【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气元件，具体涉及一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳及其设计方法。
技术介绍
1、随着电子装备小型化、高集成的发展，电子芯片不断向高性能、高速度和高集成度的方向发展，而高功率芯片的使用导致组件产品局部温度过高，从而容易导致器件失效。为避免局部温度过高，需要用高导热的热扩展材料将温度过高的点热源快速转变成面热源。
2、但是现有的芯片封装管壳结构材料，普遍存在“一重两低”(密度大、热导率低、热辐射系数低)的瓶颈问题，例如铜合金管壳及近几年研制的金刚石铜管壳热导率高但密度过高，铝合金、硅铝合金及铝基碳化硅管壳密度小但导热率低于铜合金，均无法满足小体积大功率电子器件快速传热的需求。
3、因此需要加速传统材料的升级换代，利用高强高导材料，结合先进的封装工艺，设计研制更加轻质化、高导热的封装管壳，从而实现微波组件封装管壳散热/承载功能一体化以及微组装工艺集成问题。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决现有封装管壳密度和热导率无法正向匹配、且石墨烯-铝在微组装封装未能产业化应用，高性能与微组装回流焊接、气密性封装缺少有效结合的问题，提供一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳及其设计方法，利用铝合金的高强度、易加工、易涂覆等特点将石墨烯和铝合金进行复合，并通过热性能仿真与封装工艺匹配进行管壳材料梯度设计和气密性封装设计，满足轻质化、高导热使用和封装需求的同时，保证大功率微波组件能够持久可靠的工作。
2、本专利技术提供一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封
3、管壳底座使用第一梯度材料，管壳框架使用第二梯度材料，第二梯度材料与封装盖板的材料均为合金材料，第一梯度材料中含有与第二梯度材料、封装盖板材料相同的金属成分，并且第一梯度材料中包括石墨烯；
4、管壳底座热导率大于铝合金、铜合金的热导率且大于管壳框架的热导率，管壳底座的密度小于金刚石基底复合材料的密度，管壳底座密度小于3g/cm3；
5、管壳底座的印制板焊接面用于与印制板进行回流炉焊接。
6、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，作为优选方式，第一梯度材料为石墨烯-铝复合材料，第二梯度材料为铝合金6061，封装盖板的材料为铝合金4047，封装盖板与封焊端口通过激光封焊进行密封连接。
7、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，作为优选方式，石墨烯-铝复合材料为铝-石墨烯-铝架构的三明治形式材料，石墨烯-铝复合材料的热导率大于650w/mk。
8、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，作为优选方式，管壳底座和管壳框架均设置螺纹孔；
9、印制板焊接面进行镀金，接插件开孔的内表面进行镀金以进行回流炉焊接，封焊端口进行本色导电氧化处理。
10、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，作为优选方式，印制板焊接面、接插件开孔内表面采用镀金处理为al/ap.ni3～5ep.au0.2～0.5，本色导电氧化处理为al/ct.ocd。
11、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，作为优选方式，管壳底座包括管壳底座本体，连接在管壳底座本体上表面的固定隔筋、印制板焊接面和连接在底座本体上的凹槽、凸台，管壳底座本体为板状结构，管壳底座本体上连接螺纹孔；
12、接插件开孔包括排针插座安装孔、接地柱安装孔、smp安装孔、玻珠安装孔和穿芯电容安装孔。
13、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，作为优选方式，管壳框架的厚度不均匀，smp安装孔处壁厚大于玻珠安装孔处的壁厚。
14、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，作为优选方式，管壳底座的厚度为1.5～4mm，管壳框架尺寸小于100×100mm、厚度为1.5～5mm、高度大于3mm。
15、本专利技术提供一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳的设计方法，包括以下步骤：
16、s1、进行材质设计，管壳底座的材料设定为表面金属化的石墨烯-铝复合材料，管壳框架设定为铝合金材料，管壳底座和管壳框架中共有的铝材质提高管壳底座、管壳框架焊接过程中焊料的附着性、均匀性和热匹配性，封装盖板设定为密度高于管壳框架的铝合金材料；
17、s2、将管壳底座的厚度进行仿真设计，按照所设计微波组件发热器件的热耗分布及工作环境条件利用仿真软件进行热管理布局及仿真，管壳底座中石墨烯-铝的铺设面积及厚度可根据仿真结果进行迭代优化调整；
18、s3、为满足气密性设计，将管壳框架设定为铝合金6061，封装盖板设定为铝合金4047；
19、管壳框架上端面与铝合金4047激光封焊，下端面与管壳底座进行真空钎焊，均为铝合金之间焊接，热匹配一致；
20、s4、管壳框架壁厚至少为1.5mm并设计接插件开孔，管壳框架的高度按照组件内部元器件高度及接插件的高度需求进行调整；
21、s5、根据微波产品的内部构造，在管壳底座的印制板焊接面上布设凸台、隔墙、凹槽、螺纹安装孔、焊接插座安装孔；
22、s6、约束梯度封装管壳的金属表面处理方式，管壳底座使用局部镀金加本色导电氧化相结合的表面处理方式，可局部实现130℃～280℃回流炉焊接工艺，封焊端口使用本色导电氧化(al/ct.ocd(本色))处理满足高强度激光束直接辐射至封焊端口材料表面，实现封装管壳的密封，一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳的设计方法完成。
23、本专利技术所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳的设计方法，作为优选方式，步骤s1中，石墨烯-铝复合材料为铝-石墨烯-铝架构的三明治形式材料；
24、步骤s2中，使用ansys仿真软件进行热管理布局及仿真；
25、步骤s4中，管壳框架的厚度不均匀,；
26、步骤s5中，凹槽和非接插件类孔均为盲槽盲孔且不可打穿并保证机械强度；
27、步骤s6中，印制板焊接面及接插件开孔内表面均使用镀金处理以实现130℃～280℃回流炉焊接工艺，管壳底座的非回流焊接区域采取本色导电氧化处理。
28、本专利技术利用石墨烯的高导热性与铝合金较好的机械性能相结合，通过材料梯度设计、气密性封装设计，高效实现微波高功率组件的轻质化、热管理与微组装封装设计要求。
29、本专利技术通过以下技术解决方案予以实现：
30、一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳及其设计方法，所述梯度封装管壳用于装配微波印制板、功率裸芯片、镀金接插件等，装配方式可采用螺接、回流焊接、激光封焊等形式。所述梯度管壳由两级梯度材料组合而成，第一梯度材料为石墨烯-铝复合材料，设计为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：包括与印制板焊接并进行导热的管壳底座(1)、连接在所述管壳底座(1)四周的管壳框架(2)、连接在所述管壳框架(2)上的接插件开孔(3)、连接在所述管壳框架(2)顶部的封焊端口(4)和通过所述封焊端口(4)与所述管壳框架(2)焊接的封装盖板(5)，所述管壳底座(1)通过真空钎焊与所述管壳框架(2)焊接为一体化构件，所述封装盖板(5)与所述封焊端口(4)进行封装得到封装管壳；
2.根据权利要求1所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述第一梯度材料为石墨烯-铝复合材料，所述第二梯度材料为铝合金6061，所述封装盖板(5)的材料为铝合金4047，所述封装盖板(5)与所述封焊端口(4)通过激光封焊进行密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述石墨烯-铝复合材料为铝-石墨烯-铝架构的三明治形式材料，所述石墨烯-铝复合材料的热导率大于650W/mK。
4.根据权利要求1所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述管壳底座(
5.根据权利要求4所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述印制板焊接面、所述接插件开孔(3)内表面采用镀金处理为Al/Ap.Ni3～5Ep.Au0.2～0.5，所述本色导电氧化处理为Al/Ct.Ocd。
6.根据权利要求4所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述管壳底座(1)包括管壳底座本体(11)，连接在所述管壳底座本体(11)上表面的固定隔筋(12)、所述印制板焊接面(13)和连接在所述底座本体(11)上的凹槽、凸台，所述管壳底座本体(11)为板状结构，所述管壳底座本体(11)上连接所述螺纹孔(6)；
7.根据权利要求6所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述管壳框架(2)的厚度不均匀，所述SMP安装孔(33)处壁厚大于所述玻珠安装孔(34)处的壁厚。
8.根据权利要求1所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述管壳底座(1)的厚度为1.5～4mm，所述管壳框架(2)尺寸小于100×100mm、厚度为1.5～5mm、高度大于3mm。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳的设计方法，其特征在于：步骤S1中，所述石墨烯-铝复合材料为铝-石墨烯-铝架构的三明治形式材料；
...【技术特征摘要】
1.一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：包括与印制板焊接并进行导热的管壳底座(1)、连接在所述管壳底座(1)四周的管壳框架(2)、连接在所述管壳框架(2)上的接插件开孔(3)、连接在所述管壳框架(2)顶部的封焊端口(4)和通过所述封焊端口(4)与所述管壳框架(2)焊接的封装盖板(5)，所述管壳底座(1)通过真空钎焊与所述管壳框架(2)焊接为一体化构件，所述封装盖板(5)与所述封焊端口(4)进行封装得到封装管壳；
2.根据权利要求1所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述第一梯度材料为石墨烯-铝复合材料，所述第二梯度材料为铝合金6061，所述封装盖板(5)的材料为铝合金4047，所述封装盖板(5)与所述封焊端口(4)通过激光封焊进行密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述石墨烯-铝复合材料为铝-石墨烯-铝架构的三明治形式材料，所述石墨烯-铝复合材料的热导率大于650w/mk。
4.根据权利要求1所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述管壳底座(1)和所述管壳框架(2)均设置螺纹孔(6)；
5.根据权利要求4所述的一种轻质高导热石墨烯-铝梯度封装管壳，其特征在于：所述印制板焊接面、所述接插件开...
【专利技术属性】
技术研发人员：高倩，唐统帅，王丽菊，管浩东，孙子明，苏付俊，刘亚威，薛廷，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。