Ltcc材料微通道制造要素的反演优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微通道散热技术领域，具体是一种LTCC材料微通道制造要素的反演 优化方法。
【背景技术】
[0002] 有源相控阵天线（APAA)用于发射和接收信号，广泛应用于航天航空事业中。APAA 中的射频模块集成了天线阵面、馈电网络、TR组件等功能模块，以及散热微通道，是通信、导 航、雷达等电子系统的基础和核心。射频模块的液冷微通道分布于TR电路层和功分网络层 下。
[0003] LTCC(低温共烧陶瓷）是一种将印有互联导体、元件和电路的流延陶瓷材料叠层 在一起而制成多层电路，并烧结成一个集成式多层陶瓷的材料，由于其具有良好的化学、物 理性能和综合机电性能，APAA采用LTCC材料作为射频电路介质。但是在LTCC材料层压过 程中，主要承受机械能和热能的作用，这将导致微通道变形，影响冷却液的流动，从而使微 通道散热效果不好。所以不合适的制造要素将导致微通道变形过大，极大的影响微通道散 热效果。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，通过APAA阵面温度分布情 况，反演获得微通道变形大小和微通道制造要素。
[0005] 本发明的技术方案是：LTCC材料微通道制造要素的反演优化方法，包括如下步 骤：
[0006] 步骤1 :首先制备生瓷片，对生瓷片进行切片、打孔，然后进行叠层层压，加工出 LTCC材料的微通道实验样件，由于在层压过程中会造成通道上下表面的变形，设主通道上 下表面的变形量分别为Ha，Hb，主通道高度为Η;用MH来代表微通道变形量，则ΜH表达式如 下，
[0008] 通过显微设备测得实验微通道的主通道的上下表面的变形量Ha、Hb与总通道高度 H，通过热成像仪测得阵面分布的每个辐射单元中心的温度值上；
[0009] 步骤2 :通过每个辐射单元中心的表面温度值Hi,以及设微通道变形量MH的 值为X，仿真得到APAA阵面相应点的温度分别为kt2. ..tn，则设
[0010] = +
[0011] 当τ取最小值时，仿真温度点的值与实验测的温度点值最接近，此时x的值即为反 演得到的微通道变形量；
[0012] 步骤3 :在不同的层压压力下，通过有限元软件仿真得到不同的微通道变形量，通 过数据处理软件对这些数据进行拟合，建立从微通道变形量到层压压力的数学模型，这样 步骤2获得的微通道变形量通过数学模型计算得到层压压力。
[0013] 上述步骤2中所述的微通道变形量为X仿真得到APAA阵面相应点的温度分别为 kt2. . .tn，该仿真过程是：首先在proe中建立微通道变形的模型，在ICEM中进行网格划 分，在CFX中建立求解得到APAA阵面相应点的温度分别为h，t2. . .tn。
[0014] 上述步骤3中所述的有限元软件是有限元仿真软件ANSYS。
[0015] 上述步骤3中所述的数据处理软件为matlab.
[0016] 本发明的有益效果：通过本发明方法，可以从APAA阵面温度来获得微通道变形量 大小和微通道制造要素，然后通过改变微通道制造要素，改善微通道的散热效果。
【附图说明】
[0017] 图1本发明的步骤流程图；
[0018] 图2微通道的内部结构图；
[0019] 图3微通道的外部结构图；
[0020] 图4微通道通道变形形式；
[0021 ] 图5APAA阵面8个测温点的分布；
[0022] 图6MH为0· 2时的阵面温度云图；
[0023] 图7MH的优化过程迭代图；
[0024] 图8T的优化过程迭代图；
[0025] 图9MH为0· 53时的阵面温度云图；
[0026] 图10MH为0· 43时的阵面温度云图。
[0027] 附图标记说明：1、入口主通道；2、出口主通道；3、矩形通道；4、热源；5、LTCC材 料；6、铜块。
【具体实施方式】
[0028] 在加工微通道的过程中，微通道会产生变形，影响冷却液的流动，从而使有源相控 阵天线（APAA)散热效果不好。本发明可以通过APAA阵面温度，反演得到通道变形量及微 通道制造要素，为加工制造散热性能良好的微通道提供了参考。参见图1，本发明提供了一 种LTCC材料微通道制造要素的反演优化方法，包括如下步骤：
[0029] 步骤1(1):根据LTCC制备技术工艺，首先制备生瓷片，对生瓷片进行切片、打孔， 然后进行叠层层压，加工出LTCC材料的微通道实验样件，由于在层压过程中会造成通道上 下表面的变形，设主通道上下表面的变形量分别为Ha，Hb，主通道高度为Η;用MH来代表微通 道变形量，则MH表达式如下，
[0031] 通过显微设备测得实验微通道的主通道的上下表面的变形量Ha、Hb与总通道高度 H，通过热成像仪测得阵面分布的每个辐射单元中心的温度值丄；
[0032] 步骤2 :通过每个辐射单元中心的表面温度值n./Y..，,，以及设微通道变形量MH的 值为X，仿真得到APAA阵面相应点的温度分别为ti，t2...tn，则设
[0033] Τ'=(匕一fI j + (?:-…+ (广,一广,)
[0034] 当T取最小值时，仿真温度点的值与实验测的温度点值最接近，此时x的值即为反 演得到的微通道变形量；Τ值用来衡量阵面均匀性，值越小，温度均匀性越好。
[0035] 具体仿真过程：首先在proe中建立微通道变形的模型，在ICEM中进行网格划分， 在CFX中建立求解得到APAA阵面相应点的温度分别为怀t2. . .tn。
[0036] 步骤3:在不同的层压压力下，通过有限元软件仿真得到不同的微通道变形量，通 过数据处理软件对这些数据进行拟合，建立从微通道变形量到层压压力的数学模型，这样 步骤2获得的微通道变形量通过数学模型计算得到层压压力；其中有限元软件选用限元仿 真软件ANSYS，数据处理软件使用matlab。
[0037] 本发明通过已知的层压压力到微通道变形的实验数据，建立数学模型，通过获得 的微通道变形大小可以计算得到层压压力；在将反演获得的层压压力与实验的层压压力做 对比，验证反演方法的正确性。对微通道的散热效果进行改善，使阵面温度均匀性更好，此 时通过阵面温度反演获得通道变形MH，在通过数学模型可计算改善后的层压压力P。
[0038] 以下是本发明的具体实现过程及效果：
[0039] 1.微通道的实验结果
[0040] 参照图1、图2、图3所示，图1为本发明的步骤流程图；图2为微通道的内部结构 图，图3为微通道外部结构图。微通道由LTCC材料5加工而成，整个微通道尺寸为长度为 46mm，宽度为44mm，高度为3mm，微通道上表面分布着52个T/R组件，做为发热热源4,热源 与流道之间通过铜块6连接，增强导热。微通道内部流道由入口主通道1、出口主通道2和 8个矩形通道3构成，冷却液通过一端的接口进入主通道，填满主通道后进入矩形通道，最 后从另一端的接口流出，通过液体的流动带走热量从而达到散热的作用。其中每个矩形通 道的长度为40. 5mm，宽度为1mm，深度为0. 6mm，入口主通道和出口主通道长度为42mm，宽度 为2. 2_，深度为0. 8_。
[0041] 步骤1 (1)参照图4所示为加工制造微通道过程中通道的变形形式，通道由于
[0042] 受到加工过程中层压压力的影响通道上下发生变形，其中
[0044]MH用来表示变形