金刚石/铝在微波功率组件中的应用研究

针对大功率微波组件中功率芯片对金刚石/铝等新型热管理材料的应用需求,文中开展了金刚石/铝表面可焊性镀层制备、功率芯片自动金锡共晶焊等工艺研究,制备了散热测试件,测试对比了在工作条件下以金刚石/铝和钼铜为热沉的功率芯片模块的实际散热效果。结果表明：在金刚石/铝表面上制备的Ni/Au 镀层均匀致密,附着力好,焊料在其表面铺展良好,芯片焊透率> 90%;在相同条件下,与钼铜相比,金刚石/铝上的芯片表面最高温度平均降低了6.3 ℃,具有更加优异的散热效果。     

基于裸芯片封装的金刚石/铜复合材料基板性能研究

基板是裸芯片封装中热传导的关键环节。随着微电子技术的发展,组件热流密度越来越大,对新型基板材料的要求越来越高,要求具有高的热导率、低的热膨胀系数以及较低的密度。金刚石/铜复合材料作为新一代基板材料正得到愈来愈多的关注。文中分别通过实验和计算机仿真分析了金刚石/铜复合材料的镀覆性、焊接性以及作为基板材料的热性能。结果表明...     

相变合金温控组件的制备及循环性能研究

根据某弹载平台短时热耗高、工作时间短、热响应时间短的具体使用要求,选定了50Bi-27Pb-13Sn-10Cd作为相变材料,设计并制备了基于该种相变合金的温控组件,并通过理论计算和试验,比较了相同加热功率条件下相变合金温控组件和石蜡/泡沫铜相变温控组件温度-时间曲线的差异,以及经100次相变热循环前后的相变合金温控组件温控性能的变化情况。结果表明,与泡沫铜/石蜡相变温控组件相比,相变合金温控组件具有更好的控温效果,热响应时间30s;经100次热循环后相变合金的相变温度变化率在3%以内,温控组件仍能保持良好的温控性能。     

某光控相控阵雷达组件热设计与参数优化

为了确保光控相控阵雷达中微波发射前端组件运行的稳定,为高热流密度功放组件提供合理的温度环境,依据集成系统的结构与前端输入,提出了匹配系统的热设计方案,并采用仿真软件进行了模拟与分析。结果表明,系统最高温度不超过指标温度,且热均匀性较高。该热设计方案验证了采用金刚石/铜进行热扩展并结合合理的液冷冷板结构,可以实现紧凑高效的散热需求。此外,提出了多级翅片与对插式辅助翅片的结构优化方案,并分析了相关参数对散热的影响。该系列热设计方案与参数分析可以为雷达高热流密度组件的热设计提供思路。     

金刚石/Cu-Ni热沉微观组织及热物理性能研究

金刚石/铜复合材料具有密度低、强度高及热膨胀系数可调等优点,但金刚石与铜的润湿性差,界面热阻大,导致金刚石/铜复合材料热导率低.文中以铜镍合金为基体,采用放电等离子烧结工艺制备金刚石/铜复合材料,研究Ni的质量分数和混粉方式对金刚石/铜复合材料组织和热物理性能的影响.结果表明:随着Ni元素质量分数的增加,金刚石/铜复合...     

星载微波组件的热设计与试验研究

星载微波组件是决定星载雷达系统性能的最重要、最复杂和最吊贵的子系统,文中介绍星载微波组件热设计的重要性及特点,通过研究接触导热和辐射散热两种热传导形式,提出了相应的结构设计的基本途径来提高组件的散热效果。文中还介绍了热真空试验的重要性以及它的目的和试验步骤。热真空试验为星载微波组件的工程设计和优化航天产品提供了一条重要参考依据。     

热泵微波联合干燥系统的试验研究

介绍了热泵微波联合干燥试验装置、测试方法和试验物料,并根据试验结果分析了主要设计及运行参数对系统性能的影响。研究结果表明：热泵微波联合干燥系统的能耗与传统对流干燥器相当;微波功率的应用时间,特别是在干燥非吸水性材料时,对微波干燥器性能的影响可以忽略。     

微波功率组件基板热阻研究

基于热阻解析模型,对微波功率组件基板热阻进行了理论分析,获得无量纲基板参数与基板热阻的关系曲线。借助于数值仿真计算了基板厚度对微波功率组件芯片温度的影响,并根据理论分析模型,分别测试了不同热耗和不同基板厚度条件下的芯片温度,分析了厚度、热耗和芯片温度的关系。试验结果与理论分析一致,研究结果有助于改善高热流密度微波功率组件的芯片性能。     

钙硼硅系LTCC生瓷带在收/发组件中的应用

低温共烧陶瓷(LTCC)技术是实现机载、星载、舰载相控阵雷达收/发组件小型化、轻量化、高性能、高可靠的有效手段。由于技术落后,国内缺少商品化的微波LTCC材料,严重制约了LTCC技术的发展。文中对国产钙硼硅系LTCC生瓷带在X波段收/发组件中的应用进行了深入研究,分析了钙硼硅系LTCC生瓷带的工艺性能、浆料匹配性能以及微波性能,并采用国产钙硼硅系LTCC生瓷带研制了X波段收/发组件,性能指标满足相控阵雷达技术要求,为微波LTCC材料的国产化进行了有益的探索。     

LTCC 用钌系电阻浆料特性分析

随着低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC) 技术优势逐步被大家所认识,其广阔的应用前景以及巨大的市场需求驱动着国内厂商开始关注LTCC材料的开发,涌现出了不同品种的LTCC生瓷带和浆料,但由于缺乏工程化应用验证和可靠性考核,离货架产品尚有不少距离。文中对国产钌系电阻浆料在X波段收/发组件中的应用进行了深入研究,分析了钌系电阻浆料的工艺性能、材料匹配性能、微波性能以及可靠性能,并采用国产钌系电阻浆料研制了X波段T/R组件,性能指标满足相控阵雷达技术要求,为微波LTCC材料的国产化进行了有益的探索。     

小型水下作业设备相变热控技术研究

小型水下作业设备在海洋资源探测与利用领域扮演着重要角色。随着水下作业设备不断向多功能、智能化、长续航和大深度方向发展,设备内部功率元器件不断增多,散热问题日益严峻。文中提出了一种小型水下作业设备储热模块,采用相变材料被动吸热方式对设备内部发热元器件进行散热。研究了典型热功率条件下相变储热模块的热控性能,并对比了不同类型相变材料的热控效果。结果表明：相比于原有的自然冷却方式,低熔点金属镓相变储热模块可显著抑制热源的温升,将设备的正常工作时间有效延长至原来的2.7倍,起到良好的热防护作用;而有机相变材料因其传热性能差,反而阻碍了热量向外壳传递,恶化了设备的散热性能。文中提出的相变热控模块具有零功耗、储热密度大、工作性能稳定等特点。利用设备原有的壳体空间填充相变材料,不额外增加体积,不影响设备内部空间,可实现相变吸热和自然冷却耦合并行散热,有效防止设备内部器件或设备发生过热损坏,为水下无人作业设备持续、安全、稳定、高效工作提供热防护保障。     

Thermal contact conductance of coated surfaces

The thermal contact resistance phenomena are increasingly important as the size of mechanical and electronic components decrease. Applying a coating material with high thermal conductivity is an effective way to enhance the thermal contact conductance. This work conducted an experimental and theoretical study to investigate the effects of diamond film coatings on the thermal contact conductance. A model based on statistical elastoplastic surface contact mechanics was developed to study the thermal contact conductance of coating material. Diamond films were sputtered on the substrate of ceramics by microwave plasma chemical vapor deposition. Test samples have different surface roughnesses, deposition times and deposition qualities. A range of test conditions was conducted to evaluate the thermal contact conductance of coated films and for comparisons with the theoretical model.     

雷达制导部件高热流密度组件散热技术

随着军用电子器件和微波器件的发展,高功率密度器件在军用电子装备上得到更为广泛的应用。军用电子装备的功率密度越来越大,对散热技术的要求也越来越高。文中针对弹载雷达高热流密度组件的散热问题,论述了一种基于均温板的强迫液冷散热方法,并对设计分别进行了120 s时瞬态分析和稳态分析。分析结果表明,高热流密度芯片能够正常工作,可以保证弹载雷达制导部件的工作要求和连续性测试需求。     

高效热扩展技术在干式T/R组件散热中的对比研究

T/R组件散热是有源相控阵雷达领域的重要课题,大功耗、高热流密度器件在冷板上会形成局部热障,产生扩展热阻。文中以干式风冷T/R组件散热为研究对象,采用三维数值模拟方法对铝冷板、金刚石/铜、热管及蒸汽腔等高效热扩展技术进行了对比研究,探讨了导热系数、冷板厚度、对流换热系数对扩展热阻的影响规律。结果表明,提高冷板的等效换热系数是减小扩展热阻、强化传热最有效的途径之一。同时合理优化冷板厚度及散热器对流换热系数能有效降低高热流密度器件的工作温度。     

雷达功率组件的金刚石微通道热沉激光加工工艺

为研究雷达功率组件金刚石微通道热沉的加工难题,开展了飞秒激光加工多晶金刚石微流道的工艺研究,仿真模拟了飞秒激光作用于金刚石表面的温度场分布,以及诱导去除过程,理论与实验研究了金刚石的烧蚀阈值,系统研究了激光能量、扫描速度、扫描次数、焦点位置等参量及其优化工艺参数对金刚石微槽尺寸的影响规律.结果表明:当飞秒激光功率大于0...     

一种新型相变散热器设计

对于短时或间歇性工作的大功率电子设备,特别是工作在临近空间的电子设备,利用相变材料进行散热是一种比较有效的冷却方式。但常用的相变材料导热系数比较低,必须采取各种措施强化相变材料的导热性能。文中在分析相变散热器中强化传热措施的基础上,针对小型轻量相变散热器的设计要求,设计了一种易于加工的内嵌螺旋形翅片的相变散热器。通过对散热器进行简化,计算了翅片间距。加热实验证明,所设计的新型相变散热器能很好地满足设计要求,螺旋形翅片能明显增强相变材料的导热性能,改善相变散热器的内部温度均匀性。     

车载式全固态发射机结构与热设计

全固态发射机功耗大、产生的热量高,安装于方舱内时因空间狭小、设备密集导致各组件和机柜温度不均匀、冷却效果差。文中通过对功率放大单元总功耗的核算,采取功放模块和稳压电源模块的散热器上下并排安装、风道共用的由前至后、左右双风机抽风的风冷散热方式,设计了末级高功放的微波功率管和开关电源的调整管等发热器件直接镶嵌在经过铣槽抛光的铝质散热器内的结构形式。经过对结果的核算,验证了该热设计的合理性,对于高密度固态发射机结构总体方案的设计和工程实践具有借鉴意义。     

Tailoring of diamond machinable coating materials

Microturning with diamond tools is a promising technique to produce surfaces with highest precision. But only some workpiece materials are suitable for this technique, e.g., copper, aluminum, germanium, PMMA, some compounds, and organic materials. Diamond machining of most transition metal alloys like steel leads to a rapid tool wear which is believed to originate from chemical reactions in the contact zone between tool and workpiece. NiP_x>0.2 coatings are widely used as diamond machinable coating material used for optical applications. In contrast to diamond machining of pure nickel, these coatings do not wear diamond tools rapidly. The chemical reactivity of the coatings with single crystal diamond was investigated with a thermal contact test. It is shown that a sufficient amount of phosphorus suppresses reaction with diamond. Quantum mechanical cluster calculations reveal that this is mainly explained by a strong hybridization of electronic valence orbitals, i.e., covalent bonding. We also investigated magnetron sputtered TiN_x coatings. The reactivity test shows that an amount of approximately 10 at.% nitrogen can reduce the reactivity with diamond significantly. Cluster calculations reveal that this is due to covalent bonding between titanium and interstitial nitrogen atoms. Calculations and reactivity tests for NiSi_x and NiTi_x coatings were also performed. The latter case shows that also alloying of two transition metals may provide enough covalent bonding to inhibit chemical reaction with diamond. We conclude that a sufficient amount of covalent bonding in transition metal containing materials is necessary for machinability with diamond tools. On the basis of these investigations a generalized requirement profile for diamond machinable coating materials is derived.     

Transition Zone in Thermally Activated Solid-Phase Contact of Diamond with Iron and Titanium

The intermediate layer formed when diamond is in contact with metals that are active with respect to carbon—such as iron and titanium—is investigated in a vacuum furnace. The conditions in the furnace match those employed in sintering with copper impregnation of the hard-alloy matrix of diamond tools. The results may be used in developing compositions and technologies such that tool materials based on tungsten–cobalt hard-alloy powder have a high diamond content in the matrix.