射频模块微小通道散热特性及工艺分析

发布时间：2017-09-07 09:22

  本文关键词：射频模块微小通道散热特性及工艺分析

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【摘要】：随着电子模块的集成化越来越高,体积越来越小,模块基板的材料选取和电子模块的散热变得越来越重要。LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)材料集成密度高,RF性能好,数字响应快,具有高频、高Q特性和高传输性能,并且能适应大电流及耐高温特性要求。LTCC的多层技术可使多种电路及电子元器件集成到一个电子模块中,这样既能降低电子系统组装难度又能减少接入损耗;因此,LTCC在电子通信行业的集成化模块中得到了越来越广泛的应用。本文主要研究以LTCC材料为基板的射频模块的散热需求;将微小通道技术应用于LTCC基板以解决高集成度的电子模块的散热问题。首先,本文分析了射频模块的散热需求和散热分布情况,结合射频模块的发热情况、机载通信系统的结构要求以及LTCC的工艺可行性,设计出新型直入直出型微小通道结构对射频模块散热的方案。此微型通道设计在LTCC基板内部,开口在基板上方,这样既节省基板四周的空间空,又不会占用基板上方贴装芯片处太多的面积。接着,采用析因实验分析了微小通道的截面形状参数:高宽比、孔隙率、水力直径对散热效率及进出口压力损失的影响度大小,并根据析因分析结果选出最适合本文研究的射频模块的结构尺寸。由于在LTCC的一体化层压和烧结工艺过程中,微小通道极易变形。所以针对本文设计的直线交错微小通道结构对LTCC工艺进行参数分析及工艺优化。首先,对层压工艺进行分析,得出了层压工艺的参数温度、时间、压力对微小通道的变形影响曲线;根据曲线和模拟结果确定合适的工艺参数组合。由于优化工艺参数没能将微小通道的变形量控制在允许范围内,我们对工艺进一步做了优化:在微小通道道中添加碳基复合材料在层压过程中作为支撑,随后让其在烧结过程中挥发掉。根据其发生的主要化学变化,烧结工艺可分为排胶阶段和烧结阶段;其中对微小通道成型质量影响最大的是这两个阶段的中升温过程;通过对不同的升温速率进行模拟,得出最佳的温度变化曲线。最后,按照优化后的LTCC工艺制作射频模块样件,并用3D精密光学形貌测量仪对微小通道结构尺寸进行测量,满足变形量小于8%的设计要求,对其进行压力测试及密封性测试。
【关键词】：LTCC 微小通道 散热 矩形微小通道 截面参数 工艺 层压 烧结
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及研究意义10-11
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究的意义10-11
• 1.2 微小通道技术的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 微小通道技术国内研究现状11-13
• 1.2.2 微小通道技术国外研究现状13-14
• 1.3 LTCC技术国内外研究现状14-16
• 1.4 本文研究主要内容16-18
• 第二章 射频功能模块散热微小通道拓扑形状设计18-35
• 2.1 热仿真的基本理论18-21
• 2.1.1 传热学基本理论18-19
• 2.1.2 流体动力学基本方程19-21
• 2.2 射频模块的元器件分布及散热需求21-23
• 2.2.1 射频模块的散热需求及结构约束21
• 2.2.2 射频模块的冷却方式选择21-23
• 2.3 微小通道拓扑结构设计23-33
• 2.4本章小结33-35
• 第三章 微小通道截面结构对散热及压降的影响分析35-55
• 3.1 流-热耦合数学模型35-37
• 3.1.1 流场分析原理35-36
• 3.1.3 有限体积法36-37
• 3.2 微小通道截面结构分析及热阻模型的建立37-43
• 3.2.1 微小通道截面结构分析（矩形、梯形、三角形）37-40
• 3.2.2 射频模块微小通道的热阻模型40-43
• 3.3 微小通道截面结构因素对微小通道散热及压降的影响分析43-53
• 3.3.1 微小通道截面结构尺寸对散热及压降的单因素影响分析43-50
• 3.3.2 微小通道截面结构对微小通道散热与压降的多因素影响分析50-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 射频模块微小通道成型工艺及优化55-83
• 4.1 机载射频功能模块微小通道制造工艺难点分析55-56
• 4.2 微小通道层压工艺中出现的缺陷分析及参数优化56-69
• 4.2.1 层压工艺方法分析56-60
• 4.2.2 层压工艺参数分析及优化60-63
• 4.2.3 响应曲面法分析温度、压力、时间与应变能的关系63-69
• 4.3 微小通道加工工艺优化方案（添加牺牲材料）69-72
• 4.4 烧结工艺的参数分析及优化72-79
• 4.4.1 烧结工艺72-73
• 4.4.2 生死单元法73-75
• 4.4.3 对排胶温度非线性升高的分析75-79
• 4.5 样件制作及实验检测79-82
• 4.6 本章小结82-83
• 第五章 总结83-85
• 5.1 工作总结83-84
• 5.2 研究展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈力春;堵永国;陈兴宇;郑晓慧;;LTCC流延生瓷带的力学性能[J];电子元件与材料;2009年12期

2 陆向迅;徐斌;吴建;王洋;薛宏;;矩形微通道内液体流动与传热的数值模拟研究[J];节能技术;2008年02期

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本文编号：808711