一种3D-SIP射频微系统的翅片型微流道设计方法技术方案

一种3D‑SIP射频微系统的翅片型微流道设计方法，先进行设计区域的离散，根据实际工况与达西流引入的渗透率和导热率进行有限元模型的初始化，根据达西流模型和对流扩散方程进行有限元分析，再利用得到的物理场信息计算目标函数，约束函数以及约束函数对设计变量的灵敏度，在MMA算法更新下不停迭代，直到同时满足在设计过程中允许的最大流体体积占比值v

【技术实现步骤摘要】
一种3D-SIP射频微系统的翅片型微流道设计方法
本专利技术涉及芯片液冷装置的翅片型微流道设计
，特别涉及一种3D-SIP射频微系统的翅片型微流道设计方法。
技术介绍
芯片的寿命是影响电子产品使用寿命最重要的因素之一，芯片液冷装置散热是芯片散热的一种有效方式。三维系统封装(3D-SIP)芯片在使用过程中的发热问题是不可避免的，且体积缩小、功率提升的发展趋势导致芯片发热的热流密度越来越高，而3D-SIP射频微系统的发热工作会极大地增加芯片的故障率，缩短使用寿命，因此对芯片液冷装置的散热性能提出了更高的要求。现有芯片液冷装置的翅片型微流道设计仍然采用传统方法，即设计人员依靠经验与直觉进行初始设计，再通过多次实验来对初始设计进行修正。这种设计效率低下，阻碍了芯片液冷装置性能的提高，无法满足设计要求。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种3D-SIP射频微系统的翅片型微流道设计方法，在提高芯片液冷装置散热性能的同时极大地提高了设计效率。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D-SIP射频微系统的翅片型微流道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)设计区域的离散：设计区域即芯片液冷装置流道区域由上下两个部分构成，根据冷却液流经的先后顺序分为上层流道和下层流道，根据所需设计的散热区域实际尺寸，根据芯片液冷装置流道区域的对称特性，仅对四分之一的流道区域进行设计，通过对称关系得到完整流道区域的设计结果；利用芯片液冷装置流道区域实体的实际参数将设计区域离散为Nelx×Nely个有限元单元，离散后的设计区域包含Nelx行，Nely列；/n2)设计区域初始化设置：/n2.1)达西流模型的使用：在设置渗透压的情况下，采用达西定律计算，得到芯片液冷装置内近似的速度场...

【技术特征摘要】
1.一种3D-SIP射频微系统的翅片型微流道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设计区域的离散：设计区域即芯片液冷装置流道区域由上下两个部分构成，根据冷却液流经的先后顺序分为上层流道和下层流道，根据所需设计的散热区域实际尺寸，根据芯片液冷装置流道区域的对称特性，仅对四分之一的流道区域进行设计，通过对称关系得到完整流道区域的设计结果；利用芯片液冷装置流道区域实体的实际参数将设计区域离散为Nelx×Nely个有限元单元，离散后的设计区域包含Nelx行，Nely列；
2)设计区域初始化设置：
2.1)达西流模型的使用：在设置渗透压的情况下，采用达西定律计算，得到芯片液冷装置内近似的速度场与温度场信息；将芯片液冷装置内的冷却液定义为具有导热率kw，渗透率κw的材料，并将构成芯片液冷装置自身的固体材料定义为具有导热率ks，渗透率κs的材料，导热率ks＞kw，渗透率κs＜κw；
2.2)依照SIMP算法进行设计区域的初始化设置；赋予每个离散后的单元一个伪密度值x，芯片液冷装置冷却液流布局的最终构型由所有单元的伪密度值表示，当x＝0时，单元表示高导热率低渗透率的固体材料，当x＝1时，单元表示低导热率高渗透率的流体材料，通过伪密度建立单元材料与导热率和渗透率的关系，并引入惩罚因子p抑制伪密度值介于0和1之间的单元，具体单元的导热率和渗透率与伪密度的函数关系如下：
k＝kw+(ks-kw)xp
κ＝κs+(κw-κs)xp
将对应实际工况中恒为流体的单元设定为伪密度值恒为1，对应实际工况中恒为固体的单元设定为伪密度值恒为0；其余单元的伪密度值设定为v0，v0介于0和1之间，v0也表示在设计过程中允许的最大流体体积占比值；同时设定在设计过程中允许的最大出入口处压力差为ΔPlimit；根据实际工况将设计工况提炼为：上层流道中冷却液从中间流入，从四周流出，下层流道中冷却液从四周流入，从中间流出，整个设计区域均匀受热；
3)达西流有限元分析：达西定律的流动方程表达为：



在获得设计区域的具体单元的导热率和渗透率与伪密度的函数关系后，根据达西定律的流动方程和对流扩散方程，得到在Darcy流简化模型下的对流扩散方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝童，谢晨寒，刘宏磊，尹鑫鑫，洪军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61