CN110391197A - 一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构 - Google Patents

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陈杨
徐太栋
张德俊
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Abstract

本发明涉及一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构，其特点是：本发明采用电子束焊接设备，在冷板内部流道表面进行特定形状造型，形成大量的凹坑与表面突起，从而提高冷板内部核态沸腾换热的气化核心数目，实现核态沸腾的强化，降低冷板的沸腾换热热阻，进而实现冷板综合热阻的降低，提高冷板换热效率，可广泛应用于舰船雷达的高热流密度功率器件的散热。

Description

一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构
技术领域
本发明属于舰船雷达环境控制领域，具体涉及一种舰船相控阵雷达高热流密度功放芯片 温度控制技术。
背景技术
随着舰船雷达的GaN类高热流密度功率器件的推广使用，雷达组件的热流密度不断提高， 随着散热量增大，功放间均温性日益难以得到满足。传统的GaN类高热流密度功率器件采用 强迫风冷、单相液冷或相变沸腾进行温度控制，强迫风冷与单相液冷能够解决的热流密度一 般在5～100W/cm2，对于热流密度高于100W/cm2的GaN类高热流密度功率器件需要采用微通 道冷却、射流冷却或相变沸腾冷却。微通道冷却方式存在流道容易堵塞、冷板压力损失大的 问题；射流冷却存在设备复杂、可靠性不高的问题，相变沸腾冷却作为近年来GaN类高热流 密度功率器件散热的解决手段之一，正得到不断的发展。
冷板内部的相变沸腾冷却是一种强迫流动条件下的非接触式相变沸腾冷却，这与浸没冷 却不同，首先热源与工质不直接接触，其次，相变工质是在泵等运动部件的驱动下进入冷板， 使沸腾发生在强迫流动区间，属于过冷流动核态沸腾。如何强化冷板内部的过冷流动核态沸 腾，一直以来是沸腾传热的研究重点，主要途径是通过改变沸腾表面的几何特性、增加气化 核心来实现。
发明内容
本发明的目的在于设计制造一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构，为满足雷 达高热流密度散热需求，实现强化冷板沸腾换热的目标。
实现本发明的技术解决方案为：本发明的一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结 构由冷板壳体、流道盖板组成。首先通过机械加工出冷板壳体(含流道)与流道盖板，然后 在电子束焊接设备内部进行表面造型，在冷板壳体的流道底部外表面与流道盖板内表面均加 工出星形造型阵列，然后采用电子束焊接将冷板壳体与流道盖板焊接为一体实现密封，经过 表面精加工后就得到了所需冷板。冷板在使用时，通过液冷源向冷板内部提供一定流量的沸 点为30～50℃的电子氟化液，通过沸腾换热将安装在冷板表面的功率器件的热量带走，实现 高热流密度功率器件的有效散热。
本发明的优点是：通过在冷板内部进行电子束表面星形造型，能够大幅度提高冷板的沸 腾换热效率，有效解决的热流密度达到了250W/cm2。由于电子氟化液不导电、无毒且材料相 容性良好，因此该冷板的设备安全性与人身安全性均较高。
附图说明
图1是不含电子束表面星形造型的冷板壳体。
图2是不含电子束表面星形造型的流道盖板。
图3是电子束表面星形造型原理。
其中：(a)电子束加热工件表面，(b)表面冷却凝固；(c)电子束重新加热；(d)表面金属堆叠；(e)循环重复；(f)表面形状成型。
图4是含电子束表面星形造型的冷板壳体。
图5是含电子束表面星形造型的流道盖板。
具体实施方式
本发明的一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构，由冷板壳体与流道盖板组成， 首先通过对铝合金材料进行机械加工，得到铝合金冷板壳体(见图1)与流道盖板(见图2)。 然后将冷板壳体与流道盖板放入电子束焊接设备内部并抽真空，通过快速响应偏转线圈并用 信号控制程序精确控制电子束流，使其按照特定的方式、特定的规律、一定的速度和能量作 用于冷板壳体的流道底部外表面与流道盖板内表面，在材料表面形成微小金属的熔池，并将 熔化的材料向设计好的中心点堆积(造型原理见图3)形成星形造型，按照一定排布加工多 个星形造型，就得到了含星形造型阵列的冷板壳体(见图4)与流道盖板(见图5)。然后将 流道盖板与冷板壳体通过电子束焊接，再经过冷板表面精加工与导电氧化，就得到了舰船雷 达散热器用低热阻强化换热冷板结构。
本发明所得到的一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构需要与沸点区间在 30～50℃之间的电子氟化液配合使用，液冷源将一定温度与流量的电子氟化液供给到冷板后， 电子氟化液在冷板内部流道表面受热沸腾，这一过程属于过冷核态沸腾，电子束表面星形造 型一方面增加了沸腾换热面积，另一方面在流道表面造成的微小熔池大幅度增加了核态沸腾 过程中气化核心的数量，明显提高了过冷核态沸腾的换热能力，相同供液条件下，经过电子 束表面星形造型强化沸腾换热的冷板结构，其有效解决的热流密度达到了250W/cm2。由于电 子氟化液不导电、无毒且材料相容性良好，因此该冷板的设备安全性与人身安全性均较高。

Claims (3)

1.一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构，其特征在于：包括冷板壳体与流道盖板，其中冷板壳体的流道底部外表面与盖板的内表面均有电子束表面造型所得的星形造型阵列；其中所述星形造型为中心向上的突起与四周辐射状向下凹陷的凹坑组成的造型，由电子束加工得出，多个星形造型组成星形造型阵列。
2.根据权利要求1所述的一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构，其特征在于：该冷板结构内部循环的冷却工质为电子氟化液，其沸点范围为30～50℃。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种舰船雷达散热器用低热阻强化换热冷板结构，其特征在于：所述的电子束表面星形造型高度在10μm～15mm之间。
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