刘新博

（中国电子科技集团公司 第二十研究所，陕西 西安710068）

1 电子设备结构形式

机载电子设备的结构设计由原先的积木式逐渐转变成模块插拔式的形式。 这种新的结构形式使机载设备的整体结构分明，模块化集成度更高，同时也提高了设备各模块的通用性和互换性。 其结构形式主要由四部分组成：前盖、壳体、模块和后盖。 前盖中安装前面板接插件的转接板和与转接板对接的PIM 板， 壳体前端装有和PIM 板对接的母板，各模块通过壳体中的导槽与母板对接。 这种结构形式的电子设备，虽然具有很多优点，但这些优点也带来了一个在设计上必须全面细致考虑的问题——设备的散热问题。

2 热设计特点

设备的散热方式比较常见的有自然散热和强迫冷却两种方式，自然散热的途径有热传导、自然对流和热辐射三种，强迫冷却的途径主要有强迫风冷和强迫液冷两种。相比较而言强迫冷却要比自然散热的散热效果好很多。但由于装载平台对设备本身的要求以及设备在使用过程中所处的环境条件，比如海上或南方湿热地区，这种结构机箱设计成完全密封的形式， 因此设备自身的散热方式只能采用自然散热。加之对设备重量和体积的严格要求使得设备的模块以及电子元器件的密度很高，又给设备的散热增加了困难。

这种设备在热设计的过程中， 印制板上的发热器件是发热源，散热传导途径的终点是设备壳体，所以设备壳体被设计成设备上最大的散热器，壳体的表面加工有散热槽。 设备唯一有效的散热方式就是将设备模块中发热器件的热量以尽可能短的路径传导到壳体上来，也就是降低热阻，并在散热路径中设计散热装置，比如模块上安装冷板。模块上的热量通过模块上下两侧边与设备壳体导向槽的接触面来传导

3 存在的问题

电子设备的模块如图1 所示。

图1 模块结构图

模块由冷板、壳体、印制板和锁紧机构组成。模块由壳体中的导槽插入与前面的母板对接，靠锁紧机构与壳体固定。由图可以看出，模块中发热器件的导热途径是：发热器件—冷板—模块壳体侧边—设备壳体。 冷板与发热器件相对面加工有凸台并贴装导热材料。 这种设计方式，冷板可以降低发热器件的温度，但对于密封的设备来说，最终要把热量传导到设备的外壳上，但热传导的路径过长，其中模块壳体和冷板之间靠螺钉连接，两者之间接触面积很小，很不利于导热。仿真结果如图2 所示。

由仿真结果可以看出，最高温度76.1℃，发热器件的热量传导至冷板以后，冷板与模块壳体接缝处热阻很大，冷板的热量很难传导到模块壳体上，显然在冷板和设备壳体之间增加模块壳体使得模块的散热效果大大降低。

图2 模块散热仿真示意图

4 优化方案

优化方案的基本思路是缩短传导路径。模块的结构仍为相同的四部分，不同之处在于冷板的设计：将模块与壳体固定的两侧边与冷版设计成一体。 其结构形式如图3 所示。

图3 模块优化结构图

由图可知模块的导热路径为：发热器件—冷板—设备壳体，以同样的条件进行仿真，结果如图4 所示。

图4 优化方案散热仿真示意图

可以看出，最高温度64.6℃，冷板上温度比较均匀，热量能够均匀的传递到冷板的上下侧边，从而可以将冷板上的热量传导到设备壳体上去。 优化后的结构形式散热效果明显有所改善。

5 结论

有些设备已采用风冷、液冷的散热方式，但对于一些特殊的机载设备来说，在体积和重量严格要求的情况下，考虑自身设备的风冷或液冷方案非常困难。现阶段这种设备比较合理的散热方式是装载平台提供一个冷却环境， 给设备最大的散热器—壳体提供良好的散热环境。而结构设计需要考虑的是如何有效地将发热元器件上的热量高效的传导到设备壳体上来。

［1］余建祖.电子设备热设计及分析技术[M].北京：高等教育出版社，2002，12.

［2］白秀茹.典型的密封式电子设备结构热设计研究[J].电子机械工程，2002.

［3］生建友.现代机载电子设备结构设计[J].电子工程师，1999，7.