某陣列模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種陣列模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)模塊高度集成，局部熱流密度大等特點(diǎn)，著重對(duì)優(yōu)化布局設(shè)計(jì)、高效散熱設(shè)計(jì)、腔體結(jié)構(gòu)的防水密封以及電磁兼容設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化布局；高效散熱；防水密封；電磁兼容

引言

隨著電子元器件的高速發(fā)展，雷達(dá)電子設(shè)備的高度集成將不可避免。但同時(shí)帶來了布局緊張，熱流密度大，電磁干擾，防水困難等相關(guān)問題。這些問題在多通道陣列模塊上顯得尤為突出，這就對(duì)陣列模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

1.優(yōu)化布局設(shè)計(jì)

該模塊為8通道數(shù)字陣列模塊內(nèi)部包含8路收發(fā)單元、8路變頻、基準(zhǔn)源、頻率源、8通道數(shù)字處理板、分布式電源、功分以及調(diào)制等上百個(gè)電訊零部件。因此合理的布局尤為重要，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師從方案階段就需要與其他相關(guān)設(shè)計(jì)師充分交流討論，并經(jīng)過多輪反復(fù)修改、協(xié)商，最終確定最優(yōu)方案之后。與結(jié)構(gòu)總體就陣列模塊的大小及機(jī)、電、液等外部接口進(jìn)行磋商與討論。與電訊設(shè)計(jì)師根據(jù)信號(hào)走向，排列好各功能模塊的位置與空間分布，并且預(yù)留合理的水道空間和正反面過孔以及垂直互聯(lián)絕緣子的位置；同時(shí)兼顧散熱器件的合理分布和分配；固定螺釘及散熱水道之間的互相合理避讓；內(nèi)部走線及可操作性進(jìn)行反復(fù)討論。與環(huán)控設(shè)計(jì)師在散熱水道的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以及散熱翅片的排列和分布進(jìn)行討論。與工藝設(shè)計(jì)師就散熱水道的焊接方式及優(yōu)化可制造性方面進(jìn)行討論。待所有的問題全部梳理通順才能進(jìn)行詳細(xì)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.高效散熱設(shè)計(jì)

該陣列模塊熱耗約974W，其中100W功率管安裝外形尺寸為34mm*10mm，熱流密度峰值超過20W/cm2，風(fēng)冷散熱已不能滿足要求，本方案選用液冷體系。基于冷板功率器件布局與冷卻流道一體化設(shè)計(jì)思路，采用高熱流密度高效冷卻技術(shù)完成陣列模塊散熱，具體實(shí)現(xiàn)途徑如下：①引入小型內(nèi)嵌翅片的液冷通道和流道翅片的邊界層截?cái)嗉夹g(shù)，增大冷卻液與冷板結(jié)構(gòu)在熱耗集中區(qū)的換熱面積和停留時(shí)間，并利用冷卻液在翅片截?cái)嗵幍娜肟谛?yīng)和翅片頂端擾動(dòng)效應(yīng)來增強(qiáng)冷卻液與冷板結(jié)構(gòu)的換熱能力；②在冷卻流道與器件排布一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，根據(jù)器件熱耗及其安裝特性，采用攪拌摩擦焊的方式在器件安裝基板上生成冷卻通道，將功率器件直接安裝在組件冷板兩側(cè)，并采用有效措施降低器件與冷板間的接觸熱阻。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在單件陣列模塊冷卻液流量為4.5升/分鐘、進(jìn)液溫度為35℃的情況下，計(jì)算顯示位于流道最下游的100W功率管溫度最高，約為62.6℃，管殼溫度約為62.2℃，同類器件溫差約3℃，冷卻液進(jìn)出口溫差約為4℃，冷板壓損約0.115Mpa，滿足散熱要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

此陣列模塊已通過各項(xiàng)例行試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。并且隨整機(jī)參與多次演習(xí)與試驗(yàn)，工作穩(wěn)定可靠。但是，由于電子元器件的高速發(fā)展以及新技術(shù)，新材料的不斷涌現(xiàn)，新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法也會(huì)不斷產(chǎn)生。

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作者簡(jiǎn)介：

吳顯發(fā)（1978-），男，安徽，2000年畢業(yè)于合肥聯(lián)合大學(xué)機(jī)制設(shè)計(jì)及制造專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所工程師，從事雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。