小批量铝碳化硅T／R组件封装外壳的研制
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:583
熊德赣1 刘希从1 堵永国1 杨盛良1 李益民2 唐 荣2 |
(1．国防科技大学航天与材料工程学院，湖南 长沙 410073；2．中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙 410083) |
摘 要：t／r组件是相控阵雷达的关键部件，对封装外壳材料提出了极高的要求。本文介绍了小批量t／r组件封装外壳研制中的关键技术，如近净成型预制件技术、真空气压浸渗技术和机械加工技术。
关键词：铝碳化硅复合材料；预制件；t／r组件；封装外壳；真空气压浸渗 中图分类号：tn305．94 文献标识码：a 1 前言 海湾战争和科索沃战争表明，军用雷达面临复杂多样的战术环境，威胁日益加剧，以固态有源相控阵技术为基础的多功能雷达可实现无惯性扫描，能够跟踪多目标，且具有自适应能力，可逐步实现雷达智能化以及进行大容量实时数据处理，是未来舰载、机载火控雷达、预警机机载雷达等军用雷达的主要发展方向。机载有源相控阵雷达最大的难点在于t／r组件的制造上，因为机载雷达对体积和重量的限制更为严格。美国在1988年到1991年完成了配装f22战斗机的an／agp-77雷达的飞行试验，该雷达有2000个t／r组件，综合了探测、敌我识别、电子侦察和电子于扰等多功能于一体。除了agp-77雷达外，美国还在原多普勒雷达上进行改进，换装相控阵天线，如计划给f18战斗机换装apg79雷达和给f15换装apg63(v)3雷达等。英、法、德三国联合研制机载固态多功能有源相控阵雷达，2001年已经完成具有1200个t／r组件的全尺寸样机的试
验工作，但离实用化还有一定的距离。前苏联在八十年代初即研制出无源相控阵雷达，装备于米格战斗机上，目前俄罗斯正在努力发展有源相控阵雷达，但离实用化也有很大的距离。 机载火控雷达的t／r组件工作频率高，安装密度高，是微波领域多芯片组装的组件，由于采用了多个砷化镓单片集成电路(gaasmmic)，它们必须封装在一密封外壳内，对外壳材料提出了极高的要求。常见封装、基板、芯片材料的性能如表1所示。外壳封装材料要同时满足高的热导率(散热速度快)、低的热膨胀系数(与芯片的膨胀系数相匹配)的要求，传统上封装外壳采用kovar合金，它的热膨胀系数适中，价格廉价，但热导率只有14w／(m·℃)；不能满足现代大功率集成电路的散热要求。现
代规模较大的相控阵雷达有数千至上万个tr组件，kovar合金的密度偏高，不能满足机载相控阵火控雷达的要求，以1000件t／r组件机载有源相控阵雷达为例，用a1sic取代kovar合金，雷达减重可达34千克，减重效果非常明显，而且alsic复合材料的热导率是kovar重可达34千克，减重效果非常明显，而且a1sic复合材料的热导率是kovar合金的十多倍。
因此，aisic复合材料在上世纪八十年代末在美国首先秘密研制和应用、随后法国、日本、奥地利等国家亦迅速跟进研制并得到应用[1-5]。 作者在前期研制出t／r组件外壳的基础上[6]，改进和优化工艺方法和路线，研制出了形状如图1所示的小批量t／r组件封装外壳。 2 研制 2.1 碳化硅预制件 铝碳化硅封装复合材料的碳化硅颗粒体积分数通常高达55-74％，机械加工较困难，为提高生产效率，降低成本，要求机械加工量愈小愈好，因此要求碳化硅预制件具备近净成型，从而确保浸渗铝合金构件仍具有近净成型的优点。为此我们采用粉末注射成型技术和双向模压成型技术制备了近净成型的碳化硅预制件。[7] 粉末注射成型工艺流程如图2所示。采用w63、w7两种粒度的sic粉末，按照一定的比例将两种粉末混合。根据sic的特性，配置了一种特制的粘结剂，将该粘结剂和粉末进行混炼，然后采用溶剂进行脱脂，当脱脂到一定程度后放人预先配置好的磷酸盐溶剂中，最后进行热脱脂获得预制件坯体。在脱脂坯中加入一定的磷酸盐是为了保证sic坯件脱脂后的强度，避免真空浸渗铝合金时预制件开裂。研制了一种新型的粘结剂。通过调整粘结剂中hdf、eva、pw、sa的比例，提高该粘结剂对sic的装载量及混合均匀性，进而大大提高了喂料的流动性。使用该粘结剂，在sic装载量为65％、68％时均能完成注射并得到无缺陷的样品。
熊德赣1 刘希从1 堵永国1 杨盛良1 李益民2 唐 荣2 | (1．国防科技大学航天与材料工程学院，湖南 长沙 410073；2．中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙 410083) |
摘 要：t／r组件是相控阵雷达的关键部件，对封装外壳材料提出了极高的要求。本文介绍了小批量t／r组件封装外壳研制中的关键技术，如近净成型预制件技术、真空气压浸渗技术和机械加工技术。
关键词：铝碳化硅复合材料；预制件；t／r组件；封装外壳；真空气压浸渗 中图分类号：tn305．94 文献标识码：a 1 前言 海湾战争和科索沃战争表明，军用雷达面临复杂多样的战术环境，威胁日益加剧，以固态有源相控阵技术为基础的多功能雷达可实现无惯性扫描，能够跟踪多目标，且具有自适应能力，可逐步实现雷达智能化以及进行大容量实时数据处理，是未来舰载、机载火控雷达、预警机机载雷达等军用雷达的主要发展方向。机载有源相控阵雷达最大的难点在于t／r组件的制造上，因为机载雷达对体积和重量的限制更为严格。美国在1988年到1991年完成了配装f22战斗机的an／agp-77雷达的飞行试验，该雷达有2000个t／r组件，综合了探测、敌我识别、电子侦察和电子于扰等多功能于一体。除了agp-77雷达外，美国还在原多普勒雷达上进行改进，换装相控阵天线，如计划给f18战斗机换装apg79雷达和给f15换装apg63(v)3雷达等。英、法、德三国联合研制机载固态多功能有源相控阵雷达，2001年已经完成具有1200个t／r组件的全尺寸样机的试
验工作，但离实用化还有一定的距离。前苏联在八十年代初即研制出无源相控阵雷达，装备于米格战斗机上，目前俄罗斯正在努力发展有源相控阵雷达，但离实用化也有很大的距离。 机载火控雷达的t／r组件工作频率高，安装密度高，是微波领域多芯片组装的组件，由于采用了多个砷化镓单片集成电路(gaasmmic)，它们必须封装在一密封外壳内，对外壳材料提出了极高的要求。常见封装、基板、芯片材料的性能如表1所示。外壳封装材料要同时满足高的热导率(散热速度快)、低的热膨胀系数(与芯片的膨胀系数相匹配)的要求，传统上封装外壳采用kovar合金，它的热膨胀系数适中，价格廉价，但热导率只有14w／(m·℃)；不能满足现代大功率集成电路的散热要求。现
代规模较大的相控阵雷达有数千至上万个tr组件，kovar合金的密度偏高，不能满足机载相控阵火控雷达的要求，以1000件t／r组件机载有源相控阵雷达为例，用a1sic取代kovar合金，雷达减重可达34千克，减重效果非常明显，而且alsic复合材料的热导率是kovar重可达34千克，减重效果非常明显，而且a1sic复合材料的热导率是kovar合金的十多倍。
因此，aisic复合材料在上世纪八十年代末在美国首先秘密研制和应用、随后法国、日本、奥地利等国家亦迅速跟进研制并得到应用[1-5]。 作者在前期研制出t／r组件外壳的基础上[6]，改进和优化工艺方法和路线，研制出了形状如图1所示的小批量t／r组件封装外壳。 2 研制 2.1 碳化硅预制件 铝碳化硅封装复合材料的碳化硅颗粒体积分数通常高达55-74％，机械加工较困难，为提高生产效率，降低成本，要求机械加工量愈小愈好，因此要求碳化硅预制件具备近净成型，从而确保浸渗铝合金构件仍具有近净成型的优点。为此我们采用粉末注射成型技术和双向模压成型技术制备了近净成型的碳化硅预制件。[7] 粉末注射成型工艺流程如图2所示。采用w63、w7两种粒度的sic粉末，按照一定的比例将两种粉末混合。根据sic的特性，配置了一种特制的粘结剂，将该粘结剂和粉末进行混炼，然后采用溶剂进行脱脂，当脱脂到一定程度后放人预先配置好的磷酸盐溶剂中，最后进行热脱脂获得预制件坯体。在脱脂坯中加入一定的磷酸盐是为了保证sic坯件脱脂后的强度，避免真空浸渗铝合金时预制件开裂。研制了一种新型的粘结剂。通过调整粘结剂中hdf、eva、pw、sa的比例，提高该粘结剂对sic的装载量及混合均匀性，进而大大提高了喂料的流动性。使用该粘结剂，在sic装载量为65％、68％时均能完成注射并得到无缺陷的样品。
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