某机载密封风冷机箱散热设计

朱恒义，关学刚

(中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引 言

机载密封风冷机箱应用于舰载机上，长期工作在海洋环境下，且时常不间断工作，为使其在海洋恶劣的环境下能够正常工作，需对机箱采取密封设计。机箱作为机载设备，重量要求比较苛刻，必须进行轻型化设计。机箱内部是由高功耗电子元器件组成的，发热量大，随之带来的就是元器件在密封环境下的散热问题。单个发热器件散热效果直接影响设备性能及使用寿命[1]，因此，必须对机箱进行合理优化设计，使其满足海洋性环境(主要为酸性盐雾及酸性大气)要求。

1 整机设计

1.1 机箱结构设计

机箱采用强迫风冷散热形式，整体框架及风道采用焊接形式，前后面板与焊接箱体配合处设计有密封圈安装槽，采用双峰型导电密封圈进行密封，从而形成全密闭机箱形式。

机箱上顶板和下底板直接设计了风道，风扇装于机箱顶部，机箱内部上顶板及下底板处设计多对插槽，每对插槽上安装1只模块，模块通过楔形锁紧装置固定于插槽中，模块热量通过散热板传至风道板，再通过强迫风冷对流方式将热量带走，每只风道可用于2只模块的散热，机箱结构形式如图1所示。在整个散热过程中，气流只在风道内流通，不与模块的电子元器件直接接触，使机箱内部与外界完全隔离，达到全密闭空间，从而实现防尘、防腐要求。

图1 机箱设计示意图

1.2 模块设计

散热冷板根据印制板上的芯片分布设计，芯片壳体通过柔性导热衬垫，贴于冷板凸台上，芯片产生的热量通过凸台直接传至冷板，再由冷板传至风道，以强迫风冷的方式将热量带走，模块散热示意如图2所示。

图2 模块散热示意图

2 热分析

机箱总功耗为509 W，其中模块与风道排布见表1及图3，其中有2组模块共用1个风道，以最大化实现重量控制，提高散热效率。

表1 机箱模块功率分布

图3 机箱模块与风道排布示意图

整个设备设计完成后，使用ICEPAK软件对机箱进行热分析[2]，环境温度为70℃。机箱冷却工作模式见图4，机箱内温度分布见图5，关键模块温度分布见图6及图7。

图4 机箱冷却模式示意图

图5 机箱温度分布示意图

图6 功能模块温度分布示意图

图7 电源模块温度分布示意图

由图6及图7可知，功能芯片壳温为84 ℃，电源模块温度最高为88.7 ℃，根据工业级芯片标准，功能芯片最大允许壳体温度为85 ℃，电源模块允许温度90 ℃，设计满足要求。

3 结果分析

本文设计的风冷密封机箱，在高温箱内能够正常工作，达到了以下功能：

(1) 高温环境下，热量通过冷板由强迫风冷的方式带走，至模块散热凸台，最大温升18.7 ℃，设计时需根据各芯片的耐温能力，合理优化模块布局；

(2) 机箱内增加或减少模块，需通过热分析仿真验证散热的可行性，合理地排布风道。

4 结束语

该机箱已经过气密性检验，并通过了高温试验。通过强迫风冷散热方式解决了密封机箱大功耗散热问题，提高了设备在海洋工作环境下的可靠性，降低了维护费用，通过软件在产品设计阶段对其进行热仿真分析，合理优化设计机箱风道排布，使模块工作温度在允许的温度范围内，从而减少设计、生产、再设计和再生产的周期，提高产品的一次性成功率，同时为该类别的密闭机箱设计提供了参考，具有较好的指导意义。