，可通过增加信号走线层104数量，但金属芯103只能作为中间层。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，其特征在于：包括凸台式金属芯电路板和相机结构体(105)；所述凸台式金属芯电路板的叠层形式包括导热绝缘层(102)、具有凸台(106)形式的金属芯(103)、信号走线层(104)，金属芯(103)在电路板叠层的中间，金属芯(103)与信号走线层(104)使用导热绝缘层(102)压合，信号走线层各边尺寸均小于金属芯层12mm；凸台(106)与金属芯(103)为一体成型机加而成，遥感相机内高功耗器件(101)散热外壳与凸台(106)贴装散热；所述相机结构体(105)具有U型导轨槽，金属芯(103)四边作为散热通路，通过导轨槽与相机结构体(105)接触安装；所述金属芯(103)先插入相机结构体U形导轨槽，完成三边接触，最后一边使用活动夹条，完成金属芯与相机结构体接触；金属芯与相机结构体接触宽度为10mm，并使用螺钉(107)紧固；最终高功耗器件(101)的热量通过凸台(106)、金属芯(103)传导于相机结构体(105)，达到快速导热目的。
2.根据权利要求1所述的一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，其特征在于：所述相机结构体(105)通过U型导轨槽完成与金属芯导热安装，导轨槽深度不小于10mm，宽度为m3，与金属芯(103)厚度一致，U型导轨槽内表面粗糙度不大于3.2μm。
3.根据权利要求1所述的一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，其特征在于：所述金属芯(103)材料为紫铜，凸台(106)与金属芯(103)一体成形，凸台(106)各边均小于高功耗器件(101)散热面各边1mm，机加精度不大于0.1mm，凸台(106)高度机加精度为0.01mm，凸台(106)以及金属芯(103)表面粗糙度不大于3.2μm，金属芯(103)外形各边尺寸比信号走线层(104)各边尺寸大m1，m1不小于12mm。
4.根据权利要求1所述的一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，其特征在于：所述高功耗器件(101)外壳与金属芯凸台(106)贴装，外壳与凸台(106)之间均匀涂抹导热硅脂，导热硅脂涂抹厚度为0.1mm，预压紧器件后进行高功耗器件(101)管脚焊接。
5.根据权利要求1所述的一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，其特征在于：所述的导热绝缘层(102)材料为高导热、高绝缘材料，导热系数不小于2.0W/m·k。
6.根据权利要求1所述的一种空间遥感相机高功耗电路散热装置，其特征在于：所述螺钉(107)中心到金属芯(103)边缘的距离为U型导轨槽深度的1/2，每个螺钉(107)间距不大于50mm，螺钉直径不小于3mm。
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