高沖擊下激光導(dǎo)引頭電路組灌封固化方法研究

康朝陽(yáng)　唐金力　杜麗梅　謝亞峰　姚永慶

摘 要：針對(duì)激光導(dǎo)引頭電路組無(wú)法滿(mǎn)足高過(guò)載沖擊下正常工作的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種高沖擊載荷下電路組防護(hù)的方法，通過(guò)調(diào)整電路板的器件排布和電路設(shè)計(jì)，縮小電路板的整體尺寸，對(duì)導(dǎo)引頭電路組的安裝排布和振動(dòng)沖擊要求進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，并對(duì)電路組的灌封固化進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，從而使電路組滿(mǎn)足在特定環(huán)境下的使用要求。經(jīng)過(guò)有限元分析和實(shí)彈測(cè)試，證明改灌封固化方法對(duì)電路組的防護(hù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，從而使系統(tǒng)滿(mǎn)足相應(yīng)的振動(dòng)沖擊要求。

關(guān)鍵詞：激光導(dǎo)引頭；高過(guò)載；電路組；灌封固化

激光導(dǎo)引頭為配備在彈藥武器系統(tǒng)前端的高精度電子設(shè)備，對(duì)內(nèi)部器材的振動(dòng)、沖擊、強(qiáng)度、剛度均有較高的要求，其中電路控制部分為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為保證導(dǎo)引頭在軸向8000g的加速度沖擊下，設(shè)備內(nèi)部電子組件的安全可靠，我們將對(duì)內(nèi)部的電路組件進(jìn)行灌封固化處理，并利用Ansys分析軟件對(duì)電路組進(jìn)行沖擊分析，根據(jù)分析結(jié)果確認(rèn)灌封固化效果，最后利用空氣炮試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。

1 概述

隨著科技的發(fā)展，精確制導(dǎo)類(lèi)武器在現(xiàn)代作戰(zhàn)系統(tǒng)中的作用日益突出，小型化、智能化為成為目前武器系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，小型化意味著在更小的空間內(nèi)容納更多的器材元件，而智能化又要求武器系統(tǒng)在小型化的同時(shí)有著更高的探測(cè)靈敏度和打擊精度，這就對(duì)設(shè)備組件本身的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)、沖擊等有了更高的設(shè)計(jì)要求。

電路組作為激光導(dǎo)引頭的控制中樞，通常來(lái)說(shuō)，電路板和焊接器件本身在不低于8000g的沖擊下的無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，本文將依據(jù)工程實(shí)際，對(duì)導(dǎo)引頭電路組進(jìn)行灌封固化處理，并通過(guò)軟件分析和試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)確認(rèn)灌封效果，從而使電路組滿(mǎn)足武器彈藥設(shè)計(jì)要求。

2 電路組抗過(guò)載性設(shè)計(jì)

2.1 可靠性設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們采用以下方法提高其強(qiáng)度和可靠性：（1）多點(diǎn)支撐，降低高度，提高平均強(qiáng)度；（2）結(jié)構(gòu)緊湊，受力均勻，降低平均應(yīng)力，減少應(yīng)力變化；（3）受力分布均勻，多層電路器件排布合理，減小強(qiáng)度變化。

為使力在結(jié)構(gòu)中的傳遞最直接，我們采用電路組疊裝的組合方式，從而使整個(gè)電路組既緊湊又簡(jiǎn)單；為使結(jié)構(gòu)元件的剖面應(yīng)力盡可能均勻分布，我們采用圓形分布的電路排布方式，從而使整個(gè)電路組的質(zhì)心盡可能集中于軸線(xiàn)上；為保證元件材料的力學(xué)性能應(yīng)與元件的受力要求一致，我們還將對(duì)組合測(cè)試成功的電路組進(jìn)行灌膠封裝。

2.2 振動(dòng)和沖擊設(shè)計(jì)

振動(dòng)和沖擊既是設(shè)備不可避免的實(shí)際工況，一般來(lái)說(shuō)，振動(dòng)和沖擊導(dǎo)致產(chǎn)品或系統(tǒng)的損壞一般分為三類(lèi)：（1）振動(dòng)和沖擊導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形或斷裂；（2）各種緊固件由于振動(dòng)沖擊作用而松動(dòng)，元器件脫開(kāi)，從而導(dǎo)致設(shè)備功能的降低或破壞；（3）各種電子組件和接插件的松動(dòng)或接觸不良，在較大的沖擊和振動(dòng)下，導(dǎo)致的元器件引線(xiàn)的斷裂，電路系統(tǒng)的短路或開(kāi)路故障等。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們采以下措施：（1）提高離散的電器元件的安裝剛性，盡量縮短引線(xiàn)的長(zhǎng)度，注重貼面焊接，并用環(huán)氧材脂膠或聚氨酯膠點(diǎn)封在安裝板上；（2）降低集成電路的安裝高度，整個(gè)設(shè)備中涉及緊固件的部分不允許使用通常的彈墊和平墊，裝配時(shí)螺釘直接點(diǎn)膠固定；（3）采用阻尼減振措施，整個(gè)電路組整體灌膠固化。

2.3 灌膠固化處理

2.3.1 齊套性檢查及準(zhǔn)備工作

檢查工具齊備性：紙杯（每套配一個(gè)）、夾具工裝、攪拌工具、電子稱(chēng)1臺(tái)、量杯2個(gè)、手套人手1雙、口罩每人2個(gè)、雙組份膠液（A、B）若干等。

清洗夾具及夾頭，夾頭涂抹脫模劑，涂三遍。將夾具工裝固定至電路組上，要求夾具一側(cè)與電路組后蓋板無(wú)縫隙，另一側(cè)與電路組最后一塊電路板形成密閉結(jié)合（膠液不遺漏）。

2.3.2 灌膠固化

（1）將雙組份膠液分別導(dǎo)入兩個(gè)量杯內(nèi)；A組分膠導(dǎo)入紙杯約36g，B組分膠導(dǎo)入紙杯約35g。（2）混合膠液，快速攪拌均勻；膠液快速攪拌后，立即倒入夾具工裝內(nèi)，整體靜置30分鐘。（3）30分鐘后，拆除工裝夾具和夾頭；清理電路組多余發(fā)泡劑，要求電路板發(fā)泡不超出電路組圓形邊界；同時(shí)清理夾具和夾頭上的發(fā)泡劑粘接物，以備下一次發(fā)泡使用。（4）首先檢查是否存在明顯未填充部分或裸露電子器件，如有上述情況，則及時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)部分；其次檢查電路組發(fā)泡情況，若出現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)疏松，則及時(shí)清理掉疏松部分，重新發(fā)泡。

3 有限元分析和試驗(yàn)

3.1 有限元分析

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，為確保設(shè)計(jì)的有效性和可靠性，本設(shè)計(jì)采用有限元軟件Ansys對(duì)電路組做了模態(tài)分析和高過(guò)載沖擊分析。模型說(shuō)明：為提高計(jì)算效率，在不影響整體分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析模型去除了內(nèi)部小孔、小平面、小螺釘和螺紋孔等特征，并把導(dǎo)引頭內(nèi)部的后端電路板組采用分層的聚四氟乙烯材料替代。

沖擊試驗(yàn)輸入條件為：產(chǎn)品應(yīng)滿(mǎn)足彈丸發(fā)射（最大發(fā)射過(guò)載：軸向：8000g，橫向：1500g）及飛行彈道環(huán)境（彈道無(wú)控段≤3g、修正段≤40g）要求。

經(jīng)過(guò)上述四幅圖片對(duì)比，我們可以看出：（1）灌封前，電路組的應(yīng)力主要集中于電路板的板間連接處和元器件凸起處；灌封后整個(gè)電路組受力均勻，應(yīng)力主要集中于電路組的后蓋板處，且灌封后應(yīng)力峰值有了明顯減小。（2）灌封前電路組的形變主要集中于電路板的元器件焊接處，灌封后電路組的形變主要集中于遠(yuǎn)離電路組固定端的側(cè)端。最重要的是，灌封后電路組的最大形變從0.457mm減小為0.016mm，明顯提高了電路組抗沖擊的強(qiáng)度和可靠性。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證本設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，我們進(jìn)行了空氣炮試驗(yàn)和靶場(chǎng)實(shí)彈打靶。試驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)灌封固化后的激光導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，處理電路功能正常，電路組系統(tǒng)穩(wěn)定有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了一種針對(duì)高沖擊載荷下電路組防護(hù)的方法：針對(duì)設(shè)備的受力環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)引頭電路組的安裝排布和振動(dòng)沖擊要求進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，并對(duì)電路組的灌封固化進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，從而使電路組滿(mǎn)足在特定環(huán)境下的使用要求。經(jīng)過(guò)有限元分析和實(shí)彈測(cè)試，證明改灌封固化方法對(duì)電路組的防護(hù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，從而使系統(tǒng)滿(mǎn)足相應(yīng)的振動(dòng)沖擊要求。

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作者簡(jiǎn)介：康朝陽(yáng)（1985-），男，河南省禹州市人，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所工程師，主要研究方向?yàn)榫芄鈾C(jī)設(shè)計(jì)與仿真分析。