本發(fā)明屬于電子設(shè)備散熱領(lǐng)域，特別涉及一種相控陣天線(xiàn)陣面冷卻用微通道冷板結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：電子裝置小型化趨勢(shì)不斷催促著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，并伴隨著微細(xì)加工技術(shù)的不斷成熟、芯片性能提高以及器件體積重量的嚴(yán)格限制，使得同等空間內(nèi)電子元器件的數(shù)目急劇增加，對(duì)應(yīng)的熱功耗和熱流密度不斷升高。研究表明，由于溫升超過(guò)電子設(shè)備的容納限度是導(dǎo)致其失效的主要因素，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行高效的冷卻是維持各種功能模塊以及大型電子設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)作的關(guān)鍵工作。雷達(dá)如人類(lèi)的感官一般，是軍事上必不可少的電子裝備。其中，相控陣天線(xiàn)更是憑借其優(yōu)越的電訊性能得到大力推廣和發(fā)展。相控陣天線(xiàn)陣面布放著眾多t/r組件，其功率密度高、排布緊密、散熱空間有限，若無(wú)法及時(shí)地耗散天線(xiàn)陣面熱量，t/r組件溫度會(huì)急劇上升，導(dǎo)致其電訊性能下降乃至損壞。通常情況下，由于天線(xiàn)由成百上千個(gè)輻射單元組成，這個(gè)巨大的發(fā)熱群體無(wú)疑加大了相控陣天線(xiàn)熱設(shè)計(jì)的難度，故探尋一種低成本、高效率的冷卻技術(shù)便顯得尤為重要。目前，相控陣天線(xiàn)的散熱技術(shù)多采用自然風(fēng)冷或強(qiáng)迫空冷。一般來(lái)講，自然風(fēng)冷具有熱控組件簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、實(shí)現(xiàn)難度低、易改良等優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)增加天線(xiàn)體積、重量，對(duì)外部環(huán)境敏感，散熱效率較差；強(qiáng)迫空冷則是一種操作簡(jiǎn)便、收效明顯的散熱方式，相較自然風(fēng)冷具備更強(qiáng)的散熱能力。但隨著天線(xiàn)不斷朝著高功耗、高熱流密度方向發(fā)展，這些傳統(tǒng)的冷卻方式已無(wú)法滿(mǎn)足其散熱需求。微通道冷卻技術(shù)的出現(xiàn)為相控陣天線(xiàn)的有效熱控提供了新的解決方案，其散熱性能優(yōu)秀、便于高度化集成、能夠快速高效地帶走發(fā)熱模塊所產(chǎn)生的熱量，結(jié)合天線(xiàn)微型化、高組裝密度的發(fā)展趨勢(shì)，微通道冷卻技術(shù)備受工程熱設(shè)計(jì)人員的青睞。迄今為止，將微通道冷卻技術(shù)應(yīng)用到天線(xiàn)熱控中仍存在諸多技術(shù)難題以待解決，如微通道冷板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單一、微通道冷板的散熱能力仍有待提高、溫度一致性差以及泵功率限制等問(wèn)題。此外，由于天線(xiàn)陣面冷板和局部t/r組件以及局部微型化芯片尺度跨度較大，熱源排布離散，因此冷板液冷管路的設(shè)計(jì)與發(fā)熱元件的溫度一致性也有著直接聯(lián)系。綜上所述，微通道冷板拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)提升天線(xiàn)散熱效果將具有明顯的工程意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種微通道冷板結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足相控陣天線(xiàn)陣面芯片溫升、溫度一致性及壓降要求。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種微通道冷板結(jié)構(gòu)，包括基底和設(shè)置在基底上的微流道網(wǎng)絡(luò)；所述微流道網(wǎng)絡(luò)由分流流道、局部微通道網(wǎng)絡(luò)和匯流流道組合而成，整個(gè)微流道網(wǎng)絡(luò)中心對(duì)稱(chēng)分布，且呈全并聯(lián)形式。所述分流流道是由若干“t”型流道組合而成的分形網(wǎng)絡(luò)，冷卻工質(zhì)通過(guò)“t”型分流流道輸送至各局部微通道網(wǎng)絡(luò)，使得各局部微通道網(wǎng)絡(luò)不存在嚴(yán)格的上下游冷卻關(guān)系，溫度一致性好。此外，多級(jí)分形結(jié)構(gòu)使得冷卻工質(zhì)在分流處連續(xù)產(chǎn)生二次流，可不斷擾動(dòng)邊界層，阻止其不斷增厚，從而強(qiáng)化換熱。同時(shí)，“t”型分流流道可均勻覆蓋整個(gè)待散熱區(qū)域，流體流動(dòng)路徑較短，流阻低。所述匯流流道是由若干逆向“y”型二分叉流道組合而成，逆向y型分形結(jié)構(gòu)具有冷卻工質(zhì)混合作用，可有效縮短流程，流體流動(dòng)性能好、流阻低，溫度一致性好。所述分流流道和匯流流道之間通過(guò)樹(shù)狀并行微通道網(wǎng)絡(luò)連通。進(jìn)一步的，所述樹(shù)狀并行微通道網(wǎng)絡(luò)，各組微通道呈并行排布，通道分支多且跨段短，局部壓力損失小，散熱能力強(qiáng)，溫度一致性好，可進(jìn)一步提升微通道冷板的散熱性能。進(jìn)一步的，所述“t”型流道的分形角度為180°，上下級(jí)分支流道長(zhǎng)度比為0.5，上下級(jí)分支流道水力直徑比為0.8。進(jìn)一步的，所述“y”型二分叉流道的分形角度為180°。進(jìn)一步的，所述“y”型二分叉流道的同級(jí)子分支流道設(shè)置有兩處直角拐角，以貼合待散熱區(qū)域形狀。進(jìn)一步的，所述微流道網(wǎng)絡(luò)的通道截面形狀均為矩形。進(jìn)一步的，所述基底厚度為1.5mm。進(jìn)一步的，所述基底采用導(dǎo)熱系數(shù)較高的硅材料或鋁合金材料(如鋁合金，銅合金，鎳基合金等)。進(jìn)一步的，所述微流道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部填充有冷卻工質(zhì)；所述冷卻工質(zhì)可選用去離子水、fc-75、coolanol45、氟利昂、甲醇、乙醇、乙二醇或者乙二醇的水溶液。本發(fā)明的有益效果：(1)由于冷卻工質(zhì)以“t”型流道進(jìn)行合理的流量調(diào)配，并通過(guò)樹(shù)狀并行微通道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而強(qiáng)化換熱，最后通過(guò)逆向“y”型二分叉流道重新匯集流量，通道分布均勻性好，可均勻密布整個(gè)待散熱區(qū)域，溫度一致性好，冷卻工質(zhì)在流道中平滑流動(dòng)，流阻?。?2)局部微流道網(wǎng)絡(luò)各組微通道呈并行排布，通道分支多且跨度短，不易堵塞，便于工藝實(shí)現(xiàn)，可降低局部壓力損失，能夠進(jìn)一步提升微通道冷板的散熱性能。(3)該微通道冷板結(jié)構(gòu)微流體網(wǎng)絡(luò)為單層結(jié)構(gòu)，可有效降低冷板體積、重量，便于熱控組件與結(jié)構(gòu)組件的高度一體化集成，以適應(yīng)天線(xiàn)高集成度、高組裝密度的發(fā)展趨勢(shì)。(4)該結(jié)構(gòu)可根具實(shí)際工作環(huán)境，調(diào)節(jié)各分流流道和匯流流道中分形結(jié)構(gòu)各子分支結(jié)構(gòu)參數(shù)，改變局部流阻，實(shí)現(xiàn)冷卻工質(zhì)流量的重新分配，改善溫度一致性。同時(shí)，還可通過(guò)選用不同的芯片級(jí)微通道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同的散熱需求。(5)當(dāng)熱源分布不勻時(shí)，通過(guò)調(diào)整各樹(shù)狀并行微通道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各組微通道的長(zhǎng)度、數(shù)目、尺度，可形成各種不對(duì)稱(chēng)微通道冷板結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步改善其冷卻效果。附圖說(shuō)明圖1為“t”型分流流道結(jié)構(gòu)；圖2為樹(shù)狀并行微通道結(jié)構(gòu)；圖3為“y”型二分叉流道結(jié)構(gòu)；圖4為微流體網(wǎng)絡(luò)局部單級(jí)結(jié)構(gòu)；圖5為二級(jí)分形的微通道冷板結(jié)構(gòu)；圖6為三級(jí)分形的微通道冷板結(jié)構(gòu)；圖7為微通道冷板結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。如圖1-7所示，一種微通道冷板結(jié)構(gòu)由基底1和在基底上加工的微流道網(wǎng)絡(luò)2組成，所述微流道網(wǎng)絡(luò)2由分流結(jié)構(gòu)3、局部微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4和匯流結(jié)構(gòu)5組成。如圖1所示，分流流道3是由大量交錯(cuò)的“t”型流道組成的“t”型分形網(wǎng)絡(luò)，呈自相似中心對(duì)稱(chēng)分布。其基本組成單元為單級(jí)“t”型流道，包括父流道6和兩個(gè)子分支流道7、8，同級(jí)子分支流道7、8的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)保持一致，分形角度為180°，上下級(jí)分支流道長(zhǎng)度比為0.5，水力直徑比為0.8，所述流道截面形狀均為矩形，入口流道(0級(jí)分支)通道寬4mm、通道高2mm?！皌”型分形網(wǎng)絡(luò)可將冷卻工質(zhì)均勻發(fā)散至整個(gè)待散熱區(qū)域，通道分布均勻性好，流阻低，溫度一致性好。同時(shí)，多級(jí)分形結(jié)構(gòu)使得冷卻工質(zhì)在分流處連續(xù)產(chǎn)生二次流，可不斷擾動(dòng)邊界層，阻止其不斷增厚，從而強(qiáng)化換熱。設(shè)計(jì)員根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)調(diào)節(jié)各級(jí)子分支流道的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)冷卻工質(zhì)流量的重新分配，以進(jìn)一步改善待散熱區(qū)域的溫度一致性。如圖2所示，結(jié)合天線(xiàn)陣面熱源的排布特征，局部微通道網(wǎng)絡(luò)4為樹(shù)狀并行結(jié)構(gòu)，呈鏡像對(duì)稱(chēng)分布。微通道網(wǎng)絡(luò)4由樹(shù)狀分流流道9、逆向樹(shù)狀合流流道10、局部微通道11組合而成，各組微通道并行排布，通道分支多且跨段短。所述局部微通道網(wǎng)絡(luò)通道截面形狀均為矩形。所述9、10流道尺寸與上級(jí)分流結(jié)構(gòu)3的末級(jí)分支流道7保持一致，所述局部微通道11通道寬0.4mm，高2mm。根據(jù)不同的散熱需求，通過(guò)各組微通道長(zhǎng)度、數(shù)目、尺度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化可得到各種不對(duì)稱(chēng)樹(shù)狀并行微通道結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步改善冷卻效果。如圖3所示，匯流流道5為逆向“y”型分形網(wǎng)絡(luò)，其基本單元為單級(jí)“y”型二分叉流道，包括合流流道12和兩根支流流道13、14，流道分形角度為180°，上下級(jí)流道水力直徑比為0.8，同級(jí)子分支流道存在兩處直角拐角15、16，以貼合待散熱區(qū)域形狀。所述流道截面形狀均為矩形，出口流道(0級(jí)分支)通道寬4mm、通道高2mm。所述基底采用導(dǎo)熱系數(shù)較高的硅材料或鋁合金材料(如鋁合金，銅合金，鎳基合金等)?；缀穸葹?.5mm。冷卻工質(zhì)可選用去離子水、fc-75、coolanol45、氟利昂、甲醇、乙醇、乙二醇、乙二醇的水溶液等。微通道冷板結(jié)構(gòu)可采用底板和蓋板焊接成型或一體加工成型，硅基材料可采用光刻或刻蝕技術(shù)在底板上加工微流道網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)特殊工藝將底板和蓋板鍵合成型；金屬材料可采用微細(xì)銑削或微細(xì)電火花技術(shù)在底板加工微流道網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)釬焊工藝或擴(kuò)散焊工藝成型；另外，部分鋁鎂合金和鎳基合金可采用金屬3d打印技術(shù)一體加工成型。該微通道冷板結(jié)構(gòu)通過(guò)選用不同分形級(jí)數(shù)的分流和匯流結(jié)構(gòu)、不同的局部微通道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可適應(yīng)不同的散熱需求，具有一定的普適性。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠靈活應(yīng)對(duì)實(shí)際冷板眾多安裝孔、饋線(xiàn)孔等對(duì)流道布局的限制，具有一定的柔性。-實(shí)驗(yàn)例為驗(yàn)證本發(fā)明提供的微通道冷板結(jié)構(gòu)在散熱方面的優(yōu)越性能，特以傳統(tǒng)矩形平直微通道冷板結(jié)構(gòu)和普通樹(shù)狀微通道冷板結(jié)構(gòu)(兩層結(jié)構(gòu))為參照，對(duì)三種微通道冷板結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱仿真對(duì)比分析。根據(jù)等參數(shù)原則，特做以下設(shè)定：冷板材料、尺寸相同；通道尺寸一致，截面均為矩形；基板厚度一致；流體工質(zhì)相同；熱載荷相同；流道覆蓋面積基本一致?；诖?，詳細(xì)的熱仿真計(jì)算模型參數(shù)以及各邊界條件參數(shù)設(shè)置如下：1.微通道冷板尺寸為：135mm×135mm×8mm2.冷板材質(zhì)：鋁合金60633.微通道截面尺寸：0.4mm×2mm4.基板厚度：1.5mm5.冷卻工質(zhì)：60％乙二醇水溶液6.入口溫度：35℃7.環(huán)境溫度：70℃8.入口流量：0.5l/min9.熱源：芯片由面熱源模擬，以陣列形式呈方陣8×16排布，單個(gè)芯片尺寸為1mm×2mm，發(fā)熱功率為2w(熱流密度為100w/cm2)，總功耗為256w；10.散熱器與周?chē)諝獾膶?duì)流換熱系數(shù)為：20w/m2.k建立三種微通道散熱器的熱仿真模型，采用同樣的離散格式和求解模型，對(duì)三種微通道散熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱仿真計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表所示。類(lèi)型最高溫度(℃)陣面溫差(℃)壓降(kpa)平直結(jié)構(gòu)75.99.168樹(shù)狀結(jié)構(gòu)86.35.845本發(fā)明63.81.818由上述數(shù)值模擬結(jié)果分析可得：本發(fā)明設(shè)計(jì)的微通道冷板結(jié)構(gòu)相較傳統(tǒng)矩形平直微通道冷板結(jié)構(gòu)和普通樹(shù)狀微通道冷板結(jié)構(gòu)，能夠以較低的壓降更有效的控制發(fā)熱面溫升和溫度一致性能，綜合散熱性能優(yōu)秀。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12