【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電氣元件，具體涉及一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼及其設計方法。
技術介紹
1、隨著電子裝備小型化、高集成的發展，電子芯片不斷向高性能、高速度和高集成度的方向發展，而高功率芯片的使用導致組件產品局部溫度過高，從而容易導致器件失效。為避免局部溫度過高，需要用高導熱的熱擴展材料將溫度過高的點熱源快速轉變成面熱源。
2、但是現有的芯片封裝管殼結構材料，普遍存在“一重兩低”(密度大、熱導率低、熱輻射系數低)的瓶頸問題，例如銅合金管殼及近幾年研制的金剛石銅管殼熱導率高但密度過高，鋁合金、硅鋁合金及鋁基碳化硅管殼密度小但導熱率低于銅合金，均無法滿足小體積大功率電子器件快速傳熱的需求。
3、因此需要加速傳統材料的升級換代，利用高強高導材料，結合先進的封裝工藝，設計研制更加輕質化、高導熱的封裝管殼，從而實現微波組件封裝管殼散熱/承載功能一體化以及微組裝工藝集成問題。
技術實現思路
1、本專利技術是為了解決現有封裝管殼密度和熱導率無法正向匹配、且石墨烯-鋁在微組裝封裝未能產業化應用，高性能與微組裝回流焊接、氣密性封裝缺少有效結合的問題，提供一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼及其設計方法，利用鋁合金的高強度、易加工、易涂覆等特點將石墨烯和鋁合金進行復合，并通過熱性能仿真與封裝工藝匹配進行管殼材料梯度設計和氣密性封裝設計，滿足輕質化、高導熱使用和封裝需求的同時，保證大功率微波組件能夠持久可靠的工作。
2、本專利技術提供一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封
3、管殼底座使用第一梯度材料，管殼框架使用第二梯度材料，第二梯度材料與封裝蓋板的材料均為合金材料，第一梯度材料中含有與第二梯度材料、封裝蓋板材料相同的金屬成分，并且第一梯度材料中包括石墨烯；
4、管殼底座熱導率大于鋁合金、銅合金的熱導率且大于管殼框架的熱導率，管殼底座的密度小于金剛石基底復合材料的密度，管殼底座密度小于3g/cm3；
5、管殼底座的印制板焊接面用于與印制板進行回流爐焊接。
6、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，作為優選方式，第一梯度材料為石墨烯-鋁復合材料，第二梯度材料為鋁合金6061，封裝蓋板的材料為鋁合金4047，封裝蓋板與封焊端口通過激光封焊進行密封連接。
7、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，作為優選方式，石墨烯-鋁復合材料為鋁-石墨烯-鋁架構的三明治形式材料，石墨烯-鋁復合材料的熱導率大于650w/mk。
8、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，作為優選方式，管殼底座和管殼框架均設置螺紋孔；
9、印制板焊接面進行鍍金，接插件開孔的內表面進行鍍金以進行回流爐焊接，封焊端口進行本色導電氧化處理。
10、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，作為優選方式，印制板焊接面、接插件開孔內表面采用鍍金處理為al/ap.ni3～5ep.au0.2～0.5，本色導電氧化處理為al/ct.ocd。
11、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，作為優選方式，管殼底座包括管殼底座本體，連接在管殼底座本體上表面的固定隔筋、印制板焊接面和連接在底座本體上的凹槽、凸臺，管殼底座本體為板狀結構，管殼底座本體上連接螺紋孔；
12、接插件開孔包括排針插座安裝孔、接地柱安裝孔、smp安裝孔、玻珠安裝孔和穿芯電容安裝孔。
13、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，作為優選方式，管殼框架的厚度不均勻，smp安裝孔處壁厚大于玻珠安裝孔處的壁厚。
14、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，作為優選方式，管殼底座的厚度為1.5～4mm，管殼框架尺寸小于100×100mm、厚度為1.5～5mm、高度大于3mm。
15、本專利技術提供一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼的設計方法，包括以下步驟：
16、s1、進行材質設計，管殼底座的材料設定為表面金屬化的石墨烯-鋁復合材料，管殼框架設定為鋁合金材料，管殼底座和管殼框架中共有的鋁材質提高管殼底座、管殼框架焊接過程中焊料的附著性、均勻性和熱匹配性，封裝蓋板設定為密度高于管殼框架的鋁合金材料；
17、s2、將管殼底座的厚度進行仿真設計，按照所設計微波組件發熱器件的熱耗分布及工作環境條件利用仿真軟件進行熱管理布局及仿真，管殼底座中石墨烯-鋁的鋪設面積及厚度可根據仿真結果進行迭代優化調整；
18、s3、為滿足氣密性設計，將管殼框架設定為鋁合金6061，封裝蓋板設定為鋁合金4047；
19、管殼框架上端面與鋁合金4047激光封焊，下端面與管殼底座進行真空釬焊，均為鋁合金之間焊接，熱匹配一致；
20、s4、管殼框架壁厚至少為1.5mm并設計接插件開孔，管殼框架的高度按照組件內部元器件高度及接插件的高度需求進行調整；
21、s5、根據微波產品的內部構造，在管殼底座的印制板焊接面上布設凸臺、隔墻、凹槽、螺紋安裝孔、焊接插座安裝孔；
22、s6、約束梯度封裝管殼的金屬表面處理方式，管殼底座使用局部鍍金加本色導電氧化相結合的表面處理方式，可局部實現130℃～280℃回流爐焊接工藝，封焊端口使用本色導電氧化(al/ct.ocd(本色))處理滿足高強度激光束直接輻射至封焊端口材料表面，實現封裝管殼的密封，一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼的設計方法完成。
23、本專利技術所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼的設計方法，作為優選方式，步驟s1中，石墨烯-鋁復合材料為鋁-石墨烯-鋁架構的三明治形式材料；
24、步驟s2中，使用ansys仿真軟件進行熱管理布局及仿真；
25、步驟s4中，管殼框架的厚度不均勻,；
26、步驟s5中，凹槽和非接插件類孔均為盲槽盲孔且不可打穿并保證機械強度；
27、步驟s6中，印制板焊接面及接插件開孔內表面均使用鍍金處理以實現130℃～280℃回流爐焊接工藝，管殼底座的非回流焊接區域采取本色導電氧化處理。
28、本專利技術利用石墨烯的高導熱性與鋁合金較好的機械性能相結合，通過材料梯度設計、氣密性封裝設計，高效實現微波高功率組件的輕質化、熱管理與微組裝封裝設計要求。
29、本專利技術通過以下技術解決方案予以實現：
30、一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼及其設計方法，所述梯度封裝管殼用于裝配微波印制板、功率裸芯片、鍍金接插件等，裝配方式可采用螺接、回流焊接、激光封焊等形式。所述梯度管殼由兩級梯度材料組合而成，第一梯度材料為石墨烯-鋁復合材料，設計為本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：包括與印制板焊接并進行導熱的管殼底座(1)、連接在所述管殼底座(1)四周的管殼框架(2)、連接在所述管殼框架(2)上的接插件開孔(3)、連接在所述管殼框架(2)頂部的封焊端口(4)和通過所述封焊端口(4)與所述管殼框架(2)焊接的封裝蓋板(5)，所述管殼底座(1)通過真空釬焊與所述管殼框架(2)焊接為一體化構件，所述封裝蓋板(5)與所述封焊端口(4)進行封裝得到封裝管殼；
2.根據權利要求1所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述第一梯度材料為石墨烯-鋁復合材料，所述第二梯度材料為鋁合金6061，所述封裝蓋板(5)的材料為鋁合金4047，所述封裝蓋板(5)與所述封焊端口(4)通過激光封焊進行密封連接。
3.根據權利要求2所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述石墨烯-鋁復合材料為鋁-石墨烯-鋁架構的三明治形式材料，所述石墨烯-鋁復合材料的熱導率大于650W/mK。
4.根據權利要求1所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述管殼底座(
5.根據權利要求4所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述印制板焊接面、所述接插件開孔(3)內表面采用鍍金處理為Al/Ap.Ni3～5Ep.Au0.2～0.5，所述本色導電氧化處理為Al/Ct.Ocd。
6.根據權利要求4所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述管殼底座(1)包括管殼底座本體(11)，連接在所述管殼底座本體(11)上表面的固定隔筋(12)、所述印制板焊接面(13)和連接在所述底座本體(11)上的凹槽、凸臺，所述管殼底座本體(11)為板狀結構，所述管殼底座本體(11)上連接所述螺紋孔(6)；
7.根據權利要求6所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述管殼框架(2)的厚度不均勻，所述SMP安裝孔(33)處壁厚大于所述玻珠安裝孔(34)處的壁厚。
8.根據權利要求1所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述管殼底座(1)的厚度為1.5～4mm，所述管殼框架(2)尺寸小于100×100mm、厚度為1.5～5mm、高度大于3mm。
9.根據權利要求1～8任意一項所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼的設計方法，其特征在于：包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼的設計方法，其特征在于：步驟S1中，所述石墨烯-鋁復合材料為鋁-石墨烯-鋁架構的三明治形式材料；
...【技術特征摘要】
1.一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：包括與印制板焊接并進行導熱的管殼底座(1)、連接在所述管殼底座(1)四周的管殼框架(2)、連接在所述管殼框架(2)上的接插件開孔(3)、連接在所述管殼框架(2)頂部的封焊端口(4)和通過所述封焊端口(4)與所述管殼框架(2)焊接的封裝蓋板(5)，所述管殼底座(1)通過真空釬焊與所述管殼框架(2)焊接為一體化構件，所述封裝蓋板(5)與所述封焊端口(4)進行封裝得到封裝管殼；
2.根據權利要求1所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述第一梯度材料為石墨烯-鋁復合材料，所述第二梯度材料為鋁合金6061，所述封裝蓋板(5)的材料為鋁合金4047，所述封裝蓋板(5)與所述封焊端口(4)通過激光封焊進行密封連接。
3.根據權利要求2所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述石墨烯-鋁復合材料為鋁-石墨烯-鋁架構的三明治形式材料，所述石墨烯-鋁復合材料的熱導率大于650w/mk。
4.根據權利要求1所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述管殼底座(1)和所述管殼框架(2)均設置螺紋孔(6)；
5.根據權利要求4所述的一種輕質高導熱石墨烯-鋁梯度封裝管殼，其特征在于：所述印制板焊接面、所述接插件開...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高倩，唐統帥，王麗菊，管浩東，孫子明，蘇付俊，劉亞威，薛廷，
申請(專利權)人：北京遙測技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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