CN110181187A - 高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法 - Google Patents

高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法。旨在提供一种能够有效提升毫米组件的整体可靠性的组装工艺方法。本发明通过下述方法予以实现：首先使用共晶焊台将毫米波组件内的电路元器件，在300℃温度下，焊接在钼铜合金载板上；将外部的高、低频接插件通过弹性自适应补偿夹具装夹定位，采用真空气相焊回流焊机，焊接在精密加工成型的金属腔体对应槽内；将与钼铜合金载板焊接成一体的电路元器件及印制板通过让位顶压夹具装夹定位，采用真空气相焊回流焊焊接在金属腔体对应位置；最后采用激光焊机，在激光功率300W～500W，焊接速度2mm/s～3mm/s条件下，封焊毫米波组件盖板与金属腔体，实现毫米波组件的封装，完成高可靠性毫米波组件组装制备。

Description

高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法
技术领域
本发明涉及一种高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法。
背景技术
随着航天飞行器基于天基信号传输链路测控技术的快速发展，各类航天飞行器上毫米波频段相控阵天线、信道等模块或单机对T/R组件、变频组件等毫米波组件有较多的需求且十分迫切。航天飞行器有飞行速度快、飞行环境较恶劣、射程远、储存时间长等使用特点，该特点对航天飞行器电子设备提出了更高的环境适应性与可靠性要求，较新的部分型号航天飞行器电子设备的可靠性增长试验大纲，要求设备在380小时以上的温循、湿热、随机振动、电应力等环境应力综合作用下无故障、不失效，该试验条件对于电子设备中的各类毫米波模块挑战较大。在传统的毫米波模块组装工艺中，外部接插件采用焊接组装，内部功放芯片、移相器、滤波器、电容等电路元器件采用导电胶粘接组装，电气互联采用焊接及金丝键合方式，最终使用激光封焊或平行缝焊封装盖板与模块腔体。传统工艺组装的毫米波组件在上述试验条件下，其内部粘接的电路元器件由于导电胶强度以及环境适应性等原因，易出现组装失效，进而直接影响整机设备性能及可靠性(已出现案例)。总之，传统的毫米波模块组装工艺方法已无法适应新形势下航天飞行器电子设备的可靠性要求。
发明内容
本发明的目的是针对传统毫米波组件组装工艺中，内部电路元器件胶粘方式环境适应性差、可靠性低，无法适应新的航天飞行器电子设备可靠性要求的问题，提供一种将毫米波组件外部电气接插件、内部电路元器件通过多道具有温度阶梯的焊接工序，实现与组件金属腔体的全焊接，并采用激光封焊封装腔体与盖板的高可靠性毫米波组件组装方法，以有效提升毫米组件的整体可靠性，达到航天飞行器电子设备可靠性要求，满足航天飞行器飞行速度快、飞行环境较恶劣、射程远、储存时间长等实际工作需求。
为实现上述目的，本发明提供一种高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法，具体技术特征如下：首先使用共晶焊台将毫米波组件内的芯片3、微带4等电路元器件，在300℃温度下，焊接在钼铜合金载板5上；将毫米波组件外部的高频接插件7、低频接插件8通过弹性自适应补偿夹具9装夹定位，采用真空气相焊回流焊机，在峰值温度230℃，回流时间50s～60s的条件下，焊接在精密加工成型的金属腔体1对应槽内；将芯片3、微带4与钼铜合金载板5焊接成一体的电路元器件，以及印制板6，通过让位顶压夹具10装夹定位，利用真空汽相回流焊机，在峰值温度206℃，回流时间60s～90s的条件下焊接在精密加工成形的金属腔体1对应位置；然后使用手工焊台焊接毫米波组件内互联焊点，使用金丝键合机按电路连接设计键合连接各电路元器件，实现毫米波组件内的电气互联；最后采用激光焊机，在激光功率300W～500W，焊接速度2mm/s～3mm/s的条件下，通过激光封焊焊接毫米波组件盖板2与金属腔体1，实现毫米波组件的封装，完成高可靠性毫米波组件组装制备。
本发明与传统的毫米波组件组装工艺相比较具有如下有益效果：
1)本发明采用分级组装，通过组装工艺设计，合理拉开温度梯度，组装过程中遵循“先高温，后低温”的方式，通过多道具有温度阶梯的焊接工序，实现毫米波组件外部电气接插件、内部电路元器件与金属腔体的全焊接，并采用激光封焊封装腔体与盖板，减小了焊接复杂度。有效提升毫米组件的整体可靠性，解决了传统毫米波组件组装工艺中，内部电路元器件胶粘方式环境适应性差、可靠性低，无法适应新的航天飞行器电子设备可靠性要求的问题。
2)本发明在毫米波组件外部电气接插件与金属腔体焊接以及内部电路元器件与金属腔体焊接时，均采用真空汽相回流焊接工艺；并在焊接过程中采用弹性自适应补偿夹具对外部电气接插件进行夹持定位，采用让位顶压夹具对内部电路元器件进行夹持定位，解决了外部接插件装焊一致性差、焊缝密封性不稳定，以及内部电路元器件焊接面孔隙率导致高接地不良等问题，有效保证了毫米波组件装焊工艺的稳定性，提升了毫米波组件成品的可靠性，具备良好的批量可生产性。
本发明将毫米波组件外部电气接插件、内部电路元器件通过多道具有温度阶梯的焊接工序，实现与组件金属腔体的全焊接，并采用激光封焊封装腔体与盖板。有效提升毫米波组件的整体可靠性，达到各型号航天飞行器电子设备可靠性要求，满足航天飞行器飞行速度快、飞行环境较恶劣、射程远、储存时间长等实际工作需求，保证航天飞行器装备质量。
附图说明
图1是本发明高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法工艺流程图。
图2是典型毫米波组件的分解图。
图3是本发明电气接插件与金属腔体焊接装夹及局部放大示意图。
图4是本发明电路元器件与金属腔体焊接装夹及局部放大示意图。
图中：1金属腔体，2盖板，3芯片，4微带，5钼铜合金载板，6印制板，7高频接插件，8低频接插件，9弹性自适应补偿夹具，10让位顶压夹具。
具体实施方式
参阅图1和图2，在以下描述的一种高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法中，典型的毫米波组件包括：金属腔体1，盖板2，实现功放、移相等电路功能的芯片3，用于电路传输的微带4，用于承载芯片3及微带4的钼铜合金载板5，印制板6，用于对外电气互联的高频接插件7与低频接插件(8)。按照工艺流程，精密机械加工成型的金属腔体1、盖板2、钼铜合金载板5，以及芯片3、微带4、印制板6、高频接插件7、低频接插件8等经过清洗并烘干后，首先使用共晶焊台将毫米波组件内的芯片3、微带4等电路元器件，在300℃温度下，焊接在钼铜合金载板5上；将毫米波组件外部的高频接插件7、低频接插件8通过弹性自适应补偿夹具9装夹定位，采用真空气相焊回流焊机，在峰值温度230℃，回流时间50s～60s的条件下，焊接在精密加工成型的金属腔体1对应槽内；将芯片3、微带4与钼铜合金载板5焊接成一体的电路元器件，以及印制板6，通过让位顶压夹具(10)装夹定位，利用真空汽相回流焊机，在峰值温度206℃，回流时间60s～90s的条件下焊接在精密加工成形的金属腔体1对应位置；然后使用手工焊台焊接毫米波组件内互联焊点，使用金丝键合机按电路连接设计键合连接各电路元器件，实现毫米波组件内的电气互联；最后采用激光焊机，在激光功率300W～500W，焊接速度2mm/s～3mm/s的条件下，通过激光封焊焊接毫米波组件盖板2与金属腔体1，实现毫米波组件的封装，完成高可靠性毫米波组件组装制备。
在芯片3与钼铜合金载板5焊接工序中，采用熔点为280℃的金锡焊料(Au80Sn)，微带4与钼铜合金载板5焊接采用固相温度217℃，液相温度220℃的锡银铜焊料(Sn96.5Ag3Cu0.5)，采用的钼铜合金载板(5)厚度为0.2mm～0.4mm，使用共晶焊台在300℃的条件下将芯片3、微带4焊接在钼铜合金载板(5)上，焊接时间不超过30s，实现电路元器件与金属腔体1焊接组装热膨胀系数梯度匹配。
参阅图3。在高频接插件7、低频接插件8与金属腔体1焊接工序中，采用固相温度217℃，液相温度220℃的锡银铜焊料(Sn96.5Ag3Cu0.5)，焊接前先在焊缝位置填充适量焊料并涂抹助焊剂，同时使用弹性自适应补偿夹具9装夹定位高频接插件7、低频接插件8，每个接插件装夹力为1N～2N，采用真空汽相回流焊在峰值温度230℃，回流时间50s～60s的条件下焊接，实现焊接的一致性与高成品率。
参阅图4。在芯片3、微带4与钼铜合金载板5焊接成一体的电路元器件以及印制板6与金属腔体1焊接工序中，采用熔点为183℃的锡铅焊料(Sn63Pb37)，焊接前在焊接面填充适量焊料并涂抹助焊剂，同时使用让位顶压夹具10装夹定位芯片3、微带4与钼铜合金载板5焊接成一体的电路元器件以及印制板(6)，采用真空汽相回流焊在峰值温度206℃，回流时间60s～90s的条件下焊接，焊接过程中抽真空速率为2.6×103Pa/s～2.8×103Pa/s，保证焊接面低孔隙率，实现焊接的一致性与稳定性。
在互联焊接以及金丝键合工序中，采用熔点为183℃的锡铅焊料(Sn63Pb37)，使用手工焊台，在设置温度280℃～330℃条件下对毫米波组件内部互联焊点局部加热焊接，焊接时间不超过3s，并且采用金丝键合机，按电连接设计键合连接各电路元器件，实现毫米波组件内部的电气互联。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所做出若干简单的推演或替换都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.一种高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法，具体技术特征如下：首先使用共晶焊台将毫米波组件内的芯片(3)、微带(4)电路元器件，在300℃温度下，焊接在钼铜合金载板(5)上；将毫米波组件外部的高频接插件(7)、低频接插件(8)通过弹性自适应补偿夹具(9)装夹定位，采用真空气相焊回流焊机，在峰值温度230℃，回流时间50s～60s的条件下，焊接在精密加工成型的金属腔体(1)对应槽内；将芯片(3)、微带(4)与钼铜合金载板(5)焊接成一体的电路元器件，以及印制板(6)，通过让位顶压夹具(10)装夹定位，利用真空汽相回流焊机，在峰值温度206℃，回流时间60s～90s的条件下焊接在精密加工成形的金属腔体(1)对应位置；然后使用手工焊台焊接毫米波组件内互联焊点，使用金丝键合机按电路连接设计键合连接各电路元器件，实现毫米波组件内的电气互联；最后采用激光焊机，在激光功率300W～500W，焊接速度2mm/s～3mm/s的条件下，通过激光封焊焊接毫米波组件盖板(2)与金属腔体(1)，实现毫米波组件的封装，完成高可靠性毫米波组件组装制备。
2.根据权利要求1所述的高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法，其特征在于：芯片(3)与钼铜合金载板(5)焊接采用熔点为280℃的金锡焊料(Au80Sn)，微带(4)与钼铜合金载板(5)焊接采用固相温度217℃，液相温度220℃的锡银铜焊料(Sn96.5Ag3Cu0.5)，采用的钼铜合金载板(5)厚度为0.2mm～0.4mm，使用共晶焊台在300℃的设置条件下将芯片(3)、微带(4)焊接在钼铜合金载板(5)上，焊接时间不超过30s，实现电路元器件与金属腔体(1)焊接组装热膨胀系数梯度匹配。
3.根据权利要求1所述的高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法，其特征在于：高频接插件(7)、低频接插件(8)与金属腔体(1)焊接采用固相温度217℃，液相温度220℃的锡银铜焊料(Sn96.5Ag3Cu0.5)，焊接前先在焊缝位置填充适量焊料并涂抹助焊剂，同时使用弹性自适应补偿夹具(9)装夹定位高频接插件(7)、低频接插件(8)，每个接插件装夹力为1N～2N，采用真空汽相回流焊在峰值温度230℃，回流时间50s～60s的条件下焊接，实现焊接的一致性与高成品率。
4.根据权利要求1所述的高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法，其特征在于：芯片(3)、微带(4)与钼铜合金载板(5)焊接成一体的电路元器件以及印制板(6)与金属腔体(1)焊接采用熔点为183℃的锡铅焊料(Sn63Pb37)，焊接前在焊接面填充适量焊料并涂抹助焊剂，同时使用让位顶压夹具(10)装夹定位芯片(3)、微带(4)与钼铜合金载板(5)焊接成一体的电路元器件以及印制板(6)，采用真空汽相回流焊在峰值温度206℃，回流时间60s～90s的条件下焊接，焊接过程中抽真空速率为2.6×103Pa/s～2.8×103Pa/s，保证焊接面低孔隙率，实现焊接的一致性与稳定性。
5.根据权利要求1所述的高可靠性毫米波组件阶梯焊接组装方法，其特征在于：采用熔点为183℃的锡铅焊料(Sn63Pb37)，使用手工焊台，在设置温度280℃～330℃条件下对毫米波组件内部互联焊点局部加热焊接，焊接时间不超过3s，并且采用金丝键合机，按电连接设计键合连接各电路元器件，实现毫米波组件内部的电气互联。
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