本發(fā)明涉及流體散熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種慣性導(dǎo)航模塊散熱裝置。

背景技術(shù)：

陀螺儀(又稱角運動檢測器)是一種利用角動量守恒特性獲取運動物體精確方位的儀器，它是現(xiàn)代航空航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航備件，其在現(xiàn)代無人機或反無人機的飛控系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。一般來說，陀螺儀和加速度計等慣性導(dǎo)航組件會與其他類型的芯片，如高性能ldo電源芯片、高性能cortex-mo內(nèi)核處理器和高集成mems傳感器芯片等，封裝于同一塊pcb板上制成慣性導(dǎo)航模塊。但隨著芯片集成度的提高，芯片發(fā)熱量也越來越大。一般來說，電子元器件的工作溫度為70～80℃，每增加1℃，其可靠性就會降低5％，由此可見，慣性導(dǎo)航模塊的散熱效果會對其性能可靠性造成巨大影響。

現(xiàn)有技術(shù)中散熱技術(shù)主要包括風(fēng)冷、液冷以及風(fēng)冷+液冷組合這三種方式；但是由于慣性導(dǎo)航模塊的集成度較高，其幾何尺寸可以在15mm*15mm*2mm之內(nèi)，因此無法應(yīng)用風(fēng)冷散熱；進一步地，一方面，在慣性導(dǎo)航模塊的集成過程中，各芯片之間還設(shè)置有電容、接口走線等其他元件，無法采用整塊微通道冷板與pcb板相連接布局的散熱方案；另一方面，慣性導(dǎo)航模塊中的各個芯片在工作時的發(fā)熱量各不相同，但現(xiàn)有技術(shù)并沒有根據(jù)各個芯片的散熱量進行針對化的微通道散熱設(shè)計，如申請?zhí)枮?01510109891.9的專利方案，其公開了一種并聯(lián)式平行微通道多芯片散熱器，又如申請?zhí)枮?01610851729.9的專利，其公開了一種用于高熱流密度芯片的微通道液冷散熱器及導(dǎo)冷插件，在上述兩種方案中，其對于微通道散熱器的散熱設(shè)計都是以發(fā)熱量最大的部位來設(shè)定流量、壓力等參數(shù)，這樣會增加泵體的尺寸，使散熱結(jié)構(gòu)不緊湊，對于發(fā)熱量很小的地方就會造成浪費，因此反而降低了散熱能效比。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中慣性導(dǎo)航模塊散熱效果難度大，效果不好的問題，本發(fā)明提供一種慣性導(dǎo)航模塊散熱裝置，可以采取流量-壓力控制的并聯(lián)式獨立散熱方式應(yīng)對慣性導(dǎo)航模塊不同位置上不同的散熱需求，實現(xiàn)高效、智能、安全地為加速度計、陀螺儀等慣性導(dǎo)航模塊進行散熱。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的具體采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開一種慣性導(dǎo)航模塊散熱裝置，包括：微通道散熱器、微型泵、出液管、與每一芯片分別對應(yīng)的若干分流管、設(shè)置于每一分流管上的多通道流體控制閥、回流腔和散熱翅片；微通道散熱器由相互貼合的蓋板和冷板構(gòu)成，冷板采用由入液口、微通道、儲液艙和回流口構(gòu)成的花灑式多流道混合沖擊散熱結(jié)構(gòu)；微通道散熱器與慣性導(dǎo)航芯片的pcb板之間具有導(dǎo)熱涂層；經(jīng)回流腔和散熱翅片冷卻的散熱工質(zhì)(即導(dǎo)熱液)被微型泵抽出，經(jīng)出液管進入多通道流體控制閥，多通道流體控制閥基于芯片的實時溫度改變分流管的工質(zhì)流量，冷卻后的散熱工質(zhì)經(jīng)分流管導(dǎo)入微通道散熱器，在吸收了芯片熱量后進入回流腔，構(gòu)成散熱回路。

進一步地，分流管中的散熱工質(zhì)由入液口導(dǎo)入儲液艙，再經(jīng)微通道加壓穿過蓋板與所述導(dǎo)熱涂層進行熱交換，最后經(jīng)回流口匯入所述回流腔。

進一步地，微通道的通道直徑小于0.5mm，微通道的高度小于等于2mm，微型泵為單通道微型泵。

進一步地，冷板由銅材料制成，冷板厚度大于微通道高度。

進一步地，冷板上還設(shè)置有外徑包裹所有微通道的凹槽，用于放置密封圈防止散熱工質(zhì)漏出。

進一步地，導(dǎo)熱涂層為石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱層。

進一步地，多通道流體控制閥改變分流管的工質(zhì)流量的過程，具體包括：

多通道流體控制閥具有用于接收工質(zhì)流量控制信息的通信接口，控制信息基于芯片的實時溫度以及分流管的實時工質(zhì)流量被發(fā)出；

多通道流體控制閥基于芯片的實時溫度轉(zhuǎn)動閥體內(nèi)部轉(zhuǎn)子，改變閥體開口大小，直至分流管的實時工質(zhì)流量達到預(yù)設(shè)的期望值。

進一步地，多通道流體控制閥為全自動兩位三通閥。

采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明方案采用流量-壓力控制的并聯(lián)式獨立散熱方式應(yīng)對慣性導(dǎo)航模塊不同位置上不同的散熱需求，實現(xiàn)高效、智能、安全地為加速度計、陀螺儀等慣性導(dǎo)航模塊進行散熱。

2、本發(fā)明方案在微通道散熱器與芯片之間設(shè)置有石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱層，充分發(fā)揮利用石墨涂層的超高水平橫向?qū)崧?，可將局部高溫迅速擴散，增大散熱表面積，進一步提高散熱效率。

3、本發(fā)明方案的微通道散熱器設(shè)置有緊湊小型的花灑式微通道散熱結(jié)構(gòu)，通過微通道加壓能有效使散熱工質(zhì)沖擊散熱區(qū)域，加強散熱性能，并且針對不同發(fā)熱量的區(qū)域采用不同的微通道參數(shù)設(shè)計，散熱能效比好。

4、本發(fā)明方案的芯片pcb板與散熱裝置之間構(gòu)成上下式布局，減小了散熱系統(tǒng)的整體尺寸，使散熱裝置安裝起來方便可靠。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的慣性導(dǎo)航模塊散熱裝置組成示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的微通道散熱器、石墨烯涂層材料和慣性導(dǎo)航芯片pcb板相連接的爆炸示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的包含有花灑式散熱結(jié)構(gòu)的冷板示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的花灑式散熱結(jié)構(gòu)放大圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的微通道散熱器與慣性導(dǎo)航芯片pcb板連接后的結(jié)構(gòu)的剖面圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的散熱工質(zhì)流動示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的工質(zhì)流量分配示意圖。

圖中標(biāo)記：1-pcb板連接孔，2-芯片，3-石墨散熱片，4-芯片pcb板，5-蓋板，6-冷板，6-1-冷板連接孔，7-微型泵，8-出液管，9-分流管，10-多通道流體控制閥，11-裝置外殼，12-回流腔，13-支架，14-散熱翅片，15-凹槽，16-微通道，17-入液口，18-回流口，19-儲液艙，20-導(dǎo)熱涂層，21-通信接口，a-花灑式散熱結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，即所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，術(shù)語“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明實施例作詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明公開一種用于慣性導(dǎo)航模塊的散熱裝置，主要由相互貼合的蓋板5和冷板6構(gòu)成的微通道散熱器、微型泵7、出液管8、若干分流管9、多通道流體控制閥10、回流腔12和散熱翅片14構(gòu)成；微通道散熱器與慣性導(dǎo)航芯片pcb板4貼合，基于散熱器中的液冷工質(zhì)吸收芯片熱量。

可以理解地，微通道散熱器與慣性導(dǎo)航芯片pcb板4的大小相近(微通道散熱器面積最好略大于pcb板)，微通道散熱器和pcb板4上都設(shè)置有連接孔1，并基于穿過連接孔的螺絲進行固定。在沒有螺絲和連接孔的其他地方，可以用玻璃膠等黏合劑進行固定，保證微通道散熱器與慣性導(dǎo)航芯片之間的熱傳遞效率。

可以理解地，本發(fā)明實施例中，熱循環(huán)過程如下：一般來說，微通道散熱器中注有用于吸收芯片熱量的散熱工質(zhì)，散熱工質(zhì)在進行熱交換之后匯入回流腔12，并經(jīng)過散熱翅片14進行冷卻；冷卻后的散熱工質(zhì)被微型泵7抽出，經(jīng)過出液管8進入多通道流體控制閥10；多通道流體控制閥基于芯片的實時溫度改變通往各芯片散熱位置的分流管9的工質(zhì)流量，將冷卻后的散熱工質(zhì)經(jīng)分流管9導(dǎo)入微通道散熱器中；散熱工質(zhì)在吸收了芯片熱量后再次匯入回流腔，從而構(gòu)成完整的循環(huán)散熱回路。

由圖1可見，本發(fā)明實施例的裝置具有一個槽體外殼11，除了微通道散熱器和芯片pcb板以外的其他部件被設(shè)置在槽體外殼11的底板上，在槽體外殼11內(nèi)部還設(shè)置有支架13。可以理解地，pcb板在裝配時被朝外向放置，從而使微通道散熱器與支架13之間可以通過螺絲等方式進行固定。

由此可見，本發(fā)明實施例中的芯片pcb板與整個散熱裝置之間構(gòu)成了上下式布局，這樣能減小散熱系統(tǒng)的整體尺寸，使散熱裝置安裝起來方便可靠。

進一步地，為了實現(xiàn)更好的熱傳遞效果，本發(fā)明實施例中，在微通道散熱器與慣性導(dǎo)航芯片pcb板4之間具有導(dǎo)熱涂層。如圖2的爆炸圖所示，本發(fā)明實施例中，在芯片pcb板4與散熱器蓋板5之間設(shè)置有一塊面積略小于冷板寬度的石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱層20。

進一步地，石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱層20的厚度應(yīng)小于等于1mm，太厚的話反而會阻礙散熱性能，此處不再贅述。

可以理解地，如圖1所示，可以同時在慣用導(dǎo)航芯片表面上放置1mm厚的石墨散熱片3，實現(xiàn)在芯片與散熱器的非接觸面上散熱，此處不再贅述。

進一步地，本發(fā)明實施例中，微通道散熱器的冷板6采用一種復(fù)雜的花灑式多流道混合沖擊散熱結(jié)構(gòu)對芯片進行散熱。如圖3所示包含有花灑式散熱結(jié)構(gòu)的冷板示意圖，圖中標(biāo)記a的圓形區(qū)域即是一個花灑式散熱結(jié)構(gòu)。該花灑式散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)置應(yīng)與pcb板4上的每一芯片的散熱位置相對應(yīng)。此處以慣性導(dǎo)航模塊為例，模塊pcb板上往往至少含有三個芯片，分別是高性能ldo電源芯片、高性能cortex-mo內(nèi)核處理器和高集成mems傳感器芯片，因此在散熱器冷板上就要針對這三個芯片的位置設(shè)置花灑式散熱結(jié)構(gòu)，例如，將高性能ldo電源芯片散熱結(jié)構(gòu)的微通道直徑設(shè)置為0.5mm，將高性能cortex-mo內(nèi)核處理器散熱結(jié)構(gòu)的微通道直徑設(shè)置為0.4mm，將高集成mems傳感器芯片散熱結(jié)構(gòu)的微通道直徑設(shè)置為0.3mm。

進一步地，如圖4所示圖3中a區(qū)域花灑式散熱結(jié)構(gòu)的放大圖，可見該結(jié)構(gòu)中具有覆蓋整面的微通道。在使用時，散熱工質(zhì)經(jīng)微通道導(dǎo)出到達散熱位置，由于通經(jīng)較小，可以顯著增加散熱沖擊力和流量，并且微通道在立體方向增加導(dǎo)熱面積，從而獲取更好的散熱效果。

進一步地，如圖5所示散熱器冷板的剖面圖，圖中標(biāo)記b-b所表示的圓形區(qū)域表示冷板及其散熱結(jié)構(gòu)的截面，可見本發(fā)明實施例中的花灑式散熱結(jié)構(gòu)主要由入液口17、微通道16、儲液艙19和回流口18組成，并且在冷板6上還設(shè)置有外徑包裹所有微通道的凹槽15。此處凹槽15的作用在于可以置入密封圈，防止散熱工質(zhì)漏出，增強散熱系統(tǒng)安全性。

進一步地，如圖6所示圖5中標(biāo)記b-b區(qū)域的放大圖，其示出了散熱工質(zhì)在散熱器中的流動方向。具體來說，在本發(fā)明實施例中，各個分流管中的散熱工質(zhì)由入液口17導(dǎo)入儲液艙19，再經(jīng)微通道16加壓穿過蓋板5與導(dǎo)熱涂層20進行熱交換，最后經(jīng)回流口18匯入散熱器外部的回流腔12。

可以理解地，本發(fā)明實施例中的冷板采用銅材料制成，冷板內(nèi)部的微通道可以與冷板為同一材質(zhì)，也可以是非同材質(zhì)?？蛇x地，冷板和微通道可以選擇的其他材料，包括聚甲基丙烯酸甲酯、鎳、不銹鋼、陶瓷、硅、氮化硅和鋁等。以采用鎳材料的微通道散熱器為例，其單位體積工質(zhì)的傳熱性能比聚合體材料散熱器高出5倍，單位質(zhì)量工質(zhì)的傳熱性能提高50％；而采用硅、氮化硅等材料可制造結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，通過各向異性的蝕刻過程可完成可制造出各種結(jié)構(gòu)和尺寸的散熱器，此處不再贅述。

可以理解地，不能發(fā)明實施例職工對應(yīng)不同芯片的花灑式散熱結(jié)構(gòu)其大小和微通道參數(shù)也不同，這是針對不同芯片位置的發(fā)熱量不同所作出的動態(tài)調(diào)整，有助于提升散熱能效比。具體地，為了獲取優(yōu)秀的散熱效果，本發(fā)明實施例中的微通道的通道直徑皆小于0.5mm，微通道的高度皆小于等于2mm。

可以理解地，由于水具有除氫和鋁以外最好的熱容量，因此本發(fā)明實施例中的散熱工質(zhì)為無雜質(zhì)的純凈水。當(dāng)然，也可以采用包括水和各種醇化物等組份構(gòu)成的散熱液，此處不再贅述。

可以理解地，本發(fā)明實施例的方案可以針對同一pcb板上不同芯片的散熱需求進行工質(zhì)流量控制，具體地，是基于芯片實時溫度和分流管實時流量采取流量-壓力控制的并聯(lián)式獨立散熱方式。

可以理解地，此處對于溫度和流量可以采用傳感器進行采集，例如，在芯片周圍設(shè)置tmp35芯片溫度傳感器進行溫度采集，或在分流管中設(shè)置yf-s401流量傳感器進行流量采集。采集到的溫度和流量信息被輸入至本發(fā)明實施例散熱裝置外部的微控制器，如stm32單片機及其外圍放大驅(qū)動電路，微控制器通過can總線協(xié)議等方式控制多通道流體控制閥對工質(zhì)流量進行。

如圖7所示的流量分配示意圖，可見本發(fā)明實施例中的多通道流體控制閥10上具有通信接口21以收取位于散熱裝置外部微處理器的控制信號，基于控制信號，多通道流體控制閥10控制自身內(nèi)部的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動改變閥體輸出通道的寬窄，從而對發(fā)送至分流管9中的散熱工質(zhì)流量和液壓進行了改變。舉例來說，當(dāng)芯片在工作狀態(tài)發(fā)熱量激增時，多通道流體控制閥10控制輸出最大，從而使對應(yīng)該芯片的分流管9中散熱流量變大；反之，當(dāng)芯片停止工作一段時間后，芯片溫度較低，多通道流體控制閥10控制分流管9中散熱流量變??；于此同時，基于對工質(zhì)的實時流量監(jiān)測，當(dāng)實時流量達到預(yù)設(shè)的期望效果時散熱裝置外部的微處理控制多通道流體控制閥停止工作。

此處應(yīng)注意的是，由于本發(fā)明實施例中的工質(zhì)一直處于內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，因此即使芯片長時間不工作，處于溫度較低的狀態(tài)，多通道流體控制閥10也不應(yīng)將通道完全關(guān)閉，否則在其他分流管流量較低時，可能會造成工質(zhì)在回流腔中滿溢的問題，此處不再贅述。

可以理解地，本發(fā)明實施例中，對應(yīng)每一芯片都設(shè)置一路分流管和多通道流體控制閥，從而實現(xiàn)對pcb板上不同位置不同的發(fā)熱量進行針對化的散熱管理，這樣可以有效提升散熱能效比，提升散熱效率，保障慣性導(dǎo)航組件的性能溫定。

可以理解地，本發(fā)明實施例中的微型泵為kppxbr12型微型泵，多通道流體控制閥為3sv-01型全自動兩位三通閥?？蛇x地，也可以采用其他體積小巧的泵和控制閥門，此處不再贅述。

可以理解地，本發(fā)明實施例的散熱裝置除了慣性導(dǎo)航組件，也可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域和微電子電路pcb板的散熱，此處不再贅述。

需要說明的是：本發(fā)明實施例所記載的技術(shù)方案之間，在不沖突的情況下，可以任意組合。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。