真空回流焊炉/真空焊接炉——微波组件模块的组装

微波组件是利用各种微波元器件（至少有一个是有源的）和电路元件、微波电路、电源以及控制电路组装而成的产品，在分系统中具备独立完整功能的电路集成组合，可实现对微波信号的综合处理功能。微波技术诞生于一二战之间，随后百年保持了快速发展，随着科学技术的不断进步，微波组件逐渐被广泛地应用在各种领域中，如航空航天技术、通信技术、电视广播、雷达等。
 

注：如果电子元器件工作时，内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。从电路性质上看，有源器件有两个基本特点：自身也消耗电能；除输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。关于有源/无源的电子元器件在这里不做过多探讨。

图1.微波组件示意图

 

微波组件模块的组装是微波产业生产中最重要的一个环节，组装的主要方式就是焊接。微波组件的故障有滞后性和隐蔽性，而且由于机理复杂，一旦失效会引起不小的经济损失，因此保证微波组件的一致性和稳定性是焊接工艺的关键。
 

微波组件的焊接工艺要求非常高，其中元器件的种类繁多，结构和尺寸也相对较小，大多数是小模块之间的联焊接，组装方式多，焊接的工艺也不尽相同，造成的焊点的种类也多，如：底板和载体之间的连接，芯片安装、引线键合以及密封等。而且组件模块主要焊接在高频印制板上，这种板上面不允许打孔，只能在表面进行焊接，因此焊点也会更弱。

图2.高频印制板示意图

 

微波组件焊点的可靠性也是表面组装技术中关键问题之一，一般用失效的频率来反应焊点的可靠性。焊点的失效一般发生在两个阶段，一是生产过程中焊接造成的失效，另一个是在使用过程中，由于环境温度变化造成的失效。

（1）焊点内部结构的影响
焊接的焊料一般选择铅锡共晶焊料（PbSn），铅锡共晶焊料的性质可参考《真空回流焊的焊料选择之铅锡共晶焊料》。焊接后的焊接点分为铅区和锡区，温度发生变化时可能会发生形变，焊点沿着铅-锡区的界线断裂。

（2）焊接点空洞的影响
微波组件焊接过程中，由于焊接的工艺问题，会使焊点中产生空洞。有空洞的焊点在微波组件工作时产生集中应力，并改变应力的作用方式，大大降低了微波组件的使用寿命。

（3）材料热膨胀系数的影响
材料的热膨胀系数是焊点产生应变的主要原因。微波组件由许多种材料组成，元器件、安装底板、外壳这几个部分因为温度的原因发生膨胀，由于热膨胀系数不同，产生的膨胀量也不同，这必然会导致产生热应力。应力的大小随温度和时间的变化而不同，热变形不同步就会造成焊点产生应变，造成焊点失效。

（4）金属化合物生长的影响
在焊接的过程中，当熔融的焊料与引线等混合融化时，会在化学反应的作用下产生金属化合物。随着焊接温度和时间的增加，以及在后期的保存、使用过程中，金属化合物会不断堆积。堆积的金属化合物会使焊点的硬度和抗疲劳强度降低；此外，由于金属化合物的硬度比较高，脆性也大，在应力作用下与焊料的形变不协同，会使得焊点周围产生裂痕。

通过以上的分析，我们搞清了会造成焊点失效的原因，那么如何提高焊点可靠性呢？

（1）提升微波组件安装底板的平面度
微波组件中元器件比较多，需全部焊接在底板上面，在底板平面度较差的情况下，底板的震动会使焊点周边产生应力，造成焊点的失效，严重的话还会使以及焊在底板上的电线脱落，因此需要安装底板的平面度和刚度保持好的水平。

（2）合理制定微波组件的焊接工艺流程
元器件的焊接过程中，对小模块装焊次序进行合理的安排对于焊点的应力有重要的影响，需要严格遵守先恒力矩紧固螺栓再进行焊接的流程，这样才能提高微波组件焊点的可靠性

（3）根据电线选择焊点的大小
焊点的大小包括焊接的引脚高度、焊接盘尺寸等。焊接盘和焊接引线高度的间隙最好控制在0.1mm左右，且焊接盘必须大于焊接引脚高度，单边大小控制在0.2mm左右。

（4）稳定、高质量的焊接工艺
焊接工艺和水平对于焊点的质量起到至关重要的作用。这其中包含了焊接钎料的选择、焊料的使用量、温度的设置、焊接时长、焊接时的表面处理方式等，同时还应考虑焊炉的性能参数，其中包括温控精度、冷却温度冲击等。运用成都共益缘真空设备有限公司持有的“正负压”焊接工艺专利，可使焊点的的空洞率≤1%；氮气真空炉/甲酸真空炉良好的气密性，为焊接提供防氧化的环境，更有利于焊点的保存。

图3.“一种真空回流焊正负压结合焊接工艺”发明专利证书

 

综上所述，微波组件模块的组装是生产过程中最重要的一个环节，它直接关系到了微波组件的质量性能和使用寿命。微波组件失效的原因除了本身存在的缺陷外，使用过程中也可能会造成。而且微波组件的失效具有滞后性和隐蔽性，由于机理复杂，一旦失效会引起不小的经济损失，因此需极力保证微波组件焊接的可靠性。关于微波组件模块的组装的介绍就到这里，若有不当之处欢迎各位朋友予以指正和指教；若与其他原创内容有雷同之处，请与我们联系，我们将及时处理。我司的真空回流焊/真空共晶炉可满足微波组件焊接的要求，如您感兴趣，可与我们联系共同讨论，或前往我司官网了解。

图4.客户的微波器件焊接图5.焊接后的空洞率检测

 

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