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国防军工电子产品设计面临哪些挑战?
来源: | 作者:aima-idea | 发布时间: 2019-03-14 | 45 次浏览 | 分享到:
军工装备工作的环境非常复杂,海拔、高温、低温、湿度、温度冲击、太阳热辐射、冲击振动、结冰、各类恶劣环境(真菌、沙漠、灰尘、烟灰等等)均对其热设计有不同程度的影响。除了各种复杂的边界条件外,国防工业电子产品设计的挑战是碰到短暂的热冲击问题。这些电子产品经常处于一种极端的热环境下。假想一架停放在加勒比海的喷气式战斗机,现在要去执行一项任务。飞机此时处在海平面,温度、湿度非常合适的环境下。
军工装备工作的环境非常复杂,海拔、高温、低温、湿度、温度冲击、太阳热辐射、冲击振动、结冰、各类恶劣环境(真菌、沙漠、灰尘、烟灰等等)均对其热设计有不同程度的影响。除了各种复杂的边界条件外,国防工业电子产品设计的挑战是碰到短暂的热冲击问题。这些电子产品经常处于一种极端的热环境下。假想一架停放在加勒比海的喷气式战斗机,现在要去执行一项任务。飞机此时处在海平面,温度、湿度非常合适的环境下。当飞机升空后,将处于高海拔、低于冰点温度的环境中,在几分钟甚至几秒钟内改变电子产品的边界条件,因此飞机中的电子产品必须可以在较大范围的环境温度下工作。

国防军工电子产品设计面临哪些挑战

另外,由于军事任务的本性,势必导致这些电子产品承担较大的数据处理量,同时要求较快的数据处理速度,相应低,电子产品的热耗会随之急剧增加。因此,恶劣的环境条件、急剧增大的芯片热耗,使得国防工业电子产品的热管理面临巨大的挑战。同时,要求产品呈现轻量化、完美的可靠性也都增加了热设计的难度。

国防工业产品设计必须具有良好的冷却系统,可以考虑使用热管将热量由一个地方传送至其他地方或者低温的冷却系统。没有一种解决方法可以满足所有的工况。冷却系统必须考虑其工作的空间尺寸、重量及热耗要求。为了考虑电磁屏蔽要求,通常的电子系统倾向于被设计成封闭的机箱,并且大多数电子产品尽量与冷却系统隔离。想像一辆奔驰在沙漠里的悍马汽车,如果不将电子产品密闭封装,其工作的各类环境要比如沙子、碎片等等,会使得电子产品瘫痪不工作。

军用电子产品通常呈现更高的热流量。使用高导热率的基板材料、均温板(热管)、内嵌在芯片Die中的TEC、射流冷却或者直接浸入式液冷,这样可以使得热量被传输至液体,进而被传送至液冷系统的换热器中。

国防军工电子产品设计面临哪些挑战

针对国防军工电子产品面临的挑战,在过去的几十年里,工程师开发了新的热管理材料,比如加入金刚石颗粒的铝、银、铜、陶瓷、钴等等,有助于对电子产品进行散热,提高其可靠性。

由于芯片热耗高、工作环境恶劣,目前很多工程师对电子产品偏向于使用混合冷却方式进行热设计。大部分电子芯片使用风冷散热,对于热耗极大的器件使用水冷散热。但是对于空间飞行或者外太空的电子器件来说,这种散热方式不可取。工程师必须设计更紧凑的液冷系统,其拥有高的吸热能力。比如浸入液冷(油冷)、冷板、蒸发冷却、射流冷却等等。在未来的几年内,设计开发、加工更好的液冷板,开发更好的液冷材料,使得其能满足电子产品的散热,大家对这些液冷能力的开展寄予厚望。

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