具有PMI泡沫夹层结构电子模块的导热能力提升方法与流程

本发明属于航空、航天电子模块散热设计领域，具体涉及具有pmi泡沫夹层结构的电子模块框架导热能力的提升方法。

背景技术：

电子模块的导热能力是一项重要指标，电子模块上的电子元器件在工作时会产生大量的热量。如果具有pmi泡沫夹层结构的电子模块产生大量的热量，这些热量不能及时散出，会造成元器件过热烧毁，从而使整个设备失效或发生故障。电子模块简单的夹层结构由面板、芯材和胶三部分组成。通过胶在前面两个组分之间传递载荷。夹层结构能够达到的作用是通过让轻质、有一定厚度的芯材承受剪应力，同时将两个相对比较坚韧、薄的承载面板隔开。在先进复合材料领域，最常用的夹层结构的芯材是聚甲基丙烯酰亚胺(pmi)。pmi泡沫是目前已知的比强度和比刚度最高的泡沫材料，它具有耐高温、热塑性和全闭孔和各向同性等优异的性能。pmi泡沫夹层结构整体具有很高的比强度，较大的比刚度，同时还具有优异的隔热与透波功能，在实现结构件轻量化的同时，也能很好的保证力学性能，已经应用于电子模块框架中。

根据测量结果，在室温到100℃范围内，密度大的pmi泡沫热导率更高，同密度的pmi泡沫热导率随温度的增加近似线性增大。由于pmi泡沫孔隙直径较大，材料中的固相、气相及辐射传热均随温度升高而增大，从而导致pmi泡沫材料的有效热导率随温度升高而线性增大。同样由于孔隙尺寸较大，气相传热及辐射传热均与密度无关，因此材料的有效热导率与其固相含量成正比，从而导致pmi泡沫有效热导率随密度的增大而变大。由于pmi泡沫是闭孔泡沫材料，在所有传统的非真空隔热体中，热导率是最低的，仅通过电子模块框架中的薄面板进行导热，效果较差。在夹层结构中，蜂窝夹芯有突出的优点，也有相对应的缺点，这种薄壁结构可能会导致蜂窝的表面，尤其是在蜂窝孔隙较大的情况下，会发生局部失去稳定，从而产生破坏。在实际工程设计中，pmi泡沫夹层结构使用加筋结构，加筋结构可以提高结构件的临界载荷。但是，加筋结构增加结构刚度的基础上，也大大增加了整体结构的质量。为了协调载荷和结构质量的关系，需要对加筋结构进行优化，使整体的载荷质量比达到最优，需要优化的一般有以下几项：结构的形状、蒙皮的厚度、加筋的类型和方式(帽子型、直筋型等等)、铺层的角度，这些应该根据具体过程中的载荷情况而决定，可以根据实际情况决定最好的工艺。在加筋的结构中，一般会出现横向加筋和纵向加筋，需要两者结合。加筋结构的屈曲分为整体屈曲和局部屈曲，当出现蒙皮的局部屈曲时可以继续承载，当出现整体屈曲时，结构件开始失效。此外，在较大外力作用下，层壳结构将产生大的变形，会使结构变形成为几何非线性问题，结构很可能出现失稳现象。力学理论可以知道夹芯结构一般有以下几种失效方式，可以归纳表述为以下几点：

(1)夹层结构的面板发生了破坏：这是由于夹芯结构的纤维面板强度没有达到和芯材相匹配的强度，致使纤维面板提前发生了破坏，而没有起到承受拉、压应力的作用；

(2)芯材的局部发生了不正常的坍塌：这种和上面和面板的破坏刚好相反，是由于芯材的强度太低，没有能够承受设定值内的剪应力，在没达到载荷前发生坍塌；

(3)整体结构发生屈曲：这是有上面两种情况的综合，说明夹芯结构整体已经失去抵抗载荷的能力，需要重新设计。需要强度更好的面板和芯材，当整体结构发生屈曲时，结构件会发生破坏，是毁灭性的；

(4)芯材横向剪切破坏：这种情况是因为芯材剪切强度不够或整个夹层板厚度不够而导致。在以上破坏中，pmi泡沫夹层结构板具有表面平整，无脱粘、鼓包现象，其力学性能无方向性。使用加筋结构的目的是为了提高整个薄壁壳体的屈曲临界载荷，更是为了使得薄壁壳体结构的效率尽可能地提高。

技术实现要素：

本发明针对具有pmi泡沫夹层结构的电子模块散热效果较差的不足之处，提供一种针对具有pmi泡沫夹层结构电子模块的导热能力提升方法。为电子模块内部元器件提供更加良好的导热通道，实现元器件工作时产生热量的快速耗散。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种具有pmi泡沫夹层结构电子模块的导热能力提升方法，具有如下技术特征：在由上导热面板1、下蒙皮面板4或下导热面板6与夹层pmi泡沫芯材2构成的电子模块中，将夹层pmi泡沫芯材2四周通过封边条3进行封边处理，并在夹层pmi泡沫芯材2上制出形成电子模块内部元器件的散热通道的散热槽，然后在散热槽的散热通道中嵌入导热介质5，导热介质5通过散热通道将电子模块内部元器件产生的热量快速地导向模块框架交联点的四周或两侧帽子型、直筋型的肋条。

优选的，上导热面板1、下导热面板6可以分别一体加工成型，也可以分解为框架与蒙皮面板的组合结构。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明在夹层pmi泡沫芯材2上制出散热槽，形成电子模块内部元器件的散热通道，在散热槽的散热通道中嵌入导热介质5，利用内嵌在夹层pmi泡沫芯材2与电子模块导热面板1之间散热通道中的导热介质，快速耗散电子模块内部元器件的热量，夹层pmi泡沫芯材2的分解温度可达到260℃以上，完全达到电子模块的热环境使用要求。

本发明电子模块导热板可以实现标准化、系列化设计，有利于电子模块的统型，可以有效的降低设计难度、缩短研制周期。

附图说明

图1是本发明第一个实施例单侧印制板组件电子模块框架的典型导热结构的分解示意图。

图2是本发明第二个实施例双侧印制板组件电子模块框架的典型导热结构的分解示意图。

图中：1上导热面板、2夹层pmi泡沫芯材、3封边条、4下蒙皮面板、5导热介质、6下导热面板。

具体实施方式

参阅图1、图2。根据本发明，在由上导热面板1、下蒙皮面板4(或下导热面板6)与夹层pmi泡沫芯材2构成的电子模块中，将夹层pmi泡沫芯材2四周利用封边条3进行封边处理，并在夹层pmi泡沫芯材2上制出散热槽，形成电子模块内部元器件的散热通道，在散热槽的散热通道中嵌入导热介质5，导热介质5通过散热通道将电子模块内部元器件产生的热量快地通过导热导向模块框架交联点的四周或两侧帽子型、直筋型的肋条。

通过参照下面的描述的实施例，阐述本发明的技术特征，将变得明显。

所述上导热面板1、下导热面板6由质量轻、导热系数高的材料制成。

pmi泡沫芯材2上的散热槽为导热介质5提供安装空间。所述导热介质5可以是热管、热解石墨等形式。所述散热槽可以是线阵排列在泡沫芯材2板体上，对称中部隔道两边间隔分布的l形槽，并且每个l形槽的拱端连接所述板体的边框。

所述导热介质5可以通过焊接、粘接等形式与上导热面板1或下导热面板6连接。

在图1所示实施例中，上导热面板1内侧四周制有对应夹层pmi泡沫芯材2四周封边条3边框的对扣凸台。夹层pmi泡沫芯材2通过上述导热面板1内侧框边上的对扣凸台封装后，可以通过螺钉连接和胶膜粘接位于下方的下蒙皮面板4，并一起固化为一体。

在图2所示实施例中，上导热面板1通过其下表面固定有l形的导热介质5、位于夹层pmi泡沫芯材2板体下方的下导热面板6通过其上表面固定有l形的导热介质5，单侧对称的l形导热介质5分别对称嵌入在l形的散热槽中。

在可选的实施例中，具有pmi泡沫的单侧印制板组件电子模块导热能力提升结构通过以下方法制造：

首先，根据实际电子模块产品的要求设计并一体化加工成型上导热面板1；其次，将导热介质5粘接或焊接在上导热面板1上；再次，加工成型下蒙皮面板4、夹层pmi泡沫芯材2、封边条3；最后，将上导热面板1与导热介质5的组合件、夹层pmi泡沫芯材2、下蒙皮面板4通过螺钉连接和胶膜粘接后与封边条3一起固化成型。

在可选的实施例中，具有pmi泡沫的双侧印制板组件电子模块导热能力提升结构通过以下方法制造：

根据实际电子模块产品的要求设计并一体化加工成型上导热面板1、下导热面板6。单侧的l形导热介质5粘接或焊接在上导热面板1上，另一单侧对称上述单侧的l形导热介质5粘接或焊接在下导热面板6上；然后将加工成型的夹层pmi泡沫芯材2板体及其封边条3粘接为组合件，组合件与上导热面板(1)、下导热面板(6)通过螺钉连接和胶膜粘接后一起固化成型。

以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。