CN115360153B - 一种微波源制冷基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高集成大功率微波源制冷基板及其制备方法，制冷基板主要包含大功率集成单元、流体制冷单元、基板支撑单元；所述的大功率集成单元实现与多组微波功率器件排列集成，可实现高集成度；流体制冷单元实现大功率微波源的高效散热；基板支撑单元实现大功率微波源的功能电路集成。本发明采用内嵌式高导热大功率集成单元，阵列式肋条增强散热结构、分体式流体制冷单元等设计，有效增强了制冷基板的散热能力及其结构可靠性，保证了大功率微波源的高集成和大功率特性。

Description

一种微波源制冷基板及其制备方法
技术领域
本发明属于大功率固态微波源高效集成技术领域，特别是一种微波源制冷基板及其制备方法。
背景技术
以LDMOS和GaN为代表固态微波功率源向着大功率、高集成度方向发展，受限于固态微波功率器件的集成功率效率，导致整体的功率源热积累极为严重，功率越大、集成度越高，功率源的效率越难以保证，功率源所需的散热能力就越大。现阶段功率源的热积累问题已成为大功率、高集成发展的主要技术瓶颈之一。因此，如何解决高集成、大功率微波源的散热问题已成为固态微波源发展的重要问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波源制冷基板及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案为：第一方面，本发明提供一种微波源制冷基板，包括大功率集成单元、流体制冷单元、基板支撑单元，三个单元通过激光焊及金锡焊集成为一个整体基板；
所述的大功率集成单元为平面设计，由若干个阵列功率器件集成区组成；集成面高于基板支撑单元的表面，集成区尺寸设计与微波功率器件集成面一致，集成面采用对称式螺丝机械集成，实现与多组微波功率器件排列集成；
所述的流体制冷单元，与大功率集成单元为一体加工结构，内部含阵列式肋条增强散热结构和均流肋结构，增强散热肋条位于大功率集成单元的集成区正下方；同时，肋长为大功率集成单元的集成区长度的一半，且位于集成区的中心区域，实现阵列肋区的交替分布；均流肋位于冷板流道的进出口区和转弯区；
所述的基板支撑单元，与流体制冷单元集成形成制冷基板的整体流道，其上表面和大功率集成单元的集成面在同一表面。
进一步的，阵列功率器件集成区的集成面高于基板支撑单元的表面2-10 um。
进一步的，集成面采用对称式6-10组螺丝机械集成。
进一步的，增强散热肋条单肋宽在1-2mm之间，肋间距为单肋宽度的2倍。
进一步的，均流肋宽度和间距与阵列式肋条宽度和间距保持一致，其长度15mm-30mm之间。
进一步的，基板支撑单元表面开有螺丝机械集成口。
第二方面，本发明提供一种微波源制冷基板的制备方法，包括：
制备大功率集成单元：大功率集成单元为平面设计，由多个阵列功率器件集成区组成，集成面高于基板支撑单元的表面，集成区尺寸与微波功率器件集成面一致；
制备流体制冷单元：与大功率集成单元为一体加工结构，内部设计含阵列式肋条增强散热结构和均流肋结构，增强散热肋条位于大功率集成单的集成区正下方；均流肋位于冷板流道的进出口区和转弯区，进出口区的均流肋方向和流道方向一致，转弯区的均流肋方向为垂直流道的一半；
制备基板支撑单元：其上表面和大功率集成单元的集成面在同一表面，基板支撑单元表面开螺丝机械集成口，对应并实现大功率微波源的匹配电路固定；
制冷基板集成制备：将流体制冷单元和基板支撑单元采用金锡焊料集成形成制冷基板的整体流道，同时采用激光焊形式加固大功率集成单元和基板支撑单元，形成整体制冷基板集成制备，防止制冷基板的漏液，制备成高可靠的制冷基板。
进一步的，大功率集成单元的集成面高于基板支撑单元的表面2-10 um，集成面厚度为2 mm；集成面采用对称式8组螺丝机械集成，实现与18组微波功率器件排列集成。大功率集成单元材料采用铜基材料，采用机械加工工艺制备。
进一步的，增强散热肋条单肋宽在1mm-2mm之间，肋间距为单肋宽度的2倍；肋长的尺寸为大功率集成单元集成区长度的一半，且位于集成区的中心区域；均流肋宽度和间距与阵列式肋条宽度和间距保持一致，其长度20 mm；增强散热肋条和均流肋材料为高导热铜基材料，采用机械加工工艺制备。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：采用内嵌式高导热大功率集成单元，阵列式肋条增强散热结构、分体式流体制冷单元等设计，有效增强了制冷基板的散热能力及其结构可靠性，解决了大功率固态微波源的热积累问题，保证了大功率微波源的高集成和大功率特性，并提升了功率源的可靠性。
附图说明
图1是本发明的一种高集成大功率微波源制冷基板示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进一步进行详细说明。
结合图1，一种高集成大功率微波源制冷基板，主要包含大功率集成单元A、流体制冷单元B、基板支撑单元C。所述的大功率集成单元A实现与多组微波功率器件排列集成，可实现高集成度。流体制冷单元B实现大功率微波源的高效散热。基板支撑单元C实现大功率微波源的功能电路集成，三个单元通过激光焊及金锡焊集成为一个整体基板。本发明采用内嵌式高导热大功率集成单元A，阵列式肋条B1增强散热结构、分体式流体制冷单元等设计，有效增强了制冷基板的散热能力及其结构可靠性，保证了大功率微波源的高集成和大功率特性。
结合图1，所述的大功率集成单元A为平面设计，由若干个阵列功率器件集成区A1组成。集成面A3相比基板支撑单元的表面C1高2-10 um，微流道到集成表面的厚度为2-3mm，过厚影响下面流体制冷单元的散热，过薄影响与微波功率器件集成强度，集成区A1其尺寸设计与微波功率器件集成面一致，集成面采用对称式6-10组螺丝A2机械集成，实现与多组微波功率器件排列集成，可实现高集成度。
结合图1，所述的流体制冷单元B，和大功率集成单元A为一体加工结构，内部含阵列式肋条B1增强散热结构和均流肋结构B2，增强散热肋条B1位于大功率集成单的集成区A1正下方，单肋宽在1-2mm之间，肋间距为单肋宽度的2倍，该设计有效提升了散热能力。同时，肋长的尺寸为大功率集成单元集成区A1长度的一半，且位于集成区的中心区域，实现阵列肋区的交替分布，有效降低冷却基板内部的流阻。均流肋B2位于冷板流道的进出口区和转弯区，进出口区的均流肋方向和流道方向一致，转弯区的均流肋方向为垂直流道的一半45°，有效提升流道内部均流能力；同时，均流肋宽度和间距与阵列式肋条宽度和间距保持一致，其长度15mm-30mm之间，过短起不到均流作用，过长会增加冷板内流阻。
结合图1，所述的基板支撑单元C和流体制冷单元B集成形成制冷基板的整体流道，其上表面C1和大功率集成单元的集成面A3接近同一表面，且负公差与功率集成单元的集成面A3表面2-10 um，有效保证大功率集成单元与微波功率器件有效集成，防止集成界面产生缺陷导致热阻增大。基板支撑单元表面可任意开螺丝机械集成口，便于大功率微波源的匹配电路固定。
本发明提出的高集成大功率微波源制冷基板及其制备方法，可有效解决上述LDMOS和GaN固体功率源在大功率和高集成度下的散热问题，从而保证了功率源的小尺寸特性、大功率输出能力及高可行特性；有效保证了固态微波功率源向大功率、高集成等方向发展，推动固态微波功率源的应用和推广。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种高集成大功率微波源制冷基板设计与制备方法，具体包括：
大功率集成单元设计与制备：为平面设计，由18个阵列功率器件集成区组成。集成面高于基板支撑单元的表面5 um，集成面厚度为2 mm，集成区其尺寸设计与微波功率器件集成面一致，集成面采用对称式8组螺丝机械集成，实现与18组微波功率器件排列集成，其材料采用铜基材料，采用机械加工工艺制备。
流体制冷单元设计和制备：和大功率集成单元为一体加工结构，内部设计含阵列式肋条增强散热结构和均流肋结构，增强散热肋条位于大功率集成单的集成区正下方，单肋宽在1 mm之间，肋间距为单肋宽度的2倍。同时，肋长的尺寸为大功率集成单元集成区长度的一半，且位于集成区的中心区域，实现阵列肋区的交替分布，有效降低冷却基板内部的流阻。均流肋位于冷板流道的进出口区和转弯区，进出口区的均流肋方向和流道方向一致，转弯区的均流肋方向角度为垂直流道的一半（45°），有效提升流道内部均流能力；同时，均流肋宽度和间距与阵列式肋条宽度和间距保持一致，其长度20 mm。其材料为高导热铜基材料，采用机械加工工艺制备。
基板支撑单元设计与制备：其上表面和大功率集成单元的集成面在同一表面，且负公差与功率集成单元的集成面表面5 um，有效保证大功率集成单元与微波功率器件有效集成，防止集成界面产生缺陷导致热阻增大。基板支撑单元表面开螺丝机械集成口，对应并实现大功率微波源的匹配电路固定。
制冷基板集成制备：将流体制冷单元和基板支撑单元采用金锡焊料集成形成制冷基板的整体流道，同时采用激光焊形式加固大功率集成单元和基板支撑单元，形成整体制冷基板集成制备，防止制冷基板的漏液，制备成高可靠的制冷基板。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种高集成大功率微波源制冷基板设计与制备方法的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (5)

1.一种微波源制冷基板，其特征在于，包括大功率集成单元、流体制冷单元、基板支撑单元，三个单元通过激光焊及金锡焊集成为一个整体基板；
所述的大功率集成单元为平面设计，由若干个阵列功率器件集成区组成；集成面高于基板支撑单元的表面，集成区尺寸设计与微波功率器件集成面一致，集成面采用对称式螺丝机械集成，实现与多组微波功率器件排列集成；
所述的流体制冷单元，与大功率集成单元为一体加工结构，内部含阵列式肋条增强散热结构和均流肋结构，增强散热肋条位于大功率集成单元的集成区正下方；同时，肋长为大功率集成单元的集成区长度的一半，且位于集成区的中心区域，实现阵列肋区的交替分布；均流肋位于冷板流道的进出口区和转弯区；转弯区的均流肋方向与垂直流道的角度为45°；
所述的基板支撑单元，与流体制冷单元集成形成制冷基板的整体流道；
阵列功率器件集成区的集成面高于基板支撑单元的表面2-10 um；
集成面采用对称式6-10组螺丝机械集成；
均流肋宽度和间距与阵列式肋条宽度和间距保持一致，其长度15mm-30mm之间。
2.根据权利要求1所述的微波源制冷基板，其特征在于，增强散热肋条单肋宽在1-2mm之间，肋间距为单肋宽度的2倍。
3.根据权利要求1所述的微波源制冷基板，其特征在于，基板支撑单元表面开有螺丝机械集成口。
4.一种如权利要求1所述微波源制冷基板的制备方法，其特征在于，包括：
制备大功率集成单元：大功率集成单元为平面设计，由多个阵列功率器件集成区组成，集成面高于基板支撑单元的表面2-10 um，集成面厚度为2 mm；集成面采用对称式8组螺丝机械集成，实现与18组微波功率器件排列集成，集成区尺寸与微波功率器件集成面一致；
制备流体制冷单元：与大功率集成单元为一体加工结构，内部设计含阵列式肋条增强散热结构和均流肋结构，增强散热肋条位于大功率集成单的集成区正下方；均流肋位于冷板流道的进出口区和转弯区，进出口区的均流肋方向和流道方向一致；转弯区的均流肋方向与垂直流道的角度为45°；增强散热肋条单肋宽在1mm-2mm之间，肋间距为单肋宽度的2倍；肋长的尺寸为大功率集成单元集成区长度的一半，且位于集成区的中心区域；均流肋宽度和间距与阵列式肋条宽度和间距保持一致，其长度20 mm；增强散热肋条和均流肋材料为铜基材料，采用机械加工工艺制备；
制备基板支撑单元：基板支撑单元表面开螺丝机械集成口，对应并实现大功率微波源的匹配电路固定；
制冷基板集成制备：将流体制冷单元和基板支撑单元采用金锡焊料集成形成制冷基板的整体流道，同时采用激光焊形式加固大功率集成单元和基板支撑单元，形成整体制冷基板集成制备。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，大功率集成单元材料采用铜基材料，采用机械加工工艺制备。
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