[发明专利]具有PMI泡沫夹层结构电子模块的导热能力提升方法

说明书

发明公开一种具有PMI泡沫夹层结构电子模块的导热能力提升方法，旨在提供一种能够快速耗散电子元器件产生热量的导热方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在由上导热面板(1)、下蒙皮面板(4)或下导热面板(6)与夹层PMI泡沫芯材(2)构成的电子模块中，将夹层PMI泡沫芯材(2)四周通过封边条(3)进行封边处理，并在夹层PMI泡沫芯材(2)上制出形成电子模块内部元器件的散热通道的散热槽，然后在散热槽的散热通道中嵌入导热介质(5)，导热介质(5)通过散热通道将电子模块内部元器件产生的热量快速地导向模块框架交联点的四周或两侧帽子型、直筋型的肋条。

技术领域

本发明属于航空、航天电子模块散热设计领域，具体涉及具有PMI泡沫夹层结构的电子模块框架导热能力的提升方法。

背景技术

电子模块的导热能力是一项重要指标，电子模块上的电子元器件在工作时会产生大量的热量。如果具有PMI泡沫夹层结构的电子模块产生大量的热量，这些热量不能及时散出，会造成元器件过热烧毁，从而使整个设备失效或发生故障。电子模块简单的夹层结构由面板、芯材和胶三部分组成。通过胶在前面两个组分之间传递载荷。夹层结构能够达到的作用是通过让轻质、有一定厚度的芯材承受剪应力，同时将两个相对比较坚韧、薄的承载面板隔开。在先进复合材料领域，最常用的夹层结构的芯材是聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)。PMI泡沫是目前已知的比强度和比刚度最高的泡沫材料，它具有耐高温、热塑性和全闭孔和各向同性等优异的性能。PMI泡沫夹层结构整体具有很高的比强度，较大的比刚度，同时还具有优异的隔热与透波功能，在实现结构件轻量化的同时，也能很好的保证力学性能，已经应用于电子模块框架中。

根据测量结果，在室温到100℃范围内，密度大的PMI泡沫热导率更高，同密度的PMI泡沫热导率随温度的增加近似线性增大。由于PMI泡沫孔隙直径较大，材料中的固相、气相及辐射传热均随温度升高而增大，从而导致PMI泡沫材料的有效热导率随温度升高而线性增大。同样由于孔隙尺寸较大，气相传热及辐射传热均与密度无关，因此材料的有效热导率与其固相含量成正比，从而导致PMI泡沫有效热导率随密度的增大而变大。由于PMI泡沫是闭孔泡沫材料，在所有传统的非真空隔热体中，热导率是最低的，仅通过电子模块框架中的薄面板进行导热，效果较差。在夹层结构中，蜂窝夹芯有突出的优点，也有相对应的缺点，这种薄壁结构可能会导致蜂窝的表面，尤其是在蜂窝孔隙较大的情况下，会发生局部失去稳定，从而产生破坏。在实际工程设计中，PMI泡沫夹层结构使用加筋结构，加筋结构可以提高结构件的临界载荷。但是，加筋结构增加结构刚度的基础上，也大大增加了整体结构的质量。为了协调载荷和结构质量的关系，需要对加筋结构进行优化，使整体的载荷质量比达到最优，需要优化的一般有以下几项：结构的形状、蒙皮的厚度、加筋的类型和方式(帽子型、直筋型等等)、铺层的角度，这些应该根据具体过程中的载荷情况而决定，可以根据实际情况决定最好的工艺。在加筋的结构中，一般会出现横向加筋和纵向加筋，需要两者结合。加筋结构的屈曲分为整体屈曲和局部屈曲，当出现蒙皮的局部屈曲时可以继续承载，当出现整体屈曲时，结构件开始失效。此外，在较大外力作用下，层壳结构将产生大的变形，会使结构变形成为几何非线性问题，结构很可能出现失稳现象。力学理论可以知道夹芯结构一般有以下几种失效方式，可以归纳表述为以下几点：

(1)夹层结构的面板发生了破坏：这是由于夹芯结构的纤维面板强度没有达到和芯材相匹配的强度，致使纤维面板提前发生了破坏，而没有起到承受拉、压应力的作用；

(2)芯材的局部发生了不正常的坍塌：这种和上面和面板的破坏刚好相反，是由于芯材的强度太低，没有能够承受设定值内的剪应力，在没达到载荷前发生坍塌；

(3)整体结构发生屈曲：这是有上面两种情况的综合，说明夹芯结构整体已经失去抵抗载荷的能力，需要重新设计。需要强度更好的面板和芯材，当整体结构发生屈曲时，结构件会发生破坏，是毁灭性的；