真空回流焊/真空共晶炉——微波组件模块的组装

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描述

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。

: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。

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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。

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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%;真空回流焊/真空共晶炉良好的气密性,为焊接提供防氧化的环境,更有利于焊点的保存。

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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。

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图4.客户的微波器件焊接

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图5.焊接后的空洞率检测

成都共益缘真空设备有限公司


审核编辑 黄宇

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