压电微泵一体化自闭环微系统热管理技术研究

近年来,以嵌入式微流体液冷散热技术为代表的主动热管理因其优异的散热性能而被广泛研究。然而,嵌入式微流体液冷散热技术常使用体积较大的外置泵、阀等构成流体回路,以致该技术难以应用于现有的射频微系统。该文提出了一种集成压电微泵阵列的一体化自闭环微系统热管理方法,并完成了该微系统样机的设计与研制。在常温、高温与低温环境下分别对该微系统样机供液流量及散热性能进行了测试。常温测试结果表明,在芯片热流密度为250.9 W/cm²时,芯片表面温升能控制在56 ℃以下,而集成的2×2压电微泵阵列实现了高达57 mL/min的供液流量。该技术可用于解决高功率射频微系统的高效一体化热管理问题。     

射频微系统冷却技术综述

雷达、电子战等射频电子装备向高集成度和大功率方向发展,有力牵引了射频微系统技术的进步,同时给冷却设计带来三大挑战:高面热流度、热堆叠和高体热流密度。冷却技术成为制约射频微系统应用的关键瓶颈之一。文中综述了国内外当前射频微系统冷却技术的发展现状,传统的远程散热架构因界面多与传热路径远已难以为继,高集成度的近结冷却技术显著提升芯片散热能力;以有源相控阵雷达为例,提出了射频微系统冷却的三代技术路线,指出了射频微系统热设计的主要发展方向。     

微流体系统驱动技术的研究进展

微流体驱动大致可以分为两类:一类是从宏观流体驱动移植过来的驱动方式;另一类是根据微尺度下流体特性设计的驱动方式。对两类不同的驱动方式进行了介绍与比较,前者原理成熟,基本都符合经典流体理论,在亚微米以上级微流体流道尺寸中的应用较广;相比之下,后者设计原理新颖,常用于微米甚至纳米级的微流体系统中,具有更好的发展前景。     

面向三维立体集成封装的微流道散热技术

现代化三维立体集成技术的发展,对电子元器件提出了高密度、集成化和小型化的要求,其内部过高的热流密度成为影响器件长期可靠性的决定性因素。在这种发展趋势下,电子产品热管理的地位不断提升,其重要性甚至不下于芯片设计本身。自微流道散热技术诞生以来,其展现出的优异的散热效果,使其成为高密度集成器件热管理的首选方案,并受到世界范围内研究者广泛关注。经过数十年的研究,微流道技术演化出几种不同的技术路线,并出现了十数种不同结构的微流道设计方案。为了更好地理解这种日新月异的技术,本文进行了系统性的调研和综述。     

微纳器件的热挑战

＂大数据＂时代[1]对信息处理系统所具备的巨量信息处理能力的要求和微纳电子器件的系统功能集成技术发展将引发严峻的热挑战。持续缩微、系统功能进一步集成和器件级异构将导致器件热流密度的大幅提升,热点问题在微纳器件的多界面复杂结构下将趋于恶化,尽管业界在热管理技术方面做了巨大的努力,但这种努力尚未创造出颠覆性的热管理技术,因此,热挑战将会在相当长时期内形成微纳器件发展的瓶颈。     

三维微流道系统技术研究

采用LTCC技术,可以获得替代采用硅或其他技术制作的微功能结构,简化工艺,降低成本.重点研究了内嵌三维(3D)微流道系统LTCC多层基板成型中的关键技术:热压和烧结,并进行工艺优化.利用优化的热压、烧结工艺参数,可制备出完好的3D微流道系统LTCC多层基板;通过实验验证,LTCC内嵌三维微流道系统取得了良好的散热效果.     

微系统技术助力数字助听器发展

随着人们对生活品质要求的提高,声障患者用耳内助听器的微型化、低功耗、无线化需求推动着微电子封装在该领域的技术进步。对现代助听器中涉及的微系统技术及这些技术给数字助听器带来的变革进行了调研。MEMS麦克风和扬声器技术,处理器、存储器芯片等IC堆叠采用的TSV技术,用于助听器连接智能手机的蓝牙天线Ai P技术,这些微系统技术有的已成熟应用于微型化数字助听器,有的还在进行不断的尝试以期早日应用于现代数字助听器中。数字助听器的发展要求微系统技术不断取得突破,微系统技术上的新材料、新方法、新工艺进步在微型数字助听器上得到了完美的展现。     

印制电路板的热设计和热分析

热设计和热分析是提高印制电路板热可靠性的重要方法,基于热设计和热分析的基本理论,结合近几年的印制电路板设计经验,从元器件的使用、印制板的选材、构造、元器件的安装和布局和其他要求等方面讨论了印制电路板热设计的具体措施和方法,并简要地介绍了印制电路板热分析的概念、主要技术和主要作用。     

系统微集成技术的发展

简介电子系统和电子机械系统微集成技术近年来的发展情况。     

基于LTCC的微流道散热技术

简要介绍了在低温共烧陶瓷(LTCC)基板中制作微流道结构对电路散热的必要性,建立3种不同结构微流道LTCC基板有限元模型并对其进行了热-流耦合仿真,分别分析不同结构、流体流速及进出口截面对散热性能的影响.基于仿真结果制备实物,实测结果表明14 W/cm2热流密度下最高温升124.3 K,在设定水流流速为0.012 m/...     

热控制技术的新进展

随着电子技术的快速发展,电子系统的集成度、封装度和工作频率都在不断升高,高热流密度已成为制约电子系统可靠与稳定工作的重要因素。首先介绍了常用热控制技术的现状,重点阐述近几年来国外热控制技术的最新研究成果,为电子系统的高效热设计提供一些有益的帮助。     

高功率LED热管理方法研究最新进展

LED芯片结温的高低直接影响其出光效率、工作寿命和可靠性。在分析系统各个环节热阻的基础上,详细评述了高功率LED产品从芯片到系统级的热管理研究新动向,包括:自然对流冷却,采用压电风扇、电离方法所进行的强迫空气对流冷却,采用水、液态金属作为冷却工质的液冷方法,采用热管实现的相变冷却,采用热电片进行的固态冷却方案以及利用热电片对余热进行回收利用的热管热回收方案和液体金属冷却方法。并在上述基础上提出了发展更高功率密度LED热管理方法的关键科学问题。     

LED封装的热控制优化设计

基于某型LED模块的实验结果,从热膨胀匹配、冷却技术的选择、发光效率、焊料及硅胶选择等方面对大功率LED的热控制问题进行了优化设计。实验结果表明,优化设计后的大功率LED的转换效率和光通量等指标都有了一定程度的改善。     

Tribotronics for Active Mechanosensation and Self‐Powered Microsystems

Tribotronics has attracted great attention as a new research field that encompasses the control and tuning of semiconductor transport by triboelectricity. Here, tribotronics is reviewed in terms of active mechanosensation and human–machine interfacing. As a fundamental unit, contact electrification field‐effect transistors are analyzed, in which the triboelectric potential can be used to control electrical transport in semiconductors. Several tribotronic functional devices have been developed for active control and information sensing, which has demonstrated triboelectricity‐controlled electronics and established active mechanosensation for the external environment. In addition, the universal triboelectric power management strategy and the triboelectric nanogenerator‐based constant sources are also reviewed, in which triboelectricity can be managed by electronics in the reverse action. With the implantation of triboelectric power management modules, the harvested triboelectricity by various kinds of human kinetic and environmental mechanical energy can be effectively managed as a power supply for self‐powered microsystems. In terms of the research prospects for interactions between triboelectricity and semiconductors, tribotronics is expected to demonstrate significant impact and potential applications in micro‐electro‐mechanical systems/nano‐electro‐mechanical systems (MEMS/NEMS), flexible electronics, robotics, wireless sensor network, and Internet of Things.     

微系统集成大面积智能化衬底技术研究

智能化衬底技术既是集成微系统的载体,也是微系统集成的手段。采用真空盒吸片技术开发了一种实用的智能化衬底技术工艺方法。真空盒吸片技术解决了芯片的初始定位（对准装片）及芯片位置和共平面性的保持,确保了可用 Ｉ Ｃ工艺完成芯片间的互联。并使工艺的加工面积不受限制,且可达圆片尺度。因此,该智能化衬底技术工艺方法具有很强的实用性和很好的可靠性。     

微系统封装热问题探讨

电子机械系统微型化就是把不同功能的各种元器件封装到紧密空间, 目的在于分析有关封装设计负载下降的方案. 采用计算机程序配置发生器生成系统的热传递路径的几何构造和平面基板上热分布作为样本的方法,把这些构造的温度解决方案压缩进入快速估计公式中,使封装设计能够自由地进行相关的热传递分析. 通过涉及到几何学方面复杂的传热路径的系统热传递分析,快速完成每个设计改变. 结果表明系统微型化热设计,就是系统构造和整个向周围环境热损耗之间的耦合,就是热通过自然对流和辐射,从系统外壳上的一个区域向周围扩散. 最后得出结论,外壳材料热传导性跨越的参数领域,以及系统的性能长度为系统级热传递领域,对系统的构造敏感.性能长度对塑料封装系统而言约为1cm,对陶瓷及合金封装约为3~10cm,在铜或铝金属包层系统为10~40 cm.     

Automated Generation of Compact Models for Fluidic Microsystems

Simulation and design of microfluidic systems requires various level models: high-fidelity models (usually 3D) for design and optimization of particular elements and devices, as well as system-level models allowing for VLSI-scale simulation of such systems. For the latter purpose, reduced or compact models are necessary to make such system simulations computationally feasible. In this paper, we present a design methodology and practical approach for generation of compact models of microfluidic elements. In this procedure we use high-fidelity 3D simulations of the microfluidic devices to extract their characteristics for compact models, and subsequently, to validate the compact model behavior in various regimes of operation. The compact models are generated automatically in the formats that can be directly used in SPICE or SABER. As an example of a nonlinear fluidic device, the generation of compact model for Tesla valve is described in detail. Tesla valve is one of the no-moving-parts (NMP) valves used in micropumps in MEMS. Its principle of operation is based on the rectification of the fluid, so it may be considered as a fluidic diode.     

芯片级集成微系统发展现状研究

概要介绍了芯片级集成微系统的内涵和近期发展态势，分析了它的技术特点，对相关的新技术、新结构和新器件的技术问题作了初步的分析与探讨，为发展新一代微小型电子武器系统提供一部分技术信息。     

基于声表面波热膨胀微阀研究

研制了一种新的声表面波控制开关的微阀。在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器,其激发的声表面波加热微槽内石蜡油,熔融其上方微腔内固体石蜡,石蜡由于相变化而体积膨胀,使得微腔顶部的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜发生形变,微阀由开态转变为关态。红色染料溶液微流体为实验对象进行微阀操作实验,结果表明,声表面波可有效实现微阀的控制,且微阀开关时间随所加电信号功率增加而减少,在32dBm电信号功率作用下,微阀关闭时间为3min。