本發(fā)明涉及一種中型高過載記錄裝置的工藝設(shè)計方法,具體涉及一種中型高過載記錄裝置灌封的方法。

背景技術(shù)：

進入21世紀以來，國際形勢日益嚴峻，彈箭控制技術(shù)廣泛應用在航空、航天等領(lǐng)域，為了實現(xiàn)對高過載產(chǎn)品的試驗軌跡和試驗數(shù)據(jù)進行實時跟蹤、記錄和分析，高過載記錄裝置就成為記錄高過載產(chǎn)品的理想設(shè)備，隨著嵌入式計算機在高過載產(chǎn)品中的應用，高過載記錄裝置中關(guān)于記錄、分析的要求日益增多，記錄裝置的體積也相應增大，于是中型高過載記錄裝置就應運而生。

中型高過載記錄裝置的特點：（1）體積較大；（2）具有承受很高的過載能力；（3）具備數(shù)據(jù)儲存和較多的數(shù)據(jù)分析、回收能力；（4）具有獨立供電能力及長時間待機儲存能力。

在以上中型高過載記錄裝置的四個特點中，“體積較大”容易實現(xiàn)，在嵌入式領(lǐng)域“具備數(shù)據(jù)儲存和較多的數(shù)據(jù)分析、回收能力”和“有獨立供電能力及長時間待機儲存能力”也比較容易實現(xiàn)，但是中型高過載記錄裝置的抗高過載能力則與產(chǎn)品電路設(shè)計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、電子元器件質(zhì)量、灌封材料、灌封工藝等有著密切的聯(lián)系，如果其中一項達不到要求，就有可能導致記錄裝置在高低溫及高過載環(huán)境下不能實現(xiàn)既定的電氣功能，在以上諸多因素中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、灌封工藝對產(chǎn)品的可靠性起著至關(guān)重要的作用。

對于記錄裝置的灌封，人們普遍的做法是將調(diào)試、試驗合格的記錄裝置放入密閉的結(jié)構(gòu)體中，灌入雙組份聚氨酯發(fā)泡材料，但是由于雙組份聚氨酯發(fā)泡材料的特點，其在固化過程中會因灌封量及灌封工藝的影響，對印制電路板及電子元器件產(chǎn)生水平或垂直方向的應力，損傷印制電路板上的電子元器件、焊點，從而降低記錄裝置的可靠性。即使檢驗合格的產(chǎn)品也存在質(zhì)量風險，有可能在高過載環(huán)境下使用時出現(xiàn)電氣功能異常，不能記錄、分析數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上述問題，提供一種中型高過載記錄裝置的灌封方法。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述中型高過載記錄裝置包括印制電路板組件、電池單元和外殼；其特征在于包括如下步驟：（1）根據(jù)印制電路板組件的結(jié)構(gòu)，設(shè)計制作用于放置印制電路板組件的控制電路單元殼體；（2）根據(jù)電池結(jié)構(gòu)，設(shè)計制作用于放置電池的電池單元殼體；（3）采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將印制電路板組件灌封于控制電路單元殼體中；（4）采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將電池灌封于電池單元殼體中；（5）采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將控制電路單元殼體、電池單元殼體灌封在前述外殼中。

中型高過載記錄裝置結(jié)構(gòu)采用控制電路單元結(jié)構(gòu)、電池單元結(jié)構(gòu)組合的方式，即記錄裝置殼體內(nèi)包含控制電路單元殼體、電池單元殼體兩個獨立殼體，整個裝置內(nèi)出現(xiàn)控制電路單元空腔、電池單元空腔及電路板組件殼體、電池單元殼體與記錄裝置殼體之間的空腔，共三個空腔，每個空腔逐一進行灌封，使得各組成結(jié)構(gòu)及整個記錄裝置更加穩(wěn)定可靠。

根據(jù)控制電路組件設(shè)計合理的控制電路單元殼體結(jié)構(gòu)。根據(jù)電池形狀設(shè)計合理的電池單元殼體結(jié)構(gòu)。根據(jù)控制電路單元殼體結(jié)構(gòu)、電池單元殼體結(jié)構(gòu)及用戶對記錄裝置的要求，設(shè)計合理的記錄裝置殼體結(jié)構(gòu)。經(jīng)過第一步：采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料，將印制電路板組件灌封到控制電路單元殼體中；第二步：采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將電池灌封在電池單元殼體中。第三步：采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將控制電路單元殼體、電池單元殼體灌封在外部殼體中。

在確保產(chǎn)品達到高過載的基礎(chǔ)上，減少灌封材料在固化過程中對印制電路板上電子元器件的影響，提高產(chǎn)品可靠性和成品率。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述控制電路單元殼體的上部和下部均設(shè)置有出線孔；所述上部出線孔用于引出印制電路板組件的數(shù)據(jù)線；所述下部出線孔用于通過引線將印制電路板組件與電池單元進行電氣連接。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述控制電路單元殼體、電池單元殼體與外殼固定連接，控制電路單元殼體位于外殼中央位置。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述印制電路板組件垂直于控制電路單元殼體設(shè)置。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述外殼的上部設(shè)置有出線孔，前述印制電路板組件的數(shù)據(jù)線通過出線孔引出。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述雙組份材料其配方為聚氨酯樹脂與固化劑以1:1的重量比配比組成。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述固化劑為異氰酸酯固化劑。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，通過對傳統(tǒng)灌封方法的改進，減少灌封材料的發(fā)泡反應時間，降低灌封材料的發(fā)泡反應溫度，降低灌封材料對印制電路板上電子元器件產(chǎn)生的應力作用及損傷，提高中型高過載記錄裝置的可靠性和成品率，使記錄裝置具有承受高過載性能的能力。

附圖說明

圖1為反應溫度與反應時間示意圖；

圖2 為不同體積下反應溫度與反應時間示意圖。

具體實施方式

實施例

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述中型高過載記錄裝置包括印制電路板組件、電池單元和外殼；其特征在于包括如下步驟：（1）根據(jù)印制電路板組件的結(jié)構(gòu)，設(shè)計制作用于放置印制電路板組件的控制電路單元殼體；（2）根據(jù)電池結(jié)構(gòu)，設(shè)計制作用于放置電池的電池單元殼體；（3）采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將印制電路板組件灌封于控制電路單元殼體中；（4）采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將電池灌封于電池單元殼體中；（5）采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料將控制電路單元殼體、電池單元殼體灌封在前述外殼中。

本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，所述控制電路單元殼體的上部和下部均設(shè)置有出線孔；所述上部出線孔用于引出印制電路板組件的數(shù)據(jù)線；下部出線孔用于通過引線將印制電路板組件與電池單元進行電氣連接?？刂齐娐穯卧獨んw、電池單元殼體與外殼固定連接，控制電路單元殼體位于外殼中央位置。印制電路板組件垂直于控制電路單元殼體設(shè)置。外殼的上部設(shè)置有出線孔，前述印制電路板組件的數(shù)據(jù)線通過出線孔引出。所述雙組份材料其配方為聚氨酯樹脂與異氰酸酯固化劑以1:1的重量比配比組成。

高過載記錄裝置的一般灌封方法是采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料一次將控制電路板組件、電池灌封在記錄裝置中，實踐證明該方法的成品率較低。對于中型高過載記錄裝置，由于其體積增大，在灌封時還存在以下問題：

1）灌封時灌入的雙組份聚氨酯發(fā)泡材料量增多，灌封作業(yè)時間較長，存在灌封未完成但聚氨酯材料已經(jīng)發(fā)泡的問題；

2）由于灌封量增大，雙組份聚氨酯發(fā)泡材料固化時發(fā)泡反應溫度過高，對印制電路板上電子元器件造成損傷；

3）雙組份聚氨酯材料固化時對印制電路板上電子元器件產(chǎn)生應力作用。

為了提高中型高過載記錄裝置的可靠性和成品率，采用本發(fā)明所述的中型高過載記錄裝置的灌封方法，即將灌封過程分解為單元組合灌封方法。

具體分析如下：

1）反應時間分析

雙組份聚氨酯材料固化時，假設(shè)V為一次灌封殼體體積，M為聚氨酯材料發(fā)泡速率， I為一次灌封聚氨酯材料發(fā)泡反應時間，一次灌封發(fā)泡反應時間與灌封體積存在函數(shù)關(guān)系如下：

I=V/M

假設(shè)V1為控制電路單元殼體體積，M為聚氨酯材料發(fā)泡速率，I₁為控制電路單元灌封時聚氨酯材料發(fā)泡反應時間，控制電路單元灌封發(fā)泡反應時間與灌封體積存在函數(shù)關(guān)系如下：

I₁=V1/M

假設(shè)V2為電池單元殼體體積，M為聚氨酯材料發(fā)泡速率，I^、、為電池單元灌封時聚氨酯材料發(fā)泡反應時間，電池單元灌封發(fā)泡反應時間與灌封體積存在函數(shù)關(guān)系如下：

I₂=V2/M

假設(shè)V3為控制電路單元殼體、電池單元殼體與記錄裝置殼體之間的體積，M為聚氨酯材料發(fā)泡速率，I^、、、為將控制電路單元殼體、電池單元殼體灌封在高過載記錄裝置殼體中時，聚氨酯材料的發(fā)泡反應時間?？刂齐娐穯卧獨んw、電池單元殼體與記錄裝置殼體之間灌封時，發(fā)泡反應時間與灌封體積存在函數(shù)關(guān)系如下：

I₃=V3/M

由于灌封材料為同一種雙組份聚氨酯材料，M未發(fā)生變化，

由于V1<V、V2<V、V3<V，

根據(jù)I =V/M 公式可以得到：

I₁ < I

I₂ < I

I₃ < I

即采用本發(fā)明所述灌封方法，雙組份聚氨酯材料發(fā)泡反應時間小于一次灌封發(fā)泡反應時間。

為了驗證以上推理，對以上兩種灌封方法進行試驗，數(shù)據(jù)見表1：

以上推理及試驗數(shù)據(jù)說明，采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料及本發(fā)明所述灌封方法減少了雙組份聚氨酯材料的發(fā)泡反應時間，提高產(chǎn)品成品率。

2）反應溫度分析

根據(jù)雙組份聚氨酯材料的特點，灌封時聚氨酯樹脂（A組份）與固化材料（B組份）混合反應形成發(fā)泡泡沫，A、B組份材料進行化學反應是一個產(chǎn)生熱量（即放熱反應）的過程，泡沫膨脹是一個吸熱過程，泡沫一旦形成就會對熱的傳導起到阻滯作用，泡沫熱傳導系數(shù)在0.022W/(mk)～0.030W/(mk)之間,傳導系數(shù)很低。隨著雙組份聚氨酯材料化學反應的繼續(xù)，發(fā)泡反應溫度不斷上升，短時間內(nèi)溫度即可達到100℃左右，或更高的溫度。

灌封時印制電路板上的電子元器件處于雙組份聚氨酯材料反應的中心位置，雙組份聚氨酯材料的反應溫度會對電子元器件產(chǎn)生影響。

一般電子元器件的環(huán)境溫度如下：

商業(yè)級：0℃～70℃

工業(yè)級：-25℃～85℃

一般電子元器件在工作時產(chǎn)生的熱量在30℃～45℃之間，中小規(guī)模功率的電子元器件產(chǎn)生熱量的溫度在30℃左右，大功率元器件產(chǎn)生熱量的溫度一般在45℃左右，因此一般電子元器件在工作情況下的環(huán)境溫度為：

商業(yè)級：30℃～115℃

工業(yè)級：5℃～130℃

當環(huán)境溫度超出電子元器件能夠承受的最高溫度時，電子元器件就會由于熱因素導致熱失效，失去電氣性能。為了不影響電子元器件的電氣性能，發(fā)泡泡沫的溫度不能超過電子元器件能夠承受的最高溫度。

降低發(fā)泡泡沫溫度的方法有物理方法和化學方法，由于化學方法會引起其他反應，影響產(chǎn)品的整體性能，因此我們選用了物理方法，即單元組合灌封方法。通過減少一次灌封量，降低雙組份聚氨酯化學反應產(chǎn)生的熱量與發(fā)泡泡沫膨脹帶走熱量的平衡點，減少單位體積內(nèi)化學反應的熱量，達到降低發(fā)泡泡沫溫度的目的，滿足電子元器件所能承受的溫度要求，防止因溫度過高對電子元器件造成損傷。

雙組份聚氨酯材料在化學反應時發(fā)泡溫度隨著反應時間的變化，在短時間內(nèi)急劇上升，達到最高溫度點后，逐漸減低。

假設(shè)ｙ為雙組份聚氨酯材料發(fā)泡反應溫度，ｘ為反應時間，則雙組份聚氨酯材料發(fā)泡反應溫度與反應時間ｘ存在函數(shù)關(guān)系如下：

ｙ= I(ｘ)

如圖1所示，假設(shè)V1為控制電路單元殼體體積，ｘ1為控制電路單元內(nèi)發(fā)泡反應時間,ｙ1為發(fā)泡反應最高溫度，則存在函數(shù)關(guān)系如下：

ｙ1= I(ｘ1)

假設(shè)V2為電池單元殼體體積，ｘ2為電池單元內(nèi)發(fā)泡反應時間，ｙ2為發(fā)泡反應最高溫度，則存在函數(shù)關(guān)系如下：

ｙ2= I(ｘ2)

假設(shè)V3為控制電路單元殼體、電池單元殼體與記錄裝置殼體之間的體積，ｘ3為該空腔發(fā)泡反應時間，ｙ3為發(fā)泡反應最高溫度，則存在函數(shù)關(guān)系如下：

ｙ3= I(ｘ3)

假設(shè)V4為一次灌封殼體體積，ｘ4為一次灌封發(fā)泡反應時間，ｙ4為發(fā)泡反應最高溫度，則存在函數(shù)關(guān)系如下：

ｙ4= I(ｘ4)

雙組份聚氨酯材料在不同體積的腔體內(nèi)進行化學反應，發(fā)泡反應溫度隨反應時間的變化狀態(tài)存在差異，如圖2所示：圖示曲線表示不同體積下發(fā)泡反應溫度隨反應時間變化的曲線，曲線A表示V1體積內(nèi)發(fā)泡反應溫度隨反應時間變化的曲線，曲線B表示V2體積內(nèi)發(fā)泡反應溫度隨反應時間變化的曲線，曲線C表示V3體積內(nèi)發(fā)泡反應溫度隨反應時間變化的曲線，曲線D表示V4體積內(nèi)發(fā)泡反應溫度隨反應時間變化的曲線。

從圖2可以看到，ｙ1<ｙ4、ｙ2<ｙ4、ｙ3<ｙ4，即采用本發(fā)明所述灌封方法，發(fā)泡反應溫度低于一次灌封發(fā)泡反應溫度，說明發(fā)泡反應溫度隨著灌封體積的增大而升高。

為了驗證以上推理，對以上兩種灌封方法進行試驗，數(shù)據(jù)見表2：

從以上數(shù)據(jù)可以看到，一次灌封時雙組份聚氨酯材料發(fā)泡反應溫度大于單元組合灌封時雙組份聚氨酯材料的發(fā)泡反應溫度。一次灌封時，聚氨酯材料發(fā)泡產(chǎn)生的熱量直接作用在電子元器件上，一般工業(yè)級電子元器件承受的最高溫度為130℃，一次灌封雙組份聚氨酯材料的發(fā)泡反應溫度大于電子元器件的最高溫度，有可能會對電子元器件造成熱失效。

采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料及本發(fā)明所述灌封方法，該雙組份聚氨酯材料的發(fā)泡反應溫度小于電子元器件承受的最高溫度，不會對電子元器件造成熱失效。本發(fā)明所述灌封方法相對一次灌封方法降低了聚氨酯材料的發(fā)泡反應溫度，減少了由于發(fā)泡反應溫度過高對電子元器件的損傷。

3）應力分析

假設(shè)中型高過載記錄裝置殼體的總體積為V，采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料對控制電路板組件、電池進行一次灌封，則在該雙組份聚氨酯發(fā)泡材料固化過程中就會在聚氨酯發(fā)泡材料分子鏈中產(chǎn)生應力F, 設(shè)灌封時產(chǎn)生的膨脹體積為△V，單位體積對應的膨脹比為A,則△V= V×A；設(shè)單位體積膨脹產(chǎn)生的應力系數(shù)為K,則產(chǎn)生的應力F=△V×K。

假設(shè)采用本發(fā)明所述灌封方法，控制電路單元殼體體積為V1，電池單元殼體體積為V2，控制電路單元殼體、電池單元殼體與記錄裝置殼體之間的體積為V3，則V=V1+V2+V3。

控制電路單元采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料灌封，在該雙組份聚氨酯發(fā)泡材料固化過程中會對印制電路板及電子元器件產(chǎn)生應力F1，設(shè)灌封時產(chǎn)生的膨脹體積為△V1，單位體積對應的膨脹比為A1，則△V1= V1×A1；設(shè)單位體積膨脹產(chǎn)生的應力系數(shù)為K1，則產(chǎn)生的應力F1=△V1×K1。

電池單元采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料灌封，在雙組份聚氨酯發(fā)泡材料固化過程中會對電池產(chǎn)生應力F2，設(shè)灌封時產(chǎn)生的膨脹體積為△V2，單位體積對應的膨脹比為A2，則△V2= V2×A2；設(shè)單位體積膨脹產(chǎn)生的應力系數(shù)為K2，則產(chǎn)生的應力F2=△V2×K2。

在控制電路單元殼體、電池單元殼體與記錄裝置殼體之間采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料進行灌封，在該雙組份聚氨酯發(fā)泡材料固化過程中會對控制電路單元殼體、電池單元殼體產(chǎn)生應力F3，設(shè)灌封時產(chǎn)生的膨脹體積為△V3，單位體積對應的膨脹比為A3，則△V3= V3×A3；設(shè)單位體積膨脹產(chǎn)生的應力系數(shù)為K3，則產(chǎn)生的應力F3=V△3×K3。

由于V=V1+V2+V3,

得出V1<V 、V2<V、V3<V，因一次灌封與控制電路單元灌封、電池單元灌封及在控制電路單元殼體、電池單元殼體與記錄裝置殼體之間空腔灌封采用的材料均是同一種雙組份聚氨酯發(fā)泡材料，因此單位體積對應的膨脹比A1=A2=A3=A，單位體積膨脹產(chǎn)生的應力系數(shù)K1=K1=K3=K。

從F1=△V1×K1、F2=△V2×K2、F3=△V3×K3、F=△V×K可以得出以下結(jié)論：

F1<F

F2<F

F3<F

為了驗證以上推理，采用應變片對以上兩種灌封方法進行對比試驗，分析不同方法下應變片所受的應力變化量，試驗方法及分析數(shù)據(jù)如下：

試驗方法：

ａ）將應變片安裝在試驗支架上。

ｂ）將應變片安裝支架分別放置在控制電路殼體、電池殼體、控制電路單元殼體及電池單元殼體與記錄裝置殼體之間的空間中。

ｃ）將聚氨酯發(fā)泡材料灌入到控制電路殼體、控制電路單元殼體及電池單元殼體與記錄裝置殼體之間的腔體中。

ｄ）將聚氨酯發(fā)泡材料灌入到電池殼體中。

ｅ）將聚氨酯發(fā)泡材料一次灌入到記錄裝置殼體中，殼體結(jié)構(gòu)中無控制電路殼體、電池殼體。

ｆ）將應變片引線引出到殼體外，在聚氨酯發(fā)泡材料固化過程中用儀器對應變片進行測量，通過應變片阻值變化△R推導出應變片的應變量ε。

試驗中采用同一種應變片（R=1000Ω，K=2.18），從公式△R / R = K×ε（ε為應變量，K為應變系數(shù)）可以推導出ε=△R /（R×K），從而計算出在常溫下兩種灌封方法中不同殼體內(nèi)產(chǎn)生的應變量，試驗數(shù)據(jù)見表3。

以上數(shù)據(jù)說明，采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料及本發(fā)明所述灌封方法，灌封材料在固化時對印制電路板及電子元器件產(chǎn)生的應力小于一次灌封所產(chǎn)生的應力。

綜上所述，采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料及本發(fā)明所述灌封方法，減少了聚氨酯材料的發(fā)泡反應時間、發(fā)泡反應溫度及應力作用，提高了高過載記錄裝置的可靠性，具體如下：

1）減少聚氨酯材料的發(fā)泡反應時間，在聚氨酯材料的反應時間內(nèi)完成灌封；

2）將聚氨酯材料的發(fā)泡反應溫度控制在電子元器件能夠承受的最高溫度之下；

3）聚氨酯發(fā)泡材料在固化過程中對印制電路板上電子元器件產(chǎn)生的應力小于一次灌封中對印制電路板上電子元器件產(chǎn)生的應力。

采用雙組份聚氨酯發(fā)泡材料及本發(fā)明所述灌封方法，減少灌封材料的發(fā)泡反應時間，提高了產(chǎn)品成品率；降低了灌封材料的發(fā)泡反應溫度，避免了因發(fā)泡反應溫度過高對電子元器件的損傷，提高了產(chǎn)品的可靠性；減少灌封材料在固化過程對印制電路板上電子元器件的應力作用，提高了產(chǎn)品的可靠性。使記錄裝置具有承受高過載性能的能力。試驗證明，采用該發(fā)明制作的中型高過載紀錄裝置可以承受10000G以上的高過載。