真空回流焊/真空共晶爐——微波組件模塊的組裝

微波組件是利用各種微波元器件（至少有一個(gè)是有源的）和電路元件、微波電路、電源以及控制電路組裝而成的產(chǎn)品，在分系統(tǒng)中具備獨(dú)立完整功能的電路集成組合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的綜合處理功能。微波技術(shù)誕生于一二戰(zhàn)之間，隨后百年保持了快速發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，微波組件逐漸被廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域中，如航空航天技術(shù)、通信技術(shù)、電視廣播、雷達(dá)等。

注：如果電子元器件工作時(shí)，內(nèi)部有電源存在，則這種器件叫做有源器件。從電路性質(zhì)上看，有源器件有兩個(gè)基本特點(diǎn)：自身也消耗電能；除輸入信號(hào)外，還必須要有外加電源才可以正常工作。關(guān)于有源/無源的電子元器件在這里不做過多探討。

圖1.微波組件示意圖

微波組件模塊的組裝是微波產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，組裝的主要方式就是焊接。微波組件的故障有滯后性和隱蔽性，而且由于機(jī)理復(fù)雜，一旦失效會(huì)引起不小的經(jīng)濟(jì)損失，因此保證微波組件的一致性和穩(wěn)定性是焊接工藝的關(guān)鍵。

微波組件的焊接工藝要求非常高，其中元器件的種類繁多，結(jié)構(gòu)和尺寸也相對(duì)較小，大多數(shù)是小模塊之間的聯(lián)焊接，組裝方式多，焊接的工藝也不盡相同，造成的焊點(diǎn)的種類也多，如：底板和載體之間的連接，芯片安裝、引線鍵合以及密封等。而且組件模塊主要焊接在高頻印制板上，這種板上面不允許打孔，只能在表面進(jìn)行焊接，因此焊點(diǎn)也會(huì)更弱。

圖2.高頻印制板示意圖

微波組件焊點(diǎn)的可靠性也是表面組裝技術(shù)中關(guān)鍵問題之一，一般用失效的頻率來反應(yīng)焊點(diǎn)的可靠性。焊點(diǎn)的失效一般發(fā)生在兩個(gè)階段，一是生產(chǎn)過程中焊接造成的失效，另一個(gè)是在使用過程中，由于環(huán)境溫度變化造成的失效。

（1）焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

焊接的焊料一般選擇鉛錫共晶焊料（PbSn），鉛錫共晶焊料的性質(zhì)可參考《真空回流焊的焊料選擇之鉛錫共晶焊料》。焊接后的焊接點(diǎn)分為鉛區(qū)和錫區(qū)，溫度發(fā)生變化時(shí)可能會(huì)發(fā)生形變，焊點(diǎn)沿著鉛-錫區(qū)的界線斷裂。

（2）焊接點(diǎn)空洞的影響

微波組件焊接過程中，由于焊接的工藝問題，會(huì)使焊點(diǎn)中產(chǎn)生空洞。有空洞的焊點(diǎn)在微波組件工作時(shí)產(chǎn)生集中應(yīng)力，并改變應(yīng)力的作用方式，大大降低了微波組件的使用壽命。

（3）材料熱膨脹系數(shù)的影響

材料的熱膨脹系數(shù)是焊點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)變的主要原因。微波組件由許多種材料組成，元器件、安裝底板、外殼這幾個(gè)部分因?yàn)闇囟鹊脑虬l(fā)生膨脹，由于熱膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生的膨脹量也不同，這必然會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生熱應(yīng)力。應(yīng)力的大小隨溫度和時(shí)間的變化而不同，熱變形不同步就會(huì)造成焊點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)變，造成焊點(diǎn)失效。

（4）金屬化合物生長(zhǎng)的影響

在焊接的過程中，當(dāng)熔融的焊料與引線等混合融化時(shí)，會(huì)在化學(xué)反應(yīng)的作用下產(chǎn)生金屬化合物。隨著焊接溫度和時(shí)間的增加，以及在后期的保存、使用過程中，金屬化合物會(huì)不斷堆積。堆積的金屬化合物會(huì)使焊點(diǎn)的硬度和抗疲勞強(qiáng)度降低；此外，由于金屬化合物的硬度比較高，脆性也大，在應(yīng)力作用下與焊料的形變不協(xié)同，會(huì)使得焊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂痕。

通過以上的分析，我們搞清了會(huì)造成焊點(diǎn)失效的原因，那么如何提高焊點(diǎn)可靠性呢？

（1）提升微波組件安裝底板的平面度

微波組件中元器件比較多，需全部焊接在底板上面，在底板平面度較差的情況下，底板的震動(dòng)會(huì)使焊點(diǎn)周邊產(chǎn)生應(yīng)力，造成焊點(diǎn)的失效，嚴(yán)重的話還會(huì)使以及焊在底板上的電線脫落，因此需要安裝底板的平面度和剛度保持好的水平。

（2）合理制定微波組件的焊接工藝流程

元器件的焊接過程中，對(duì)小模塊裝焊次序進(jìn)行合理的安排對(duì)于焊點(diǎn)的應(yīng)力有重要的影響，需要嚴(yán)格遵守先恒力矩緊固螺栓再進(jìn)行焊接的流程，這樣才能提高微波組件焊點(diǎn)的可靠性

（3）根據(jù)電線選擇焊點(diǎn)的大小

焊點(diǎn)的大小包括焊接的引腳高度、焊接盤尺寸等。焊接盤和焊接引線高度的間隙最好控制在0.1mm左右，且焊接盤必須大于焊接引腳高度，單邊大小控制在0.2mm左右。

（4）穩(wěn)定、高質(zhì)量的焊接工藝

焊接工藝和水平對(duì)于焊點(diǎn)的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。這其中包含了焊接釬料的選擇、焊料的使用量、溫度的設(shè)置、焊接時(shí)長(zhǎng)、焊接時(shí)的表面處理方式等，同時(shí)還應(yīng)考慮焊爐的性能參數(shù)，其中包括溫控精度、冷卻溫度沖擊等。運(yùn)用成都共益緣真空設(shè)備有限公司持有的“正負(fù)壓”焊接工藝專利，可使焊點(diǎn)的的空洞率≤1%；真空回流焊/真空共晶爐良好的氣密性，為焊接提供防氧化的環(huán)境，更有利于焊點(diǎn)的保存。

圖3.“一種真空回流焊正負(fù)壓結(jié)合焊接工藝”發(fā)明專利證書

綜上所述，微波組件模塊的組裝是生產(chǎn)過程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到了微波組件的質(zhì)量性能和使用壽命。微波組件失效的原因除了本身存在的缺陷外，使用過程中也可能會(huì)造成。而且微波組件的失效具有滯后性和隱蔽性，由于機(jī)理復(fù)雜，一旦失效會(huì)引起不小的經(jīng)濟(jì)損失，因此需極力保證微波組件焊接的可靠性。關(guān)于微波組件模塊的組裝的介紹就到這里，若有不當(dāng)之處歡迎各位朋友予以指正和指教；若與其他原創(chuàng)內(nèi)容有雷同之處，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將及時(shí)處理。我司的真空回流焊/真空共晶爐可滿足微波組件焊接的要求，如您感興趣，可與我們聯(lián)系共同討論，或前往我司官網(wǎng)了解。

圖4.客戶的微波器件焊接

圖5.焊接后的空洞率檢測(cè)

成都共益緣真空設(shè)備有限公司


審核編輯 黃宇