一种激光雷达散热结构及激光雷达的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达散热技术领域，具体地涉及一种激光雷达散热结构及具有该散热结构的激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达（light detection and ranging, lidar），是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。
3.激光雷达内部集成了大量的光学、电子和机械部件，属于集成度高，功率密度大的光机电一体化传感设备。美国曾经对机载电子设备全年的故障进行剖析，发现故障的原因如下：50%以上的故障是由各种环境所致，而温度、振动、湿度等3项环境造成电子设备43. 58%的故障率，其中由温度引起的故障占22. 2%。对于激光雷达也一样，温度是导致失效的最主要潜在原因。
4.因此，激光雷达的散热效果的好坏直接影响激光雷达的寿命和可靠性。现有技术中激光雷达的散热方式，通常有自然散热和主动散热两种，主动散热又分为风冷散热和液冷散热，风冷需要增设风扇和通风孔结构，占用激光雷达的较多的本来就有限的内部空间，另外风扇工作时容易产生振动，进而产生噪音。此外，由于激光雷达内部的电子元器件通常热集中问题是区域性的热集中以及某一点温度过热等问题，现有的散热方式都没有解决该问题，难以有效保证激光雷达在不同工况下都能可靠工作，虽然现有技术中有针对热集中问题的解决方案，比如将整个冷板内部做成真空腔，通过气液相变快速均温等，但是该方案工艺复杂，成本高；而针对于某一点温度过热的问题，虽然现有技术中有采用tec半导体散热来解决，但是该方案同样存在成本高，而且还会有可靠性、附加发热等问题。由于激光雷达为了防水防尘需求，通常安装在密闭空间，设备散热壳体不能与大自然的空气直接接触，雷达内部传递到壳体上的热量不能顺利换热到大气中，因此比常规自然散热条件更恶劣，要求更强的自然散热能力。


技术实现要素：

5.针对上述存在的技术问题，本实用新型目的是：提供一种激光雷达散热结构及激光雷达，解决了现有激光雷达采用主动散热方式，导致结构复杂，成本高、占用空间大且散热能力差，有待进一步优化改进的问题。
6.本实用新型的技术方案是：
7.本实用新型的其中一个目的在于提供一种激光雷达散热结构，所述的激光雷达包括主板、芯片和壳体，所述芯片设于所述主板上，所述的散热结构包括：
8.冷板，其的内表面上贴设有多层结构的均温结构层、其的背离所述芯片的外表面
上形成有多个散热翅片或散热槽；
9.热管，通过导热结构胶嵌固在所述冷板内；
10.所述冷板与所述壳体配合形成一个密封腔，所述主板和芯片设于所述密封腔内。
11.可选的，所述冷板的侧面上设有凹陷的嵌部，所述嵌部的内侧壁与所述热管之间形成间隙，所述间隙可用于填充所述导热结构胶。
12.可选的，所述嵌部为沿所述冷板的长度方向延伸设置的凹槽，所述凹槽的深度不大于所述冷板的侧壁的厚度。
13.可选的，所述嵌部的开口处设有用于封盖所述热管的盖板。
14.可选的，所述均温结构层为石墨层。
15.可选的，所述石墨层由多层石墨片堆叠而成。
16.可选的，所述壳体采用半固态压铸铝合金材质制成。
17.可选的，所述芯片与所述冷板的内表面之间设有导热界面材料层。
18.本实用新型的另一个目的在于提供一种激光雷达，包括上述任一项所述的激光雷达散热结构。
19.与现有技术相比，本实用新型的优点是：
20.本实用新型的激光雷达散热结构，通过均温结构层实现大面积区域性均温，通过冷板上嵌固的热管，缓解某一点的温度过高的问题，从而解决热集中问题，同时不用占用过多的空间。散热结构的散热性能好，能够确保激光雷达在不同工况下都能可靠工作。
附图说明
21.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
22.图1为本实用新型实施例的激光雷达散热结构的剖面结构示意图。
23.其中：1、冷板；2、热管；3、石墨层；4、导热结构胶；5、主板；6、芯片；7、导热界面材料层；8、壳体。
具体实施方式
24.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
25.实施例：
26.参见图1所示，本实施例的一种激光雷达散热结构，其中激光雷达包括主板5、芯片6和壳体8以及其他部件比如激光器、转镜等功能部件，主板5、芯片6和激光器、转镜等功能部件密封设置在壳体8内，壳体8呈u型结构状，芯片6设于主板5上，主板5为现有常规的pcb线路板，芯片6可以有多个，本实施附图1中以一个芯片6为例说明。散热结构包括冷板1和热管2。其中冷板1呈方板状，与壳体8配合形成一个密封腔，主板5、激光器、转镜等功能部件密封在该密封腔内，冷板1的内表面也即如图1所示的冷板1的下表面上贴设有均温结构层，背离芯片6的外表面也即如图1所示的冷板1的上表面上形成有多个散热翅片或散热槽。热管2具体为沿冷板1的长度方向也即如图1所示的左右方向延伸的长条形的薄片状热管2，并且
通过导热结构胶4嵌固在冷板1内。通过在冷板1的内表面上贴设均温结构层，解决了激光雷达内部的电子元器件存在的区域性热集中的问题，实现了大面积的均温，同时解决了现有技术中采冷板1内部做成真空腔，通过气液相变均温导致工艺复杂、成本高的问题；通过在冷板1内设置热管2，解决了激光雷达内部的电子元器件存在的某一点温度过热的问题，将过热点的热量快速传递至激光雷达上温度较低，对温度不敏感的区域，同时又解决了现有采用tec半导体和风冷散热器的散热方式，导致成本高，可靠性和附加发热的问题。并且热管2采用导热结构胶4嵌固，既可以固定热管2，又可以减小接触热阻，相比传统的锡焊或过盈配合固定的方式，工艺更简单，成本更低，锡焊的缺点是冷板1局部电镀困难，防腐蚀能力差。过盈固定的缺点是热管2裸露在外面，要求底壳厚度较厚。
27.为了实现热管2嵌固在冷板1内，在冷板1的侧面上设有向内凹陷的嵌部，通过嵌部实现热管2的固定，热管2的外侧面不超出嵌部的开口，从而解决了现有采用过盈配合导致热管2裸露在外面的问题。具体的，如图1所示，嵌部为开设在冷板1侧壁上的向内凹陷的凹槽，凹槽沿冷板1的长度方向也即如图1所示的左右方向延伸，凹槽的深度要不大于也即小于或等于冷板1的侧壁的厚度。本实施例中优选采用小于，也即热管2为薄片热管2，厚度较小，具体厚度不做详细描述和限定，为现有市场上可见的本领域技术人员所知的厚度较小的薄片热管2，凹槽的深度也可以很小，对应地冷板1的厚度也不需要设计成很厚，解决了现有技术中采用过盈固定所导致的底壳厚度较厚的问题。优选的实施例，为了保护热管2，在热管2的外表面上也即凹槽的开口处设置一个盖板，用于封盖热管2。一种可变形的实施例，凹槽也可以不开设在冷板1的侧壁上，而是开设在冷板1的内表面或外表面上。本实施例中，凹槽的内侧壁与热管2之间是具有间隙的，间隙设置的目的是为了方便填充导热结构胶4，利用导热结构胶4将热管2嵌固在凹槽内。
28.对于均温结构层，本实施例中采用石墨层3，石墨层3可以有多层石墨片比如现有技术中常见的石墨纸或者石墨散热片沿如图1所示的竖向方向堆叠而成。石墨层3的形状可以设计呈多种形状，具体不做详细描述和限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择设计。
29.本实施例中的导热结构胶4的具体性能参数不做详细描述和限定，为现有市场上常见的导热结构胶4，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。
30.由于激光雷达安装在密闭空间，壳体不能与大自然的空气直接接触，为了实现雷达内部传递到壳体上的热量能够顺利换热到大气中，本实施例将壳体的材质设计成由半固态压铸铝合金材质制成，其热导率为160 w/(m
·
k)以上，比普通的压铸铝合金导热性（热导率为96.2w/(m
·
k)）好，可以有效提升自然散热能力。
31.本实施例中芯片6与冷板1的内表面之间通过导热界面材料层7连接，同理其他需要散热的部件或者发热部件（图中未示出）也是通过导热界面材料层7与冷板1连接，通过导热界面材料层7将热量传递给冷板1进行散热。对于导热界面材料层7为现有市场上常规的导热界面材料，比如导热硅胶片等，对于其具体性能参数不做详细描述和限定，本领域技术人员可以根据实现需求进行选择。
32.本实用新型实施例还提供了一种激光雷达，包括上述实施例的激光雷达散热结构。由于采用了上述实施例的激光雷达散热结构，故而至少具有上述实施例的激光雷达散热结构的有益效果。
33.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：
1.一种激光雷达散热结构，所述的激光雷达包括主板(5)、芯片(6)和壳体(8)，所述芯片(6)设于所述主板(5)上，其特征在于，所述的散热结构包括：冷板(1)，其的内表面上贴设有均温结构层、其的背离所述芯片(6)的外表面上形成有多个散热翅片或散热槽；热管(2)，通过导热结构胶(4)嵌固在所述冷板(1)内；所述冷板(1)与所述壳体(8)配合形成一个密封腔，所述主板和芯片设于所述密封腔内；所述均温层结构为石墨层(3)；所述石墨层(3)由多层石墨片堆叠而成。2.根据权利要求1所述的激光雷达散热结构，其特征在于，所述冷板(1)的侧面上设有凹陷的嵌部，所述嵌部的内侧壁与所述热管(2)之间形成间隙，所述间隙可用于填充所述导热结构胶(4)。3.根据权利要求2所述的激光雷达散热结构，其特征在于，所述嵌部为沿所述冷板(1)的长度方向延伸设置的凹槽，所述凹槽的深度不大于所述冷板(1)的侧壁的厚度。4.根据权利要求2或3所述的激光雷达散热结构，其特征在于，所述嵌部的开口处设有用于封盖所述热管(2)的盖板。5.根据权利要求1所述的激光雷达散热结构，其特征在于，所述壳体采用半固态压铸铝合金材质制成。6.根据权利要求1所述的激光雷达散热结构，其特征在于，所述芯片(6)与所述冷板(1)的内表面之间设有导热界面材料层(7)。7.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的激光雷达散热结构。

技术总结
本实用新型公开一种激光雷达散热结构及激光雷达，激光雷达包括主板、芯片和壳体，芯片设于主板上，散热结构包括冷板，其的内表面上贴设有多层结构的均温结构层、其的背离芯片的外表面上形成有多个散热翅片或散热槽；热管，通过导热结构胶嵌固在冷板内；冷板与壳体配合形成一个密封腔，主板和芯片设于密封腔内。通过均温结构层实现大面积区域性均温，通过冷板上嵌固的热管，缓解某一点的温度过高的问题，从而解决热集中问题，同时不用占用过多的空间。散热结构的散热性能好，能够确保激光雷达在不同工况下都能可靠工作。在不同工况下都能可靠工作。在不同工况下都能可靠工作。


技术研发人员：刘国军 路丽睿 罗思维 鲍君威
受保护的技术使用者：图达通智能科技（苏州）有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/5/25