本發(fā)明涉及一種LTCC矩陣電路結(jié)構(gòu)的安裝方法。

背景技術(shù)：

星用電子設(shè)備在空間環(huán)境內(nèi)工作，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和組裝技術(shù)提出了較高的要求。國內(nèi)外星用矩陣電路組件電子設(shè)備目前普遍采用平面集成組裝結(jié)構(gòu)，需要多個電路板分別實現(xiàn)各項子功能，不同的電路之間采用電纜線連接，導(dǎo)致產(chǎn)品電路安裝面結(jié)構(gòu)件面積大，整個矩陣產(chǎn)品體積大，無法滿足衛(wèi)星上小型化的需求?，F(xiàn)有技術(shù)的不足主要集中在以下幾個方面：

(1)現(xiàn)有星用有效載荷電子設(shè)備，其電路基板的安裝主要采用緊固件安裝、焊料焊接和粘接劑粘固三種方法。緊固件安裝需要占用基板資源進行螺釘孔的布置，同時受到LTCC陶瓷基板脆性大、易損傷等特性的限制，傳統(tǒng)的安裝方法無法滿足大尺寸陶瓷基板的在空間環(huán)境應(yīng)用的抗熱應(yīng)力沖擊和抗力學(xué)沖擊的要求。而焊接和膠粘的安裝方法要求為基板設(shè)計專用的結(jié)構(gòu)件載體，增加了額外的重量，并且基板背面用來與載體進行焊接或粘接，不能進行功能電路設(shè)計，無法與其他電路進行互聯(lián)，不利于高集成單機的小型化和輕量化。

(2)現(xiàn)有星用有效載荷電子設(shè)備，其結(jié)構(gòu)件外殼均采用一體化的結(jié)構(gòu)形式，即結(jié)構(gòu)主體采用一塊完整的金屬材料進行機械加工和表面處理，再由電子裝聯(lián)后道工序完成電路組裝并封蓋。受到結(jié)構(gòu)主體機械加工難度大，精度要求高，工期長。其內(nèi)部的空間限制，基板一般水平布置，無法實現(xiàn)矩陣式的基板排列和高密度的電纜互聯(lián)。

(3)現(xiàn)有星用有效載荷電子設(shè)備，其內(nèi)部互聯(lián)電纜由于需要承受力學(xué)環(huán)境下的響應(yīng)，需要沿結(jié)構(gòu)件側(cè)壁、隔墻、底板等堅固部位走線和固定。電纜布局由于受制于結(jié)構(gòu)布局，無法在一臺設(shè)備內(nèi)部實現(xiàn)多根電纜的布局要求。尤其是射頻電纜，由于抗干擾的要求和其傳輸信號的特殊性，需要在傳輸線外圍增加介質(zhì)層、屏蔽層和隔離材料，單根電纜的直徑和重量遠遠高于普通傳輸線纜。因此，現(xiàn)有的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)布局，無法滿足微波射頻類高集成度電子設(shè)備，尤其是射頻電路矩陣內(nèi)各子陣列之間的多根電纜的互聯(lián)要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種星用框架式、多電纜LTCC矩陣電路結(jié)構(gòu)安裝方法，在有限的空間內(nèi)集成更多的電路基板和互聯(lián)電纜，提高設(shè)備系統(tǒng)集成度的同時，簡化的制造和組裝的操作難度，并滿足設(shè)備的空間使用的各類環(huán)境要求和壽命要求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種星用框架式、多電纜LTCC矩陣電路結(jié)構(gòu)安裝方法，包括步驟如下：

步驟一、加工LTCC板及與LTCC板尺寸匹配的橡膠套；LTCC板包括轉(zhuǎn)接LTCC板、單元LTCC板；將橡膠套包裹轉(zhuǎn)接LTCC板、單元LTCC板的側(cè)邊；

步驟二、將轉(zhuǎn)接LTCC板和單元LTCC板裝入單元電路框架上；所述單元電路框架為框架結(jié)構(gòu)，底部為矩形框架，轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架與底部矩形框架垂直并對稱分布在底部矩形框架兩側(cè)；將單元LTCC板對稱安裝在單元電路框架的底部矩形框架上，并使用第二壓條進行壓緊固定；將轉(zhuǎn)接LTCC板安裝在轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架上并使用第一壓條進行壓緊固定；

步驟三、將電纜護板分別固定安裝在轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架；使用環(huán)氧膠將射頻電纜一端接頭與轉(zhuǎn)接LTCC板或單元LTCC板上對應(yīng)的電連接器粘固，將另一端穿過電纜護板上的過線孔等待與接口電路框架上的接口連接，并對射頻電纜與電纜護板過線孔的空隙使用硅橡膠進行粘固；

步驟四、將轉(zhuǎn)接LTCC板和單元LTCC板之間的射頻電纜使用第一電纜支架和第二電纜支架進行布線、分層和固定，將第一電纜支架對稱安裝在單元電路框架位于轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架之間，將第二電纜支架固定在第一電纜支架上；使用硅橡膠對射頻電纜和第一電纜支架、第二電纜支架之間進行粘固；

步驟五、組裝桁架式電纜支架，所述桁架式電纜支架為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，由具有減重孔的金屬條組成，每個網(wǎng)格交點處分布有與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)垂直的螺柱；將桁架式電纜支架安裝在接口電路框架內(nèi)形成空間支撐結(jié)構(gòu)；

步驟六、將射頻電纜沿桁架式電纜支架的空間框架進行布線、分層和分束，靠近桁架式電纜支架的射頻電纜利用桁架式電纜支架的金屬條和螺柱進行綁扎固定，靠近接口電路框架內(nèi)部側(cè)壁和底面的射頻電纜利用緊固件進行綁扎固定；

步驟七、將步驟一至步驟四中安裝好的N個單元電路框架并排排列，安裝單元電路框架和接口電路框架之間的射頻電纜；將第三電纜支架安裝在第二壓條上對射頻電纜進行固定壓緊，使用硅橡膠對第三電纜支架和射頻電纜之間的縫隙進行粘固；N為正整數(shù)；

步驟八、將接口電路框架固定安裝在單元電路框架排列結(jié)構(gòu)上方；將側(cè)框架與單元電路框架側(cè)邊固定，側(cè)框架與單元電路框架垂直；側(cè)蓋板安裝在側(cè)框架外側(cè)；將側(cè)墻安裝在單元電路框架上，側(cè)墻與單元電路框架平行。

所述LTCC板的基板材料為DuPont951系列低溫共燒生瓷，基板形狀為矩形。

所述橡膠套為一體化矩形邊框，材料為甲基苯基乙烯基硅橡膠。

所述緊固件為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)側(cè)壁對稱分布有兩個弧形凹槽，一端面上有沿直徑的凹槽，另一端面中部有用于安裝固定的圓柱結(jié)構(gòu)。

所述單元電路框架有六個。

所述接口電路框架為一體化結(jié)構(gòu)，由兩個中空的方形四面邊框組成，內(nèi)部形成方形空腔，桁架式電纜支架安裝在空腔內(nèi)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明消除了產(chǎn)品研制周期和使用壽命期限由熱應(yīng)力和機械應(yīng)力對LTCC陶瓷板造成的損傷，電纜全部采用支架支撐，不需要額外進行點膠固定，可靠性完全滿足星用電子設(shè)備的使用要求；

(2)本發(fā)明的方法采用的陶瓷基板外邊緣上與緩沖墊的接觸區(qū)域用于安裝固定，基板兩面其余面積均可用于電路設(shè)計、元器件放置和互聯(lián)輸入、輸出，增加了單元電路的功能集成度；電纜從平面布線改為三維空間布線，大幅提高了有限空間內(nèi)布線電纜的數(shù)量，增加了互聯(lián)的集成能力；矩陣電路在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部可以根據(jù)需要靈活選則縱向空間矩陣排列或橫向空間矩陣排列，相對于現(xiàn)有的平面排列，可以在有限的空間內(nèi)大幅提高容納基板的數(shù)量，集成更多電路功能；上述特點使單臺電子設(shè)備的系統(tǒng)集成能力大幅提升。

(3)本發(fā)明的方法采用的結(jié)構(gòu)件由框架式部組件構(gòu)成，不需要金屬底板，不需要一體化的結(jié)構(gòu)盒體，有效減輕了設(shè)備重量，減少了整體結(jié)構(gòu)件占用的空間；橡膠套的使用使電子設(shè)備組裝不需要基板焊接和粘接操作，僅需要結(jié)構(gòu)件組裝和電纜安裝；

(4)本發(fā)明的方法中采用桁架結(jié)構(gòu)為電纜布線、分層、限位和綁扎固定提供了便利條件，便于設(shè)備的組裝和拆卸；同時，先組裝內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，再組裝外部隔墻、底板、蓋板等結(jié)構(gòu)件，消除了結(jié)構(gòu)件對組裝操作的遮擋和干涉，降低了結(jié)構(gòu)件機械加工的難度、組裝、調(diào)試、測試和返修的操作難度，提高了產(chǎn)品制造全工藝流程的工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明LTCC基板的安裝示意圖；

圖2為本發(fā)明橡膠套和LTCC基板安裝示意圖；

圖3為本發(fā)明完成LTCC基板和電纜安裝示意圖；

圖4為本發(fā)明桁架式電纜支架和接口電路框架安裝示意圖；

圖5為本發(fā)明桁架式電纜支架示意圖；

圖6(a)為本發(fā)明多用途緊固件示意圖的側(cè)視圖；

圖6(b)為本發(fā)明多用途緊固件示意圖的正視圖；

圖7為本發(fā)明矩陣電路開放式結(jié)構(gòu)框架組合安裝示意圖；

圖8為本發(fā)明完成組裝后產(chǎn)品外形示意圖；

圖9為本發(fā)明接口電路框架示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明中涉及框架式、多電纜LTCC矩陣電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用于衛(wèi)星波束矩陣產(chǎn)品，如圖7、圖8所示，波束矩陣產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)上分為單元電路框架1、接口電路框架13和側(cè)墻14、側(cè)框架15、側(cè)蓋板16等五個部分，所有結(jié)構(gòu)框架材質(zhì)為鋁合金。單元電路框架1由單元LTCC板6進行矩陣式排列安裝組成，接口電路框架13由單元LTCC板6進行水平排列組成，安裝順序為：單元電路框架1和接口電路框架13結(jié)構(gòu)件先分別安裝各自內(nèi)部組件后再組合安裝，再安裝單元電路框架1和接口電路框架13之間的射頻電纜，最后安裝側(cè)墻14、側(cè)框架15、側(cè)蓋板16，所有結(jié)構(gòu)零件的安裝都是使用緊固件上緊。

一種星用框架式、多電纜LTCC矩陣電路結(jié)構(gòu)安裝方法，包括步驟如下：

步驟一、加工LTCC低溫共燒陶瓷板，基板材料選用DuPont951生瓷，基板形狀為矩形，根據(jù)用途不同共加工兩種尺寸的基板，分別是轉(zhuǎn)接LTCC板3和單元LTCC板6；基板加工后通過再流焊接，在基板正、反兩面安裝元器件，包括表貼電阻和表貼射頻連接器。

步驟二、根據(jù)兩種基板尺寸加工各自匹配的第一橡膠套4和第二橡膠套7，第一橡膠套4和第二橡膠套7形狀均為一體化矩形邊框，材料為甲基苯基乙烯基硅橡膠，該材料的工作溫度為-70℃～250℃，具有良好的抗輻照性能，適用于星用有效載荷電子設(shè)備。如圖2所示，將橡膠套對LTCC基板四邊進行包裹，橡膠套保護LTCC基板在產(chǎn)品研制過程和工作壽命期內(nèi)不受熱應(yīng)力和機械應(yīng)力的沖擊，可在X、Y、Z三個方向?qū)逄峁壕o力。

步驟三、加工結(jié)構(gòu)零件，包含單元電路框架1、接口電路框架13、第一壓條2、第二壓條5、電纜護板8、第一電纜支架9、第二電纜支架10、第三電纜支架11、桁架式電纜支架12、側(cè)墻14、側(cè)框架14、側(cè)蓋板15等，結(jié)構(gòu)零件材料為鋁合金，表面進行導(dǎo)電氧化處理。第一壓條2、第二壓條5均為框架結(jié)構(gòu)。

步驟四、如圖1、圖2、圖3所示，第一橡膠套4包裹在轉(zhuǎn)接LTCC板3四邊，第二橡膠套7包裹在單元LTCC板6四邊，完成包裹后，將轉(zhuǎn)接LTCC板3和單元LTCC板6裝入單元電路框架1上，單元電路框架1是矩形三維立體框架形狀，所述單元電路框架1為框架結(jié)構(gòu)，底部為矩形框架，轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架與底部矩形框架垂直并對稱分布在底部矩形框架兩側(cè)；將單元LTCC板6對稱安裝在單元電路框架1的底部矩形框架上，并使用第二壓條5進行壓緊固定；將轉(zhuǎn)接LTCC板3安裝在轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架上并使用第一壓條2進行壓緊固定；橡膠套壓緊后的尺寸相對于原尺寸收縮20％～25％，此時完成LTCC基板在單元電路框架1的安裝，使用上述方法安裝的LTCC基板，其尺寸最大為160mm*160mm*3mm。

步驟五、如圖1所示，將射頻電纜17安裝在轉(zhuǎn)接LTCC板3和單元LTCC板6上，射頻電纜17兩端為接頭，射頻電纜17一端接頭與轉(zhuǎn)接LTCC板3和單元LTCC板6上對應(yīng)的電連接器使用環(huán)氧膠粘固，射頻電纜17另一端穿過電纜護板8上的過線孔等待與接口電路框架13上的接口連接，電纜護板8安裝在單元電路框架1上，且位于兩轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架之間，對射頻電纜17與電纜護板8過線孔的空隙使用硅橡膠進行粘固，轉(zhuǎn)接LTCC板3和單元LTCC板6之間的電纜使用第一電纜支架9和第二電纜支架10進行布線、分層和固定，將第一電纜支架9對稱安裝在單元電路框架1位于轉(zhuǎn)接LTCC板安裝框架之間，將第二電纜支架11固定在第一電纜支架9上；射頻電纜17和第一電纜支架9、第二電纜支架10之間使用硅橡膠粘固。射頻電纜17連接器與轉(zhuǎn)接LTCC板3、單元LTCC板6上的連接器使用環(huán)氧膠粘固，可以防止連接器松動、脫落；射頻電纜17穿過電纜護板8過線孔并在過線孔內(nèi)使用硅橡膠粘固是為了將后續(xù)組裝、測試和環(huán)境試驗過程中，射頻電纜17受力、彎折后應(yīng)力傳遞至電纜護板8，并由硅橡膠粘部位和電纜護板8進行釋放，避免應(yīng)力直接傳遞到射頻電纜17連接器對插位置。

步驟六、如圖4、圖5、圖6(a)、圖6(b)所示，組裝桁架式電纜支架12，該支架由3橫3縱共6根經(jīng)過減重設(shè)計的金屬條形成網(wǎng)格狀的立體空間，每個網(wǎng)格交點處分布有與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)垂直的螺柱；桁架式電纜支架12通過緊固件安裝在接口電路框架13上，緊固件18安裝在接口電路框架13內(nèi)部側(cè)壁和底面，框架內(nèi)的射頻電纜17沿桁架式電纜支架12的空間網(wǎng)格線進行規(guī)則的三維空間的布線、分層和分束，靠近桁架式電纜支架12的電纜利用金屬條和螺柱進行綁扎固定，靠近接口電路框架13內(nèi)部側(cè)壁和底面的電纜，利用緊固件18的過孔作為支點進行綁扎固定。桁架式電纜支架12的作用是在有限的空間內(nèi)為射頻電纜17提供布線和固定，固定后的電纜不需要額外的點膠加固。緊固件18為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)側(cè)壁對稱分布有兩個弧形凹槽，一端面上有沿直徑的凹槽，另一端面中部有用于安裝固定的圓柱結(jié)構(gòu)。

如圖9所示，接口電路框架13結(jié)構(gòu)由兩個中空的方形四面邊框拼接而成，接口電路框架13內(nèi)部形成半封閉的方形腔體，其內(nèi)部底面和側(cè)壁為光滑平面，并預(yù)留了安裝緊固件18的安裝孔。

步驟七、如圖7、圖8所示，利用固定工裝將接口電路框架13和矩陣排列的六個結(jié)構(gòu)相同的單元電路框架1進行臨時固定，安裝單元電路框架1和接口電路框架13之間的射頻電纜17，將第三電纜支架10安裝在第二壓條5上對射頻電纜17進行固定壓緊，第三電纜支架10和射頻電纜17之間的縫隙使用硅橡膠粘固，將六個單元電路框架1和接口電路框架13的組合安裝，拆除固定工裝。

步驟八、將側(cè)框架15與單元電路框架1側(cè)邊固定，側(cè)框架15與單元電路框架1垂直；側(cè)蓋板16安裝在側(cè)框架15外側(cè)；將側(cè)墻14安裝在單元電路框架1上，側(cè)墻14與單元電路框架1平行。

應(yīng)用本發(fā)明安裝方法的衛(wèi)星波束矩陣產(chǎn)品，所有電路均采用LTCC基板電路實現(xiàn)。單機共包含36塊LTCC基板和635根柔性射頻電纜，其中最大LTCC基板尺寸160mm*160mm*3mm，其產(chǎn)品最終尺寸為378mm*352.8mm*349mm，重量17.5kg。

本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。