軍用嵌入式系統(tǒng)會遇到惡劣和崎嶇的環(huán)境。近年來，這些系統(tǒng)中部署的電子設(shè)備的功率水平一直在迅速上升。惡劣環(huán)境與電子產(chǎn)品不斷上升的熱負荷相結(jié)合，迫使供應(yīng)商開發(fā)更有效的封裝技術(shù)。同時，直接噴霧冷卻被證明是空氣和傳導(dǎo)冷卻的可接受替代方案，可提供出色的環(huán)境隔離，并降低終身擁有成本。諾斯羅普·格魯曼公司（NG）的機載信號情報有效載荷（ASIP）上提出了一個案例研究，其中包括直接噴霧冷卻多平臺外殼（MPE）的配置，并出現(xiàn)在NG的載人U-2高空偵察機和全球鷹無人機上。

在軍用嵌入式系統(tǒng)上運行的現(xiàn)有和新興應(yīng)用需要不斷增長的計算能力和通信帶寬。例如，運行信號智能系統(tǒng)或執(zhí)行實時圖像處理的無人機正在推動電路板、機箱和平臺級令人印象深刻的功率密度。更令人印象深刻的是雷達處理系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)級功耗在幾十千瓦。同時，平臺集成商需要更小、更輕、更高效的板級和機箱級產(chǎn)品。因此，平臺集成商被迫尋找替代的冷卻解決方案。

存在許多基于液體的冷卻方法。最終用戶最熟悉的是傳導(dǎo)冷卻系統(tǒng)。此外，液體流過（LFT）冷卻方法正在出現(xiàn)，該方法通常使用聚Α烯烴（PAO）作為冷卻劑，但與傳導(dǎo)冷卻不同，方法是將冷卻劑輸送到安裝在電子設(shè)備上組件上的液冷板。直接噴霧越來越多地被視為空氣和傳導(dǎo)冷卻的可接受替代品，可提供出色的環(huán)境隔離，并降低生命周期擁有成本。以下關(guān)于機載信號情報有效載荷（ASIP）的案例研究說明了這些原理，該有效載荷將安裝在所有Block 30全球鷹飛機上。

美國空軍機載信號情報有效載荷 （ASIP）

ASIP由諾斯羅普·格魯曼公司（NG）為美國空軍開發(fā)，是下一代信號情報傳感器。該系統(tǒng)檢測、識別和定位雷達和其他類型的電子和現(xiàn)代通信信號。該傳感器于2005年首次在全球鷹上飛行，最近在U-2高空偵察機上完成了廣泛的資格飛行。

環(huán)境隔離

ASIP 的外殼是直接噴涂冷卻 MPE 的配置，旨在從環(huán)境中隔離敏感的電子設(shè)備并提供必要的熱管理。在U-2或無人機上飛行，安裝在飛機未加壓區(qū)域的有效載荷受到極端環(huán)境條件的影響：海平面溫度高達+70?∞C，70，000英尺處為-65?∞C。

直接噴涂系統(tǒng)實現(xiàn)的電子封裝允許NG用于商業(yè)級電子產(chǎn)品。即使在惡劣的環(huán)境中，商用級電子設(shè)備也能成功地在機載平臺的嚴苛環(huán)境中生存下來。全堅固電路板的典型額定值超過 10 Grms，可高達 20 Grms。全球鷹的振動曲線為 2.5 Grms。許多電子設(shè)備的額定值僅為 2.7 Grms 和 5.1 Grms 正弦曲線，分別為 15-2，000 Hz，用于操作和耐久性配置文件。根據(jù)車輛的輪廓，加固肋骨可以添加到商業(yè)卡中。由于全堅固電路板的成本通常是商業(yè)級電子產(chǎn)品的兩倍，因此使用不太堅固耐用的卡可以節(jié)省大量的生命周期成本。

直接噴涂外殼的另一個固有靈活性是接受不同的熱密度。在 ASIP 中，不同的卡組用于外殼功率范圍為 600 至 1，700 W 的應(yīng)用，但所有用例之間的存儲模塊都是相同的。對于不同的熱負荷，外部熱交換器很容易隨著功率密度而擴展。散熱選項包括燃料、PAO、EGW、RAM 空氣、環(huán)境空氣或表皮/船體。由于直接噴淋外殼和熱交換器在加壓或非加壓環(huán)境中充當獨立系統(tǒng)，因此消除了對平臺基礎(chǔ)設(shè)施冷卻選項的依賴。

一些 ASIP 卡是調(diào)諧到 20 到 3，000 MHz 之間的射頻接收器卡，而其他卡的范圍高達 18 GHz。對于風冷系統(tǒng)，最靠近空氣供應(yīng)的電子設(shè)備最冷，而靠近排氣口的電子設(shè)備運行溫度更高。傳導(dǎo)卡還會創(chuàng)建從存儲模塊中間到第一個和最后一個插槽的熱梯度。由于RF電子器件的溫度敏感性，通常需要在外殼中的卡之間進行補償。NG利用直接噴霧的固有能力，在20插槽系統(tǒng)中將溫度梯度限制在2?∞C以下，每板功率密度范圍為30至60 W。在 ASIP 外殼中，電子設(shè)備保持在 +30 ?∞C 和 +50 ?∞C 之間，而環(huán)境溫度范圍為 -65 ?∞C 到 +71 ?∞C。

此外，在裸片處理器（如 1.8 GHz 奔騰 M）上可以找到高達 50 W/cm2 的熱通量，并且與 ASIP 中使用的熱通量相似。使用70?∞C的進液，直接噴涂能夠?qū)⒛＞邷囟缺３衷?0?∞C以下。這比傳導(dǎo)冷卻外殼至少低10?∞C。對于電子產(chǎn)品，人們普遍認為，溫度每升高10?∞C，可靠性就會降低50%。通過將 20 個 6U 卡的可靠性提高一倍，可以輕松克服泵、閥門和控制器對可靠性的影響。

高效的技術(shù)更新意味著更低的擁有成本

集成商面臨著在同一架飛機上集成風冷板和傳導(dǎo)板的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，由于電路板和外殼設(shè)計的限制，不可能在同一外殼中混合使用電子設(shè)備。對于ASIP傳感器，NG通過將專有板，商用級風冷SBC和其他商用射頻（RF）接收器卡組合到外殼中，能夠做到這一點。外殼由 20 個用戶插槽組成，具有固有的靈活性，可在平臺上的無調(diào)節(jié)空間和加壓位置混合和匹配電子設(shè)備。

這種電子封裝技術(shù)可實現(xiàn)更小、更輕、高能效的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以在幾個月內(nèi)完成技術(shù)更新，而不是幾年，從而在項目的整個生命周期內(nèi)顯著降低總擁有成本。

直接噴涂外殼滿足當今的需求

直接噴涂外殼已經(jīng)過全面評估，可在惡劣環(huán)境中實現(xiàn)性能、可靠性和可維護性。在極端高度、溫度和振動下保護敏感電子設(shè)備的能力已經(jīng)在U-2和Global Hawk等平臺上得到了證明。選擇電子設(shè)備的固有靈活性增強了傳統(tǒng)平臺和開發(fā)飛機上直接噴涂外殼的實用性，從而降低了擁有成本。

審核編輯：郭婷