高冲击下激光导引头电路组灌封固化方法研究

康朝阳　唐金力　杜丽梅　谢亚峰　姚永庆

摘 要：针对激光导引头电路组无法满足高过载冲击下正常工作的问题，设计了一种高冲击载荷下电路组防护的方法，通过调整电路板的器件排布和电路设计，缩小电路板的整体尺寸，对导引头电路组的安装排布和振动冲击要求进行了专门设计，并对电路组的灌封固化进行了较为详细的阐述，从而使电路组满足在特定环境下的使用要求。经过有限元分析和实弹测试，证明改灌封固化方法对电路组的防护达到了设计要求，从而使系统满足相应的振动冲击要求。

关键词：激光导引头；高过载；电路组；灌封固化

激光导引头为配备在弹药武器系统前端的高精度电子设备，对内部器材的振动、冲击、强度、刚度均有较高的要求，其中电路控制部分为其中的关键环节。为保证导引头在轴向8000g的加速度冲击下，设备内部电子组件的安全可靠，我们将对内部的电路组件进行灌封固化处理，并利用Ansys分析软件对电路组进行冲击分析，根据分析结果确认灌封固化效果，最后利用空气炮试验进行确认。

1 概述

随着科技的发展，精确制导类武器在现代作战系统中的作用日益突出，小型化、智能化为成为目前武器系统的重要发展方向，小型化意味着在更小的空间内容纳更多的器材元件，而智能化又要求武器系统在小型化的同时有着更高的探测灵敏度和打击精度，这就对设备组件本身的强度、刚度、振动、冲击等有了更高的设计要求。

电路组作为激光导引头的控制中枢，通常来说，电路板和焊接器件本身在不低于8000g的冲击下的无法满足设计要求，本文将依据工程实际，对导引头电路组进行灌封固化处理，并通过软件分析和试验验证来确认灌封效果，从而使电路组满足武器弹药设计要求。

2 电路组抗过载性设计

2.1 可靠性设计

在结构设计中我们采用以下方法提高其强度和可靠性：（1）多点支撑，降低高度，提高平均强度；（2）结构紧凑，受力均匀，降低平均应力，减少应力变化；（3）受力分布均匀，多层电路器件排布合理，减小强度变化。

为使力在结构中的传递最直接，我们采用电路组叠装的组合方式，从而使整个电路组既紧凑又简单；为使结构元件的剖面应力尽可能均匀分布，我们采用圆形分布的电路排布方式，从而使整个电路组的质心尽可能集中于轴线上；为保证元件材料的力学性能应与元件的受力要求一致，我们还将对组合测试成功的电路组进行灌胶封装。

2.2 振动和冲击设计

振动和冲击既是设备不可避免的实际工况，一般来说，振动和冲击导致产品或系统的损坏一般分为三类：（1）振动和冲击导致机械结构产生较大变形或断裂；（2）各种紧固件由于振动冲击作用而松动，元器件脱开，从而导致设备功能的降低或破坏；（3）各种电子组件和接插件的松动或接触不良，在较大的冲击和振动下，导致的元器件引线的断裂，电路系统的短路或开路故障等。

针对上述问题，我们采以下措施：（1）提高离散的电器元件的安装刚性，尽量缩短引线的长度，注重贴面焊接，并用环氧材脂胶或聚氨酯胶点封在安装板上；（2）降低集成电路的安裝高度，整个设备中涉及紧固件的部分不允许使用通常的弹垫和平垫，装配时螺钉直接点胶固定；（3）采用阻尼减振措施，整个电路组整体灌胶固化。

2.3 灌胶固化处理

2.3.1 齐套性检查及准备工作

检查工具齐备性：纸杯（每套配一个）、夹具工装、搅拌工具、电子称1台、量杯2个、手套人手1双、口罩每人2个、双组份胶液（A、B）若干等。

清洗夹具及夹头，夹头涂抹脱模剂，涂三遍。将夹具工装固定至电路组上，要求夹具一侧与电路组后盖板无缝隙，另一侧与电路组最后一块电路板形成密闭结合（胶液不遗漏）。

2.3.2 灌胶固化

（1）将双组份胶液分别导入两个量杯内；A组分胶导入纸杯约36g，B组分胶导入纸杯约35g。（2）混合胶液，快速搅拌均匀；胶液快速搅拌后，立即倒入夹具工装内，整体静置30分钟。（3）30分钟后，拆除工装夹具和夹头；清理电路组多余发泡剂，要求电路板发泡不超出电路组圆形边界；同时清理夹具和夹头上的发泡剂粘接物，以备下一次发泡使用。（4）首先检查是否存在明显未填充部分或裸露电子器件，如有上述情况，则及时补充相应部分；其次检查电路组发泡情况，若出现明显结构疏松，则及时清理掉疏松部分，重新发泡。

3 有限元分析和试验

3.1 有限元分析

根据设计规范，为确保设计的有效性和可靠性，本设计采用有限元软件Ansys对电路组做了模态分析和高过载冲击分析。模型说明：为提高计算效率，在不影响整体分析结果的基础上，分析模型去除了内部小孔、小平面、小螺钉和螺纹孔等特征，并把导引头内部的后端电路板组采用分层的聚四氟乙烯材料替代。

冲击试验输入条件为：产品应满足弹丸发射（最大发射过载：轴向：8000g，横向：1500g）及飞行弹道环境（弹道无控段≤3g、修正段≤40g）要求。

经过上述四幅图片对比，我们可以看出：（1）灌封前，电路组的应力主要集中于电路板的板间连接处和元器件凸起处；灌封后整个电路组受力均匀，应力主要集中于电路组的后盖板处，且灌封后应力峰值有了明显减小。（2）灌封前电路组的形变主要集中于电路板的元器件焊接处，灌封后电路组的形变主要集中于远离电路组固定端的侧端。最重要的是，灌封后电路组的最大形变从0.457mm减小为0.016mm，明显提高了电路组抗冲击的强度和可靠性。

3.2 试验验证

为验证本设计能够满足设计要求，我们进行了空气炮试验和靶场实弹打靶。试验证明，经过灌封固化后的激光导引头结构稳定，处理电路功能正常，电路组系统稳定有效。

4 结束语

本文给出了一种针对高冲击载荷下电路组防护的方法：针对设备的受力环境和结构特点，对导引头电路组的安装排布和振动冲击要求进行了专门设计，并对电路组的灌封固化进行了较为详细的阐述，从而使电路组满足在特定环境下的使用要求。经过有限元分析和实弹测试，证明改灌封固化方法对电路组的防护达到了设计要求，从而使系统满足相应的振动冲击要求。

参考文献

[1]朱伟，曾亮，等.高性能环氧电子灌封胶的研制[J].绝缘材料，2014，47（1）：56.

[2]郑超，张亚，郭佩宏.高冲击条件下聚氨酯灌封电路板应力分析[J].工程与试验料，2014（7）：23.

[3]钱立志.弹载任务设备抗高过载方法研究[J].兵工学报，2007（8）：1017.

[4]王正平.冲击载荷下减震系统的优化设计[D].北京：北京理工大学，2003.

[5]朱兵.制导炮弹电子系统冲击动力学研究[D].合肥：国防科学技术大学，2008.

作者简介：康朝阳（1985-），男，河南省禹州市人，中国电子科技集团公司第二十七研究所工程师，主要研究方向为精密光机设计与仿真分析。