隨著產(chǎn)品不斷向小型化和高集成度的方向開展，微波多功能組件的應(yīng)用越來越普遍。大多數(shù)多功能組件內(nèi)部密集程度非常高，如包含不同電路板的疊層焊接，多種不同材質(zhì)和厚度的電路板、水平接插件、垂直接插件、各種表貼元器件同時(shí)焊接，以及后道工序的功率芯片、普通芯片裝配、引線鍵合等，因涉及的工序太多，需要分溫度梯度進(jìn)行焊接。使用常規(guī)的裝配工藝，電路板、高頻絕緣子接插件等的焊接精度和一致性差，生產(chǎn)效率低，并且高散熱要求的大功率芯片焊接一般需要使用傳統(tǒng)的Sn63Pb37或相近熔點(diǎn)的焊料，會(huì)與表貼元器件的焊接溫度重合導(dǎo)致表貼元器件焊點(diǎn)二次熔化，使產(chǎn)品可靠性下降。為了給芯片裝配預(yù)留更多的裝配梯度，必須優(yōu)化電路板、接插件、表貼元器件的焊接工藝，減少溫度梯度，防止焊接芯片時(shí)發(fā)生二次重熔的現(xiàn)象

本文從產(chǎn)品的可制造性設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)等方面入手，研究一種一體化焊接工藝，順利獲得規(guī)范設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、優(yōu)化焊接工藝、改進(jìn)焊接工裝，達(dá)到合并焊接工序、減少溫度梯度、降低操作難度、提高生產(chǎn)效率、提升裝配質(zhì)量的目的。

1、可制造性設(shè)計(jì)優(yōu)化

微波多功能組件因需實(shí)現(xiàn)的功能較多，且體積較小，因此一般情況下會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部密集程度很高。典型的多功能復(fù)雜組件殼體正反面均有空腔，正面腔有不同厚度的多層板、微波板，隔墻、表貼元器件及各類芯片，并且多層板上還需要疊加焊接微波板；反面腔有電路板、元器件及芯片；殼體水平方向有微波絕緣子、加電針、SMA、SMP、微矩形電連接器等接插件；殼體垂直方向有微波絕緣子、加電針、SMP等接插件。從結(jié)構(gòu)上看，該組件需要焊接的部件太多，為了提升焊接一次成功率，需要在設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 接插件與殼體安裝孔尺寸優(yōu)化

接插件與殼體安裝孔之間的配合關(guān)系對(duì)焊接狀態(tài)有較大影響。配合間距過大，會(huì)導(dǎo)致焊接后焊料偏少，縫隙或空洞較大，影響焊接可靠性；配合間距過小，會(huì)導(dǎo)致接插件塞入殼體孔時(shí)太緊或塞入困難。為分析決該問題，需要根據(jù)接插件尺寸對(duì)配合間隙進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，要求既能保證接插件順利放入殼體安裝孔，又可確保焊料熔化后，迅速填滿焊縫，無明顯空洞或縫隙。同時(shí)還需要在殼體安裝中上設(shè)計(jì)焊料槽，用于存放焊料，既能精確控制焊料量，提升焊接一致性，又能提升產(chǎn)品的密封性能，但焊料槽的尺寸必須與殼體上的安裝孔、接插件外徑相匹配，否則會(huì)出現(xiàn)焊料量不合適的現(xiàn)象。

圖1 絕緣子安裝孔及焊料槽示意圖

1.2 電路板避銅優(yōu)化

電路板避銅主要是為了避免焊接后的短路風(fēng)險(xiǎn)，特別是垂直絕緣子與電路板同時(shí)焊接時(shí)，垂直絕緣子內(nèi)導(dǎo)體與電路板垂直孔互聯(lián)位置一旦避銅范圍不夠，就會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)焊料溢出，短路概率非常大。因此，需要對(duì)電路板垂直孔背面焊接處進(jìn)行避銅優(yōu)化，一般要求為：Φ避銅≥Φ接插件殼體安裝孔。具體要求如圖2所示，其中：圖2（a）為電路板垂直孔背面結(jié)構(gòu)示意圖，由背面銅皮、避銅區(qū)和垂直金屬化孔組成；圖2（b）為電路板與垂直接插件安裝要求示意圖。順利獲得對(duì)電路板進(jìn)行避銅優(yōu)化，可以有效避免焊接短路的情況。

圖2 電路板垂直孔與垂直接插件配合安裝要求

2、工藝設(shè)計(jì)

微波多功能組件一般會(huì)用到功率較大的芯片，對(duì)散熱有較高要求，需要用熔點(diǎn)較高的焊料焊接，一般使用有鉛焊料如Sn63Pb37，為了防止芯片焊接時(shí)焊料重熔，需要前面工序使用的焊料的熔點(diǎn)高于Sn63Pb37，一般選擇無鉛焊料如Sn96.5Ag3Cu0.5。因此需要同時(shí)將正面腔和反面腔內(nèi)的多層板、微波板、隔墻、水平接插件、垂直接插件和表貼元器件等使用無鉛焊料焊接在組件上，為了比較好的實(shí)現(xiàn)同時(shí)裝配這么多分部件，需要合理的安排裝配方法。

具體方案為：多層板正面的表貼元器件、微波板和隔墻使用鋼網(wǎng)印刷焊膏，表貼元器件使用自動(dòng)貼片（可點(diǎn)涂貼片紅膠固定元器件），多層板背面與金屬殼體焊接的位置使用自帶助焊劑的焊料片，如圖3（a）所示，水平接插件和垂直接插件使用自帶助焊劑的焊料環(huán)，如圖3（b）所示。裝配時(shí)先將自帶助焊劑的焊料片放入金屬殼體對(duì)應(yīng)位置，然后將正面已印刷好焊膏、使用自動(dòng)貼片機(jī)貼好元器件的多層板背面朝下，放置在焊料片上，然后依次把微波板、隔墻放置在多層板上。接插件裝配時(shí)先在殼體對(duì)應(yīng)安裝孔內(nèi)放入接插件，然后在焊料槽里放入自帶助焊劑的焊料環(huán)。使用工裝固定好電路板、隔墻、接插件等分部件后進(jìn)行回流焊接。

圖3 焊料片和焊料環(huán)示意圖

3、工裝設(shè)計(jì)

微波多功能組件由于結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部密集程度高、焊接溫度梯度受限等原因， 需要一次焊接的部件非常多，因此對(duì)工裝也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的工裝已無法滿足實(shí)際使用要求。特別是不同電路板厚度不一樣，還有電路板、隔墻等疊加焊接，并且接插件等也都需要使用工裝固定，焊接時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)電路板不貼合或接插件安裝不到位。為分析決這一問題，需要對(duì)工裝進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，即：電路板可以使用壓塊和彈性頂針相結(jié)合的方法，頂針內(nèi)部有彈性裝置，頂針前端在一定壓力下可以自由伸縮約2 mm，同時(shí)頂針后端有螺紋，可以調(diào)節(jié)高度，該工裝可以作為通用部件廣泛應(yīng)用各類復(fù)雜組件的一體化工裝中。具體使用時(shí)壓塊壓在電路板上，彈性頂針抵住壓塊，彈性頂針固定在專用一體框架上，可以確保在彈性作用下，電路板焊接面始終緊密貼合，同時(shí)彈性頂針在專用框架上的位置可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，確保不同高度上的電路板都能被壓到。接插件也可以順利獲得彈性頂針進(jìn)行固定，該彈性頂針也固定在專用一體框架上。一般情況下，只需要壓塊、彈性頂針、專用一體框架三部分組裝成一體化工裝就可以滿足復(fù)雜組件的裝配要求。

圖4所示的是微波多功能組件經(jīng)上述優(yōu)化并安裝好一體化工裝后的效果圖，工裝主要包括一體化框架、壓塊、彈性頂針等部件，能夠?qū)崿F(xiàn)多塊電路板、隔墻等疊加焊接，同時(shí)也能滿足有高度差的電路板，垂直及水平接插件、元器件等部件的同時(shí)焊接。

圖4 一體化工裝效果圖

由于增加了一體化工裝，組件整體熱容增加較多，所以回流焊曲線中需要適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，根據(jù)組件結(jié)構(gòu)不同，一般需要延長(zhǎng)1～5 min，因網(wǎng)帶的速率是整體調(diào)整，因此需要順利獲得增加保溫階段的溫區(qū)數(shù)量來延長(zhǎng)保溫時(shí)間。以使用Sn96.5Ag3Cu0.5無鉛焊料、十二溫區(qū)回流爐的回流焊曲線為例，調(diào)整后可供參考的溫區(qū)分布為：1～2溫區(qū)為預(yù)熱區(qū)，3～7溫區(qū)為保溫區(qū)，8～10溫區(qū)為回流區(qū)，11～12溫區(qū)為冷卻區(qū)，不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品可根據(jù)實(shí)際情況在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，一般情況能夠滿足多功能組件的回流焊接要求。

圖5為微波多功能組件焊接后局部效果圖，其中：圖5（a）為多功能組件多層電路板、元器件、隔墻同時(shí)疊層焊接圖；圖5（b）為多層板、微波板、隔墻同時(shí)疊層焊接圖；圖5（c）為不同高度電路板（含斜坡微波電路板）同時(shí)焊接圖；圖5（d）～圖5 （f）為多功能組件接插件焊接圖?？梢钥闯?，順利獲得優(yōu)化可制造性設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)后，使用一體化焊接工藝裝配的產(chǎn)品一次性成功率高、一致性好、對(duì)操作人員依賴小、焊接狀態(tài)良好、焊料量可控。

圖5 微波多功能組件焊接后局部效果圖

4、結(jié)論

1）順利獲得優(yōu)化微波多功能組件中接插件安裝孔尺寸和電路板微帶避銅設(shè)計(jì)，可以提高多功能組件的可制造性。

2）順利獲得優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，合并焊接溫度梯度，采用一體化裝配工藝，結(jié)合鋼網(wǎng)印刷、自動(dòng)貼片、焊料片、焊料環(huán)的使用，可以有效簡(jiǎn)化微波多功能組件的裝配流程，提升生產(chǎn)效率和裝配一致性。

3）順利獲得優(yōu)化工裝，采用一體化彈性工裝，可以有效解決微波多功能組件在裝配過程中存在的電路板疊加焊接、焊接面存在高度差等問題，減少裝配過程對(duì)人的依賴，降低產(chǎn)品的裝配難度。

推薦新聞

• 

  ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 科技微波小課堂_有損傳輸線和無損傳輸線簡(jiǎn)介

  07-16
• 

  ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 科技微波小課堂_用于車聯(lián)網(wǎng)的主要無線技術(shù)

  07-16
• 

  [行業(yè)動(dòng)態(tài)]下一代半導(dǎo)體材料來襲

  07-15
• 

  [技術(shù)前沿]核能成為航運(yùn)新選擇

  07-15
• 

  [行業(yè)動(dòng)態(tài)]一家本土廠商在電流感測(cè)元件細(xì)分賽道開展成了隱形冠軍

  07-12
• 

  大神分享的如何才能成為一名優(yōu)秀的射頻工程師？

  07-12