光电子卡系统仿真及散热方案设计

摘要

步入21世纪这扇大门时，光信息通讯传输已成为民生与计算机，企业与流水线的领军者，光机电产品的微型化促使对光电子卡的优化需求更加明显。大功率高强度的工作环境使得对微型电机设备的散热需求愈加强烈，寻找高效的散热手段是当前国际传热学届的热点关注话题和重大研究课题。
　　光卡是由涂有激光金属膜的利用通信控制技术而制成的小型电子设备，电子卡是由装有集成电路，半导体存储器等电子元器件而组成的小型电子设备，光电子卡则综合二者性能成为一种新型的用于航空航天的高热流密度设备，实现光电信号的传输和转换，这将是把从外太空捕捉的信号由空间站传递给地面的重要途径之一，为保证光电子卡高效的工作对其进行散热设计显得尤为重要。光电子技术在信息化的局部战场上扮演极为重要的角色，大容量的信息传输，高精度的信息储存，轻快灵活的指挥操纵奠定了光电子技术的研究价值。但长时间大功率的工作模式严重缩短了电子设备的使用寿命，给科学研究和工业生产带来一定经济损失。为解决光电子卡的散热系列问题，本文对散热冷板进行了大量的设计和研究。
　　热设计是集电子设备的设计与制造的综合技术之一，伴随着制造工艺IC与微机电系统MEMS技术的成熟，微电子设备热耗越来越大，对于本文中所涉及附有大量芯片的光电子卡来说，发热量严重影响其使用寿命，带来的经济损失不容小觑。本文首先用Icepak对光电子卡进行数值模拟，借助Proe设计了不同于以往的六种新型散热冷板，逐步改进流道分布并用计算流体力学CFD软件Fluent将热仿真模拟与数值模拟相结合，通过分析对比六种模型的冷却液温度、加热表面温度，热交换系数、努塞尔数、压降、摩擦因子以及场协同角的变化，最终加工最优模型搭建实验平台，探究影响散热冷板的实际因素，将理论与实际应用真正地结合起来。合理的入口设计，优化的流道分布，均匀的冷却液流动轨迹，加上密封性强，价格低廉，适合于流水线大规模生产，使光电子卡所有元器件在正常工作状态时有效控制在允许结温内并满足了冷板均匀散热和实际应用需求。

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2常见换热器及散热器的分类

1.3平板散热器国内外研究现状

1.4本文研究意义及方法

第二章 研究理论基础

2.1传热基本原理

2.2场协同原理

2.3本章小结

第三章 光电子卡热性能仿真

3.1光电子卡的系统组成

3.2光电子卡的数学模型

3.3光电子卡的热仿真模型

3.4热仿真模型的网格划分

3.5网格独立性验证

3.6设置边界条件

3.7计算

3.8仿真结果分析

3.9本章小结

第四章 光电转换子卡散热方案设计

4.1芯片的导热模块

4.2层流模型及数值模拟流程

4.3散热方案

4.4散热模型的网格划分

4.5网格无关性验证

4.6边界条件和求解设置

4.7本章小结

第五章 不同结构散热模型传热与流动数值模拟结果分析

5.1不同结构散热模型传热与流动数值模拟结果分析

5.2不同结构散热模型与流体物性对光电子卡散热的影响

5.3本章小结

第六章 仿真结果与实验对比分析

6.1实验搭建和测量数据采集

6.2探究散热模型的换热性能

6.3探究散热模型的降压性能

6.4探究热流密度对冷板散热性能的影响

6.5实验不确定性因素分析

6.6本章小结

第七章 总结与展望

7.1全文总结

7.2未来展望

参考文献

致谢

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