微波功率模塊焊接工藝研究

本文介紹微波功率模塊的三種焊接工藝，并通過分析比較，確定了各自的應用條件。

圖2：分步焊接工藝流程

該工藝主要適用于元器件數(shù)量較少且易于手工焊接的微波功率模塊。它的優(yōu)點是操作簡單方便，不需要大型生產(chǎn)設(shè)備，工裝設(shè)計簡單。不過，手工焊接存在一定的缺陷：一方面，容易存在元器件的錯焊和漏焊等問題，需要做好器件符合性檢查；另一方面，針對一些接地的焊點，由于印制板已經(jīng)與底板焊接，導致印制板的接地焊點熱容較大，焊接難度大。

圖3：階梯焊接工藝流程

該工藝主要適用于元器件適合表貼，并且數(shù)量多、類型復雜的微波功率模塊。它的優(yōu)點是自動化程度高、裝配效率高、模塊焊接一致性好、可靠性高；缺點是兩種焊料體系梯度焊接，工藝窗口小，溫度控制難度大。

一次性焊接工藝主要適用于適合表貼，并且元器件數(shù)量多、類型復雜的微波功率模塊。它的優(yōu)點是自動化程度高、一致性好、可靠性高，而且只需一次回流焊接工序，使得工序簡化，但該方法對工裝設(shè)計要求較高。

在大面積焊接過程中，阻焊劑（膠）會阻止焊料從焊接區(qū)滲透到非焊接區(qū)，并且焊接后，可輕易去除。焊料的流淌主要與爐溫、工裝施加到印制板的壓力、焊料涂覆與非焊接區(qū)域的距離以及印刷網(wǎng)板的占空比等因素有關(guān)。經(jīng)過大量的工藝試驗和產(chǎn)品應用表明，以上四個因素控制得當，可以不用阻焊劑（膠），同樣可達到控制焊料從焊接區(qū)流淌到非焊接區(qū)的效果，并且工藝過程中，減少了涂覆阻焊膠的工步，提高生產(chǎn)效率。

階梯焊接工藝在器件的封裝和集成電路封裝中已得到了廣泛應用，同時也可應用于微波電路功能模塊的焊接應用。微波介質(zhì)板先經(jīng)過SMT焊接（采用常溫焊膏），后經(jīng)過大面積焊接（采用低溫焊膏）。在大面積焊接時，需要監(jiān)測印制板表面器件焊點處的峰值溫度，不能高于甚至接近首次焊接所用焊料的熔點，否則，器件會重熔。所以，在大面積焊接過程中，需要對再流焊爐的性能進行跟蹤監(jiān)測，操作比較繁瑣。

針對焊接質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品，需掌握再流焊爐溫度變化特性。首次生產(chǎn)時，每間隔一個小時監(jiān)測一次爐溫變化；當了解了爐溫的情況后，每周跟蹤兩次，監(jiān)測爐溫是否發(fā)生變化。如果爐溫比設(shè)定好的溫度曲線偏離±5℃，需要重新調(diào)整溫度曲線。

大面積焊接中工裝設(shè)計是非常關(guān)鍵的技術(shù)，需要考慮工裝材料（鋁合金、石墨和不銹鋼等）、壓力分布均勻性、工裝透氣性、工裝熱容大小、印制板受壓方式及壓力大小。

針對壓力位置，分步焊接工藝中，微波介質(zhì)板表面平整，工裝的施壓位置不受限，只需考慮受力均勻；而階梯焊接和一次焊接工藝中，微波介質(zhì)板的受力位置不能干涉焊好的元器件，如果無法避免器件干涉問題，那么該器件的焊接工序需要調(diào)整到引腳器件焊接工序中，同時，在網(wǎng)板設(shè)計時，考慮該器件不設(shè)計焊膏印刷區(qū)域。

殼體點涂焊膏技術(shù)是通過選擇合適黏度的針筒焊膏和針頭內(nèi)徑，同時配合自動化點涂設(shè)備，在殼體內(nèi)自動涂覆并居中均勻分布焊膏。在分步焊接與階梯焊接工藝中，大面積焊接工序的焊膏通過印刷機印刷在微波介質(zhì)板的背面；而在一次性焊接工藝中，微波介質(zhì)板上表面印刷焊膏后，下表面無法印刷焊膏，此時采用殼體點涂焊膏的技術(shù)，可以實現(xiàn)焊膏的涂覆。

生產(chǎn)的智能化要求全設(shè)備能夠聯(lián)網(wǎng)運行。微波功率模塊的分步焊接工藝無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，而階梯焊接工藝和一次性焊接工藝中，可實現(xiàn)微波功率模塊焊接全自動化生產(chǎn)。

通過三種工藝方法所涉及的工藝技術(shù)比較，得出生產(chǎn)過程的實現(xiàn)難度由低到高分別為：分步焊接、一次性焊接和階梯焊接。

通過表3可見：

1）從產(chǎn)能比較，使用階梯焊接工藝方式的產(chǎn)能大約是分步焊接工藝方式的4倍，而階梯焊接工藝與一次性焊接工藝相當。可見，階梯焊接工藝和一次性焊接工藝效率較高。

通過表4的比較分析得出，三種焊接方式的焊透率都滿足大于80%的指標要求，并且焊透率大小相當。

三種微波功率模塊焊接工藝使用的工藝技術(shù)類型有所差別，具體見表5。

1）分步焊接工藝中器件通過手工焊接，焊接一致性差，容易造成錯焊和漏焊等問題。該工藝適用于器件量少的模塊，同時不需要較復雜的工裝設(shè)計和大型生產(chǎn)設(shè)備。

2）階梯焊接和一次性焊接可以實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，器件焊接的一致性好，漏焊和錯焊的概率低，都適用于器件量大的模塊。只是階梯焊接的技術(shù)難度大于一次性焊接。

綜上所述，微波功率模塊的貼片器件數(shù)量較多的情況下，優(yōu)選一次性焊接工藝，次選階梯焊接工藝，最后選擇分步焊接工藝；貼片器件數(shù)量較少的情況下，優(yōu)選分步焊接工藝。