一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，包括殼體和散熱板，散熱板上方為工作室，下方為散熱室，工作室內有擋板，擋板接觸GaN功放模塊，擋板貫穿散熱板至散熱室底部，擋板上設置有溢流板，散熱室內部有噴淋板，噴淋板上有噴水頭，噴水頭的噴嘴豎直向上，噴水頭內部的水管連接有設置在噴淋板內部的主水管，主水管貫穿散熱室側面連接有進水管，進水管連接有微型水泵，微型水泵通過水管連接有冷卻器，進水管下方設置有出水管，出水管連通散熱室和冷卻器。本發明通過水冷的方式固態功率放大器內的GaN功放模塊進行高效降溫，使得GaN功放模塊的工作效率得到提高，提升了固態功率放大器的改進空間。
【專利說明】
一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種固態功率放大器，具體涉及一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置。【背景技術】
[0002]隨著技術的進步，目前在測控、衛星通信、雷達、電子對抗系統、高壓電力巡線等軍、民裝備領域的工作頻率已經達到毫米波頻段。位于發射信道末端的高功率固態功率放大器對系統性能至關重要，對系統的測控精度、通信質量、作用半徑以及抗干擾能力等方面起著重要的作用。固態功率放大器的主要作用是將需要發送的信號放大到一定的功率電平，再經天線以無線方式發送到空間，主要技術指標包括輸出功率、工作帶寬以及駐波比等。相比行波管放大器，固態功率放大器在工作電壓、可靠性及環境適應能力等方面有明顯的優勢，所以其在系統中的應用受到了人們的青睞。
[0003]GaN(氮化鎵)作為第三代半導體材料，具有高功率容量和高熱容性等特點，GaN的微波功率性能要遠優于S1、GaAs等傳統的半導體材料，GaN材料本身具有寬禁帶寬度、高飽和電子迀移率以及高擊穿場的特性。綜上所述，GaN微波功率器件成為近年來研究的熱點。
[0004]在進一步采用芯片級功率合成、電路級功率合成或者空間功率合成技術制作的大功率固態功率放大模塊的過程中，不僅體積和重量受到了限制，而且其熱穩定性也受到嚴格的考驗，在實際應用中，對固態功放模塊的工作效率要求非常嚴格，其工作溫度的高低將影響固態功放模塊的工作效率。
[0005]傳統的固態功率放大器采用風冷的方式對其所搭載的功放模塊散熱，但是風冷式散熱存在空氣介質的導熱性低、散熱面積小等缺點，其散熱效果不好，無法高效地降低功放模塊的工作溫度，所以限制了固態功率放大器的進一步發展。
【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是針對傳統固態功率放大器的缺陷，目的在于提供一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，解決傳統的固態功率放大器使用風冷的方式對其所搭載的功放模塊進行散熱導致無法高效地冷卻功放模塊所產生的功放模塊工作效率低的問題。
[0007]本發明通過下述技術方案實現:一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置， 包括殼體，殼體內水平設置有散熱板，散熱板將殼體內部分為兩部分，散熱板上方為工作室，散熱板下方為散熱室，工作室內等間距設置有若干垂直于散熱板的擋板，擋板上接觸有位于散熱板上方的GaN功放模塊，擋板平行于工作室長度較短的側面，擋板只有一個側面與工作室的側面連接，擋板之間的位置關系被配置為，相間擋板的側面連接工作室的同一側面，相鄰擋板的側面分別連接工作室內相互平行的兩個側面，擋板貫穿散熱板連接散熱室底部，靠近散熱室底部的擋板上設置有垂直于散熱室底部的轉動軸，轉動軸上繞有硬彈簧， 轉動軸連接有溢流板，散熱室內部的側面上設置有噴淋板，噴淋板連接與其所在側面相鄰的兩個側面，噴淋板上等間距設置有若干噴水頭，噴水頭位于相鄰的擋板之間，噴水頭的噴嘴豎直向上，噴水頭內部的水管連接有設置在噴淋板內部的主水管，主水管貫穿散熱室側面連接有進水管，進水管連接有微型水栗，微型水栗通過水管連接有冷卻器，進水管下方設置有出水管，出水管連通散熱室和冷卻器。現有技術中，傳統的固態功率放大器主要使用風冷的方式對功放模塊進行降溫，避免其工作溫度過高影響工作效率。但是，采用傳統的散熱風扇進行散熱時，會遇到空氣介質的導熱性低、散熱面積小等問題，所以風冷的散熱效果不佳，不能高效地降低功放模塊的工作溫度，限制了大功率固態功率放大器的進一步發展與應用。為了解決上述問題，本發明提供了一種采用水冷降溫的固態功率放大器。在固態功率放大器的殼體內設置有散熱板，散熱板上設置有擋板，散熱板和擋板均采用導熱率高的金屬，例如銀、鋁等。擋板均與工作室長度較短的一邊平行，擋板只有一個側面與工作室側面連接，擋板之間的位置關系為，相鄰的擋板分別連接工作室內相互平行的兩個側面，相間的擋板連接同一側面，擋板貫穿散熱板與散熱室底部連接，因此，擋板將工作室和散熱室的內部空間均隔成了 S形。擋板上連接有GaN功放模塊以及其他電子元件如電容、電阻等，這里應用的GaN功放模塊為現有技術;散熱室內部的側面上設置有噴淋板，噴淋板還連接與其所在側面相鄰的兩個側面，即噴淋板上方的水可以通過噴淋板與散熱室內壁沒有接觸的部分流入噴淋板下方。噴淋板上設置有若干個噴水頭，噴水頭上的噴嘴豎直向上正對著散熱板的底部，噴淋板內部設置有主水管，主水管穿過散熱室側面連接進水管，進水管依次連接微型水栗和冷卻器，冷卻器連接出水管。微型水栗和冷卻器均為現有技術，都具有體積小、噪音低的優點，可以在市場上通過購買獲得，另外，還可以使用一體式集水栗，一體式集水栗包含了水栗、儲水箱和冷卻器，高度集成化節省了空間。工作時，運行微型水栗，水從微型水栗中流出并依次通過進水管、主水管、噴水頭、散熱室、出水管、冷卻器，最終回到微型水栗中，形成水循環。GaN功放模塊與散熱板和擋板接觸，通過散熱板和擋板將GaN功放模塊上的高溫傳至散熱板下方以及擋板上，水在流經散熱室時，通過噴水頭噴至散熱板底部，對散熱板進行降溫，之后水落至噴淋板上流經擋板隔成的S形流道，之后水流進入噴淋板下方，繼續在噴淋板下方走S形流道，通過設置S形流道，不僅使水能充分吸收GaN功放模塊通過散熱板和擋板傳遞的熱量，還能使水通過與擋板之間足夠的接觸面積，冷卻擋板，從而對工作室內的GaN功放模塊進行進一步冷卻。另外，S形流道可能會使水產生滯留，在水流過快的時候，前方的水可能會返流與后方的水發生碰撞，降低水循環效率，為了解決上述問題，在位于噴淋板下方的擋板上設置有轉動軸、硬彈簧和溢流板，溢流板一側繞轉動軸旋轉，硬彈簧用作使溢流板復位，該機構為現有技術，所解決的問題是，當水流速度過快在拐角處堆積時，水流可以推開溢流板直接流至擋板另一側，等水流速度慢下來并穩定后，溢流板在硬彈簧的作用下會恢復到與擋板平行的位置，從而起到阻擋水流并使之沿著S形流道流動的作用。最終水流從出水管流至冷卻器中進行冷卻，冷卻之后再經過微型水栗從進水管進入散熱室。通過上述結構和原理，能夠對工作室內的電子器件進行高效地降溫。水冷系統散熱能力強過風冷系統的原因，一是因為水的吸熱和導熱性能比空氣好很多，二是因為水冷系統的總散熱面積也要比風冷系統大很多，本裝置不僅使用散熱板對電子元件進行冷卻，還使用了擋板，增加了傳熱面積，提高了降溫效率，通過高效地降溫，使得大功率功放模塊的工作效率得到提高，提升了固態功率放大器的改進空間和應用范圍。另外，水冷系統還具有噪音小的優點，使得固態功率放大器可以靈活地應用于衛星通信系統領域中。
[0008]進一步地，噴淋板與散熱板的夾角為2至5°，噴淋板靠近進水管的一端與散熱室底部的距離大于另一端與散熱室底部的距離。通過傾斜設置噴淋板，一方面使得水流緩慢沿著噴淋板上的流道從噴淋板上靠近進水管的一端流至噴淋板的另一端，并進入噴淋板下方的流道;另一方面，靠近進水管一端的噴水頭更接近散熱板，其冷卻效果更好，可以將功放模塊中最核心的電子元件如單片微波集成電路芯片放置在散熱板上方相對應的位置達到更好地對核心電子元件降溫的目的。
[0009]進一步地，散熱板、擋板與GaN功放模塊之間均設置有散熱硅膠。散熱硅膠具有低熱阻、高導熱率的特點，因為GaN功放模塊是主要部件，在其與散熱板、擋板之間涂有散熱硅膠能減少摩擦，使GaN功放模塊與散熱板、擋板充分接觸從而提高熱傳導率，使得GaN功放模塊的熱量更有效地傳遞至散熱板和擋板。[〇〇1〇]進一步地，主水管由聚合物材料制成。為了防止主水管生銹而導致水循環效果差， 主水管采用聚合物材料如聚四氟乙烯制成，不僅保證了主水管的強度、不會生銹，并且重量輕，降低了固態功率放大器的總重量。
[0011]進一步地，噴嘴上設置有噴嘴蓋，噴嘴蓋上設置有若干通孔。通過上述設置，可以使得水流均勻的噴淋在散熱板底部，而不會只噴淋在散熱板底部的局部位置，導致散熱效果差。
[0012]進一步地，進水管上設置有球閥。通過在進水管上設置球閥，可以調整進水量，控制水循環速度，使得操作人員能夠控制散熱室內的溫度。[0013 ]進一步地，出水管靠近散熱室底部。這樣設置使得水流不會在散熱室底部堆積。
[0014]進一步地，位于工作室內的擋板上設置有若干通孔。在工作室內的擋板上設置通孔有利于各電子元件之間的連接，方便設計人員更合理地設計和規劃工作室內電子元件的布局。
[0015]進一步地，轉動軸靠近散熱室側面。因為擋板與散熱室內壁接觸的位置最容易形成水流堆積，所以在此處設置轉動軸、硬彈簧和溢流板能更好地去除水流在流道內的堆積。
[0016]本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果:1、本發明通過水冷的方式對固態功率放大器內的GaN功放模塊進行降溫，因為水的吸熱和導熱性能比空氣好很多、以及水冷系統的總散熱面積也要比風冷系統大很多，所以降溫效果好，可以使得大功率GaN功放模塊的工作效率得到提高，增加了固態功率放大器的改進空間和應用范圍；2、本發明采用水冷的方式進行降溫，具有噪音小的特點，使得固態功率放大器可以更適應于太空、衛星廣播及軍事領域；3、本發明使用了擋板，增加了散熱面積，提高了散熱效率，使GaN固態功放模塊的工作效率進一步提尚；4、本發明在擋板上設置了轉動軸、硬彈簧和溢流板，消除了水循環速度過快時，噴淋板下方的流道中擋板與散熱室內壁形成的拐角處所產生的水流堆積，提高了水循環效率；5、本發明使用主水管采用聚四氟乙烯制成，不僅保證了主水管的強度而且不會生銹， 并且其重量較金屬輕，降低了固態功率放大器的總重量。【附圖說明】
[0017]此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中:圖1為本發明剖面結構示意圖；圖2為圖1中A-A面的剖面示意圖。
[0018]附圖中標記及對應的零部件名稱:1-殼體，2-散熱板，3-噴淋板，4-噴水頭，5-進水管，6-出水管，7-GaN功放模塊，8-擋板， 9_轉動軸，10-溢流板。【具體實施方式】
[0019]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。實施例
[0020]如圖1所示，本發明為一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，包括殼體1， 殼體1內水平設置有散熱板2，散熱板2將殼體1內部分為兩部分，散熱板2上方為工作室，散熱板2下方為散熱室，工作室內等間距設置有若干垂直于散熱板2的擋板8,擋板8上接觸有位于散熱板2上方的GaN功放模塊7,擋板8平行于工作室長度較短的側面，擋板8只有一個側面與工作室的側面連接，擋板8之間的位置關系被配置為，相間擋板8的側面連接工作室的同一側面，相鄰擋板8的側面分別連接工作室內相互平行的兩個側面，擋板8貫穿散熱板2連接散熱室底部，靠近散熱室底部的擋板8上設置有垂直于散熱室底部的轉動軸9,所述轉動軸9上繞有硬彈簧，轉動軸9連接有溢流板10，散熱室內部的側面上設置有噴淋板3，噴淋板3 連接與其所在側面相鄰的兩個側面，噴淋板3上等間距設置有若干噴水頭4,噴水頭4位于相鄰的擋板8之間，噴水頭4的噴嘴豎直向上，噴水頭4內部的水管連接有設置在噴淋板3內部的主水管，主水管貫穿散熱室側面連接有進水管5,進水管5連接有微型水栗，微型水栗通過水管連接有冷卻器，進水管5下方設置有出水管6，出水管6連通散熱室和冷卻器。噴淋板3與散熱板2的夾角為2至5°，噴淋板3靠近進水管5的一端與散熱室底部的距離大于另一端與散熱室底部的距離。散熱板2、擋板8與GaN功放模塊7之間均設置有散熱硅膠。主水管由聚合物材料制成。噴嘴上設置有噴嘴蓋，噴嘴蓋上設置有若干通孔。進水管5上設置有球閥。出水管 6靠近散熱室底部。位于工作室內的擋板8上設置有若干通孔。轉動軸9靠近散熱室側面。使用本裝置時，首先開啟微型水栗，水流從進水管5進入到主水管中，通過噴水頭4噴淋至散熱板2下方，GaN功放模塊7以及其他電子元件上通過散熱板2和擋板8將熱量傳遞至水流中，水流沿著噴淋板3上方的流道和噴淋板3下方的流道流動，并在流動過程中對擋板8進行冷卻并吸收擋板8中傳遞的熱量，當水循環速度過快時，擋板8上設置的溢流板10可以消除擋板8 與散熱室內壁所形成的拐角處堆積的水流，提高水循環效率，最終水流通過出水管6進入到冷卻器中，冷卻器對水流降溫后，水流進入到微型水栗中，并被再次輸送至進水管5中，完成水循環。因為水的吸熱和導熱性能比空氣好很多、以及水冷系統的總散熱面積也要比風冷系統大很多，所以水冷方式的降溫效果好，可以使得GaN功放模塊的工作效率得到提高，提升了固態功率放大器的改進空間。
[0021]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，包括殼體(1)，其特征在于，所述殼 體(1)內水平設置有散熱板(2 )，所述散熱板(2 )將殼體(1)內部分為兩部分，散熱板(2 )上方 為工作室，散熱板(2)下方為散熱室，所述工作室內等間距設置有若干垂直于散熱板(2)的 擋板(8)，所述擋板(8)上接觸有位于散熱板(2)上方的GaN功放模塊(7)，擋板(8)平行于工 作室長度較短的側面，擋板(8)只有一個側面與工作室的側面連接，擋板(8)之間的位置關 系被配置為，相間擋板(8)的側面連接工作室的同一側面，相鄰擋板(8)的側面分別連接工 作室內相互平行的兩個側面，擋板(8)貫穿散熱板(2)連接散熱室底部，靠近散熱室底部的 擋板(8)上設置有垂直于散熱室底部的轉動軸(9)，所述轉動軸(9)上繞有硬彈簧，轉動軸 (9)連接有溢流板(10)，散熱室內部的側面上設置有噴淋板(3)，所述噴淋板(3)連接與其所 在側面相鄰的兩個側面，所述噴淋板(3)上等間距設置有若干噴水頭(4)，所述噴水頭(4)位 于相鄰的擋板(8)之間，噴水頭(4)的噴嘴豎直向上，噴水頭(4)內部的水管連接有設置在噴 淋板(3)內部的主水管，所述主水管貫穿散熱室側面連接有進水管(5)，所述進水管(5)連接 有微型水栗，所述微型水栗通過水管連接有冷卻器，進水管(5)下方設置有出水管(6)，所述 出水管(6)連通散熱室和冷卻器。2.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 所述噴淋板(3)與散熱板(2)的夾角為2至5°，噴淋板(3)靠近進水管(5)的一端與散熱室底 部的距離大于另一端與散熱室底部的距離。3.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 所述散熱板(2)、擋板(8)與GaN功放模塊(7)之間均設置有散熱硅膠。4.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 所述主水管由聚合物材料制成。5.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 所述噴嘴上設置有噴嘴蓋，噴嘴蓋上設置有若干通孔。6.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 所述進水管(5)上設置有球閥。7.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 所述出水管(6 )靠近散熱室底部。8.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 位于工作室內的擋板(8 )上設置有若干通孔。9.根據權利要求1所述的一種搭載有第三代半導體材料功放模塊的裝置，其特征在于， 所述轉動軸(9)靠近散熱室側面。
【文檔編號】H03F3/21GK106026931SQ201610336517
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】何艷妮, 謝天甲
【申請人】四川匯英光電科技有限公司