【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電子器件熱管理，具體涉及一種用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構及其使用方法。
技術介紹
1、飛行器在高速運行過程中外部是高熱環境，所以其控制系統內部集成裝置在高功率工作時產生的廢熱只能利用有限的內部空間在短時間內消化。裝置的電子器件工作可靠性對溫度十分敏感，一般器件溫度在70～80℃水平上每增加1℃，可靠性下降5％。若沒有合理的熱量傳輸、擴散或存儲，局部高熱流密度會導致熱堆積、嚴重局部超溫現象，進而引發器件熱失效，直接影響裝備的工作性能和壽命。智能化、集成化一直是飛行器的發展方向。智能化需要更高功率的元器件、集成化需要更高密度器件排布，這意味著控制系統的發熱問題將更加嚴峻。傳儲結合是當前航天器控制系統熱管理的主流方式，代表性的熱管理方案是以鋁合金為導熱和承載結構、以石蠟或者相變合金為儲熱材料，將儲熱材料封裝于合金之中制成散熱器。硅基芯片的最高使用溫度是150℃，一般控制其正常工作時不超過120℃，所以儲能材料的相變溫度在60～120℃左右的材料均可用作相變熱沉的填充物。
2、評價一種熱沉結構性能的主要維度包括整體儲熱的數量和工作時間內的儲熱效率，所以在一些短時間需要解決熱問題的裝置中，往往以相變合金作為儲熱材料制備熱沉。為了便于裝備的集成化和模塊化，如圖1、2所示，當前的熱沉一般以板卡的形式與電路板4配合，貼近電路板4的熱沉側即為熱端，遠離側為冷端。當電路板上的器件3工作時，熱量由熱沉的熱端輸入，鋁合金殼體1將熱量傳導至儲熱材料2。隨著器件工作時間延長，熱沉的溫度逐漸升高，當儲熱材料溫度達到其“固→液”
3、但對于相變合金來說，固相的導熱率遠高于液相，所以當熱端的相變材料發生液化后，熱沉從熱端向冷端傳熱的能力和效率被極大削弱，這導致遠端的儲熱材料尚未完全發揮作用，就發生了器件的超溫。為了進一步提升相變熱沉的散熱能力，針對飛行器使用工況，開發新型熱沉結構及使用方法具有重大的實踐意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，利用相變合金相變溫度的差異，使熱沉冷端首先發生“固→液”相變，熱沉熱端最后發生“固→液”相變，以克服原單一相變材料熱沉中熱端首先發生相變而帶來的導熱率降低問題，從而降低熱沉的溫度梯度，提升其均溫、控溫能力。
2、本專利技術的另一目的在于提供一種所述相變合金熱沉結構的使用方法。
3、為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
4、一種用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，該熱沉結構包括鋁合金殼體以及設置在殼體內的至少兩個獨立的型腔，各型腔按照從熱沉的熱端到冷端的方向依次排布；各型腔內分別填充有相變合金儲熱材料，相變合金儲熱材料按照相變溫度由高到低的順序，從熱沉的熱端到冷端的方向依次填入型腔。
5、優選地，所述熱沉結構包括兩個獨立的型腔，靠近熱端的型腔內填充有高溫相變合金儲熱材料，靠近冷端的型腔內填充有中溫相變合金儲熱材料。
6、其中，所述高溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比50.5～51.5％，鎘占比20.5～21.5％，錫占比27.5～28.5％；所述中溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比49.5～50.5％，錫占比12.5～13.5％，鉛占比26.5～27.5％，鎘占比9.5～10.5％。
7、優選地，所述熱沉結構包括三個獨立的型腔，從熱沉的熱端到冷端的方向依次填入型腔的相變合金儲熱材料依次為高溫相變合金儲熱材料、中溫相變合金儲熱材料、低溫相變合金儲熱材料。
8、其中，所述高溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比50.5～51.5％，鎘占比20.5～21.5％，錫占比27.5～28.5％；所述中溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比49.5～50.5％，錫占比12.5～13.5％，鉛占比26.5～27.5％，鎘占比9.5～10.5％；所述低溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比38.5～39.5％，銦占比42.5～43.5％，錫占比17.5～18.5％。
9、一種所述相變合金熱沉結構的使用方法，包括如下步驟：
10、(1)基于裝置應用場景要求，通過計算機模擬仿真進行鋁合金殼體的結構的設計，將鋁合金殼體材料、相變合金儲熱材料的物性參數，以及熱源情況作為輸入因素，以儲熱量的多少和速率為輸出指標，開展鋁合金封裝殼體各型腔的尺寸和形狀優化；型腔的厚度最小尺寸可以為零，即不填充相應的儲熱材料，但必須保留至少兩個型腔；優化后的熱沉結構應滿足，熱沉從熱端到冷端的溫度梯度與多種儲熱材料的相變溫度梯度趨勢相近，多種儲熱材料從冷端到熱端依次發生“固→液”相變；
11、(2)采用3d打印技術制備出步驟(1)優化的鋁合金殼體結構，在真空條件下將各相變合金儲熱材料以液相的形式分別注入到各型腔內，并且采用焊接密封注入孔；
12、(3)精加工熱沉外形后，將熱沉的高溫相變材料側與發熱單元貼合，熱量通過鋁合金殼體依次傳遞到高溫相變材料、中溫相變材料、低溫相變材料。直至低溫相變材料達到“固→液”相變溫度而開始發生相變，隨后中溫相變材料達到“固→液”相變溫度而開始發生相變，最后高溫相變材料達到“固→液”相變溫度而開始發生相變，從而極大的提升了相變熱沉的均溫、控溫能力。
13、本專利技術的有益效果：
14、本專利技術通過對封裝結構的設計和多種相變儲熱合金的優化組合，降低了熱沉從熱端到冷端的溫度梯度，并且使三種相變合金在短時間內從冷端到熱端連續發生“固→液”相變，充分發揮出有限空間內相變材料的儲熱能力，克服了現有鋁合金封裝單一相變材料的熱沉存在的問題，極大的提升了相變熱沉的均溫、控溫能力，適用于工作空間受限嚴苛的飛行器中電子元器件的散熱。本專利技術可以應用于箭載雷達、激光器、無人機光電吊艙、恒溫機箱等裝備的熱管理。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，該熱沉結構包括鋁合金殼體以及設置在殼體內的至少兩個獨立的型腔，各型腔按照從熱沉的熱端到冷端的方向依次排布；各型腔內分別填充有相變合金儲熱材料，相變合金儲熱材料按照相變溫度由高到低的順序，從熱沉的熱端到冷端的方向依次填入型腔。
2.如權利要求1所述的用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，所述熱沉結構包括兩個獨立的型腔，靠近熱端的型腔內填充有高溫相變合金儲熱材料，靠近冷端的型腔內填充有中溫相變合金儲熱材料。
3.如權利要求2所述的用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，所述高溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比50.5～51.5％，鎘占比20.5～21.5％，錫占比27.5～28.5％；所述中溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比49.5～50.5％，錫占比12.5～13.5％，鉛占比26.5～27.5％，鎘占比9.5～10.5％。
4.如權利要求1所述的用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，所述熱沉結構包括三個獨立的型腔，從熱沉的熱端到冷
5.如權利要求4所述的用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，所述高溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比50.5～51.5％，鎘占比20.5～21.5％，錫占比27.5～28.5％；所述中溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比49.5～50.5％，錫占比12.5～13.5％，鉛占比26.5～27.5％，鎘占比9.5～10.5％；所述低溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比38.5～39.5％，銦占比42.5～43.5％，錫占比17.5～18.5％。
6.一種權利要求1～5中任一項所述的相變合金熱沉結構的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.如權利要求6所述的相變合金熱沉結構的使用方法，其特征在于，所述步驟(1)中，通過調整各個型腔的大小，以及型腔內部的加強筋形狀，來實現熱沉結構的優化設計。
8.如權利要求6所述的相變合金熱沉結構的使用方法，其特征在于，所述步驟(1)中，優化后的熱沉結構應滿足，熱沉從熱端到冷端的溫度梯度與多種相變合金儲熱材料的相變溫度梯度趨勢相近，多種相變合金儲熱材料從冷端到熱端依次發生“固→液”相變。
...【技術特征摘要】
1.一種用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，該熱沉結構包括鋁合金殼體以及設置在殼體內的至少兩個獨立的型腔，各型腔按照從熱沉的熱端到冷端的方向依次排布；各型腔內分別填充有相變合金儲熱材料，相變合金儲熱材料按照相變溫度由高到低的順序，從熱沉的熱端到冷端的方向依次填入型腔。
2.如權利要求1所述的用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，所述熱沉結構包括兩個獨立的型腔，靠近熱端的型腔內填充有高溫相變合金儲熱材料，靠近冷端的型腔內填充有中溫相變合金儲熱材料。
3.如權利要求2所述的用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，所述高溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比50.5～51.5％，鎘占比20.5～21.5％，錫占比27.5～28.5％；所述中溫相變合金儲熱材料按照重量百分比計的組成為：鉍占比49.5～50.5％，錫占比12.5～13.5％，鉛占比26.5～27.5％，鎘占比9.5～10.5％。
4.如權利要求1所述的用于電子器件散熱的相變合金熱沉結構，其特征在于，所述熱沉結構包括三個獨立的型腔，從熱沉的熱端到冷端的方向依次填入型腔的相變合金儲熱材料依次為高溫相變合金儲熱材料、中溫相變...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃樹暉，解浩峰，郭宏，彭麗軍，李增德，張文婧，
申請(專利權)人：有研工程技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。