CN104244677B - 电子发热组件的相变温控装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子发热组件的相变温控装置，包含：壳体，具有一内腔，该内腔底部表面上设置有呈环形散射状阵列排布的筋状结构；该壳体的外底部表面与电子发热组件相贴合设置；盖板，焊接设置在壳体顶部，使壳体内腔成为密闭空间；抽真空辅助管，分别焊接设置在所述的壳体的两侧，且穿过该壳体的侧壁；相变蓄能材料，封装设置在壳体内腔内；该相变蓄能材料的相变点低于电子发热组件的最高正常工作温度；所述的盖板上还设置有体积可补偿结构。本发明基于相变蓄能材料可使温度控制在某一范围内的特性，将其密封封装在相变温控装置中，并通过采用体积可补偿结构来解决相变蓄能材料的相变后体积膨胀对相变温控装置的破坏。

Description

电子发热组件的相变温控装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电子发热组件的相变温控装置及其制造方法，更具体的，是指一种适用于狭小空间内的电子发热组件的相变温控装置及其制造方法，属于电子器件散热及热管理的技术领域。

背景技术

大功率电子组件工作时会产生大量的热量，这些热量若散发不及时或管理不到位将严重影响电子组件的性能。特别是在某些***中需多个电子组件共同工作，对各电子组件的温度一致性有严格的要求，温度控制不当将影响***的性能，严重时可能烧毁电子器件从而导致***不能正常工作。所以，大功率电子组件通常需配有散热装置。现有技术中，电子器件的热控散热方式主要有以下几类：自然散热（冷却）、强迫空气冷却、液体冷却、相变冷却以及其他冷却技术（如热管，冷板等）。

其中，自然散热（冷却）通常包含传导、对流和辐射这三种主要传热方式。自然散热（冷却）往往适用对温度控制要求不高、电子器件发热的热流密度不大的低功耗电子器件和部件，以及密封或密集组装的器件不宜（或不需要）采用其它冷却技术的情况。但是，其局限性是：当电子设备的热流密度超过0.8W/cm²时，自然散热（冷却）已经不能满足相应的冷却

强迫空气冷却技术主要是借助于风扇等强迫电子器件周边的空气流动，从而将电子器件散发出的热量带走的一种方法。该方法是一种操作简便、收效明显的散热方法。但是，其局限性是：整个强迫空气冷却的***需要较大的体积，在高空环境及空气稀薄、气压低的环境下，其冷却能力将会大幅下降。

液体冷却主要用于高性能超级电子计算机、军用航空电子等大热流密度芯片的设备中。该方法适用于热耗体积密度很高，或那些必须在高温环境下工作且电子器件与被冷却表面之间的温度梯度又很小的部件，其局限性在于，需外部提高冷却介质。

热管散热器经过蒸发、冷凝、绝热三段工作，可以将大量的热量通过其很小的截面面积远距离的传输而无需外加功力。导热性极高，体积小，具有良好的等温性等优点。但是，其局限性是实施困难，经费较高。

而相变温控则是指利用材料的相变吸收热量，阻止或延迟热量传入电子器件内部，由此达到温控的目的。该方法具有结构紧凑、性能可靠、经济节能等优点。

中国专利“201110460197.3一种机载相控阵雷达天线的散热装置”，公开了一种机载相控阵雷达天线的散热装置，该装置包括热管、液冷冷板、冷媒储罐；在T/R盒体底面外侧面靠近功率器件的部位镶嵌热管，利用热管的高导热性能使T/R组件盒体内的各功率器件温度均匀。该装置需增加液冷冷板，需额外占用空间。

中国专利“201310703231.4T/R组件的散热结构及结构中热管的设计方法”，公开了一种T/R组件的散热结构及结构中热管的设计方法，基于热管式散热器和风冷相结合的散热方式，将T/R组件的热量传导至散热片，再通过风冷进行散热，用于解决T/R组件高密度大功率条件下的散热问题。该方法实现有一定难度，经济性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子发热组件的相变温控装置及其制造方法，基于相变蓄能材料可使温度控制在某一范围内的特性，将其密封封装在相变温控装置中，并通过采用体积可补偿结构来解决相变蓄能材料的相变后体积膨胀对相变温控装置的破坏。

为实现上述目的，本发明提供一种电子发热组件的相变温控装置，其对所述的电子发热组件进行温度控制，具体包含：壳体，其具有一内腔，该内腔底部表面上设置有呈环形散射状阵列排布的筋状结构；该壳体的外底部表面与所述的电子发热组件相贴合设置；盖板，其焊接设置在所述的壳体的顶部，使壳体的内腔成为一个密闭空间；抽真空辅助管，其分别焊接设置在所述的壳体的两侧，且分别穿过该壳体的侧壁；相变蓄能材料，其封装设置在所述的壳体的内腔内；该相变蓄能材料的相变点低于电子发热组件的最高正常工作温度；所述的盖板上还设置有体积可补偿结构，其为若干环形且凹凸相间的凹槽，该体积可补偿结构所补偿的体积与封装在壳体的内腔内的相变蓄能材料发生相变后的体积膨胀量相匹配。

所述的壳体以及盖板由铝材、或铜材或不锈钢材料制成；所述的壳体、盖板以及抽真空辅助管的表面采用镀金工艺或镀镍工艺。

所述的壳体的各个角落上分别开设有第一螺钉孔，所述的电子发热组件的各个角落上分别开设有与第一螺钉孔的位置、大小相匹配的第二螺钉孔，将螺钉分别穿过第一螺钉孔和第二螺钉孔以固定连接所述的壳体和电子发热组件。

所述的壳体的外底部表面上涂覆有导热硅脂，即该壳体和电子发热组件的贴合面之间涂覆有导热硅脂。

所述的壳体的内腔顶部设置有环形台阶，该环形台阶的深度与盖板的深度相一致，用于镶嵌并焊接盖板。

所述的相变蓄能材料的介质质量M_E为：

；

其中，Q_h为电子发热组件的发热功率，t_sh为电子发热组件的温升时间，η_t为热效率，c_ps为相变蓄能材料的固相比热容，c_pl为相变蓄能材料的液相比热容，T_i为相变蓄能材料的初始温度，T_m为相变蓄能材料的相变温度，T_e为相变蓄能材料的最终温度。

本发明还提供一种电子发热组件的相变温控装置的制造方法，其包含以下步骤：

S1、加工壳体和盖板，其中，在所述的壳体的内腔底部表面上设置呈环形散射状阵列排布的筋状结构，在该壳体的内腔顶部设置环形台阶，在壳体的每个角落上开设第一螺钉孔；采用专用模具在盖板上冲制若干环形且凹凸相间的凹槽，形成体积可补偿结构；

S2、对壳体、盖板以及抽真空辅助管的表面进行镀金工艺或镀镍工艺；

S3、将所述的盖板镶嵌在壳体的环形台阶内，并通过焊接将盖板和壳体连接，使壳体的内腔成为一个密闭空间；将抽真空辅助管分别焊接在壳体的两侧，且穿过该壳体的侧壁；

S4、将相变蓄能材料加热到相变温度点以上，通过壳体一侧的抽真空辅助管对密闭内腔进行抽真空，并同时由壳体另一侧的抽真空辅助管将相变蓄能材料注入至壳体的密闭内腔内；当抽入至密闭内腔内的相变蓄能材料的体积到达预设值时，瞬间夹断壳体两侧的抽真空辅助管；

S5、在所述的壳体的外底部表面上涂覆导热硅脂，并与电子发热组件相贴合，将螺钉分别穿过壳体上的第一螺钉孔和电子发热组件上的第二螺钉孔以固定连接所述的壳体和电子发热组件。

步骤S1中，所述的壳体和盖板由铝材、或铜材或不锈钢材料制成。

步骤S3中，所述的盖板与壳体的焊接可采用锡焊、或钎焊、或激光缝焊的方式实现；所述的抽真空辅助管与壳体的焊接可采用锡焊的方式实现。

步骤S4中，所述的抽真空辅助管的瞬间夹断，是在完成相变蓄能材料的注入之后，对该抽真空辅助管进行当场夹断的工艺,并采用氩弧焊进行封口。

综上所述，本发明提供的电子发热组件的相变温控装置及其制造方法，采用相变蓄能材料作为电子发热组件所发热量的存储和释放介质，能较好的管理较小空间的热量；本发明中对相变温控装置进行密封的结构设计，能较好的将相变蓄能材料进行密封封装；本发明中在盖板上设置的体积可补偿结构，能够避免相变材料在发生相变后所导致的体积膨胀对相变温控装置的破坏；本发明的相变温控装置采用表面镀金或镀镍工艺，并通过焊接进行连接组装，相变蓄能材料通过抽真空注入的方法密封封装在相变温控装置内，整个工艺方法简单易行，特别适合对短时或非连续工作的电子发热组件进行温度控制。

附图说明

图1为本发明中的电子发热组件的相变温控装置的外形示意图；

图2为本发明中的电子发热组件的相变温控装置的结构示意图；

图3为图1的剖视图；

图4为本发明中的壳体的结构示意图；

图5为本发明中的盖板的结构示意图。

具体实施方式

以下结合图1～图5，详细说明本发明的一个优选实施例。

如图1～图3所示，为本发明提供的电子发热组件的相变温控装置1，其对所述的电子发热组件6进行温度控制，具体包含：壳体2，其具有一内腔，该壳体2的外底部表面与所述的电子发热组件6相贴合设置；盖板3，其焊接设置在所述的壳体2的顶部，使壳体2的内腔成为一个密闭空间；抽真空辅助管4，其分别焊接设置在所述的壳体2的两侧，且分别穿过该壳体2的侧壁；相变蓄能材料5，其封装设置在所述的壳体2的内腔内。

所述的壳体2的各个角落上分别开设有第一螺钉孔21，所述的电子发热组件6的各个角落上分别开设有与第一螺钉孔21的位置、大小相匹配的第二螺钉孔61，将螺钉分别穿过第一螺钉孔21和第二螺钉孔61以固定连接所述的壳体2和电子发热组件6。

所述的壳体2的外底部表面上涂覆有导热硅脂，即该壳体2和电子发热组件6的贴合面之间涂覆有导热硅脂。

所述的壳体2由铝材、或铜材或不锈钢材料制成，其表面采用镀金工艺或镀镍工艺。本实施例中，所述的壳体2采用铝材制成，表面采用镀金工艺。

如图4所示，所述的壳体2的内腔底部表面上设置有呈环形散射状阵列排布的筋状结构22，其目的是加强壳体2的内部结构强度，以及加强壳体2与盖板3之间的焊接强度。

所述的壳体2的内腔顶部设置有环形台阶23，该环形台阶23的深度与盖板3的深度相一致，用于镶嵌并焊接盖板3。

所述的盖板3由铝材、或铜材或不锈钢材料制成，其表面采用镀金工艺或镀镍工艺。本实施例中，所述的盖板3由厚度为0.2～0.5mm的不锈钢薄板制成，表面采用镀镍工艺。

如图3和5所示，所述的盖板3上设置有体积可补偿结构31，其为若干环形且凹凸相间的凹槽，该体积可补偿结构31所补偿的体积与封装在壳体2的内腔内的相变蓄能材料5发生相变后的体积膨胀量相匹配。其中，所述的相变蓄能材料5发生相变后的体积膨胀量是根据其膨胀系数测试得到的；而盖板3上的体积可补偿结构31所补偿的体积是根据盖板3的材料性能，设计结构，耐受压力等条件通过有限元仿真计算得到的。

所述的抽真空辅助管4的表面采用镀金工艺或镀镍工艺。

所述的相变蓄能材料5的相变点低于电子发热组件6的最高正常工作温度。本实施例中，所述的相变蓄能材料5可以采用改性石蜡或棕榈酸。

所述的相变蓄能材料5的介质质量M_E是在结合电子发热组件6的发热功率Q_h和温升时间t_sh，***热效率η_t，相变蓄能材料5的固相比热容c_ps、液相比热容c_pl、初始温度T_i、相变温度T_m和最终温度T_e，相变潜热等因素通过以下的公式计算得到的：

。

进一步，本发明还提供一种电子发热组件的相变温控装置的制造方法，其包含以下步骤：

S1、加工壳体2和盖板3，其中，在所述的壳体2的内腔底部表面上设置呈环形散射状阵列排布的筋状结构22，在该壳体2的内腔顶部设置环形台阶23，在壳体2的每个角落上开设第一螺钉孔21；采用专用模具在盖板3上冲制若干环形且凹凸相间的凹槽，形成体积可补偿结构31；

S2、对壳体2、盖板3以及抽真空辅助管4的表面进行镀金工艺或镀镍工艺；

S3、将所述的盖板3镶嵌在壳体2的环形台阶23内，并通过焊接将盖板3和壳体2连接，使壳体2的内腔成为一个密闭空间；将抽真空辅助管4分别焊接在壳体2的两侧，且穿过该壳体2的侧壁；

S4、将相变蓄能材料5加热到相变温度点以上，通过壳体2一侧的抽真空辅助管4对密闭内腔进行抽真空，并同时由壳体2另一侧的抽真空辅助管4将相变蓄能材料5注入至壳体2的密闭内腔内；当抽入至密闭内腔内的相变蓄能材料5的体积到达预设值时，瞬间夹断壳体2两侧的抽真空辅助管4；

S5、在所述的壳体2的外底部表面上涂覆导热硅脂，并与电子发热组件6相贴合，将螺钉分别穿过壳体2上的第一螺钉孔21和电子发热组件6上的第二螺钉孔61以固定连接所述的壳体2和电子发热组件6。

步骤S1中，所述的壳体2和盖板3由铝材、或铜材或不锈钢材料制成。

步骤S3中，所述的盖板3与壳体2的焊接可采用锡焊、或钎焊、或激光缝焊的方式实现；所述的抽真空辅助管4与壳体2的焊接可采用锡焊的方式实现。

步骤S4中，所述的抽真空辅助管4的瞬间夹断，是在完成相变蓄能材料5的注入之后，对该抽真空辅助管4进行当场夹断的工艺,并采用氩弧焊进行封口。

综上所述，本发明提供的电子发热组件的相变温控装置及其制造方法，采用相变蓄能材料作为电子发热组件所发热量的存储和释放介质，能较好的管理较小空间的热量；本发明中对相变温控装置进行密封的结构设计，能较好的将相变蓄能材料进行密封封装；本发明中在盖板上设置的体积可补偿结构，能够避免相变材料在发生相变后所导致的体积膨胀对相变温控装置的破坏；本发明的相变温控装置采用表面镀金或镀镍工艺，并通过焊接进行连接组装，相变蓄能材料通过抽真空注入的方法密封封装在相变温控装置内，整个工艺方法简单易行，特别适合对短时或非连续工作的电子发热组件进行温度控制。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种电子发热组件的相变温控装置，对电子发热组件（6）进行温度控制，其特征在于，包含：

壳体（2），其具有一内腔，该内腔底部表面上设置有呈环形散射状阵列排布的筋状结构（22）；该壳体（2）的外底部表面与所述的电子发热组件（6）相贴合设置；

盖板（3），其焊接设置在所述的壳体（2）的顶部，使壳体（2）的内腔成为一个密闭空间；

抽真空辅助管（4），其分别焊接设置在所述的壳体（2）的两侧，且分别穿过该壳体（2）的侧壁；

相变蓄能材料（5），其封装设置在所述的壳体（2）的内腔内；该相变蓄能材料（5）的相变点低于电子发热组件（6）的最高正常工作温度；

其中，所述的盖板（3）上还设置有体积可补偿结构（31），其为若干环形且凹凸相间的凹槽，该体积可补偿结构（31）所补偿的体积与封装在壳体（2）的内腔内的相变蓄能材料（5）发生相变后的体积膨胀量相匹配。

2.如权利要求1所述的电子发热组件的相变温控装置，其特征在于，所述的壳体（2）以及盖板（3）由铝材、或铜材或不锈钢材料制成；所述的壳体（2）、盖板（3）以及抽真空辅助管（4）的表面采用镀金工艺或镀镍工艺。

3.如权利要求2所述的电子发热组件的相变温控装置，其特征在于，所述的壳体（2）的各个角落上分别开设有第一螺钉孔（21），所述的电子发热组件（6）的各个角落上分别开设有与第一螺钉孔（21）的位置、大小相匹配的第二螺钉孔（61），将螺钉分别穿过第一螺钉孔（21）和第二螺钉孔（61）以固定连接所述的壳体（2）和电子发热组件（6）。

4.如权利要求3所述的电子发热组件的相变温控装置，其特征在于，所述的壳体（2）的外底部表面上涂覆有导热硅脂，即该壳体（2）和电子发热组件（6）的贴合面之间涂覆有导热硅脂。

5.如权利要求2所述的电子发热组件的相变温控装置，其特征在于，所述的壳体（2）的内腔顶部设置有环形台阶（23），该环形台阶（23）的深度与盖板（3）的深度相一致，用于镶嵌并焊接盖板（3）。

6.如权利要求1所述的电子发热组件的相变温控装置，其特征在于，所述的相变蓄能材料（5）的介质质量M_E为：

；

其中，Q_h为电子发热组件（6）的发热功率，t_sh为电子发热组件（6）的温升时间，η_t为热效率，c_ps为相变蓄能材料（5）的固相比热容，c_pl为相变蓄能材料（5）的液相比热容，T_i为相变蓄能材料（5）的初始温度，T_m为相变蓄能材料（5）的相变温度，T_e为相变蓄能材料（5）的最终温度。

7.一种如权利要求1～6中任一项所述的电子发热组件的相变温控装置的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、加工壳体（2）和盖板（3），其中，在所述的壳体（2）的内腔底部表面上设置呈环形散射状阵列排布的筋状结构（22），在该壳体（2）的内腔顶部设置环形台阶（23），在壳体（2）的每个角落上开设第一螺钉孔（21）；采用专用模具在盖板（3）上冲制若干环形且凹凸相间的凹槽，形成体积可补偿结构（31）；

S2、对壳体（2）、盖板（3）以及抽真空辅助管（4）的表面进行镀金工艺或镀镍工艺；

S3、将所述的盖板（3）镶嵌在壳体（2）的环形台阶（23）内，并通过焊接将盖板（3）和壳体（2）连接，使壳体（2）的内腔成为一个密闭空间；将抽真空辅助管（4）分别焊接在壳体（2）的两侧，且穿过该壳体（2）的侧壁；

S4、将相变蓄能材料（5）加热到相变温度点以上，通过壳体（2）一侧的抽真空辅助管（4）对密闭内腔进行抽真空，并同时由壳体（2）另一侧的抽真空辅助管（4）将相变蓄能材料（5）注入至壳体（2）的密闭内腔内；当抽入至密闭内腔内的相变蓄能材料（5）的体积到达预设值时，瞬间夹断壳体（2）两侧的抽真空辅助管（4）；

S5、在所述的壳体（2）的外底部表面上涂覆导热硅脂，并与电子发热组件（6）相贴合，将螺钉分别穿过壳体（2）上的第一螺钉孔（21）和电子发热组件（6）上的第二螺钉孔（61）以固定连接所述的壳体（2）和电子发热组件（6）。

8.如权利要求7所述的电子发热组件的相变温控装置的制造方法，其特征在于，步骤S1中，所述的壳体（2）和盖板（3）由铝材、或铜材或不锈钢材料制成。

9.如权利要求7所述的电子发热组件的相变温控装置的制造方法，其特征在于，步骤S3中，所述的盖板（3）与壳体（2）的焊接可采用锡焊、或钎焊、或激光缝焊的方式实现；所述的抽真空辅助管（4）与壳体（2）的焊接可采用锡焊的方式实现。

10.如权利要求7所述的电子发热组件的相变温控装置的制造方法，其特征在于，步骤S4中，所述的抽真空辅助管（4）的瞬间夹断，是在完成相变蓄能材料（5）的注入之后，对该抽真空辅助管（4）进行当场夹断的工艺,并采用氩弧焊进行封口。