劉新博

（中國電子科技集團公司 第二十研究所，陜西 西安710068）

1 電子設備結構形式

機載電子設備的結構設計由原先的積木式逐漸轉變成模塊插拔式的形式。 這種新的結構形式使機載設備的整體結構分明，模塊化集成度更高，同時也提高了設備各模塊的通用性和互換性。 其結構形式主要由四部分組成：前蓋、殼體、模塊和后蓋。 前蓋中安裝前面板接插件的轉接板和與轉接板對接的PIM 板， 殼體前端裝有和PIM 板對接的母板，各模塊通過殼體中的導槽與母板對接。 這種結構形式的電子設備，雖然具有很多優(yōu)點，但這些優(yōu)點也帶來了一個在設計上必須全面細致考慮的問題——設備的散熱問題。

2 熱設計特點

設備的散熱方式比較常見的有自然散熱和強迫冷卻兩種方式，自然散熱的途徑有熱傳導、自然對流和熱輻射三種，強迫冷卻的途徑主要有強迫風冷和強迫液冷兩種。相比較而言強迫冷卻要比自然散熱的散熱效果好很多。但由于裝載平臺對設備本身的要求以及設備在使用過程中所處的環(huán)境條件，比如海上或南方濕熱地區(qū)，這種結構機箱設計成完全密封的形式， 因此設備自身的散熱方式只能采用自然散熱。加之對設備重量和體積的嚴格要求使得設備的模塊以及電子元器件的密度很高，又給設備的散熱增加了困難。

這種設備在熱設計的過程中， 印制板上的發(fā)熱器件是發(fā)熱源，散熱傳導途徑的終點是設備殼體，所以設備殼體被設計成設備上最大的散熱器，殼體的表面加工有散熱槽。 設備唯一有效的散熱方式就是將設備模塊中發(fā)熱器件的熱量以盡可能短的路徑傳導到殼體上來，也就是降低熱阻，并在散熱路徑中設計散熱裝置，比如模塊上安裝冷板。模塊上的熱量通過模塊上下兩側邊與設備殼體導向槽的接觸面來傳導

3 存在的問題

電子設備的模塊如圖1 所示。

圖1 模塊結構圖

模塊由冷板、殼體、印制板和鎖緊機構組成。模塊由殼體中的導槽插入與前面的母板對接，靠鎖緊機構與殼體固定。由圖可以看出，模塊中發(fā)熱器件的導熱途徑是：發(fā)熱器件—冷板—模塊殼體側邊—設備殼體。 冷板與發(fā)熱器件相對面加工有凸臺并貼裝導熱材料。 這種設計方式，冷板可以降低發(fā)熱器件的溫度，但對于密封的設備來說，最終要把熱量傳導到設備的外殼上，但熱傳導的路徑過長，其中模塊殼體和冷板之間靠螺釘連接，兩者之間接觸面積很小，很不利于導熱。仿真結果如圖2 所示。

由仿真結果可以看出，最高溫度76.1℃，發(fā)熱器件的熱量傳導至冷板以后，冷板與模塊殼體接縫處熱阻很大，冷板的熱量很難傳導到模塊殼體上，顯然在冷板和設備殼體之間增加模塊殼體使得模塊的散熱效果大大降低。

圖2 模塊散熱仿真示意圖

4 優(yōu)化方案

優(yōu)化方案的基本思路是縮短傳導路徑。模塊的結構仍為相同的四部分，不同之處在于冷板的設計：將模塊與殼體固定的兩側邊與冷版設計成一體。 其結構形式如圖3 所示。

圖3 模塊優(yōu)化結構圖

由圖可知模塊的導熱路徑為：發(fā)熱器件—冷板—設備殼體，以同樣的條件進行仿真，結果如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化方案散熱仿真示意圖

可以看出，最高溫度64.6℃，冷板上溫度比較均勻，熱量能夠均勻的傳遞到冷板的上下側邊，從而可以將冷板上的熱量傳導到設備殼體上去。 優(yōu)化后的結構形式散熱效果明顯有所改善。

5 結論

有些設備已采用風冷、液冷的散熱方式，但對于一些特殊的機載設備來說，在體積和重量嚴格要求的情況下，考慮自身設備的風冷或液冷方案非常困難。現(xiàn)階段這種設備比較合理的散熱方式是裝載平臺提供一個冷卻環(huán)境， 給設備最大的散熱器—殼體提供良好的散熱環(huán)境。而結構設計需要考慮的是如何有效地將發(fā)熱元器件上的熱量高效的傳導到設備殼體上來。

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