钱吉裕，魏 涛

(南京电子技术研究所， 南京 210039)



·热设计技术·

固态T/R组件冷板扩展热阻分析与优化准则

钱吉裕，魏 涛

(南京电子技术研究所， 南京 210039)

电子设备的功率器件和散热冷板之间由于存在面积差异，产生扩展热阻，在高热流密度条件下(>100 W/cm2)温升效应尤为明显。文中通过对固态T/R组件冷板扩展热阻的简化近似解的分析计算，研究了冷板的导热系数、厚度、半径、对流换热系数等参数扩展热阻的影响规律，发现冷板存在厚度和半径的工程最优值使得扩展热阻或总热阻最小，建立了相应的尺寸优化准则，然后通过计算流体力学(computiatonal fluid dynamics，CFD)数值试验进行了计算验证，结果表明CFD解和简化解结果一致，研究结论可用于指导冷板或热扩展板的工程设计。

固态T/R组件；扩展热阻；冷板；简化解；工程最优值

0 引 言

微电子技术的迅猛发展，使得功率器件的功率更大，尺寸更小，热流密度不断增大，固态相控阵雷达T/R组件上的功率器件，如单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit，MMIC)[1]的发热密度正在从100 W/cm2向1000 W/cm2过渡。有源功率器件的面积往往比冷板(或热扩展板)小很多，使得冷板与热源接触面上的温度梯度较大，临近热源区出现更高的局部温度，由此产生扩展热阻。冷板的扩展热阻是整个总热阻(从功率器件或芯片的沟道到外部环境的热阻)的一个重要组成，而广义的扩展热阻产生于散热途径上任意具有截面变化(扩张或收缩)的位置。减少扩展热阻，提高冷板或热扩展板的均温性能对高热流密度固态T/R组件[2]的散热至关重要。