CN109459728B - 一种t/r模块结构及具有该结构的液冷板插件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种T/R模块结构及具有该结构的液冷板插件，包括壳体、底盖板、热扩展体和顶盖板，所述壳体对应所述顶盖板的上端面设置有安装槽，所述壳体和所述顶盖板的连接使所述安装槽形成密闭的安装空间；所述安装槽对应发热元件安装位置的内壁设置有热扩展体槽，所述热扩展体嵌入所述热扩展体槽内；所述发热元件设置在所述热扩展体上；所述壳体内设置有冷却流道，所述冷却流道位于所述发热元件的下部；本发明通过在T/R壳体局部区域嵌入高导热热扩展材料，实现传导热阻的低热阻设计；通过冷却流道与T/R组件的集成设计，减少传统T/R封装结构的一层界面接触热阻，使得芯片传热过程中的所有接触界面采用焊接连接，实现界面热阻低热阻设计。

Description

一种T/R模块结构及具有该结构的液冷板插件
技术领域
本发明涉及微波收发组件领域，具体涉及一种T/R模块结构及具有该结构的液冷板插件。
背景技术
随着电子、微电子技术的高速发展，军用雷达收发组件朝着高功率、高密度封装的方向发展，GaN(氮化镓)器件由于具有宽禁带、高击穿场强、高功率密度以及抗辐射能力强等优点，广泛应用于高频、宽频段、连续波等T/R收发组件中。T/R收发组件约95％以上的热耗集中在GaN功率放大芯片，而GaN功率放大芯片的工作性能与其工作温度密切相关，因此，良好的散热设计对电子设备至关重要，其散热性能的优劣将很大程度上影响到装备的工作性能、可靠性和寿命等重要战技指标。
目前，典型的GaN功率放大芯片封装结构形式为：GaN芯片通过源级接地并直接焊接在T/R组件壳体上，T/R组件螺接固定在冷板上并在接触界面上涂敷热界面材料。要实现GaN功率放大芯片合理的温度控制，就要降低芯片传热路径中各层传热热阻。
现有技术大多通过设置复合基板材料作为T/R组件壳体，从而降低T/R组件壳体的传热热阻，但T/R组件与冷板接触界面热阻及冷板热阻不可忽略，成为GaN功率放大芯片的散热瓶颈问题。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种T/R模块结构包括壳体、底盖板、热扩展体和顶盖板，所述壳体顶部与所述顶盖板连接，所述壳体底部与所述底盖板连接，所述壳体对应所述顶盖板的上端面设置有安装槽，所述壳体和所述顶盖板的连接使所述安装槽形成密闭的安装空间，电子元器件设置正在所述安装空间内；所述安装槽内壁对应所述电子元器件中发热元件的安装位置设置有热扩展体槽，所述热扩展体嵌入所述热扩展体槽内；所述发热元件设置在所述热扩展体上；所述壳体内设置有冷却流道，所述冷却流道位于所述发热元件的下部。
较佳的，所述壳体下端面设置进液口和出液口，所述进液口和所述出液口实现所述冷却流道与外部冷板流道的流通。
较佳的，所述壳体的下端面对应所述电子元器件位置设置有敞开口，所述敞开口与所述冷却流道连通，所述壳体底部与所述底盖板的连接可实现所述敞开口的密封。
较佳的，所述冷却流道内对应所述发热元件设置具有若干散热肋片的肋片簇结构；所述散热肋片包括壳体肋片和底盖板肋片；所述冷却流道内壁对应所述电子元器件的位置设置有若干均匀排列的所述壳体肋片；所述热扩展体槽位于所述壳体肋片的正上方；所述底盖板设置有若干均匀排列的所述底盖板肋片；所述壳体肋片和所述底盖板肋片对应设置。
较佳的，所述壳体底部与所述底盖板处于连接状态时，所述壳体肋片和所述底盖板肋片均匀交错布置形成所述肋片簇结构。
较佳的，每相邻两个所述散热肋片之间的间距为0.1mm～0.4mm；所述散热肋片的高度尺寸均为1.0mm～2.5mm。
较佳的，所述壳体、所述底盖板和所述顶盖板的材料均设置为铝合金，所述热扩展体的材料为铜、金刚石或金属化金刚石复合材料中的一种，所述热扩展体表面采用电镀镍金处理，所述热扩展体槽内表面采用电镀镍金处理。
较佳的，所述热扩展体为矩形，所述发热元件为功率放大芯片；所述热扩展体平面尺寸各边长尺寸为所述功率放大芯片各对应边长尺寸的1.5～3倍，所述热扩展体高度尺寸为0.5mm～1.5mm。
较佳的，一种液冷板插件，包括至少一个所述T/R模块结构的T/R模块、液冷板插件本体；所述液冷板插件本体内部设置冷板流道，所述冷板流道包括冷板供液分配流道与冷板回液汇集流道，且所述冷板供液分配流道与所述冷板回液汇集流道不连通，所述T/R模块和所述液冷板插件本体的连接实现所述冷板流道与所述冷却流道连通。
较佳的，所述冷板供液分配流道设有供液口，所述冷板回液汇集流道设有回液口；在所述T/R模块上壳体的底部密封圈槽设置密封圈，通过将所述壳与所述液冷板插件本体的固定连接，所述进液口与所述供液口、所述出液口与所述回液口对合，从而形成闭合流道。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过在T/R壳体局部区域嵌入高导热热扩展材料，实现传导热阻的低热阻设计；通过冷却流道与T/R组件的集成设计，减少传统T/R封装结构的一层界面接触热阻，使得芯片传热过程中的所有接触界面采用焊接连接，实现界面热阻低热阻设计；通过T/R组件壳体肋片与盖板肋片对插交错结构布置，实现微小通道强化传热设计，降低对流换热热阻；最终实现所述T/R模块的低热阻设计。
附图说明
图1为本发明所述T/R模块结构的结构视图；
图2为所述壳体的结构图；
图3为本发明所述T/R模块结构功率放大芯片安装面的结构剖视图；
图4为单面所述液冷板插件的安装结构示意图；
图5为双面所述液冷板插件的安装结构示意图。
图中数字表示：
1-壳体；2-底盖板；3-热扩展体；4-顶盖板；5-T/R模块；6-密封圈；7-液冷板插件本体；8-功率放大芯片；11-壳体肋片；12-冷却流道；13-密封圈槽；14-热扩展体槽；15-进液口；16-出液口；17-螺接孔；21-底盖板肋片；71-第一自密封接头；72-第二自密封接头；73-供液口；74-回液口；75-冷板供液分配流道；76-冷板回液汇集流道；77-螺钉孔。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示，图1为本发明所述T/R模块结构的结构视图，本发明所述T/R模块结构包括壳体1、底盖板2、热扩展体3和顶盖板4，所述壳体1顶部与所述顶盖板4连接，所述壳体1底部与所述底盖板2连接，所述壳体1对应所述顶盖板4的上端面设置有安装槽，所述壳体1和所述顶盖板4的连接使所述安装槽形成密闭的安装空间，电子元器件设置在所述安装空间内；所述安装槽内壁对应所述电子元器件中发热元件安装位置设置有热扩展体槽14，在本实施例中所述发热元件为功率放大芯片8；所述热扩展体3嵌入所述热扩展体槽14内；所述功率放大芯片8设置在所述热扩展体3上。
如图2所示，图2为所述壳体的结构图；所述壳体1内设置有冷却流道12，所述冷却流道12位于所述电子元器件下部，所述壳体1下端面设置进液口15和出液口16，所述进液口15和所述出液口16实现所述冷却流道12与外部冷板流道的流通；所述进液口15和出液口16均同轴设置有密封圈槽13，所述密封圈槽13用于设置密封圈保证所述进液口15和所述出液口16的连接密封效果。
所述壳体1的下端面对应所述电子元器件位置设置有敞开口，所述敞开口与所述冷却流道12连通，所述壳体1底部与所述底盖板2的连接可实现所述敞开口的密封。
所述冷却流道12内对应所述功率放大芯片8设置具有若干散热肋片的肋片簇结构；所述散热肋片包括壳体肋片11和底盖板肋片21。所述壳体1敞开口对应所述电子元器件的位置设置有若干均匀排列的所述壳体肋片11；所述热扩展体槽14位于所述壳体肋片11的正上方；所述底盖板2设置有若干均匀排列的所述底盖板肋片21；所述壳体肋片11和所述底盖板肋片21对应设置；所述壳体1底部与所述底盖板2处于连接状态时，所述壳体肋片11和所述底盖板肋片21均匀交错布置形成所述肋片簇结构。所述散热肋片横截面形状为方形、圆形或菱形，每相邻两个所述散热肋片之间的间距为0.1mm～0.4mm；具体的，所述壳体1底部与所述底盖板2处于连接状态时，相邻的所述壳体肋片11和所述底盖板肋片21之间的间距为0.1mm～0.4mm。所述散热肋片的高度尺寸均为1.0mm～2.5mm。通过肋片对合结构的布置，实现微小通道冷板设计，进一步增强了冷却效果；通过对所述散热肋片高度进行限制，获得性价比较优的肋片传热速率。
所述顶盖板4可通过激光封焊的方式与所述壳体1固定连接。
所述冷却流道12内部流通冷却介质，带走T/R模块组件尤其是所述功率放大芯片8的发热量；所述冷却介质一般设置为乙二醇-水溶液。
所述底盖板2和所述壳体1通过一般通过电子束焊或固相扩散焊方式焊接，从而保证所述冷却流道12形成闭合流道。
较佳的，所述壳体1、所述底盖板2和顶盖板4材料均设置为铝合金，所述热扩展体3为无氧铜、金刚石/铜或金刚石，所述热扩展体3表面采用电镀镍金处理，所述热扩展体槽14内表面采用电镀镍金处理。所述热扩展体3为矩形，所述热扩展体3平面尺寸各边长为所述功率放大芯片8各对应边长的1.5～3倍，所述热扩展体3高度为0.5mm～1.5mm。
较佳的，所述热扩展体3通过锡铅钎料焊接在所述热扩展体槽14上。
具体的，在所述壳体1与所述顶盖板4连接形成的安装空间内组装电子元器件设备，组成T/R模块5。如图3所示，图3为本发明所述T/R模块结构功率放大芯片8安装面的结构剖视图；所述功率放大芯片8源极接地焊接在所述热扩展体3上，所述热扩展体3嵌入在所述热扩展体槽14内，下方为所述肋片簇结构，所述底盖板肋片21与所述壳体肋片11均匀交错布置形成所述肋片簇结构并设置在所述功率放大芯片8正下方。
本发明所述T/R模块结构，通过在T/R壳体局部区域嵌入高导热热扩展材料，实现传导热阻的低热阻设计；通过冷却流道与T/R组件的集成设计，减少传统T/R封装结构的一层界面接触热阻，使得芯片传热过程中的所有接触界面采用焊接连接，实现界面热阻低热阻设计；通过T/R组件壳体肋片与盖板肋片对插交错结构布置，实现微小通道强化传热设计，降低对流换热热阻；最终实现所述T/R模块的低热阻设计。
实施例二
如图4所示，图4为单面所述液冷板插件的安装结构示意图；在本实施例中，一种具有本发明所述T/R模块结构的液冷板插件，在单侧布置5个所述T/R模块5；具体的，所述液冷板插件包括5个所述T/R模块5、液冷板插件本体7以及10个密封圈6。
其中，所述液冷板插件本体7为非闭合液冷板，所述冷板流道设置在所述液冷板插件本体7内部，所述冷板流道包括冷板供液分配流道75与冷板回液汇集流道76，且所述冷板供液分配流道75与所述冷板回液汇集流道76不连通，所述冷板供液分配流道75设有5个供液口73，所述冷板回液汇集流道76设有5个回液口74。
进一步，在所述T/R模块5上壳体1的底部密封圈槽13安装所述密封圈6，通过将所述壳体1上螺接孔17与所述液冷板插件本体7上螺钉孔77的固定螺接，所述壳体1的所述进液口15、所述出液口16分别与所述供液口73、所述回液口74对合，从而形成闭合流道。
所述循环冷却装置的冷却介质由液冷管网分配后，经所述液冷板插件的第一自密封接头71进入所述冷板供液分配流道75，并分成5路供给所述T/R模块5，后经所述冷板回液汇集流道76汇集后，经第二自密封接头72流出回液液冷管网，从而完成冷却介质循环。
进一步，如图5所示，图5为双面所述液冷板插件的安装结构示意图；可根据系统需求，所述T/R模块结构可设置多个射频信号通道，可在所述冷板插件本体7上正反面对称安装多个所述T/R模块5，图5中，T/R1-1、T/R1-2、T/R1-3、T/R1-N、T/R2-1、T/R2-2、T/R2-3、T/R2-N均为安装位置不同的所述T/R模块5。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种T/R模块结构，其特征在于，包括壳体、底盖板、热扩展体和顶盖板，所述壳体顶部与所述顶盖板连接，所述壳体底部与所述底盖板连接，所述壳体对应所述顶盖板的上端面设置有安装槽，所述壳体和所述顶盖板的连接使所述安装槽形成密闭的安装空间，电子元器件设置正在所述安装空间内；所述安装槽内壁对应所述电子元器件中发热元件的安装位置设置有热扩展体槽，所述热扩展体嵌入所述热扩展体槽内；所述发热元件设置在所述热扩展体上；所述壳体内设置有冷却流道，所述冷却流道位于所述发热元件的下部；
所述冷却流道内对应所述发热元件设置具有若干散热肋片的肋片簇结构；所述散热肋片包括壳体肋片和底盖板肋片；所述冷却流道内壁对应所述电子元器件的位置设置有若干均匀排列的所述壳体肋片；所述热扩展体槽位于所述壳体肋片的正上方；所述底盖板设置有若干均匀排列的所述底盖板肋片；所述壳体肋片和所述底盖板肋片对应设置；
所述壳体下端面设置进液口和出液口，所述进液口和所述出液口实现所述冷却流道与外部冷板流道的流通。
2.如权利要求1所述的T/R模块结构，其特征在于，所述壳体的下端面对应所述电子元器件位置设置有敞开口，所述敞开口与所述冷却流道连通，所述壳体底部与所述底盖板的连接可实现所述敞开口的密封。
3.如权利要求1所述的T/R模块结构，其特征在于，所述壳体底部与所述底盖板处于连接状态时，所述壳体肋片和所述底盖板肋片均匀交错布置形成所述肋片簇结构。
4.如权利要求3所述的T/R模块结构，其特征在于，每相邻两个所述散热肋片之间的间距为0.1mm～0.4mm；所述散热肋片的高度尺寸均为1.0mm～2.5mm。
5.如权利要求1所述的T/R模块结构，其特征在于，所述壳体、所述底盖板和所述顶盖板的材料均设置为铝合金，所述热扩展体的材料为铜、金刚石或金属化金刚石复合材料中的一种，所述热扩展体表面采用电镀镍金处理，所述热扩展体槽内表面采用电镀镍金处理。
6.如权利要求1所述的T/R模块结构，其特征在于，所述热扩展体为矩形，所述发热元件为功率放大芯片；所述热扩展体平面尺寸各边长尺寸为所述功率放大芯片各对应边长尺寸的1.5～3倍，所述热扩展体高度尺寸为0.5mm～1.5mm。
7.一种液冷板插件，其特征在于，包括至少一个具有如权利要求1-6任一项所述T/R模块结构的T/R模块、液冷板插件本体；所述液冷板插件本体内部设置冷板流道，所述冷板流道包括冷板供液分配流道与冷板回液汇集流道，且所述冷板供液分配流道与所述冷板回液汇集流道不连通，所述T/R模块和所述液冷板插件本体的连接实现所述冷板流道与所述冷却流道连通。
8.如权利要求7所述的液冷板插件，其特征在于，所述冷板供液分配流道设有供液口，所述冷板回液汇集流道设有回液口；在所述T/R模块上壳体的底部密封圈槽设置密封圈，通过将所述壳与所述液冷板插件本体的固定连接，所述进液口与所述供液口、所述出液口与所述回液口对合从而形成闭合流道。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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