CN113784590B

CN113784590B - 瓦片式tr组件装置、外部散热结构

Info

Publication number: CN113784590B
Application number: CN202111041072.7A
Authority: CN
Inventors: 俞民良
Original assignee: Wuxi Huace Electronic System Co Ltd
Current assignee: Wuxi Huace Electronic System Co Ltd
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2041-09-06
Also published as: CN113784590A

Abstract

本发明涉及瓦片式TR组件装置、外部散热结构及返工结构，瓦片式TR组件装置包括内部散热结构；所述内部散热结构包括壳体和散热柱；电路基板开设有第一安装孔；壳体底面开设有第二安装孔；电路基板焊接于壳体的底面内侧；高功放组件包括高功放芯片和散热柱；高功放芯片焊接于散热柱上端表面；散热柱穿过第一安装孔，且散热柱的下段侧面焊接于第二安装孔的内侧表面；高功放组件与电路基板焊接互联。本发明通过设计内部散热结构和外部散热结构，使得高功放芯片向外传热的方式主要为热传导，传热方式稳定、可靠；返工结构可实现单一或多个高功放芯片部件的返工拆卸及安装。

Description

瓦片式TR组件装置、外部散热结构

技术领域

本发明涉及TR组件，具体涉及一种瓦片式TR组件装置、外部散热结构及返工结构。

背景技术

TR组件是有源相控阵雷达系统的核心产品，每一个天线单元都有1个TR 组件与之对应，故一个相控阵雷达系统内有成百上千甚至数万个TR组件。舰载和机载等军事雷达系统对TR组件的体积、重量、能耗等有着极为苛刻的要求，故而实现TR组件小型化具有相当重要的意义。采用瓦片式TR组件设计技术难度大、单元尺寸更小，必须采用高密度集成技术和小型化技术。

瓦片式TR整件的主要热源为高功放芯片，第三代半导体氮化镓高功放芯片热耗可达20W以上，单个小型瓦片式组件热耗较高。

由于瓦片式TR整件热耗高，结构紧凑，热流密度大幅增加，导致温升较大，降低了整件的性能和可靠性，因此解决散热问题尤为重要。

另外，由于瓦片式TR组件可能包括多个密度较高的高功放芯片，当拆卸重装时，单独融化一个芯片的焊料，热源会不可避免的影响其他高功放芯片，这也是一个急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种瓦片式TR组件装置、外部散热结构及返工结构。

本发明所采用的技术方案如下：

一种瓦片式TR组件装置，包括内部散热结构；所述内部散热结构包括壳体和散热柱；电路基板开设有第一安装孔；壳体底面开设有第二安装孔；电路基板焊接于壳体的底面内侧；高功放组件包括高功放芯片和散热柱；高功放芯片焊接于散热柱上端表面；散热柱穿过第一安装孔，且散热柱的下段侧面焊接于第二安装孔的内侧表面；高功放组件与电路基板焊接互联。

其进一步的技术方案为：散热柱包括导热材料制成的凸台和载体；高功放芯片焊接于载体的上表面；载体焊接于凸台上表面；凸台穿过穿过第一安装孔，且凸台的下段侧面焊接于第二安装孔的内侧表面。

其进一步的技术方案为：凸台为无氧铜制成；载体为金刚石铜制成。

其进一步的技术方案为：壳体底面开设有第三安装孔；背面裸芯片在第三安装孔的位置与电路基板的背面互连。

其进一步的技术方案为：电路基板上连接有多个高功放芯片；多个高功放芯片互相分散地、位置均匀地布置。

一种用于瓦片式TR组件的外部散热结构，外部散热结构包括导热材料和液冷金属底板；瓦片式TR组件装置包括壳体；壳体底部通过导热材料与液冷金属底板相连。

一种用于瓦片式TR组件的返工结构，包括底座、支撑柱和导热柱；在底座的内壁衬垫有第三隔热材料；所述底座开设有热传递孔；所述第三隔热材料开设有隔热孔；导热柱的下端穿过隔热孔与热传递孔接触；支撑柱的下端穿过隔热孔插入热传递孔。

其进一步的技术方案为：所述支撑柱包括柱状的第一隔热材料以及套在第一隔热材料底端的第二隔热材料；第二隔热材料将第一隔热材料与热传递孔的内壁隔离。

其进一步的技术方案为：返工结构安装于TR组件装置下端；TR组件装置包括高功放组件；支撑柱和导热柱的位置与高功放组件的位置对应；支撑柱和导热柱的位置可以互换。

其进一步的技术方案为：返工结构安装于TR组件装置下端；TR组件装置包括电路基板以及与电路基板焊接连接的高功放芯片；电路基板与高功放芯片之间设置有沟槽。

本发明的有益效果如下：

一、本发明设计了瓦片式TR组件的内部散热结构和外部散热结构。

1.本发明通过设计内部散热结构和外部散热结构，使得高功放芯片向外传热的方式主要为热传导，仅有较少部分热通过热对流、热辐射方式传导到空气中，传热方式稳定、可靠；

2.为了减少高功放芯片与液冷金属底板间的热阻，直接将高功放芯片安装在高导热材料制成的载体上，因考虑异种材料的热匹配性问题，优选使用无氧铜凸台和金刚石铜热沉载体，提升其散热效率；

3.产品内部其余热耗远小于高功放芯片的背面裸芯片的散热可通过增加芯片底部金属化过孔、电路基板内部金属层厚度、电路基板金属层面积来提高其散热效率；

4.本发明存在多个高功放组件时，将这样的高热耗器件分散均匀放置，防止热源过于集中，造成局部温度过高的不良现象；

5.为了减少高功放组件与液冷金属底板的接触热阻，在冷板与组件之间填充了低热阻的导热材料；

6.本发明的外部散热结构采用液体冷却的方式，散热效率较高且散热方式稳定可靠；

二、本发明涉及了便于操作和拆卸的返工结构。

1.TR组件装置与铜块底座件之间设计了第三隔热材料，避免TR组件装置整体受热，防止高温损伤背面裸芯片；

2.返工结构中的铜块底座加热方式为热传导，加热效率高；

3.返工时，第一隔热材料、第二隔热材料可以起到支撑的作用，且避免性能良好的高功放芯片下方出现焊料熔化；

4.取下第一隔热材料、第二隔热材料，装配导热铜柱即可实现高功放芯片的返工拆卸，由于位置可以随意对应，所以使用灵活多变，可实现单一或多个高功放芯片部件的返工拆卸及安装；

5.在电路基板与高功放芯片间设计拆卸槽，便于高功放芯片的拆卸。

附图说明

图1为实施例中的TR组件装置的正面示意图。

图2为实施例中的TR组件装置的背面示意图。

图3为实施例中的TR组件装置的爆炸图。

图4为实施例中的高功放组件的爆炸图。

图5为实施例中的外部散热结构的安装示意图。

图6为图5中的外部散热结构的爆炸图。

图7为实施例中的返工结构的安装示意图。

图8为图7中的返工结构的爆炸图。

图9为图8另一个角度的示意图。

图中：1、TR组件装置；101、高功放组件；102、电路基板；103、壳体； 104、背面裸芯片；105、第一焊料；106、高功放芯片；107、第二焊料；108、载体；109、第三焊料；110、凸台；111、第四焊料；2、外部散热结构；201、导热材料；202、液冷金属底板；3、返工结构；301、第一隔热材料；302、第二隔热材料；303、导热柱；304、第三隔热材料；305、底座。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

图1为实施例中的TR组件装置的正面示意图。图2为实施例中的TR组件装置的背面示意图。图3为实施例中的TR组件装置的爆炸图。图4为实施例中的高功放组件的爆炸图。如图1～图4所示，TR组件装置1包括内部散热结构。内部散热结构包括壳体103和散热柱。电路基板102开设有第一安装孔。壳体 103底面开设有第二安装孔和第三安装孔。第一安装孔和第二安装孔的数量一致，位置相互对应，用于露出高功放芯片106。第三安装孔用于露出背面裸芯片 104。电路基板102通过第一焊料105焊接于壳体103的底面内侧。壳体103 优选使用铝合金材料制成。

高功放组件101包括高功放芯片106和散热柱。高功放芯片106焊接于散热柱上端表面。散热柱穿过第一安装孔和第二安装孔，且散热柱的下段侧面焊接于第二安装孔的内侧表面。由壳体103底面可以看到或触及到由壳体103底面的第二安装孔露出的散热柱的下端底面。高功放芯片106从电路基板102的第一安装孔的正面露出并与电路基板102的正面焊接互联。散热柱使用高导热材料制成。

具体的，散热柱包括凸台110和载体108。因考虑异种材料的热匹配性问题，优选的，凸台110为无氧铜凸台，载体108为金刚石铜热沉载体，可提升散热效率。高功放芯片106通过第二焊料107焊接于载体108上表面。载体108 通过第三焊料109焊接于凸台110上表面。凸台110穿过穿过第一安装孔，且凸台110的下段侧面通过第四焊料111焊接于壳体103的第二安装孔的内侧表面。如图4所示，载体108为长方形片状，其四端设置有向外伸出的方形端头，有利于增大散热面积。凸台110为柱状，凸台110的下段周向比上段较窄，第四焊料111为环状，第四焊料111环绕凸台110的下段侧面将凸台110焊接于第二安装孔的内侧表面。由壳体103底面外侧可以看到或者触及由壳体103底面的第二安装孔露出的凸台110的下端底面。

电路基板102通过第一焊料105焊接于壳体103的底面内侧时，壳体103 的第三安装孔处也可露出电路基板102的部分电路，背面裸芯片104在壳体103 的第三安装孔的位置与电路基板102的背面互连。

电路基板102上连接有多个高功放组件101，多个高功放组件101互相分散、位置均匀的布置，防止热源过于集中，造成局部温度过高的不良现象。在图 1～图4所示的实施例中，包括互相分散、位置均匀的八个高功放组件101以及四个背面裸芯片104。

图5为实施例中的外部散热结构的安装示意图。图6为图5中的外部散热结构的爆炸图。如图5、图6所示，导热材料201与液冷金属底板202形成了TR组件装置1的外部散热结构2。TR组件装置1安装外部散热结构2时，铝合金壳体103的底面外侧通过导热材料201与液冷金属底板202互连。优选的，导热材料201为低热阻的导热材料，减少液冷金属底板202与高功放组件101 的接触热阻。外部散热结构2采用液体冷却的方式，散热效率较高且散热方式稳定可靠。

图7为实施例中的返工结构的安装示意图。图8为图7中的返工结构的爆炸图。图9为图8另一个角度的示意图。

如图7～图9所示，返工结构3包括底座305、支撑柱和导热柱303。底座 305优选铜制成，加热方式为热传导，加热效率高。

底座305的底面上开设有热传递孔。在底座305内部衬垫有第三隔热材料 304。第三隔热材料304的底面上开设有隔热孔。第三隔热材料304覆盖底座 305的底面的内表面和侧面的内表面。隔热孔和热传递孔的数量相等，位置对应，且对应于TR组件装置1中的高功放组件101的数量和位置。TR组件装置1与底座305之间设计第三隔热材料304，避免了TR组件装置1整体受热，防止高温损伤背面裸芯片104。

导热柱303的下端穿过隔热孔与热传递孔接触，支撑柱的下端穿过隔热孔插入热传递孔。具体的，支撑柱包括柱状的第一隔热材料301以及套在第一隔热材料301下段的第二隔热材料302。第一隔热材料301的下段在周向上比第一隔热材料301的上段窄，第二隔热材料302为上端开口的套状，套在第一隔热材料301的下段。第一隔热材料301的下端穿过隔热孔，插入热传递孔，第一隔热材料301的上段与第三隔热材料304接触，第二隔热材料302将第一隔热材料301的侧面与底面与底座305的热传递孔隔离。

返工结构3安装于TR组件装置1下端。在TR组件装置1中，高功放组件 101包括待拆卸组件和正常组件。正常组件就是高功放组件101中不需要拆卸的、性能良好的其他组件。

安装好以后，导热柱303的上端与待拆卸组件的底面相接触，导热柱303 的下端穿过隔热孔，插入热传递孔，与底座305接触。支撑柱的上端与正常组件的底面相接触，支撑正常组件。

返工时，对底座305加热，由第一隔热材料301和第二隔热材料302组成的支撑柱支撑正常组件，且防止正常组件中的高功放芯片106下方出现焊料熔化；导热柱303将热传递至待拆卸组件，待拆卸组件的第二焊料107融化，高功放芯片106可拆卸并重新安装。

在使用时，导热柱303和支撑柱的位置可以互换。仅需要取下待拆卸组件相对应的位置的第一隔热材料301和第二隔热材料302，替换为导热柱303，即可以实现相对应的高功放芯片106的返工拆卸。使用方法灵活多变，可根据需要实现单一或多个高功放芯片106部件的返工拆卸及安装。

进一步的，电路基板102与高功放芯片106之间设置有沟槽。便于高功放芯片106的拆卸。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims

1.一种瓦片式TR组件装置，其特征在于：电路基板（102）开设有第一安装孔；壳体（103）底面开设有第二安装孔；电路基板（102）焊接于壳体（103）的底面内侧；高功放组件（101）包括高功放芯片（106）和散热柱；高功放芯片（106）焊接于散热柱上端表面；散热柱穿过第一安装孔，且散热柱的下段侧面焊接于第二安装孔的内侧表面；高功放组件（101）与电路基板（102）焊接互联；电路基板（102）上连接有多个高功放芯片（106）；多个高功放芯片（106）互相分散地、位置均匀地布置；

还包括返工结构（3）；所述返工结构（3）包括底座（305）、支撑柱和导热柱（303）；在底座（305）的内壁衬垫有第三隔热材料（304）；所述底座（305）开设有热传递孔；所述第三隔热材料（304）开设有隔热孔；导热柱（303）的下端穿过隔热孔与热传递孔接触；支撑柱的下端穿过隔热孔插入热传递孔；

返工结构（3）安装于TR组件装置（1）下端；TR组件装置（1）包括高功放组件（101）；支撑柱和导热柱（303）的位置与高功放组件（101）的位置对应；支撑柱和导热柱（303）的位置可以互换。

2.根据权利要求1所述的瓦片式TR组件装置，其特征在于：散热柱包括导热材料制成的凸台（110）和载体（108）；高功放芯片（106）焊接于载体（108）的上表面；载体（108）焊接于凸台（110）上表面；凸台（110）穿过第一安装孔，且凸台（110）的下段侧面焊接于第二安装孔的内侧表面。

3.根据权利要求2所述的瓦片式TR组件装置，其特征在于：凸台（110）为无氧铜制成；载体（108）为金刚石铜制成。

4.根据权利要求1所述的瓦片式TR组件装置，其特征在于：壳体（103）底面开设有第三安装孔；背面裸芯片（104）在第三安装孔的位置与电路基板（102）的背面互连。

5.根据权利要求1所述的瓦片式TR组件装置，其特征在于：所述支撑柱包括柱状的第一隔热材料（301）以及套在第一隔热材料（301）底端的第二隔热材料（302）；第二隔热材料（302）将第一隔热材料（301）与热传递孔的内壁隔离。

6.根据权利要求1所述的瓦片式TR组件装置，其特征在于：电路基板（102）与高功放芯片（106）之间设置有沟槽。

7.一种用于瓦片式TR组件的外部散热结构，其特征在于：所述散热结构安装于权利要求1~6任一项所述的组件装置；外部散热结构（2）包括导热材料（201）和液冷金属底板（202）；瓦片式TR组件装置包括壳体（103）；壳体（103）底部通过导热材料（201）与液冷金属底板（202）相连。