微波移相器熱設(shè)計(jì)仿真技術(shù)研究.pdf

1、微波移相器是微波控制電路的一種，是以PIN二極管（芯片）和微帶電路板為主體，采用微組裝、混合集成等技術(shù)實(shí)現(xiàn)電路產(chǎn)品小型輕量化的組件產(chǎn)品，通常具有高密度和大功率的特點(diǎn)。而熱設(shè)計(jì)是移相器尤其是高可靠要求的功率移相器設(shè)計(jì)中必須考慮的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)熱設(shè)計(jì)可以改善優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能，從而提高產(chǎn)品的可靠性。 在產(chǎn)品研制和生產(chǎn)中，通常采用的熱設(shè)計(jì)方法主要有：以函數(shù)計(jì)算為主的解析法，以工程試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)法，以及以建模和計(jì)算機(jī)模擬分析為主的解

2、析法。其中，應(yīng)用最為廣泛的是以計(jì)算機(jī)模擬為主的解析法尤其是有限元熱分析法。 在設(shè)計(jì)階段就開(kāi)展有限元熱模擬仿真分析，根據(jù)產(chǎn)品的工藝結(jié)構(gòu)預(yù)先獲得產(chǎn)品的熱分布、最高峰值溫度等重要熱性能指標(biāo)，并可通過(guò)改變工藝參數(shù)、加載條件等，得到熱性能隨工藝結(jié)構(gòu)、材料性能以及功率負(fù)載等的變化趨勢(shì)和規(guī)律，從而指導(dǎo)實(shí)際產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)，可以顯著地降低研制成本，縮短投產(chǎn)時(shí)間，優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能，提高可靠性。 本論文利用有限元軟件（ANSYS10.0）對(duì)某微

3、波數(shù)字移相器組件進(jìn)行了熱模擬仿真研究，以準(zhǔn)確、快速的熱分析方法評(píng)估了該移相器的熱特性及各種封裝參數(shù)對(duì)其熱特性的影響，提出了改善移相器組件散熱特性及提高其可靠性的方法。主要開(kāi)展的工作有： 1.運(yùn)用有限元仿真軟件ANSYS10.0，建立了微波數(shù)字移相器的參數(shù)化有限元模型，模擬了微波數(shù)字移相器的熱場(chǎng)，并對(duì)其進(jìn)行了分析。將計(jì)算機(jī)模擬值與采用紅外熱像探測(cè)儀測(cè)得的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較并修正，誤差很小，驗(yàn)證了有限元仿真模型的準(zhǔn)確性以及模擬結(jié)果的有效

4、性。 2.運(yùn)用單元模型分析法，建立了移相器中做為熱源的PIN管在不同工藝材料和結(jié)構(gòu)中的單元熱傳導(dǎo)模型，并通過(guò)與全模型的比較，說(shuō)明了用單元模型進(jìn)行組件中有源器件熱性能研究的可行性。 3.研究了環(huán)境條件、封裝和工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)與移相器熱性能的關(guān)系，并進(jìn)行了熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)：（1）封裝底板溫度和環(huán)境溫度均與組件各器件溫度呈線(xiàn)性變化；（2）環(huán)境對(duì)流系數(shù)與組件各器件溫度大致呈反比例變化；（3）增加組件封裝材料的導(dǎo)熱系數(shù)可較大幅

5、度減小器件溫度，同時(shí)改變諸如基板厚度或封裝尺寸等各相關(guān)組件的幾何尺寸也可在一定程度上減小器件溫度。 總之，通過(guò)開(kāi)展微波數(shù)字移相器的熱模擬仿真研究，建立了典型移相器產(chǎn)品以及有源器件單元的有限元熱分析模型，并與實(shí)際產(chǎn)品紅外熱像分析結(jié)果的進(jìn)行了對(duì)比修正。在移相器和單元熱模型的基礎(chǔ)上，研究工藝結(jié)構(gòu)和參數(shù)與熱性能的相關(guān)性，為實(shí)際工程應(yīng)用的產(chǎn)品提供定量的熱設(shè)計(jì)指導(dǎo)，優(yōu)化和改進(jìn)產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品功率下熱分布均勻合理，從而提高產(chǎn)品指標(biāo)性能及可靠