XX型号电子设备多功能结构热设计

摘要

多功能结构设计(Multi-functional Structure Design)是国际上前端性研究课题，其主要目的在于减轻电子仪器和电缆重量，实现热设计、动力学设计、防护设计等多种功能集成。达到体积小、重量轻、高可靠性和兼容性的电子设备结构设计要求。
　　 多功能电子设备中，以多芯片组件(Multi-chip Modules，简写为：MCM)为代表的电子元件的小型化和高度集成化导致单位体积的生热率急剧上升，而电子元件的故障率随元件温度的升高成指数关系增加。正确的热设计是保证电子设备可靠性的主要方法，因此，对多功能结构进行热设计是十分必要的。
　　 本课题主要是针对多功能结构进行热设计，由于该多功能结构安装在密封舱体中，工作条件和安装空间的限制，决定了只能采用空气自然散热。为增强散热效果，将多功能结构设计成冷板式结构。
　　 本文主要内容如下：
　　 1.介绍了多功能结构概念、典型结构、热设计发展现状。着重介绍了热分析理论基础，热分析主要方法以及电子设备热设计中常用的冷却方法。
　　 2.设计了冷板式多功能结构，并将所设计的多功能结构在Icepak中建模，按照设备工作环境条件设定边界分析条件，进行计算机模拟热分析，验证了多功能结构设计的正确性。并利用Icepak软件对不同肋片参数的多功能结构进行分析，得出肋片高度与多功能结构最高温度的对应曲线，得到最佳冷板肋片参数。
　　 3.设计了符合多功能结构要求的MCM封装，提出了MCM结构热设计原则和改进措施。给出MCM的简化散热通路示意图，然后利用ANSYS有限元软件对所设计的MCM进行了热分析，验证了MCM设计的正确性。详细介绍了ANSYS有限元软件中进行MCM的建模、网格划分、加载和求解过程，并针对分析过程中遇到的一些问题做了说明，为MCM的有限元模拟分析提供了充分的依据。利用ANSYS对采用高导热率的AIN基板和金刚石基板的MCM分析，得出：在MCM设计过程中，通过增大基板导热率来减小内热阻，可以使MCM的工作温度降到很低的温度。