CN116581639A - 基于热电制冷耦合均热板和微通道的ltcc器件散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构，包括LTCC基板、LTCC器件、均热板、热电制冷器、液冷微通道，所述LTCC器件与所述热电制冷器的冷端连接，所述热电制冷器的热端与所述LTCC基板底面连接，所述均热板与所述LTCC基板底面贴合，所述的液冷微通道与所述的均热板贴合。本发明的有益效果是：可以显著地降低热电制冷器的热端温度，使得LTCC器件直接通过热电制冷器主动降温，效果良好，可提高LTCC器件的工作性能、可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电子设备领域，具体涉及一种基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构。本发明可用于指导具有高功率电子设备的散热设计。
背景技术
低温共烧陶瓷（Low-temperature Cofired Ceramics，LTCC）是一种先进的芯片封装和模块基板材料，目前已经成为无源集成的主流技术，LTCC材料电路基板具有优秀的高频、高Q特性和高速传输特性，数字响应快，并且能够耐高温和适应大电流，是微***和RF应用的理想选择，在现代有源相控阵天线的 T/R组件上普遍应用。T/R组件中移相器对温度最为敏感，不同部位的温差会引起不同移相器的相幅偏差，进而影响天线的波束合成性能，这对雷达的精度性能来说是致命的。T/R组件产生的热量是巨大的，美国海军预测未来有源相控阵雷达天线阵面上 MMIC的热流密度发展趋势,可以看出未来雷达天线上MMIC的热流密度将会超过1KW/cm2，这对雷达天线阵面的散热带来了巨大挑战。
针对微波光子组件半导体激光器的局部热流密度大、温度敏感性高，导致组件热应力应变大，出现LTCC基板陶瓷界面分层、光路偏移等问题，通过研究微波光子组件中热电制冷耦合均热板和微通道的技术，解决上述问题。
发明内容
针对现有技术所存在的不足，本发明提出一种基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构，通过将均热板，液冷微通道以及半导体热电制冷技术结合起来，将其一体化封装在LTCC中，达到更好的主动散热目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构，包括LTCC基板、LTCC器件、均热板、热电制冷器、液冷微通道，所述LTCC器件与所述热电制冷器的冷端连接，所述热电制冷器的热端与所述均热板连接，所述均热板均匀分布在所述液冷微通道之间。
所述基板的热端与所述热电制冷器的冷端连接，所述热电制冷器的热端与所述均热板和微通道换热器连接。所述液冷微通道的出口和进口分别与流体散热循环的进口和出口连接。所述流体散热循环包括流体泵和流体散热器，所述流体泵和流体换热器串联，与所述微通道换热器的出口和进口连接形成封闭的流体散热循环。所述流体散热循环内的工质为纳米流体工质。所述液冷微通道由若干条通道当量直径在10～1000μm的细微流道，并在液冷微流道上设置进口和出口。所述基板为LTCC基板。所述热电制冷器的热端与所述均LTCC基板用导热胶连接，以便于导热和方便拆卸。所述LTCC器件的散热端与热电制冷器之间的界面处通过导热胶进行固定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1.热电制冷片(TEC)热端散热效果间接决定了TEC的制冷性能，本发明通过将热电制冷热端与均热板以及液冷散热相结合，增强了TEC热端散热效果，提高了TEC的制冷量与制冷效率；
2.将TEC与液冷散热相结合用于高功率电子设备散热，通过组合型散热装置通过改变冷板入口流速增强TEC热端散热效果，极大的提高了TEC的制冷性能；
3.通过将热源与TEC冷端相连，大大降低了热源表面温度，提高了电子设备工作的可靠性；
4.通过协调控制TEC工作电流与冷板流体流速，在热源功率增大时，依然能够保证热源表面温度在许可范围内，增强了热源温度的可调控性。使得热源温度能够准确保持在安全范围，增强了温度调控的灵敏性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构的实施例示意图；
图2为本发明基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构的热电制冷结构示意图；
图3为本发明基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构的基板结构示意图；
图4为本发明基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构的均热板的结构示意图；
图5为本发明基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构的液冷微通道的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做详细的描述。附图显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、底、顶等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构，如图1所示，包括LTCC基板3、LTCC器件1、均热板4、热电制冷器2和液冷微通道5，所述LTCC器件1用导热胶贴装于LTCC基板3-3。所述LTCC器件1的下端与所述热电制冷器2的冷端2-1连接，所述热电制冷器2的热端2-2与所述液冷微通道5和均热板3连接。所述LTCC器件1放热端直接与所述热电制冷器冷端2-1接触，以提高散热效率。TEC热电制冷模块的热端2-2与LTCC基板3底面的上部分3-3接触；所述热电制冷器2为半导体制冷片(热电制冷片)，其没有滑动部件，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。所述液冷微通道5的出口3-1和进口3-2分别与流体散热循环的进口和出口连接。所述流体散热循环内的工质为纳米流体工质。所述纳米流体工质是将1-100nm的固体颗粒与液体换热介质混合形成的悬浮液，其具有比普通工质(如水和乙二醇)更大的导热系数和对流换热系数，可有效提高微通道换热器5的传热效率。纳米流体工质将LTCC器件1和热电制冷器2的热量导出之后，再通过液冷或风冷的方法进行循环冷却。所述纳米流体工质优选为粒径为40nm的Al2O3纳米粒子分散到导热油基液中形成的悬浮液。
如图2所示，所述LTCC器件1放热端直接与所述热电制冷器冷端2-1接触，以提高散热效率。TEC热电制冷模块的热端2-2与LTCC基板3底面的上部分3-3连接。
如图3所示，所述均热板4与所述LTCC基板3-3下底面贴合，所述液冷微通道5的设有数十条通道当量直径在10～1000μm的细微流道，并设有进口3-1和出口3-2。所述液冷微通道5采用纳米流体工质(制冷剂)。优选的，所述液冷微通道5内设有数十条通道当量直径在100～800μm的细微流道，所述进口3-1和出口3-2连接分别与有工质循环通道的流体散热循环连接。
纳米流体工质将LTCC器件1和热电制冷器的热量导出之后，再通过液冷或风冷的方法进行循环冷却与现有技术相比较，本发明可以显著地降低LTCC器件和热电制冷器的封装热阻，使得LTCC器件直接通过热电散热主动降温，效果良好，可提高LTCC器件的工作性能、可靠性和使用寿命。
以上所述者，仅为本新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本新型实施的范围，即大凡依本新型申请专利范围及新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本新型专利涵盖的范围内。
Claims (5)
1.一种基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构，包括LTCC基板、LTCC器件、均热板、热电制冷器、液冷微通道，所述LTCC器件与所述热电制冷器的冷端连接，所述热电制冷器的热端与所述均热板连接，所述均热板均匀分布在所述液冷微通道之间。本发明涉及一种基于热电制冷耦合均热板和微通道的LTCC器件散热结构，包括：LTCC基板（3），LTCC基板内设置有液冷流道（5）和均热板（4）。
2.根据权利要求1所述的热电制冷耦合均热板微通道的LTCC器件散热结构 ，其特征在于：TEC热电制冷模块的冷端（2-1）与LTCC器件（1）的下端接触，TEC热电制冷模块的热端（2-2）与LTCC基板3底面的上部分（3-3）接触。
3.根据权利要求1所述的热电制冷耦合均热板微通道的LTCC器件散热结构 ，其特征在于：LTCC基板内热电制冷器的热端的均热板（4）与液冷微通道（5）贴合。
4.根据权利要求1所述的热电制冷耦合均热板微通道的LTCC器件散热结构 ，其特征在于：冷却工质为纳米流体或去离子水。
5.根据权利要求1所述的基于热电制冷及微通道传热的大功率LED散热结构，其特征在于，所述液冷微通道当量直径是在10～1000μm的细微流道。
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