用于机载航空产品的线路板热传导优化设计结构

摘要

本发明提供一种用于机载航空产品的线路板热传导优化设计结构，在大功率高发热器件和PCB板之间设有导热板。本发明直接在PCB板上增加一块导热板，大大增加了散热面积，同时在大功率高发热器件与导热铝板中间加入软性硅胶导热片,以消除空气间隙，减小器件和导热铝板之间的接触热阻，使器件产生的热量迅速传到导热铝板上；导热铝板顶部增加一个导热和辐射换热面的T形结构，且T型结构的上端面加装软性硅胶导热片后同箱体密封盖连接为一体，有效的将热量传导到箱体表面，增加了散热面积；采用楔形压紧机构，增大了导热铝板与箱体的接触面积，有效的实现了热传导，快速降低电子器件表面温度，提高产品使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属航空产品热设计技术领域，具体涉及一种用于机载航空产品的 线路板热传导优化设计结构。

背景技术

随着电子产品的发展以及各子系统集成度的不断增强，系统功耗不断增 大，而箱体体积不断减小，导致线路板器件发热不断加大，直接影响器件的 效能，从而导致产品寿命、可靠性的降低。此外，由于机载航空产品高温环 境温度一般要求在70℃，而产品箱体内部温度远远高于环境温度，且随着工 作时间的累积使得温度不断增加，若不能快速将产品箱体内部温度散出，将 会直接影响产品的功能和性能。目前现有的大功率电源线路板散热主要通过 以下方式实现：一是自然冷却方法，通过吹风实现自然对流和辐射换热的单 独作用或两种以上换热形式的组合进行冷却；二是直接液体冷却方法，使电 子元件浸没在不影响系统电气运行的液体中,通过传导和对流将热量直接传 给液体,适用于体积功率密度较高的电子元器件或部件,也适用于那些必须在 高温环境条件下工作、且元器件与被冷却表面之间的温度梯度又很小的部件； 三是蒸发冷却方法，电子元件耗散的热量将液体沸腾产生蒸汽而放出热量,适 用于体积功率密度很高的元器件或部件；四是热电制冷方法，由载流子流过 半导体节点时势能的变化而引起的能量传递,适用于不需要外界动力而产生 负热阻的制冷技术；五是热管技术，由于采用了相变传热,因此是一种传热效 率很高的导热器件,热管使用时关键是减小两端接触界面上的热阻。目前机载 航空产品不断要求小型化、重量轻、抗高低温、耐湿热和高强度,这就决定了 机箱必须为全密封机箱,自然风冷却、直接液体冷却、蒸发冷却方法、热电制 冷方法和热管技术冷却方法的可实现性差或不能满足散热需要，因此有必要 改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种用于机载航空产品的线路板热传导优 化设计结构，目的是降低高发热器件表面温度，从而降低箱体内部环境温度， 提高产品环境适应性，延长产品寿命。

本发明采用的技术方案：用于机载航空产品的线路板热传导优化设计结 构，在大功率高发热器件和PCB板之间设有导热板。

其中，所述导热板由绝缘隔板、导热铝板和楔形压紧机构构成，所述导 热铝板设置在PCB板上端且两者之间设有隔离PCB板与导热铝板的绝缘隔板， 所述导热铝板上按照PCB板焊盘位置留出安装大功率高发热器件的圆孔，所 述大功率高发热器件的管脚通过圆孔安装在PCB板上，所述楔形压紧机构直 接设置在导热铝板两侧上端面起到与箱体锁紧和热传导作用。

进一步地，所述大功率高发热器件和导热铝板之间还设有可增加热传导 的软性硅胶导热片。

其中，所述楔形压紧机构由螺杆、上楔形件、中楔形件和下楔形件构成， 所述上楔形件和下楔形件之间形成三角形缺口，所述中楔形件呈倒三角并纳 入三角形缺口内，螺杆穿过上楔形件、中楔形件与固定在导热铝板上端面的 下楔形件旋合为一体。

进一步地，所述导热铝板的顶部呈T型结构，且T型结构的上端面加装 软性硅胶导热片后同箱体密封盖连接为一体。

进一步地，所述导热铝板上端面不设置大功率高发热器件的部位制有多 个“工”型散热器。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本发明直接在PCB板上增加一块导热板，大大增加了散热面积，是一 种混合式换热的散热方法；

2、本发明的大功率高发热器件与导热铝板中间加入软性硅胶导热片,以 消除空气间隙，进一步减小器件和导热铝板之间的接触热阻，使器件产生的 热量迅速传到导热铝板上；

3、本发明在导热铝板顶部增加一个导热和辐射换热面的T形结构，且T 型结构的上端面加装软性硅胶导热片后同箱体密封盖连接为一体，有效的将 热量传导到箱体表面，增加了散热面积；

4、本发明对PCB板的安装固紧进行了改进设计，为使导热铝板与机箱壁 紧密接触，将导热铝板与机箱壁之间的连接处进行了优化，且采用楔形压紧 机构，增大了导热铝板与箱体的接触面积，有效的实现了热传导；

5、通过使用FLOTHERM热分析仿真软件在箱体内部高温85℃条件下对优化 设计的导热传导装置进行仿真分析，利用有限容积法进行流体计算,可以得到 温度场分布云图，大功率高发热器件表面温度最高不超过87℃；

6、导热铝板的设计和优化对温升控制有比较好的改善,提高了电子设备 的可靠性；

7、在导热铝板上设计的“工”型散热器，有利于热辐射，快速降低电子 器件表面温度；

8、相对于未加装导热铝板、未在导热铝板和大功率高发热器件之间加装 软性硅胶导热片或热传导面积不够的热传导方式，大大改善了器件环境温度， 提高了电子器件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的导热铝板结构示意图；

图4为本发明的楔形压紧机构结构示意图；

图5为本发明的楔形压紧机构与箱体接触时结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-5描述本发明的一种实施例。

用于机载航空产品的线路板热传导优化设计结构，在大功率高发热器件1 和PCB板2之间设有导热板3。所述导热板3由绝缘隔板4、导热铝板5和楔 形压紧机构7构成，具体的，所述楔形压紧机构7由螺杆12、上楔形件13、 中楔形件14和下楔形件15构成，所述上楔形件13和下楔形件15之间形成 三角形缺口，所述中楔形件14呈倒三角并纳入三角形缺口内，螺杆12穿过 上楔形件13、中楔形件14与固定在导热铝板5上端面的下楔形件15旋合为 一体。所述导热铝板5设置在PCB板2上端且两者之间设有隔离PCB板2与 导热铝板5之间导电性的绝缘隔板4，所述导热铝板5上按照PCB板2焊盘位 置留出安装大功率高发热器件1的圆孔8，所述大功率高发热器件1的管脚通 过圆孔8安装在PCB板2上，所述楔形压紧机构7直接设置在导热铝板5两 侧上端面起到与箱体9锁紧和热传导作用。所述大功率高发热器件1和导热 铝板5之间还设有可增加热传导的软性硅胶导热片6。所述导热铝板5的顶部 10呈T型结构，且T型结构的上端面11加装软性硅胶导热片6后同箱体9密 封盖连接为一体。所述导热铝板5上端面不设置大功率高发热器件1的部位 制有多个“工”型散热器。

下面具体对每个部件做以详细阐述：为改善目前自然风冷却、直接液体 冷却、蒸发冷却方法、热电制冷方法和热管技术冷却方法的可实现性差或不 能满足散热需要这一情况，提出了在大功率高发热器件1与PCB板2中间加 入导热板3的方法。

一、导热板3的组成与安装

导热板3主要由绝缘隔板4、导热铝板5和楔形压紧机构7三部分组成， 绝缘隔板4用于隔离PCB板2同导热铝板5之间的导电性，安装于导热铝板5 与PCB板2之间。导热铝板5主要用于传导大功率高发热器件1的热量，导 热铝板5一面直接与绝缘隔板4贴合，并且按照PCB板2焊盘位置留出安装 器件的圆孔8，器件管脚通过该圆孔8安装到PCB板2上，在大功率高发热器 件1与导热铝板5之间加入软性硅胶导热片6，增加热传导；楔形压紧机构7 直接安装于导热铝板5两侧，起到与箱体锁紧和热传导作用。导热铝板5的 顶部10呈T型结构，T型结构的上端面11加装软性硅胶导热片6后同箱体9 密封盖连接为一体，增大了散热面积。

二、导热铝板5设计

铝是典型的用于散热器或热扩散器的材料，由于其具有高热导率，轻重 量以及易于加工的特点,本技术方案中设计的导热铝板5采用铝材料；为保证 良好的热传导率，对导热铝板5进行了优化设计。导热铝板5顶端同箱体上 盖紧密接触，扩大了散热面积，导热铝板5上没有大功率高发热器件1的空 余地方制作了"工"型散热器，增强了热辐射，通过仿真可以确定"工"型散热 器的肋高、肋长、肋厚、肋片数目、肋片形状，从而达到导热、散热的热阻 最小。

三、导热铝板5与大功率高发热器件1的安装设计

导热铝板5主要用于传导大功率高发热器件1的热量，导热铝板5一面直 接与绝缘隔板4贴合，大功率高发热器件1管脚穿过导热铝板5与PCB板2 焊接，在导热铝板5与大功率高发热器件1之间填充软性硅胶导热片6，该软 性硅胶导热片6可以填充连接界面处的任何不规则空隙，并且可以有效降低 交界面的热阻，软性硅胶导热片6的厚度、硬度、热导系数等参数可以根据 需要选择。

四、楔形压紧机构7的结构及安装

导热铝板5的设计还考虑到安装固紧的作用，导热铝板5与箱体9之间的 安装是通过楔形压紧机构7来固紧的，不但起到了固定锁紧作用，同时也起 到了热传导作用。楔形压紧机构7由螺杆12、上楔形件13、中楔形件14和 下楔形件15构成，上楔形件13和下楔形件15之间形成三角形缺口，中楔形 件14呈倒三角并纳入三角形缺口内，螺杆12穿过上楔形件13、中楔形件14 与固定在导热铝板5上端面的下楔形件15旋合为一体。通过转动螺杆12使 上楔形13件向下挤压，从而使中楔形件14上移顶住机箱壁，实现两条传导 散热途径：发热元件一导热板/楔形压紧机构一机箱壁。

实用性：

1、本结构适用于对线路板上的大功率高发热器件1的热传导；

2、本方法中设计的热传导方式易于实现，降低了对PCB板2进行热传导、 热辐射的设计要求；

3、使用该结构相对于使用紫铜板型散热装置，节约了成本，且铝板硬度 适中，易于加工。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围， 故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要 求范围之内。