小批量鋁碳化硅T／R組件封裝外殼的研制
發(fā)布時間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):587
熊德贛1 劉希從1 堵永國1 楊盛良1 李益民2 唐 榮2 |
(1．國防科技大學航天與材料工程學院，湖南 長沙 410073；2．中南大學粉末冶金國家重點實驗室，湖南 長沙 410083) |
摘 要：t／r組件是相控陣雷達的關鍵部件，對封裝外殼材料提出了極高的要求。本文介紹了小批量t／r組件封裝外殼研制中的關鍵技術，如近凈成型預制件技術、真空氣壓浸滲技術和機械加工技術。
關鍵詞：鋁碳化硅復合材料；預制件；t／r組件；封裝外殼；真空氣壓浸滲 中圖分類號：tn305．94 文獻標識碼：a 1 前言 海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭表明，軍用雷達面臨復雜多樣的戰(zhàn)術環(huán)境，威脅日益加劇，以固態(tài)有源相控陣技術為基礎的多功能雷達可實現(xiàn)無慣性掃描，能夠跟蹤多目標，且具有自適應能力，可逐步實現(xiàn)雷達智能化以及進行大容量實時數(shù)據(jù)處理，是未來艦載、機載火控雷達、預警機機載雷達等軍用雷達的主要發(fā)展方向。機載有源相控陣雷達最大的難點在于t／r組件的制造上，因為機載雷達對體積和重量的限制更為嚴格。美國在1988年到1991年完成了配裝f22戰(zhàn)斗機的an／agp-77雷達的飛行試驗，該雷達有2000個t／r組件，綜合了探測、敵我識別、電子偵察和電子于擾等多功能于一體。除了agp-77雷達外，美國還在原多普勒雷達上進行改進，換裝相控陣天線，如計劃給f18戰(zhàn)斗機換裝apg79雷達和給f15換裝apg63(v)3雷達等。英、法、德三國聯(lián)合研制機載固態(tài)多功能有源相控陣雷達，2001年已經(jīng)完成具有1200個t／r組件的全尺寸樣機的試
驗工作，但離實用化還有一定的距離。前蘇聯(lián)在八十年代初即研制出無源相控陣雷達，裝備于米格戰(zhàn)斗機上，目前俄羅斯正在努力發(fā)展有源相控陣雷達，但離實用化也有很大的距離。 機載火控雷達的t／r組件工作頻率高，安裝密度高，是微波領域多芯片組裝的組件，由于采用了多個砷化鎵單片集成電路(gaasmmic)，它們必須封裝在一密封外殼內(nèi)，對外殼材料提出了極高的要求。常見封裝、基板、芯片材料的性能如表1所示。外殼封裝材料要同時滿足高的熱導率(散熱速度快)、低的熱膨脹系數(shù)(與芯片的膨脹系數(shù)相匹配)的要求，傳統(tǒng)上封裝外殼采用kovar合金，它的熱膨脹系數(shù)適中，價格廉價，但熱導率只有14w／(m·℃)；不能滿足現(xiàn)代大功率集成電路的散熱要求。現(xiàn)
代規(guī)模較大的相控陣雷達有數(shù)千至上萬個tr組件，kovar合金的密度偏高，不能滿足機載相控陣火控雷達的要求，以1000件t／r組件機載有源相控陣雷達為例，用a1sic取代kovar合金，雷達減重可達34千克，減重效果非常明顯，而且alsic復合材料的熱導率是kovar重可達34千克，減重效果非常明顯，而且a1sic復合材料的熱導率是kovar合金的十多倍。
因此，aisic復合材料在上世紀八十年代末在美國首先秘密研制和應用、隨后法國、日本、奧地利等國家亦迅速跟進研制并得到應用[1-5]。 作者在前期研制出t／r組件外殼的基礎上[6]，改進和優(yōu)化工藝方法和路線，研制出了形狀如圖1所示的小批量t／r組件封裝外殼。 2 研制 2.1 碳化硅預制件 鋁碳化硅封裝復合材料的碳化硅顆粒體積分數(shù)通常高達55-74％，機械加工較困難，為提高生產(chǎn)效率，降低成本，要求機械加工量愈小愈好，因此要求碳化硅預制件具備近凈成型，從而確保浸滲鋁合金構件仍具有近凈成型的優(yōu)點。為此我們采用粉末注射成型技術和雙向模壓成型技術制備了近凈成型的碳化硅預制件。[7] 粉末注射成型工藝流程如圖2所示。采用w63、w7兩種粒度的sic粉末，按照一定的比例將兩種粉末混合。根據(jù)sic的特性，配置了一種特制的粘結(jié)劑，將該粘結(jié)劑和粉末進行混煉，然后采用溶劑進行脫脂，當脫脂到一定程度后放人預先配置好的磷酸鹽溶劑中，最后進行熱脫脂獲得預制件坯體。在脫脂坯中加入一定的磷酸鹽是為了保證sic坯件脫脂后的強度，避免真空浸滲鋁合金時預制件開裂。研制了一種新型的粘結(jié)劑。通過調(diào)整粘結(jié)劑中hdf、eva、pw、sa的比例，提高該粘結(jié)劑對sic的裝載量及混合均勻性，進而大大提高了喂料的流動性。使用該粘結(jié)劑，在sic裝載量為65％、68％時均能完成注射并得到無缺陷的樣品。
熊德贛1 劉希從1 堵永國1 楊盛良1 李益民2 唐 榮2 | (1．國防科技大學航天與材料工程學院，湖南 長沙 410073；2．中南大學粉末冶金國家重點實驗室，湖南 長沙 410083) |
摘 要：t／r組件是相控陣雷達的關鍵部件，對封裝外殼材料提出了極高的要求。本文介紹了小批量t／r組件封裝外殼研制中的關鍵技術，如近凈成型預制件技術、真空氣壓浸滲技術和機械加工技術。
關鍵詞：鋁碳化硅復合材料；預制件；t／r組件；封裝外殼；真空氣壓浸滲 中圖分類號：tn305．94 文獻標識碼：a 1 前言 海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭表明，軍用雷達面臨復雜多樣的戰(zhàn)術環(huán)境，威脅日益加劇，以固態(tài)有源相控陣技術為基礎的多功能雷達可實現(xiàn)無慣性掃描，能夠跟蹤多目標，且具有自適應能力，可逐步實現(xiàn)雷達智能化以及進行大容量實時數(shù)據(jù)處理，是未來艦載、機載火控雷達、預警機機載雷達等軍用雷達的主要發(fā)展方向。機載有源相控陣雷達最大的難點在于t／r組件的制造上，因為機載雷達對體積和重量的限制更為嚴格。美國在1988年到1991年完成了配裝f22戰(zhàn)斗機的an／agp-77雷達的飛行試驗，該雷達有2000個t／r組件，綜合了探測、敵我識別、電子偵察和電子于擾等多功能于一體。除了agp-77雷達外，美國還在原多普勒雷達上進行改進，換裝相控陣天線，如計劃給f18戰(zhàn)斗機換裝apg79雷達和給f15換裝apg63(v)3雷達等。英、法、德三國聯(lián)合研制機載固態(tài)多功能有源相控陣雷達，2001年已經(jīng)完成具有1200個t／r組件的全尺寸樣機的試
驗工作，但離實用化還有一定的距離。前蘇聯(lián)在八十年代初即研制出無源相控陣雷達，裝備于米格戰(zhàn)斗機上，目前俄羅斯正在努力發(fā)展有源相控陣雷達，但離實用化也有很大的距離。 機載火控雷達的t／r組件工作頻率高，安裝密度高，是微波領域多芯片組裝的組件，由于采用了多個砷化鎵單片集成電路(gaasmmic)，它們必須封裝在一密封外殼內(nèi)，對外殼材料提出了極高的要求。常見封裝、基板、芯片材料的性能如表1所示。外殼封裝材料要同時滿足高的熱導率(散熱速度快)、低的熱膨脹系數(shù)(與芯片的膨脹系數(shù)相匹配)的要求，傳統(tǒng)上封裝外殼采用kovar合金，它的熱膨脹系數(shù)適中，價格廉價，但熱導率只有14w／(m·℃)；不能滿足現(xiàn)代大功率集成電路的散熱要求�，F(xiàn)
代規(guī)模較大的相控陣雷達有數(shù)千至上萬個tr組件，kovar合金的密度偏高，不能滿足機載相控陣火控雷達的要求，以1000件t／r組件機載有源相控陣雷達為例，用a1sic取代kovar合金，雷達減重可達34千克，減重效果非常明顯，而且alsic復合材料的熱導率是kovar重可達34千克，減重效果非常明顯，而且a1sic復合材料的熱導率是kovar合金的十多倍。
因此，aisic復合材料在上世紀八十年代末在美國首先秘密研制和應用、隨后法國、日本、奧地利等國家亦迅速跟進研制并得到應用[1-5]。 作者在前期研制出t／r組件外殼的基礎上[6]，改進和優(yōu)化工藝方法和路線，研制出了形狀如圖1所示的小批量t／r組件封裝外殼。 2 研制 2.1 碳化硅預制件 鋁碳化硅封裝復合材料的碳化硅顆粒體積分數(shù)通常高達55-74％，機械加工較困難，為提高生產(chǎn)效率，降低成本，要求機械加工量愈小愈好，因此要求碳化硅預制件具備近凈成型，從而確保浸滲鋁合金構件仍具有近凈成型的優(yōu)點。為此我們采用粉末注射成型技術和雙向模壓成型技術制備了近凈成型的碳化硅預制件。[7] 粉末注射成型工藝流程如圖2所示。采用w63、w7兩種粒度的sic粉末，按照一定的比例將兩種粉末混合。根據(jù)sic的特性，配置了一種特制的粘結(jié)劑，將該粘結(jié)劑和粉末進行混煉，然后采用溶劑進行脫脂，當脫脂到一定程度后放人預先配置好的磷酸鹽溶劑中，最后進行熱脫脂獲得預制件坯體。在脫脂坯中加入一定的磷酸鹽是為了保證sic坯件脫脂后的強度，避免真空浸滲鋁合金時預制件開裂。研制了一種新型的粘結(jié)劑。通過調(diào)整粘結(jié)劑中hdf、eva、pw、sa的比例，提高該粘結(jié)劑對sic的裝載量及混合均勻性，進而大大提高了喂料的流動性。使用該粘結(jié)劑，在sic裝載量為65％、68％時均能完成注射并得到無缺陷的樣品。
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