一种复合材料散热电子模块的制作方法

本发明属于雷达电子设备结构设计领域，涉及一种复合材料电子模块的结构设计以及散热实现方法，主要应用在要求具有轻量化、散热的雷达电子模块中。

背景技术：

1、电子模块是雷达信处、电源等系统的主要组成部分，是用于为模块内电气单元提供安装支撑接口和防护的结构部件，具有环境防护、承载、散热等功能。

2、目前，根据电子模块材料类型的不同，电子模块可分为铝合金模块和复合材料模块两类型。传统的铝合金模块是基于金属铣削加工方法设计的，该类模块具有机械强度高、散热性能优异等特点，但缺点是重量较大、耐环境腐蚀性能较差。复合材料电子模块作为新型模块结构形态，可通过热压成型加工制备，具有重量轻、耐环境腐蚀等特点，但由于复合材料本体材料的导热系数差、电阻大导致该材质的模块散热性能差、电气接地实现难度大。综上所述，上述电子模块主要存在如下弊端：

3、(1)铝材质电子模块重量大，不适合应用于轻量化要求苛刻的雷达设备中。

4、(2)复合材料材质电子模块存在散热性能差、电气接地实现难度大缺点，虽然可通过强迫对流风冷方式和增加接地线缆来实现散热和电气接地，但该类方法需要增加风机、冷板、线缆等部件，造成模块重量增加、体积增大，无法实现模块的高集成度和极小化设计要求。

5、某产品雷达电子模块，其外形尺寸为180mm×120mm×80mm，数量为10个，设计要求每个模块壳体重量控制在0.5kg以内，可承受40g加速度冲击，同时需要满足在3w/cm2的热流密度下，模块的工作温度不大于70℃以及模块的安装面搭接电阻不大于2.5mω的要求，现有电子模块结构形态以及设计方法已经不能满足产品轻量化、高散热以及电气接地要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、本发明的目的在于解决铝质电子模块重量大、复合材料电子模块散热性能差、电气接地实现难度大等问题，设计了一种碳纤维/泡沫/散热组件/接地柱等功能部件集成化的新型复合材料散热电子模块结构，利用碳纤维泡沫夹层结构的轻质高强、散热组件的高导热率以及金属接地柱的高导电率等特性来满足电子模块的减重、散热以及电气接地等设计要求，得到一种复合材料电子模块结构设计新方法，最终实现电子模块轻量化设计、高效散热与电气接地。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

4、一种复合材料散热电子模块，其特征在于，包括碳纤维结构体、金属散热导电镶件和均温板；

5、所述碳纤维结构体为整体成型的盒体结构，包括前后左右上五个面，其中前后左右面为碳纤维泡沫a夹层结构，上面为带内法兰的碳纤维层压结构；

6、所述金属散热导电镶件包括散热齿面、冷板和散热块，所述散热齿面位于冷板的顶面上，所述散热块位于冷板的左右两侧；所述冷板背面上设有多个安装均温板的矩形凹槽；

7、所述碳纤维结构体通过前置预埋方法与金属散热导电镶件共固化整体成型，成型后再将均温板通过铅锡焊接法焊接至金属散热导电镶件的冷板凹槽处。

8、本发明进一步的技术方案：所述碳纤维结构体的左右面各设计一个矩形凹槽结构，凹槽结构的尺寸与金属散热导电镶件的散热块的几何外形一致；所述凹槽结构的周围设计有螺纹孔，用于将第一散热组件组装在碳纤维结构体上，使第一散热组件与金属散热导电镶件的散热块贴合。

9、本发明进一步的技术方案：所述内法兰的开口尺寸与金属散热导电镶件的散热齿面的几何外形一致。

10、本发明进一步的技术方案：所述冷板的背面上设计有圆柱形凸台，所述圆柱形凸台上面设计有螺纹孔，用于将第二散热组件组装在冷板上，使第二散热组件与均温板贴合；所述第二散热组件产生的热量大于所述第一散热组件。

11、本发明进一步的技术方案：所述冷板的顶面四角设有接地凸台，所述接地凸台上设有螺纹孔，用于电子模块与外部机构的螺接装配，同时可通过凸台安装面和螺钉将电子模块内部电气单元产生的静电传递到雷达设备接地面。

12、本发明进一步的技术方案：所述碳纤维结构体的上面上设有与接地凸台配合的矩形开口。

13、本发明进一步的技术方案：所述均温板为矩形结构，材质为铝合金，表面经化学镀镍处理，其外形尺寸比矩形凹槽的尺寸小1mm。

14、本发明进一步的技术方案：所述金属散热导电镶件为铝合金材质，通过机械加工制备。

15、本发明进一步的技术方案：所述矩形凹槽表面经化学镀镍处理，其余表面经彩虹导电氧化处理。

16、本发明进一步的技术方案：所述碳纤维层为t800级碳纤维环氧材料，单层厚0.12mm，泡沫材料为pmi泡沫，密度为110g/cm3。

17、本发明的有益效果在于：

18、本发明提供的一种碳纤维结构体/内置金属散热导电镶件/焊接均温板等新型复合材料电子模块结构，解决了复合材料电子模块散热效率差、电气接地实现难度大等问题；通过焊接均温板结构设计，利用均温板的高效对流散热能力，解决电子模块中大热流密度散热组件的散热问题；通过金属散热导电镶件中设计散热块结构，利用金属导热块的传导散热特性，解决电子模块中小热流密度散热组件的散热问题；通过金属散热导电镶件中设计接地柱结构，利用螺钉压紧后凸台安装面和螺钉的静电传递功能，解决复合材料电子模块电气接地问题，最终实现了基于轻量化结构设计下的复合材料电子模块的高效散热与电气接地。

技术特征：

1.一种复合材料散热电子模块，其特征在于，包括碳纤维结构体(2)、金属散热导电镶件(3)和均温板(4)；

2.根据权利要求1所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述碳纤维结构体(2)的左右面各设计一个矩形凹槽结构(10)，凹槽结构(10)的尺寸与金属散热导电镶件(3)的散热块(16)的几何外形一致；所述凹槽结构(10)的周围设计有螺纹孔，用于将第一散热组件组装在碳纤维结构体(2)上，使第一散热组件与金属散热导电镶件(3)的散热块(16)贴合。

3.根据权利要求2所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述内法兰的开口尺寸与金属散热导电镶件(3)的散热齿面(14)的几何外形一致。

4.根据权利要求1所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述冷板(15)的背面(20)上设计有圆柱形凸台(24)，所述圆柱形凸台(24)上面设计有螺纹孔，用于将第二散热组件组装在冷板上(15)，使第二散热组件与均温板(4)贴合；所述第二散热组件产生的热量大于所述第一散热组件。

5.根据权利要求1所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述冷板(15)的顶面四角设有接地凸台(19)，所述接地凸台(19)上设有螺纹孔，用于电子模块与外部机构的螺接装配，同时可通过凸台安装面和螺钉将电子模块内部电气单元产生的静电传递到雷达设备接地面。

6.根据权利要求6所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述碳纤维结构体(2)的上面上设有与接地凸台(19)配合的矩形开口(13)。

7.根据权利要求1所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述均温板(4)为矩形结构，材质为铝合金，表面经化学镀镍处理，其外形尺寸比矩形凹槽(24)的尺寸小1mm。

8.根据权利要求1所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述金属散热导电镶件(3)为铝合金材质，通过机械加工制备。

9.根据权利要求1所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述矩形凹槽(23)表面经化学镀镍处理，其余表面经彩虹导电氧化处理。

10.根据权利要求1所述一种复合材料散热电子模块，其特征在于，所述碳纤维层为t800级碳纤维环氧材料，单层厚0.12mm，泡沫材料为pmi泡沫，密度为110g/cm3。

技术总结本发明涉及一种复合材料散热电子模块，属于雷达电子设备结构设计领域。包括碳纤维结构体、金属散热导电镶件和均温板；碳纤维结构体通过前置预埋方法与金属散热导电镶件共固化整体成型，成型后再将均温板通过铅锡焊接法焊接至金属散热导电镶件的冷板凹槽处。通过焊接均温板结构设计，利用均温板的高效对流散热能力，解决电子模块中大热流密度散热组件的散热问题；通过金属散热导电镶件中设计散热块结构，解决电子模块中小热流密度散热组件的散热问题；通过金属散热导电镶件中设计接地柱结构，解决复合材料电子模块电气接地问题，最终实现了基于轻量化结构设计下的复合材料电子模块的高效散热与电气接地。技术研发人员：张建柯,刘喻波,王继孔,刘锦涛,张文博受保护的技术使用者：西安电子工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/1