微波組件軟釬焊中的阻焊工藝研究

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賈伏龍 崔洪波 陳梁

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所）

摘要：

隨著軟釬焊工藝在微波組件制造中的廣泛應(yīng)用，為了滿足高密度產(chǎn)品高標(biāo)準(zhǔn)多樣化的焊接質(zhì)量需求，對液態(tài)焊料流淌的控制成為一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)的工藝難題，可以利用相應(yīng)的阻焊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，分析微波組件軟釬焊中對于阻焊的特殊要求，指出現(xiàn)有常規(guī)阻焊膠應(yīng)用面臨的諸多問題，通過對比試驗(yàn)引進(jìn)一種改進(jìn)型阻焊膠，能有效保護(hù)產(chǎn)品非焊接區(qū)域，與無鉛焊接工藝兼容性好，工藝操作簡單高效，起到了良好的效果，滿足了高可靠微波組件的要求。

微波組件廣泛應(yīng)用于艦載、彈載、航空航天等高端電子通信領(lǐng)域。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前組件呈現(xiàn)高度的集成化、模塊化趨勢，為了提供同樣高性能、高質(zhì)量的產(chǎn)品，降低成本，提高生產(chǎn)效率，對制造工藝水平提出了較高要求。目前軟釬焊技術(shù)越來越多地用于微波組件的制造中，在電路板和金屬襯板的大面積接地焊接，Ｉ／Ｏ接插件、微波器件、殼體等的軟釬焊連接中替代傳統(tǒng)的螺裝方式，為產(chǎn)品的小型化、輕量化、高可靠提供了實(shí)用的工藝手段，能較好地適應(yīng)高頻微波電路的要求［１－４］。然而在軟釬焊時，由于液態(tài)焊料良好的流動性致使焊料很容易流淌到非焊接區(qū)域，甚至是其他功能區(qū)內(nèi)，例如：１）電路板和金屬殼體有一些后續(xù)安裝走線用的螺紋孔或通孔被焊料潤濕，從而不能安裝；２）焊料溢到芯片安裝孔、微波絕緣子孔等需要刮除，生產(chǎn)效率低下，同時刮除操作破壞鍍層，對后續(xù)焊接質(zhì)量造成不良影響；３）微波接插件內(nèi)導(dǎo)體和電路板微帶后續(xù)需要金絲鍵合，如果被焊料污染則無法鍵合；４）用戶對微波組件外觀的高要求，需保證非焊接區(qū)域不能被焊料污染［５］。所以研究有效的阻焊工藝是非常迫切和有現(xiàn)實(shí)意義的。

1阻焊機(jī)理

在軟釬焊過程中，熔化的焊料首先需在焊接部位完成潤濕和鋪展，此時焊料與金屬母材之間會發(fā)生相互溶解和擴(kuò)散，從而形成金屬間化合物，而阻焊則是避免焊料和金屬母材之間相互反應(yīng)，防止焊料潤濕非焊接區(qū)域。通常可采用一種耐高溫的阻止焊接的涂料，使它在非焊接區(qū)周圍形成一層阻焊膜，把不需要焊接的部位保護(hù)起來，以起到阻焊的作用［６］。目前應(yīng)用最廣的阻焊保護(hù)膠為波峰焊接過程中防止特定部位上錫的涂料，主要成分為橡膠、二氧化鈦和纖維素衍生物［７］。該阻焊膠短時耐溫達(dá)２８０℃，但是耐持續(xù)焊接高溫性能較差。本試驗(yàn)引進(jìn)了一種改進(jìn)型阻焊膠替代常規(guī)阻焊膠，該膠是以環(huán)氧樹脂為主要原料，添加無機(jī)填料與胺系固化劑制成的熱固化型阻焊膠，以期解決常規(guī)阻焊膠應(yīng)用于微波組件焊接面臨的諸多問題。

2阻焊工藝的特殊要求

微波組件軟釬焊的阻焊工藝難點(diǎn)在于阻焊膠的選擇，在實(shí)際應(yīng)用中有其特殊要求。

2.1阻焊膠的涂敷

微波組件軟釬焊中阻焊膠的應(yīng)用情況比較復(fù)雜，有接頭、殼體焊接時的大面積保護(hù)，也有為接地塊、芯片孔預(yù)留焊接位的毫米級保護(hù)，這就對阻焊膠的易用性提出了要求。通常需要阻焊膠黏度大，組分揮發(fā)慢，涂敷過程中無拉絲、塌邊，方便手工點(diǎn)涂與儲存，在各項(xiàng)性能良好的情況下結(jié)合點(diǎn)膠機(jī)使用能大幅提高點(diǎn)涂效率。涂敷后對于熱固型阻焊膠要加熱固化，要求固化溫度低，時間短，方便使用。

2.2阻焊膠的耐焊接性

微波組件軟釬焊一般采用回流焊接的方法，焊接溫度高，焊接時間長，阻焊膠需耐高溫，經(jīng)無鉛回流焊（２４０℃）不變質(zhì)，同時在焊接高溫下粘結(jié)強(qiáng)度高，能起到良好的阻焊作用。微波組件軟釬焊的焊接材料通常為微波板、陶瓷板、軟釬焊料以及鍍金、鍍銀的金屬襯板或殼體，阻焊膠不能與它們發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生腐蝕，破壞焊接材料的外觀。

2.3阻焊膠的去除

阻焊膠是為了防止焊料潤濕不需要焊接的區(qū)域而在生產(chǎn)過程中涂覆的一種臨時阻焊膜，為了保證產(chǎn)品的設(shè)計使用要求且避免引入多余物，阻焊膠一般在焊接結(jié)束后必須去除，而且為了不影響生產(chǎn)效率，要求去除方法簡單，不能損傷微波板、陶瓷板、金屬殼體等焊接材料［８］。根據(jù)阻焊膠的特性通常有機(jī)械剝離、水洗、溶劑清洗等多種清除手段［９］。

2.4阻焊率

在微波組件軟釬焊阻焊膠的各種應(yīng)用中，如果阻焊失效焊料漫流過度，則必須手工刮除多余焊料，這不僅影響生產(chǎn)效率，而且會對產(chǎn)品外觀造成破壞，所以期望阻焊膠的阻焊率盡可能高，要求阻焊膠的涂覆要致密，本身在焊接過程中不被焊料侵蝕或被助焊劑腐蝕脫落。

3阻焊試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1試驗(yàn)材料

選取某型號在產(chǎn)的微波組件為試驗(yàn)對象，焊接材料包括銅鍍金殼體、微波介質(zhì)板、微波絕緣子、Ｓｎ９６．５Ａｇ３Ｃｕ０．５焊膏、常規(guī)阻焊膠Ａ和改進(jìn)型阻焊膠Ｂ。２種阻焊膠性能參數(shù)見表１。

3.2試驗(yàn)工藝流程

阻焊試驗(yàn)工藝流程如圖ｌ所示［１０］。將試驗(yàn)焊接的殼體分為３個批次，編號為１＃、２＃、３＃。１＃批次沒有保護(hù)直接焊接，２＃、３＃批次按上述工藝流程分別采用Ａ、Ｂ兩種型號阻焊膠保護(hù)后焊接。試驗(yàn)過程中軟釬焊接主要采用氣相回流焊技術(shù)，焊接峰值溫度為２４０℃，焊膏熔點(diǎn)（２１７℃）以上保持時間６０ｓ，其中阻焊工藝主要包括阻焊膠涂覆和清除兩部分。

3.2.1涂覆阻焊膠

涂覆阻焊膠的具體步驟如下。

１）在微波板和金屬殼體需要保護(hù)的非焊接區(qū)域用細(xì)針畫圖形做標(biāo)記。

２）使用點(diǎn)膠機(jī)按照標(biāo)記圖形把阻焊膠涂覆在非焊接區(qū)（見圖２）。其中阻焊膠Ａ室溫下固化時間短，極易造成點(diǎn)膠針頭堵塞，生產(chǎn)過程中需要經(jīng)常更換點(diǎn)膠針頭，阻焊膠Ｂ室溫下固化非常緩慢，點(diǎn)膠使用較方便。

３）按照表２所提供的參數(shù)在熱臺／烘箱中加熱固化阻焊膠。阻焊膠Ａ加熱固化時間為４０ｍｉｎ，阻焊膠Ｂ加熱固化時間為１ｍｉｎ，阻焊膠Ｂ固化時間較短，生產(chǎn)效率較高。

3.2.2清除阻焊膠

焊接以后阻焊膠Ａ膠體較軟，粘結(jié)力小，可手工刮除，阻焊膠Ｂ膠體較硬，粘結(jié)力大，但玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，可采用熱板加熱軟化后鏟刀刮除或在有機(jī)溶劑中浸泡軟化自行脫落。

3.3試驗(yàn)結(jié)果及分析

從試驗(yàn)結(jié)果來看，１＃批次沒有阻焊直接焊接，由于殼體鍍金層良好的可焊性，液態(tài)焊料在其表面潤濕角＜３０°鋪展速度較快。在回流焊接過程中，熔融焊料在液體毛細(xì)作用的驅(qū)動下迅速填充焊接區(qū)域，為了保證焊接充分，熔融時間通常較長，在焊料潤濕力的作用下有較多焊料從電路板焊接區(qū)域漫流出來，污染了后續(xù)裝配區(qū)域（見圖３）。焊后需要較大的人力用鏟刀清理，同時焊料與鍍金層反應(yīng)，影響后續(xù)的芯片焊接質(zhì)量。

２＃批次采用阻焊膠Ａ保護(hù)后焊接，阻焊膠Ａ可以部分阻止焊料潤濕非焊接區(qū)域，但是經(jīng)過無鉛回流焊接高溫以后，阻焊膠表面顏色發(fā)黃，去除過程中發(fā)現(xiàn)膠體明顯軟化變質(zhì)、不易撕除，在被保護(hù)區(qū)域易產(chǎn)生粘稠狀殘留物，同時焊料滲透到阻焊膠底部存在部分阻焊失效。分析原因主要在于阻焊膠Ａ主要成分為丙烯酸脂橡膠，該類橡膠的最高使用溫度為２００℃，無鉛回流焊接溫度較有鉛焊接提高約４０℃，在峰值溫度為２４０℃的高溫下，阻焊膠Ａ性狀發(fā)生了變化，無法實(shí)現(xiàn)其固有的阻焊性能。微波絕緣子與殼體焊接面焊料也受到變質(zhì)阻焊膠的腐蝕，表面發(fā)黑失去金屬光澤，很難清理干凈，試驗(yàn)結(jié)果如圖４所示。

３＃批次采用阻焊膠Ｂ保護(hù)后焊接，阻焊膠Ｂ保護(hù)可以有效阻止焊料潤濕非焊接區(qū)域，回流焊接過程中液態(tài)焊料流淌受到限制，主要集中在焊接區(qū)域。經(jīng)過無鉛回流焊接高溫以后，阻焊膠性狀無變化。去除阻焊膠以后，保護(hù)區(qū)域鍍金層沒有受到破壞，沒有膠體殘留，方便后續(xù)安裝工藝，阻焊膠保護(hù)的焊點(diǎn)光亮無不良影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖５所示。

微波組件焊接過程采用阻焊保護(hù)措施后，不僅能減少焊后清理的工作量，而且不會有刮痕，保證了特殊產(chǎn)品對外觀美觀的要求，焊接效果如圖６所示。經(jīng)批量生產(chǎn)統(tǒng)計，阻焊膠阻焊率可達(dá)９０％以上。

4結(jié)語

經(jīng)過工藝試驗(yàn)與在批量產(chǎn)品中的應(yīng)用，筆者認(rèn)為，在微波組件軟釬焊過程中采用阻焊工藝能夠有效解決實(shí)際生產(chǎn)中面臨的工藝難題，提高生產(chǎn)效率。本文所選用的阻焊膠相比常規(guī)阻焊膠有明顯優(yōu)勢，能耐受無鉛軟釬焊的焊接高溫，不腐蝕焊接材料，涂覆、去除簡單，生產(chǎn)效率高，能有效保護(hù)產(chǎn)品非焊接區(qū)域，滿足高可靠微波組件的要求。

審核編輯 黃宇