[发明专利]基于电子束表面造型方法的强化单相换热冷板及工艺方法

说明书

本发明公开一种基于电子束表面造型方法的强化单相换热冷板及工艺方法，包含冷板壳体与流道盖板，通过流道表面的锯齿形阵列，有效破坏了单相冷却介质的边界层流动，提高近壁面区域冷却介质的湍流度，宏观表现为对流换热热阻下降，进而实现冷板上安装的高热流密度功率器件的有效散热。

技术领域

本发明属于相控阵雷达环境控制领域，具体涉及一种相控阵雷达高热流密度功放芯片温度控制技术。

背景技术

随着相控阵雷达的GaN类高热流密度功率器件的推广使用，强迫液冷散热方法已经成为相控阵雷达散热的主流方式。传统的光滑流道单相液冷能够解决的热流密度一般在5～50W/cm²，对于热流密度高于100W/cm²的GaN类高热流密度功率器件需要采用微通道冷却等方式。专利CN109104844A《一种微通道冷板》采用微通道形式进行散热微通道冷却方式存在流道容易堵塞、冷板压力损失大的问题。

单相液冷冷板对相控阵雷达TR组件的散热是通过为冷板提供一定温度、流量的冷却液，功率器件将热量传导至冷板内部流道表面，冷却液在流道表面进行对流换热，将热量带出冷板，最终耗散至环境热沉。一直以来，降低冷板内部流道表面的对流换热热阻是冷板强化换热的主要目标，通过降低流道表面的对流换热热阻，可有效降低冷板综合热阻，改善冷板表面安装的功率器件的工作温度。

发明内容

本发明提出了基于电子束表面造型的强化单相换热冷板及工艺方法，为满足雷达高热流密度散热需求，解决单相对流换热热阻明显的问题，有效破坏流道表面的热边界层，降低对流换热热阻，实现强化冷板单相换热的目标。

本发明提出的基于电子束表面造型方法的强化单相换热冷板，包含冷板壳体与流道盖板。其中冷板壳体的流道底部外表面与流道盖板的内表面均有电子束表面造型所得的锯齿形造型阵列；所述锯齿形造型为一端向上的突起与一端向下凹陷的凹坑组成的微型造型，由电子束加工得出，多个锯齿形造型组成锯齿形造型阵列。

进一步的，所述冷板内部循环的冷却工质为65号航空冷却液或其他单相冷却介质。

进一步的，所述的电子束表面锯齿形造型高度不低于0.5mm。

上述任一基于电子束表面造型方法的强化单相换热冷板的工艺方法，首先通过机械加工出冷板壳体(含流道)与流道盖板，然后在电子束焊接设备内部进行表面造型，过程如下：

(1)机械加工：完成冷板壳体流道与盖板的机械加工；

(2)抽真空：被加工结构件与电子枪置于真空室内，抽取真空，真空度满足10^-3要求；

(3)预热熔化：控制电子束能量不低于10⁵W/cm²，束斑直径0.1～0.5mm之间，按照设计位置预热被加工件表面；

(4)凝固堆叠：按照锯齿形造型方向移动电子束束斑，移动速度5～10m/min，驱动局部熔化金属向预定位置凝固；

(5)循环重复：重复(4)步骤，直至造型高度达到要求；

(6)盖板与流道焊缝焊接。