CN210868549U - 一种高导热均热板结构及有源相控阵tr组件散热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高导热均热板结构及有源相控阵TR组件散热结构，属于散热结构技术领域，它包括均热板，均热板的冷端和热端分散设有多个小面积高导热材料，冷端与热端之间的导热段设有多个大面积高导热材料，小面积高导热材料的面积小于大面积高导热材料的面积，小面积高导热材料的数量多于大面积高导热材料的数量。本实用新型均热板的冷端和热端采用分散设置小面积高导热材料的蜂窝结构，可保证保证热量在板体厚度方向快速导入和导出，同时又能保证板体的整体强度；板体中间的导热段采用大面积铺垫导热材料结构，可增加均热板的横向导热系数，提升整体结构的均温性能，利于热端热量快速传导至冷端，提高散热性能。其尤其适用于在源相控阵天线中导出T/R组件的热量。

Description

一种高导热均热板结构及有源相控阵TR组件散热结构

技术领域

本实用新型涉及散热结构技术领域，尤其涉及一种高导热均热板结构及有源相控阵TR组件散热结构。

背景技术

有源相控阵天线技术是近年来正在发展的新技术，天线中安装有大量的密集度很高的多通道T/R组件，由于T/R 组件内部包含高度集成的微型化微波集成电路，因此天线工作时会产生大量的热量，使得TR组件温度急剧增高，而过高的温度无疑会影响相控阵雷达天线本身的性能及使用寿命，因此，散热设计在有源相控阵天线设计中非常重要。

近几年相控阵正向着大功率、高集成、微型化方向发展，天线的口径越来越小、单通道功率越来越大，在整个相控阵系统中主要的发热器件分布在TR收发组件中，传统的相控阵TR组件主要依靠TR组件的壳体与外部的热沉接触传导热量，此种散热方案主要用于小功率TR组件，对于单通道功率超过10w的系统，大功率器件部位往往温度会很高，有超出器件额定温度的风险，有的甚至烧毁器件。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种高导热均热板结构及有源相控阵TR组件散热结构，散热效果好，尤其适用于在源相控阵天线中导出T/R组件的热量。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高导热均热板结构，所述包括均热板，所述均热板的冷端和热端分散设有多个小面积高导热材料，冷端与热端之间的导热段设有多个大面积高导热材料，小面积高导热材料的面积小于大面积高导热材料的面积，小面积高导热材料的数量多于大面积高导热材料的数量。

优选地，大面积高导热材料的面积是小面积高导热材料面积的160-240倍，小面积高导热材料的数量是大面积高导热材料数量的50-80倍。

进一步优选地，所述小面积高导热材料在空间上呈三维矩阵分布，所述大面积高导热材料在空间上呈二维矩阵分布。

进一步的，所述高导热均热板结构包括板体，板体由多层铝板重叠焊接形成，相互焊接的两个铝板的其中一个铝板的焊接面的冷端和热端均设有用于嵌装小面积高导热材料的小嵌槽，冷端和热端的小嵌槽均矩阵分布，所述小面积高导热材料装在小嵌槽中；设有小嵌槽的焊接面上设有至少一个用于嵌装大面积高导热材料的大嵌槽，所述大面积高导热材料装在大嵌槽中，大嵌槽位于两端小嵌槽之间。

进一步的，板体的同一焊接面上的大嵌槽呈一字排布，排列方向与热端到冷端的方向垂直。

优选地，铝板有3-5个，每个焊接面上有2-8个大嵌槽。

优选地，大面积高导热材料和小面积高导热材料的厚度相同。

优选地，小面积高导热材料和大面积高导热材料均包括石墨层和铜箔层。

进一步优选地，小面积高导热材料和大面积高导热材料均包括一层石墨层和两层铜箔层，两层铜箔层将石墨层夹在中间。

进一步的，铜箔层与石墨层采用高导热硅脂粘接在一起。

一种有源相控阵TR组件散热结构，它包括冷板、多个TR组件和上述均热板，TR组件一端与冷板接触；每相邻两个TR组件之间设有一均热板，均热板一部分夹在两个TR组件之间，均热板另一部分插在冷板中。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1，本实用新型中均热板的冷端和热端采用分散设置小面积高导热材料的蜂窝结构，可保证保证热量在板体厚度方向快速导入和导出，同时又能保证板体的整体强度；板体中间的导热段采用大面积铺垫导热材料结构，可增加均热板的横向导热系数，提升整体结构的均温性能，利于热端热量快速传导至冷端，提高散热性能。其尤其适用于在源相控阵天线中导出T/R组件的热量。

2，本实用新型中均热板大幅度增加了现有导热板的导热能力和均温性能，可保证热端热量快速传导至冷端，能将TR组件的热量快速导出至热沉，利于迅速降低TR组件温度，避免超出器件额定温度，防止烧毁器件。

附图说明

图1是高导热均热板结构的三维图；

图2是图1中A处的剖面图；

图3是图2中B处的剖面图；

图4是高导热材料的结构示意图；

图5是有源相控阵TR组件散热结构的结构示意图；

图6是冷板的结构示意图；

图7是TR组件与均热板安装图；

图中：1- TR组件、2-冷板、3-均热板、4-大功率器件、21-方槽、31-冷端、32-导热段、33-热端、34-小面积高导热材料、35-大面积高导热材料、36-铝板、37-焊接面、38-石墨层、39-铜箔层、306-紧定螺钉。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

实施例一

如图1、2、3所示，本实用新型公开的高导热均热板结构，包括均热板3，均热板3的冷端31和热端33分散设有多个小面积高导热材料34，冷端31与热端33之间的导热段32设有多个大面积高导热材料35，小面积高导热材料34的面积小于大面积高导热材料35的面积，小面积高导热材料34的数量多于大面积高导热材料35的数量。

小面积高导热材料34和大面积高导热材料35的数量根据需要设置。小面积高导热材料34和大面积高导热材料35的厚度相同。作为优选，大面积高导热材料35的面积是小面积高导热材料34面积的160-240倍，小面积高导热材料34的数量是大面积高导热材料35数量的50-80倍。本实施方式中，大面积高导热材料35的面积是小面积高导热材料34面积的200倍，小面积高导热材料34的数量是大面积高导热材料35数量的67倍。其中，大面积高导热材料35的面积与小面积高导热材料34的面积均是指其单面的面积。

小面积高导热材料34在空间上呈三维矩阵分布，大面积高导热材料35在空间上呈二维矩阵分布。

本实用新型的均热板的冷端和热端采用分散设置小面积高导热材料34的蜂窝结构，可保证保证热量在板体厚度方向快速导入和导出，同时又能保证板体的整体强度；板体中间的导热段采用大面积铺垫导热材料结构，可增加均热板的横向导热系数，提升整体结构的均温性能，利于热端热量快速传导至冷端，提高散热性能。其尤其适用于在源相控阵天线中导出T/R组件的热量。

本实施方式中高导热均热板结构包括板体，板体由多层铝板36重叠焊接形成，相互焊接的两个铝板36的其中一个铝板36的焊接面37的冷端和热端均设有用于嵌装小面积高导热材料34的小嵌槽，焊接层面上冷端和热端的小嵌槽均矩阵分布，小面积高导热材料34装在小嵌槽中。设有小嵌槽的焊接面37上设有至少一个用于嵌装大面积高导热材料35的大嵌槽，大面积高导热材料35装在大嵌槽中；大嵌槽位于两端小嵌槽之间；大嵌槽和小嵌槽的深度相同。

大嵌槽、小嵌槽和铝板的数量根据需要设置。作为优选，大嵌槽的面积是小嵌槽面积的160-240倍，小嵌槽的数量是大嵌槽数量的50-80倍；其中，小嵌槽与大嵌槽的面积均是指槽底面积。

铝板36有铝板有3-5个，每个焊接面上有2-8个大嵌槽。本实施方式中，大嵌槽的面积是小嵌槽面积的200倍，小嵌槽的数量是大嵌槽数量的67倍；铝板36有4个，每个焊接面上有5个大嵌槽，5个大嵌槽呈一字排布，排列方向与热端33到冷端31的方向垂直，使大面积高导热材料35在空间上呈5X4的排列结构。

如图4所示，小面积高导热材料34和大面积高导热材料35均包括石墨层38和铜箔层39。本实施方式中，小面积高导热材料34和大面积高导热材料35均包括一层石墨层38和两层铜箔层39，两层铜箔层39将石墨层38夹在中间。其中，铜箔层39与石墨层38采用高导热硅脂粘接在一起。

上述高导热均热板结构的制造工艺，包括以下步骤，

S1，取多个铝板36，在部分铝板36的焊接面37的冷端和热端均加工大量的小嵌槽，小嵌槽矩阵分布；并在该焊接面37上两端小嵌槽之间的区域加工大嵌槽；

S2，在小嵌槽和大嵌槽中分别嵌压装入高导热材料；两层铜箔和一层石墨采用三明治结构，利用高导热硅脂粘接后嵌压在嵌槽中。

S3，将多个铝板36采用真空钎焊的方式焊接成型，获得均热板3，与铝板36接触的铜箔层39也同时一并通过真空钎焊焊接连接。相互焊接的两块铝板36中的其中一个铝板36的焊接面37设有小嵌槽和大嵌槽。

铝板36材质为高导热了铝合金，铝合金具有良好导热性能的同时还具有重量轻、强度高的特点，减轻重量的同时保证了均热板3的整体强度。铜箔层39厚度选择0.2mm，保证热量的快速传导。

如图2、3所示，均热板3分为3段：热端33、导热段32、冷端31。在均热板的冷端和热端采用蜂窝夹层结构，夹层结构通过铝材互联，保证结构强度，同时石墨和铜箔采用局部内嵌保证热量在均热板3的厚度方向快速导入和导出；均热板3的导热段32采用大面积铺垫导热材料方式，增加均热板3的横向导热系数，提升整体结构的均温性能。这种结构的均热板3可接受振动、冲击等力学环境试验，横向导热能力可达1000w/m。

下面介绍本实用新型的其中一种用途。如图5所示，本实用新型公开的有源相控阵TR组件散热结构，包括天线冷板2多个TR组件1和均热板3，TR组件1顶部与冷板2底面接触。

每相邻两个TR组件1之间设有一均热板3，均热板3一部分夹在两个TR组件1之间，均热板3另一部分插在冷板2中。TR组件1的数量根据需要设置，本实施方式中TR组件1有16个，相应的设置了8块均热板3。

如图6所示，冷板2上有与均热板3匹配的方槽21。将均热板3的上半部分直接插入到冷板2的方槽21中，在均热板3上涂一层导热硅脂材料，使均热板3与冷板2的接触面有导热硅脂材料，减小均热板到冷板的接触热阻。均热板3插入冷板2一端的棱边有倒角，方槽21的槽口边缘也有倒角。倒角具有导向作用，方便装配时多个TR组件同时插入。多个组件同时安装的方式保证了安装精度、提高装配效率，增加了整体结构的稳定性与可靠性。冷板2材料采用导热性能良好的铝合金6063，导热系数为200W/m•℃。

如图7所示，每两个TR组件1与一均热板3拼接成在一起。均热板3的一部分嵌入在两个TR组件1中间，并通过4个紧定螺钉306锁紧，保证TR组件1与均热板3表面接触紧密。均热板3与TR组件1的接触面涂导热硅脂材料，减小大功率器件4到均热板3之间热阻，将热量快速传递至均热板3。

如图5所示，TR组件1的大功率器件4为末级功放，大功率器件4作为主要发热器件，其位置位于TR组件1的前端。为进一步提高散热效果，均热板3位于两个TR组件1之间的部分延伸到TR组件1的大功率器件4处。优选地，均热板3越过TR组件1的大功率器件4。

TR组件1热量导出路径包括TR组件壳体与外围结构件接触、TR组件1与冷板2接触，其主要热量传递路劲为：大功率末级功放芯片→均热板3→冷板2。

本实用新型中的均热板大幅度增加了现有导热板的导热能力和均温性能，保证热端热量快速传导至冷端，可将TR组件的热量快速导出至热沉，利于迅速降低TR组件温度，避免超出器件额定温度，防止烧毁器件。

当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高导热均热板结构，其特征在于：包括均热板，所述均热板的冷端和热端分散设有多个小面积高导热材料，冷端与热端之间的导热段设有多个大面积高导热材料，小面积高导热材料的面积小于大面积高导热材料的面积，小面积高导热材料的数量多于大面积高导热材料的数量。

2.根据权利要求1所述的高导热均热板结构，其特征在于：大面积高导热材料的面积是小面积高导热材料面积的160-240倍，小面积高导热材料的数量是大面积高导热材料数量的50-80倍。

3.根据权利要求2所述的高导热均热板结构，其特征在于：所述小面积高导热材料在空间上呈三维矩阵分布，所述大面积高导热材料在空间上呈二维矩阵分布。

4.根据权利要求1、2或3所述的高导热均热板结构，其特征在于：所述高导热均热板结构包括板体，板体由多层铝板重叠焊接形成，相互焊接的两个铝板的其中一个铝板的焊接面的冷端和热端均设有用于嵌装小面积高导热材料的小嵌槽，冷端和热端的小嵌槽均矩阵分布，所述小面积高导热材料装在小嵌槽中；设有小嵌槽的焊接面上设有至少一个用于嵌装大面积高导热材料的大嵌槽，所述大面积高导热材料装在大嵌槽中，大嵌槽位于两端小嵌槽之间。

5.根据权利要求4所述的高导热均热板结构，其特征在于：板体的同一焊接面上的大嵌槽呈一字排布，排列方向与热端到冷端的方向垂直。

6.根据权利要求4所述的高导热均热板结构，其特征在于：铝板有3-5个，每个焊接面上有2-8个大嵌槽。

7.根据权利要求1所述的高导热均热板结构，其特征在于：大面积高导热材料和小面积高导热材料的厚度相同。

8.根据权利要求1或7所述的高导热均热板结构，其特征在于：小面积高导热材料和大面积高导热材料均包括石墨层和铜箔层。

9.根据权利要求8所述的高导热均热板结构，其特征在于：小面积高导热材料和大面积高导热材料均包括一层石墨层和两层铜箔层，两层铜箔层将石墨层夹在中间。

10.一种有源相控阵TR组件散热结构，其特征在于：它包括冷板、多个TR组件和权利要求1-8中任一项所述的均热板，TR组件一端与冷板接触；每相邻两个TR组件之间设有一均热板，均热板一部分夹在两个TR组件之间，均热板另一部分插在冷板中。

Images