微通道及導(dǎo)熱柱結(jié)構(gòu)對(duì)LTCC微波組件散熱性能影響研究.pdf

1、低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic）具備低成本、高電阻率、低介電常數(shù)、可埋置無源器件以及與硅匹配的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)越特性，廣泛應(yīng)用于高密度混合集成與微波射頻的微波組件中。但是，LTCC微波組件的高度集成、功率密度的不斷提高，使復(fù)雜工作環(huán)境下LTCC微波組件的熱問題愈加明顯，嚴(yán)重影響了LTCC微波組件的可靠性。在LTCC微波組件中采用微通道及導(dǎo)熱柱結(jié)構(gòu)，調(diào)控其結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠改善LTCC微波組件的散熱

2、問題。本文結(jié)合相關(guān)科研項(xiàng)目工程應(yīng)用所需，以某新型LTCC微波組件為研究對(duì)象，研究了微通道及導(dǎo)熱柱結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)LTCC微波組件散熱性能的影響，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）針對(duì)微通道及導(dǎo)熱柱結(jié)構(gòu)散熱機(jī)理進(jìn)行了研究，確定了影響LTCC微波組件散熱性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和流體冷卻方式。采用ANSYS有限元軟件建立了LTCC微波組件有限元分析模型，進(jìn)行了熱-流耦合仿真分析。對(duì)流體四種不同進(jìn)出口位置的布局方式Z型、I型、C型及L型進(jìn)行了仿真

3、優(yōu)選分析。仿真結(jié)果表明，LTCC微波組件的整體溫度分布均勻，最高溫度出現(xiàn)在功率芯片上，微通道內(nèi)的流體溫度最低。對(duì)流體不同進(jìn)出口布局方式的優(yōu)選分析結(jié)果表明I型方式中LTCC微波組件功率芯片結(jié)溫最低，為50.24℃；C型方式最高，為55.70℃；I型方式中流體進(jìn)出口壓強(qiáng)損失最小，為41.79KPa；Z型方式最大，為102.75KPa，即I型方式較優(yōu)。
　　（2）采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法針對(duì)微通道及導(dǎo)熱柱結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)了6因素4水平的正交試驗(yàn)

4、方案，根據(jù)試驗(yàn)方案進(jìn)行了仿真分析，以LTCC微波組件功率芯片結(jié)溫為響應(yīng)結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)有效性分析與極差分析。結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)LTCC微波組件散熱性能影響的程度依次是：導(dǎo)熱柱直徑>導(dǎo)熱柱個(gè)數(shù)>出水口與進(jìn)水口半徑>微通道截面寬度>微通道截面高度>導(dǎo)熱柱高度。
　?。?）采用基于JMP的逐步回歸分析方法擬合得到了微通道及導(dǎo)熱柱結(jié)構(gòu)參數(shù)與LTCC微波組件散熱性能數(shù)學(xué)關(guān)系模型，并對(duì)擬合的數(shù)學(xué)關(guān)系模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析與驗(yàn)

5、證分析。分析結(jié)果數(shù)據(jù)表明，關(guān)系模型的擬合度高，顯著性較強(qiáng)，初步描述了結(jié)構(gòu)參數(shù)與LTCC微波組件散熱性能的函數(shù)映射關(guān)系。
　　（4）利用遺傳算法對(duì)微通道及導(dǎo)熱柱結(jié)構(gòu)參數(shù)與LTCC散熱性能數(shù)學(xué)關(guān)系模型進(jìn)行了優(yōu)化研究。得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)為：導(dǎo)熱柱直徑選用189μm；導(dǎo)熱柱高度選用508μm；導(dǎo)熱柱個(gè)數(shù)選用8個(gè)；微通道截面寬度選用0.716mm；微通道截面高度選用508μm；進(jìn)水口與出水口半徑選用1.047mm。優(yōu)化后得到的LTCC微波組