本發(fā)明涉及散熱，具體涉及一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板。

背景技術(shù)：

1、低溫共燒陶瓷(low?temperature?co-fired?ceramic，ltcc)封裝能將多品類芯片等元器件集成到同一封裝體內(nèi)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性功能，是實(shí)現(xiàn)射頻微系統(tǒng)集成化、多功能和輕量化的重要手段。ltcc基板因其優(yōu)異的高頻性能，可實(shí)現(xiàn)射頻微系統(tǒng)在高頻、低損耗和高速傳輸?shù)膽?yīng)用需求。然而，ltcc基板的熱導(dǎo)率較差(＜20w/(m·k))，導(dǎo)致集成的功率器件產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散出，成為限制ltcc在高功率微波部組件以及多功能微系統(tǒng)中應(yīng)用的瓶頸問題。目前，多采用強(qiáng)迫風(fēng)冷或液冷來解決ltcc基板所面臨的散熱難問題。但是強(qiáng)迫風(fēng)冷已經(jīng)逐漸無法滿足器件散熱能力和尺寸方面的熱管理需求；強(qiáng)迫液冷主要是以在管殼外設(shè)置液冷結(jié)構(gòu)來解決散熱問題，但是其熱控組件復(fù)雜、成本較高、可靠性較低。內(nèi)嵌散熱的出現(xiàn)為近結(jié)散熱供了新的解決方案，其散熱性能優(yōu)秀、便于高度化集成、能夠快速高效地帶走發(fā)熱模塊所產(chǎn)生的熱量，但利用內(nèi)嵌液冷散熱技術(shù)對(duì)射頻器件的熱管理存在微通道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單一、散熱能力不足、溫度一致性差、工藝復(fù)雜等諸多問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，該技術(shù)方案是將正六邊形歧管微通道內(nèi)嵌于ltcc基板內(nèi)，通過一體疊壓燒結(jié)工藝而成，為有效增強(qiáng)其散熱能力并提高溫度一致性，在歧管微通道內(nèi)增設(shè)菱形微針鰭進(jìn)行分流和擾流。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，包括：頂部蓋板層、中部微通道層、底部基板層、外部驅(qū)動(dòng)組件。

3、頂部蓋板層由第一層到第五層生瓷片疊壓燒結(jié)而成，頂部蓋板層上設(shè)置射頻器件單元，頂部蓋板層間埋置導(dǎo)熱柱，導(dǎo)熱柱為金屬銅材料，導(dǎo)熱柱可輔助射頻器件單元產(chǎn)生的熱量快速傳遞到中部微通道層。

4、中部微通道層由第六層到九層生瓷片疊壓燒結(jié)而成，中部微通道層內(nèi)設(shè)置有主路歧管微通道和旁路歧管微通道，在主路歧管微通道上設(shè)置多個(gè)單排分流微針鰭，在旁路歧管微通道上設(shè)置多個(gè)多排交錯(cuò)擾流微針鰭。

5、底部基板層由第十層到十五層生瓷片疊壓燒結(jié)而成，底部基板層上開設(shè)有進(jìn)液口和出液口。

6、外部驅(qū)動(dòng)組件包括控制器、進(jìn)液微管、出液微管和微泵組成。

7、工作時(shí)，冷卻工質(zhì)在控制器的調(diào)控下，經(jīng)由微泵的作用通過進(jìn)液微管傳輸?shù)竭M(jìn)液口，流經(jīng)中部微通道層的主路歧管微通道，通過分流微針鰭將冷卻工質(zhì)分配到旁路歧管微通道，繼而在擾流微針鰭的作用下充分混合從而帶走射頻器件單元產(chǎn)生的熱量，最后，冷卻工質(zhì)通過出液口傳輸?shù)匠鲆何⒐苓M(jìn)而輸送到外部環(huán)境。

8、進(jìn)一步地，所述的冷卻工質(zhì)材料包括但不限于去離子水、具有絕緣性能的氟化液。

9、進(jìn)一步地，中部微通道層的歧管微通道整體呈中心對(duì)稱的正六邊形流道結(jié)構(gòu)。

10、進(jìn)一步地，中部微通道層的主路歧管微通道和旁路歧管微通道位于頂部頂部蓋板層布置射頻器件單元的正下方區(qū)域。

11、進(jìn)一步地，中部微通道層中布置一條主路歧管微通道和若干旁路歧管微通道。

12、進(jìn)一步地，歧管微通道的流道高度一致約為400μm，相鄰的旁路歧管微通道的間距一致約為500μm。

13、進(jìn)一步地，分流微針鰭和擾流微針鰭的截面形狀均為尖角60°的菱形且周長一致。

14、進(jìn)一步地，分流微針鰭布置在主路歧管微通道的輸入段，擾流微針鰭布置在旁路歧管微通道整個(gè)流路。

15、進(jìn)一步地，主路歧管微通道呈梯形結(jié)構(gòu)，輸入段為逐漸收緊的梯形形狀，與進(jìn)液口相連；輸出段為逐漸擴(kuò)大的梯形形狀，與出液口相連。

16、進(jìn)一步地，流經(jīng)主路歧管微通道輸入段的冷卻工質(zhì)經(jīng)由分流微針鰭均勻分流到若干旁路歧管微通道，隨后經(jīng)旁路歧管微通道中的分流微針鰭進(jìn)行充分混合，最后該冷卻工質(zhì)從出液口流到主路歧管微通道的輸出段并流出。

17、進(jìn)一步地，進(jìn)出液口與進(jìn)出微管接觸處，通過緊固件和密封膠進(jìn)行密封。

18、進(jìn)一步地，通過dc?3.7v給控制器供電，啟動(dòng)電路后默認(rèn)的工作頻率是30hz，工作頻率的范圍為1-60hz，通過調(diào)整控制器的工作頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)微泵泵壓冷卻工質(zhì)流量的控制。

19、進(jìn)一步地，微泵為壓電微型水泵，其供液流量大于50ml/min，最大揚(yáng)程大于25kpa。

20、吸附熱量的冷卻工質(zhì)在微泵的驅(qū)動(dòng)作用下從出液口被排出到外部環(huán)境，經(jīng)過冷卻后被微泵重新泵入進(jìn)液口，實(shí)現(xiàn)反復(fù)散熱的目的。

21、進(jìn)一步地，吸附熱量的冷卻工質(zhì)在微泵的驅(qū)動(dòng)作用下從出液口被排出到外部環(huán)境，經(jīng)過冷卻后被微泵重新泵入進(jìn)液口，實(shí)現(xiàn)反復(fù)散熱的目的。

22、進(jìn)一步地，為保證液冷循環(huán)微通道不塌陷，解決燒結(jié)中不分層、不鼓包，制備過程將頂部蓋板層、中部微通道層、底部基板層三部分生瓷片分別進(jìn)行疊層和預(yù)壓，獲得頂、中、底三部分的子模塊，接著將各子模塊采用有機(jī)粘接劑進(jìn)行貼合，低溫低壓方式形成整體模塊；最后層壓、燒結(jié)制作多層陶瓷基板，從而獲得集成內(nèi)嵌歧管微通道的ltcc基板。

23、進(jìn)一步地，制備過程通過在生瓷片上激光切割制作增設(shè)微針鰭的歧管微通道結(jié)構(gòu)；在歧管微通道內(nèi)填充如石墨、淀粉等犧牲材料，在層壓時(shí)犧牲材料可以傳遞壓力，用于支撐保護(hù)微通道免受或減少成型壓力的影響，最大程度地保持微通道結(jié)構(gòu)和尺寸的穩(wěn)定性。

24、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

25、(1)在ltcc基板內(nèi)嵌微通道，利用冷卻工質(zhì)的強(qiáng)制對(duì)流直接對(duì)發(fā)熱元件進(jìn)行冷卻散熱，能夠提高封裝器件的散熱效果，滿足微型化產(chǎn)品散熱的需求。

26、(2)微針鰭結(jié)構(gòu)起到了分流和擾流作用的同時(shí)，增加了散熱表面積，有效提高了熱交換效率。

27、(3)正六邊形的歧管微通道結(jié)構(gòu)減小了熱阻，降低了溫度梯度，使熱量更加均勻地分布和散發(fā)，避免局部過熱。

28、(4)內(nèi)嵌歧管微通道設(shè)計(jì)不占用陶瓷基板的外部空間，減少產(chǎn)品的空間占用率，使得整個(gè)系統(tǒng)的尺寸更小、更輕巧，適用于輕量化和小型化的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，包括：頂部蓋板層(1)、中部微通道層(3)、底部基板層(4)和外部驅(qū)動(dòng)組件(5)，頂部蓋板層(1)上設(shè)置射頻器件單元(6)，其內(nèi)設(shè)有若干導(dǎo)熱柱(2)，導(dǎo)熱柱(2)用于傳導(dǎo)射頻器件單元(6)產(chǎn)生的熱量，中部微通道層(3)設(shè)置有主路歧管微通道(7)和旁路歧管微通道(8)，在主路歧管微通道(7)的輸入段上設(shè)置多個(gè)分流微針鰭(9)，在旁路歧管微通道(8)上設(shè)置多個(gè)擾流微針鰭(10)，底部基板層(4)上開設(shè)有進(jìn)液口(11)和出液口(12)，外部驅(qū)動(dòng)組件(5)由控制器(13)、進(jìn)液微管(14)、出液微管(15)和微泵(16)組成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，ltcc基板由若干層生瓷片疊壓燒結(jié)而成，中部微通道層(3)的厚度不大于總厚度的1/3，頂部蓋板層(1)和底部基板層(4)的厚度相等。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，頂部蓋板層(1)上設(shè)置射頻器件單元(6)和導(dǎo)熱柱(2)，導(dǎo)熱柱(2)為金屬銅材料，導(dǎo)熱柱(2)可輔助射頻器件單元(6)的熱量高效傳遞到中部微通道層(3)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，中部微通道層(3)的主路歧管微通道(7)和旁路歧管微通道(8)位于頂部蓋板層(1)布置射頻器件單元(6)的正下方區(qū)域。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，中部微通道層(3)的微通道整體呈中心對(duì)稱的正六邊形流道結(jié)構(gòu)，微通道的流道高度一致，相鄰的旁路歧管微通道(8)的間距一致。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，分流微針鰭(9)和擾流微針鰭(10)的截面形狀均為尖角60°的菱形且周長一致。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，分流微針鰭(9)為布置在主路歧管微通道(7)的輸入段，擾流微針鰭(10)為布置在旁路歧管微通道(8)整個(gè)流路。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道ltcc基板，其特征在于，主路歧管微通道(7)呈梯形結(jié)構(gòu)，輸入段為逐漸收緊的梯形形狀，與進(jìn)液口(11)相連；輸出段為逐漸擴(kuò)大的梯形形狀，與出液口(12)相連。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種增設(shè)微針鰭的內(nèi)嵌歧管微通道LTCC基板，包括頂部蓋板層、中部微通道層、底部基板層和外部驅(qū)動(dòng)組件，頂部蓋板層上設(shè)置射頻器件單元，中部微通道層設(shè)置主路和旁路歧管微通道，在主路歧管微通道的輸入段設(shè)置多個(gè)分流微針鰭，在旁路歧管微通道設(shè)置多個(gè)擾流微針鰭，底部基板層上設(shè)有進(jìn)/出液口，外部驅(qū)動(dòng)組件包括控制器、微管和微泵。工作時(shí)，冷卻工質(zhì)通過微管傳輸，流經(jīng)中部微通道層的主路歧管微通道，通過分流微針鰭將冷卻工質(zhì)分配到旁路歧管微通道，繼而在擾流微針鰭的作用下充分混合，帶走高功率射頻器件產(chǎn)生的熱量并輸送到外部環(huán)境。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)LTCC基板和散熱技術(shù)的有機(jī)融合，強(qiáng)化高熱流密度射頻器件的高效冷卻。

技術(shù)研發(fā)人員：李偉,王志奎,楊程,朱嘯宇,許華健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航天科工集團(tuán)八五一一研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15