[发明专利]一体化TR组件双面热源强迫液冷设计

说明书

技术领域

本发明专利涉及雷达热处理工艺，是有源相控阵雷达TR组件的可靠性热设计。

背景技术

为了满足有源相控阵雷达TR组件高性能、低成本、轻小型化等要求，新一代TR组件采用射频模块和电源模块一体化设计，即对一整块镁铝合金板坯料两侧进行数控铣削加工，形成两个腔体，分别安装射频组件和开关电源，中间为两面均带热源的冷板。由于受到T/R组件结构尺寸的限制，组件内功放模块和电源模块的布局非常紧凑，热流密度很大，局部热流密度达到15kW/m2，如果功率晶体管内耗散的功率不能及时散发出去，将使管内PN结温度急剧上升，导致功率晶体管输出功率、效率等性能急剧下降，同时使得管子的可靠性降低。目前的相控阵雷达TR组件热设计普遍采用强迫风冷，或者由于射频组件和开关电源分立设计，采用单面热源强迫液冷，而根据新一代TR组件的结构和热流密度特点，强迫风冷已远远不能满足散热需求，如果采用强迫液冷，就涉及到双面热源的散热，需要重点考虑冷板流道路径选择、流道的加工、流道盖板的密封、耐压性测试等一系列新型热处理工艺，即要防止冷板渗漏烧毁电路或对电路造成腐蚀的危险，又要起到优异的冷却效果，提高组件的整机热可靠性。

发明内容

为了解决一体化TR组件热流密度大，强迫风冷和单面热源强迫液冷无法满足散热需求的问题，采用双面热源强迫液冷设计，通过合理选择冷板流道路径，精确的流道的加工、流道盖板的密封、耐压性测试等一系列新型热处理工艺，保证了组件的热可靠性。

本发明采用的技术方案是：对一整块铝合金板3A21坯料两侧进行数控铣削加工，形成两个腔体，中间为两侧均带热源的冷板，射频组件和开关电源电子器件分别直接安装在冷板上，冷板设计为液冷式冷板，在冷板中通过加工中心探头挖出液冷流道，液冷流道选取于热源的正下方，流道采用易于加工的方形结构，并且为蛇形走向，以减小冷却液压力损失，对于间接液体冷却，主要考虑冷却液的腐蚀性和热特性，水是最经济有效的冷却液，考虑到TR组件的工作环境温度范围为-40℃～+50℃，冷却液加入52％（体积比）的乙二醇，以使其冰点降为－41℃。冷却液路盖板采用真空电子束焊的方法密封，整个焊接过程在真空环境下完成，不需焊料，焊接后材料表面无氧化，焊件变形很小，在保证热传导能力的同时确保其能承受一定压力，有效防止冷板渗漏；为检验焊接效果，对冷板进行安全性试压，然后进行非破坏性气密性检验；冷板冷却液接口与管路的连接采用自密封快速接头，该接口位于组件后部，并能快速方便的与安装架的管路接通和断开，且不会泄露冷却液；电子器件通过导热硅脂直接安装在冷板上，以缩短传热路径，减小热阻，提高冷却效率，当TR组件工作时，电子器件的热量传至冷板，再由冷板将热量传递给流通管道的冷却液，由冷却液将热量带走。

本发明的有益效果是：解决了一体化TR组件热流密度大，强迫风冷和单面热源强迫液冷无法满足散热需求的问题，而且采用真空电子束焊进行盖板密封，焊接质量高，有效防止冷板渗漏，散热效率高，工作稳定可靠。

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是冷板夹具示意图

图2是TR组件电源面腔体结构图

图3是冷板水冷流道结构路线图

图4是冷板水冷流道横截面图

图5是真空电子束焊热循环曲线图

图6是冷板试压检验工艺图

图7是自密封快速接头实物图

图8是TR组件射频面腔体结构图

图9是射频组件面与冷板流道的整体结构图

五、具体实施方式

第一步下料：进行冷板的坯料下料，选择尺寸为447 mm×417 mm×65 mm 3A21标准铝合金板。

第二步清洗：对坯料清洗处理，以去除表面残留的任何污染源及表面氧化膜，具体操作步骤是，先用汽油清洗，去除表面润滑油及沾污物；然后在5%NaOH（重量浓度）水溶液浸洗1分钟，温度60℃；再用清水漂洗；然后在5%HNO₃（体积浓度）水溶液浸洗30s，温度30℃；再进行清水漂洗；最后80℃烘干。

第三步组装：冷板的结构外形比较规则，采用不锈钢1Cr18Ni9Ti作为夹具材料制作夹具，将冷板坯料组装定位，以控制冷板在热态下的变形。如图1所示，冷板放于上压板（101）和下垫板（102）之间，然后通过紧固螺钉（103）紧固。