压电微泵一体化自闭环微系统热管理技术研究

近年来,以嵌入式微流体液冷散热技术为代表的主动热管理因其优异的散热性能而被广泛研究。然而,嵌入式微流体液冷散热技术常使用体积较大的外置泵、阀等构成流体回路,以致该技术难以应用于现有的射频微系统。该文提出了一种集成压电微泵阵列的一体化自闭环微系统热管理方法,并完成了该微系统样机的设计与研制。在常温、高温与低温环境下分别对该微系统样机供液流量及散热性能进行了测试。常温测试结果表明,在芯片热流密度为250.9 W/cm²时,芯片表面温升能控制在56 ℃以下,而集成的2×2压电微泵阵列实现了高达57 mL/min的供液流量。该技术可用于解决高功率射频微系统的高效一体化热管理问题。     

一种新的雷达绕线电缆热设计方法及实现北大核心CSCD

随着雷达阵面设备功率密度和组装密度的提高,绕线层内射频同轴电缆的散热问题日益严峻。文中提出一种采用雷达阵面大板和液冷组件直接作为热沉的冷却方式,用于解决雷达绕线层电缆的散热。文中给出了该热设计的具体过程,说明了阵面电缆热设计的实现方法及实测结果,并与自然散热方式进行了对比。实测数据证明了该方法的准确性,可作为有源相控阵雷达等密集空间内射频同轴电缆热设计的一种可信、有效的手段。     

某大功率发射分机的热设计

本文针对某大功率发射分机热功耗大、局部热流密度高的特点,对机箱和模块采取了散热冷却技术,提出采用模块、热管与散热器综合一体化设计的散热方式,通过仿真分析和热测试,验证了设备的散热效果,达到了大功率发射分机的热设计要求。     

纳米冷却技术

随着电子集成技术的迅速发展,电子器件的热流密度不断增加,对微尺度下电子冷却技术的要求也在不断提高。微电子领域是最早提出微尺度流动和传热问题的工程领域。在具有微尺度的微电子领域中,当空间和时间尺度微细化后,出现了很多与常规尺度下不同的物理现象。而随着微电子技术的发展,电子器件的热流密度不断增加,这势必对电子器件有更高的散热要求,因此有效地解决散热问题已成为电子设备必须解决的关键技术。鉴于纳米冷却技术的先进性和优越性,本文从微尺度下电子冷却技术的发展背景出发,重点介绍了纳米冷却技术的应用、现状及发展前景。     

面向三维立体集成封装的微流道散热技术

现代化三维立体集成技术的发展,对电子元器件提出了高密度、集成化和小型化的要求,其内部过高的热流密度成为影响器件长期可靠性的决定性因素。在这种发展趋势下,电子产品热管理的地位不断提升,其重要性甚至不下于芯片设计本身。自微流道散热技术诞生以来,其展现出的优异的散热效果,使其成为高密度集成器件热管理的首选方案,并受到世界范围内研究者广泛关注。经过数十年的研究,微流道技术演化出几种不同的技术路线,并出现了十数种不同结构的微流道设计方案。为了更好地理解这种日新月异的技术,本文进行了系统性的调研和综述。     

不同通道尺寸的微通道相变散热器性能研究

为了解决高集成度高热流密度电子器件的散热需求,文中对微通道相变散热器进行研究,设计了5种不同尺寸的微通道来研究其对传热系数和压降特性的影响.通过搭建微通道相变散热验证系统对微通道相变散热器进行实验,以水为工作物质,流速为50～170 mL/min,热源热流密度为86～414 kW/m2.研究结果表明,传热系数与水力直径...     

高功率微波装置散热热沉传热流动特性

高功率微波装置在运行时面临的高热流密度散热是当前热控必须解决的难题。微小通道热沉散热结构简单,换热能力突出,在一定程度上能够解决高热流密度散热的问题。但使用微小通道热沉散热时,散热面温度在沿工质流动方向不断升高,这对器件稳定运行不利。而射流冲击技术中流体垂直于热源喷射,温度边界层薄,温度梯度大,换热效果强。将射流冲击技术与微通道热沉相结合,不仅能提高换热系数,增大换热量,而且能实现良好的温度均匀性。对高热流密度下射流冲击微小通道热沉进行数值模拟,分析不同射流孔径对其传热和流动特性的影响。结果表明,增大远离出口处的射流孔径,有利于提高传热效率和减小流动阻力。优化后的射流微通道热沉,在质量流量为14 g/s时,换热系数接近39 000 W/(m2·K)。     

舰载雷达适装性研究

根据舰载平台的特点和要求以及雷达技术多功能、一体化、高集成度的发展趋势,从优化设计方法、适用海洋环境的轻型材料、系统化的创新设计思想、散热冷却技术等方面,对舰载雷达的适装性进行了分析和探讨。     

射频MEMS技术在雷达中的应用现状与优势

射频MEMS技术为实现微型化、集成化及智能化,以及探索具有新原理和新功能的器件与系统提供了重要途径。概述了射频MEMS的主要优势和在雷达领域的主要应用方向,在此基础上重点介绍了国外基于射频MEMS技术的T/R组件设计、X波段相控阵天线演示验证系统及针对Ka波段低成本无源相控阵的探索情况,并给出了新一代MEMS高集成度电子扫描阵列研究项目的最新进展。     

基于ANSYS Icepak的密闭机箱散热仿真分析

根据机箱热载荷等边界要求,对密闭机箱中的电子功能模块的热功耗和机箱热稳态下散热表面的热流密度进行了分析和计算。通过计算机箱与外部空气自然对流冷却下的热流密度值来分析机箱的整体散热性能,并将计算结果与空气自然对流散热的热流密度阈值进行比较;在此基础上使用建模软件UG NX7.5完成机箱的CAD数字样机建模;使用ANSYS Icepak有限元热仿真分析软件进行CFD(计算流体动力学分析)和热仿真分析,完成了机箱参数设定、网格划分,对机箱进行精确的热仿真计算,验证机箱热设计的可靠性,为其他同类电子设备热仿真分析与散热优化设计提供了参考。     

微系统热管理技术的新发展

多功能高度集成的微系统技术对信息系统的通信、传感、处理和执行等方面产生了很大的影响,而热管理问题却一直制约着微系统技术的发展。该文介绍了美国在微系统热管理技术方面的项目研究计划及基于热传导与液冷技术的微系统热管理技术的新进展,提出了一种基于压电驱动的主动微系统高效热管理方法,并通过搭建试验样机完成原理性测试验证。该技术主要针对如微波毫米波大功率“瓦片式”T/R（收发）组件等射频微系统热管理应用。     

低电导率乙二醇冷却液在雷达液冷系统的应用

随着军用雷达微波功率组件的热流密度不断增加,越来越多的相控阵雷达采用液冷散热方案。冷却液是液冷系统中的重要传热介质,不仅应具备良好的换热和流动性能,在使用年限内对系统不造成腐蚀危害,还应在发生泄漏问题的时候不对电子器件造成短路危害,即应具有不导电或者低导电特性。为解决现有雷达液冷系统中常用的乙二醇冷却液导电危害问题,研制了新型低电导率乙二醇冷却液,对雷达液冷系统中常用的不锈钢、铝合金、铜合金及其不同表面处理状态的金属材料在该低电导率乙二醇冷却液中的腐蚀性进行试验研究和评估,对其泄露导电危害特性进行试验分析和比较,并针对三元乙丙、氟硅橡胶等开展冷却液的相容性试验研究。该研究为新型低电导率乙二醇冷却液在雷达液冷系统中的应用提供参考。     

Review on materials, microsensors, systems and devices forhigh-temperature and harsh-environment applications

The considerable investment in silicon technology has rarely addressed device use in harsh environments such as high temperatures, aggressive media, and radiation exposure. A clear future requirement is to save weight, volume, and reduce costs in “unfriendly” environments like high temperatures. This can be achieved either by cooling systems or by electronic microsystem components suited to withstand high temperatures. The current status of cooling systems, harsh-environment sensors, and microsystems in view of markets, realized devices, material, properties, process maturity, and packaging technologies are reviewed. Possible semiconductor candidates for high-temperature applications are discussed. The main obstacles for the future of high-temperature and harsh-environment microsystems is highlighted     

大功率相控阵雷达天馈网络热控技术研究

随着相控阵雷达天线阵面功率-孔径密度越来越大,天馈网络的辐射单元、绕线层电缆等功耗日益增加,其散热设计成为雷达热控系统设计新的关注点。天馈网络相关设备结构形态各异,难与阵面冷却大板形成热紧密装配,且数量成千上万,总功耗达数十千瓦以上,散热难度较大。文中以圆极化天线为例,分析了天馈网络器件发热机理,结合热控要求,提出了热传导和强迫对流散热并重的复合型散热方式,通过热分析计算,借助于天线小面阵热测试,验证了该天馈网络复合型散热方式的有效性,并提出优化散热措施,为大功率相控阵雷达天馈网络的散热需求提供了可行的解决方案。     

集成微波光子射频前端技术北大核心

微波光子射频前端具有频率覆盖范围大、工作波段和瞬时带宽可灵活重构、抗电磁干扰等优势,在泛在无线通信、软件无线电、雷达和电子战系统中有着广阔的应用前景。为进一步减小系统的尺寸和功耗以满足实际应用的需求,构建基于光子集成芯片技术的微波光子射频前端微系统势在必行。文章分析了集成微波光子射频前端微系统目前在器件层面和系统集成层面面临的挑战,并从高精细、可重构的光滤波器设计、混合集成系统架构设计和系统频率漂移抑制方案三个方面重点介绍了作者所在课题组开展的关于混合集成可重构微波光子射频前端的研究现状。     

Experimental study on the performance of miniature heat pipes withwoven-wire wick

The thermal density of electronic system has been increased continuously because high speed and high density are required for them. The heat dissipation of CPU for a notebook PC has been recently increased to be more than 10 W, but, on the other hand, the available packaging space has been decreased. Therefore, it has become inevitable to perform cooling by using miniature heat pipes (MHPs). In the present study, a new woven-wire-type wick for the MHP is developed, which has a large capillary limit and a high productivity. These MHPs with diameters of 3 mm or 4 mm are applicable to small-sized electronic parts such as CPU of a notebook PC. Because the operational characteristics of MHPs with the diameters of 3 mm or 4 mm are different from those of general medium-size heat pipes, performance tests have been conducted in order to review heat-transfer characteristics and effects of various factors on the performance of MHPs. The design factors under consideration are fill ratio of working fluid, length of heat pipe, length of evaporator and condenser, inclination angle of installation, number of wick strand and thermal load     

天线微小通道冷板金属3D打印成型工艺研究

微小通道液冷散热技术是近年来电子设备热设计研究的热点,已逐渐用于高热流密度电子设备的散热.然而真正实现工程应用仍存在诸多困难,主要原因是与之匹配的工艺技术尚不完善.研究了天线铝合金微小通道冷板的3D打印技术,介绍了工艺流程,加工了多个小尺寸芯片和大尺寸天线阵面的微小通道冷板.经分析,3 D打印基本能实现复杂拓扑结构微小通道冷板的成型,但仍存在通道堵塞、表面凹坑和翘曲等问题.     

直接变频技术在雷达中的应用研究

集成化已成为现代电子系统最重要的发展方向,雷达系统也是如此。现代直接变频技术具有成本极低、体积小、结构简单和高度集成化的特点,已广泛应用于通信市场,如手机、基站、卫星接收机和GPS接收机等,但至今未有在雷达中实际应用的报道。该文对直接变频技术在雷达中的应用进行了研究,特别是应用到相控阵体制的雷达上,能极大地降低雷达成本和体积,且有工作频带极宽、配置灵活、可重构的特点。因此,直接变频技术也将成为雷达技术的一个发展方向。该文最后给出了一个将直接变频技术应用到S波段相控阵雷达的设计实例。     

Heat Pipe Integrated in Direct Bonded Copper (DBC) Technology for Cooling of Power Electronics Packaging

Thermal dissipation in power electronics systems is becoming an extremely important issue with the continuous growth of power density in their components. The primary cause of failure in this equipment is excessive temperatures in the critical components, such as semiconductors and transformers. This problem is particularly important in power electronic systems for space applications. These systems are usually housed in completely sealed enclosures for safety reasons. The effective management of heat removal from a sealed enclosure poses a major thermal-design challenge since the cooling of these systems primarily rely on natural convection. In this context, the presented paper treats the heat pipes as effective heat transfer devices that can be used to raise the thermal conductive path in order to spread a concentrated heat source over a larger surface area. As a result, the high heat flux at the heat source can be reduced to a smaller and manageable level that can be dissipated through conventional cooling methods. The objective of our work is to describe the feasibility of a cooling system with miniature heat pipes embedded in a direct bonded copper (DBC) structure. The advantage of this type of heat pipe is the possibility for implementation of the component layout on the heat pipe itself, which eliminates the existence of a thermal interface between the device and the cooling system     

射频微系统关键技术进展及展望

文章简单介绍了微波集成电路的发展动态,综述了以美国DARPA为代表的国内外机构在射频微系统方面的重大研究计划及其水平,简述了射频微系统在通信、雷达、相控阵等领域的代表性应用,并总结了射频微系统互连、仿真与优化和集成架构设计等三个关键技术及其进展情况,最后对射频微系统今后的发展趋势做出了展望。