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高热流器件热设计及真空可靠性研究

丁凯凯  
【摘要】:热失效是电子元器件重要的失效机理之一,高热流器件由于其发热量大,常规的热控制方法根本满足不了芯片的散热要求,由热引起的可靠性问题变的更加突出。同时,由于真空环境中器件的热传导和热对流都明显降低,只能通过热辐射传递热量,较大气环境中相同功率条件下其温升必然会大幅升高,若采用常规的散热方式如施加散热片、风冷散热、水冷散热等,必然会限制军用装备的轻量化、小型化进程,同时制约其在军用装备中的应用。 本文从工程实际出发,针对高热流器件在真空环境中的热设计问题进行了研究,对各种热设计方案做了评估和分析,并利用相关数据对一工程实例进行了热设计的优化,从而为高热流器件的广泛应用提供参考数据。 本研究所做的工作和主要内容可以归纳为以下几个方面: 一、介绍了高热流器件热设计的理论基础,研究了高热流器件热设计的方法及技术,对高热流器件的热设计进行了分析计算,并对高热流器件在真空环境下的热设计进行了修正。 二、进行了几组高热流器件在真空环境下的热特性实验,对导热涂层、硅胶填埋、下填充材料等几种散热措施进行了实验分析。并在实验基础上,分别研究了导热涂层、硅胶填埋、下填充材料、器件管脚及PCB板对器件壳温的影响,详细分析了这几种散热措施影响器件壳温的原理及变化曲线,对其在实际工程中的应用提出了建设性意见和参考依据。 三、介绍了常用散热器的结构与类型,分析了影响散热器散热性能的因素。研究了叉指形散热器在大气与真空环境下的散热模型,并进行了实验验证;分析了真空环境下器件壳温显著升高的原因并提出了改善措施;研究了其肋剖面参数并进行了优化,对工程应用提出了指导意见。 四、对某公司生产的大功率LED灯组进行了热设计。对其安装底板的温度均匀性进行了优化,将LED芯片工作的环境温度差控制在1℃内;对散热器的长度进行了缩短,将散热器长度减小为原来的4/7,节省了大量的材料;对散热器的肋板形状进行了定性的修正,由现有的较为复杂的肋板形状,统一改为工程上较为容易做到且散热效果更佳的等腰三角形肋板,提高了散热效果,并达到了一定的节省原材料的目的。


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