一种使用印刷焊膏钎焊微带板的加工方法与流程

本发明属于微波电路组件的钎焊加工技术领域，具体涉及微波电路组件中的微带板与基板（或壳体）低温钎焊工艺方法。

背景技术：

微带板钎焊作为一种特殊的焊接技术，主要是将微带板与金工件之间采用低温固态焊料加温重熔，并相互扩散而形成电气与机械硬连接的一种特殊工艺方法。此种焊接技术微带板具有良好的接地、热传导性能，能增加微带线的功率容量，特别对于微波信号传输效率更高，同时还可以大大降低微波电路组件自身重量，因此该技术方案在国际微波电路组件生产加工上深受青睐，并且大规模的应用到产品的加工中，国内航空、航天及各雷达专业院所微波电路组件生产也是采用该工艺钎焊微带板钎焊。钎透率是衡量钎焊技术的重要指标，它直接影响微波电路组件的发射和接收组件电讯指标。随着科技的进步，新一代航空航天产品向高、精、尖快速发展，这种传统的微带板钎焊方法已无法满足现有生产效率及产品质量要求，需要向新高、可、靠新型工艺方案迈进。

传统的微带板钎焊加工方法主要是采取固态片状焊料装配在微带板与基板之间，然后置于热板焊台上或真空钎焊炉内加热焊接。此种钎焊方法存在以下缺点：固态片状焊片的剪裁、焊片的尺寸控制、焊片的氧化层去除、螺钉孔的保护、阻焊胶带保护、涂覆助焊剂等复杂的加工流程都需要手工操作，加工产能效率低下，仅为15件/人/天，而且钎焊质量对人员的技能要求很高，不同技能级别的人员操作，钎焊的质量差距很大，钎透率仅为75%，产品的批次质量可控性差，加工成本高昂，不适合批量生产。

技术实现要素：

为了提高微波电路组件大面积钎焊效率、解决基体与微带板钎透率问题，本发明提供一种使用印刷焊膏钎焊微带板的加工方法。

一种使用印刷焊膏钎焊微带板的加工方法包括以下操作步骤：清洗微带板和基板2、放置焊料、安装微带板、固定压块、焊接、拆卸压块、清洗和检测，改进在于所述放置焊料、安装微带板操作分为以下工步：

（1）、将清洗干净的四块以上的基板2分别放置在定位底板3上的定位槽内；

（2）、在四块以上的基板2上放置网板1，并使网板1上均布的网孔单元分别与四块以上的基板2一一对应；所述网孔单元由一个以上的网孔组成；

（3）、在网板1上均匀印刷焊膏；

（4）、取下网板1，在均匀沉积的焊膏上放置对应的微带板，每块微带板对应一块基板，形成焊接组件。

进一步限定的技术方案如下：

在2小时内，将完成安装固定压块的焊接组件进行焊接。

所述焊接为回流焊接分四个温度阶段进行处理：

预热处理：温度为室温～120℃，升温速率小于3℃/S，预热时间为60S～90S；

保温处理：温度为120℃～160℃之间，升温速率小于1℃/S，保温时间为60S～120S；

回流处理：峰值温度为215℃～230℃，峰值时间10±1S，液相线以上时间为60S～90S；

冷却处理：温度为峰值温度180℃～75℃，冷却速度3～4℃/S；

整个焊接时间：温度从室温至最高温度不超过5分钟。

所述网板1的厚度为0.1-0.2mm；网板1上均布设有四组以上的网孔单元。

所述网孔单元的一个以上的网孔的面积为基板2上对应的焊接区域面积的80-90%。

网孔单元中相邻网孔之间的网状桥线的宽度为0.3-0.5mm。

所述网孔为圆孔或方孔；所述方孔各角的过渡圆角半径为0.05-0.07mm。

所述定位底板3上设有四个以上的定位槽，一个定位槽与一块基板对应配合。

所述定位底板3的材料为不锈钢材料或纳米复合材料。

所述焊膏为焊锡膏，简称锡膏。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1、使用网板的优点：

（1）本发明根据微带板焊接的实际尺寸大小设计相应匹配的定位底板与印刷网板，开孔成阵列式，也就是对尺寸比较小的模块阵列摆放实现批量印刷，这样能提高印刷焊膏的效率，然后把微带板固定在已经完成印刷焊膏的模块基板上放入回流炉进行自动焊接，焊接流程操作简单。

（2）现阶段网板加工制作方法成熟，主要有：化学腐蚀法、激光切割法以及电铸法，且成本低廉。该发明方案优选激光切割和孔壁抛光制作工艺，并采取倒角处理，可有效解决小长方形90度角开孔不利于释放焊膏问题。

（3）印刷网板的网孔单元即为印刷焊膏面积，网孔单元设计主要考虑印刷焊膏在焊接过程焊料熔化造成的微带板与基板之间的焊料外溢产生短路问题、印刷焊料较少，未形成金属间化合物，两者结合力差问题，焊接过程中焊料中的助焊剂蒸汽无法排放，焊接面产生气孔，致使微带板焊接质量达不到设计要求，以及热应力拉伤微带板，微带板钎焊后恢复常温后焊料的热应力对微带板自身损坏影响问题，所以网孔单元和网板厚度设计是重要的技术参数。该发明为解决这一系列问题，网孔单元的一个以上网孔的面积之和为基板2上对应的焊接区域面积的80-90%，焊料的厚度为0.1-0.2mm，焊料面积要用0.3-0.5mm的间隙把焊料面积分成若干长方体，可以缓冲助焊剂蒸汽产生的应力和焊料热障冷缩产生的应力，以及增加网板强度作用（见图1）。

2、焊料的优点：

本发明使用印刷焊膏钎焊微带板的加工方法。印刷焊膏名称：焊锡膏，英文名：solder paste，成分：62Sn36Pb2Ag。优选焊锡膏取代焊片，主要原因有：焊锡膏含有助焊功能，有松香、活性剂、黏性剂和溶剂组成，具有去除锡粉氧化物、防止坍塌、调整黏性及快速印刷性能。有铅焊锡膏通常包含63Sn37Pb和62Sn36Pb2Ag两种成分，区别：焊膏63Sn37Pb熔点为183℃，焊膏62Sn36Pb2Ag掺入2% 的Ag后熔点变为179℃，它有较好的物理特性和良好的焊接性能且不具腐蚀性，提高了焊接的机械强度，而不含有银的则无此特性。因此，选择62Sn36Pb2Ag成分钎焊效果最佳。

3.定位底板的优点：

定位底板实质是定位工装,主要为固定基板2，同时提高印刷效率。如印刷网板采取5*6=30个印刷单元的阵列模式，同时定位底板上也开设5*6=30个单元定位槽的阵列模式，这样定位底板就和网板使用相匹配，一次印刷可以完成30件的微波功率模块的印刷工作。

4.本发明方法的优点：

使用焊锡膏作为焊料钎焊微带板，在生产效率和质量控制方面突显优点：主要省去了固态片状焊片的剪裁、焊片的尺寸控制、焊片的氧化层去除、螺钉孔的保护、阻焊胶带保护、涂覆助焊剂等复杂的手工加工流程，产品钎透率高，降低了加工成本，适合自动化批量生产。

附图说明

图1为本发明焊接组件结构示意图。

图2为网板结构示意图。

图3为定位底板结构示意图。

上图中序号：网板1、网孔单元11、基板2、定位底板3、定位槽31。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地描述。

实施例1

所用材料：1.焊锡膏（alpha LR721H3）、2. 无水乙醇（CH3CH2OH）、3.无尘布、4.防静电手套。

设备及工具：1.不锈钢刮刀（长度200mm）、2.网板（370*470mm）、3.印刷平台、4. 定位底板、5.搅拌棒、6.锡膏搅拌机、7.超声清洗机、8.回流焊炉(VXS374)、9. 测温仪( DATAPAQ/9000)、10. X射线检测仪(Y.Cougar SMT)。

准备工作：

从冰箱取出存储的焊锡膏，核对焊锡膏型号、有效期，采用锡膏搅拌机搅拌：搅拌前在室温条件下回温2h以上，搅拌时间15min。

印刷焊膏前，使用无纺布蘸取适量的无水乙醇清洁干净网板1、刮刀，分类放置。

具体钎焊微带板的加工操作步骤如下：

（1）、用无水乙醇清洗30块微带板和30块基板2。

（2）、将定位底板3提前固定在印刷平台上，定位底板3的材料为不锈钢，厚度为0.4mm，上面开设有30个定位槽31，见图3；将清洗干净的30块基板2分别放置在定位底板3上的30个定位槽31内。

（3）、在30块基板2上放置网板1，见图2；并使网板1上均布的30个网孔单元11分别与30块基板2一一对应，偏移量不能超过5%1，见图1。网板1的厚度为0.1mm，网板1上均布设有30个网孔单元11，每个网孔单元11由三个方形的网孔组成，每个网孔单元11的网孔面积之和为基板2上对应的焊接区域面积的85%，相邻网孔之间的网状桥线的宽度为0.3mm，网孔的四个拐角为0.06mm的过渡圆角。

（4）、用刮刀从网板1的窄边开始印刷焊膏，刮刀的倾斜角度为45度，印刷完成网板1上部无大面积焊料残留，印刷效果为焊锡膏覆盖面积应≥95%，偏移量≤1/4焊盘宽度。

（5）、取下网板1，在均匀涂覆焊锡膏的30块基板2上分别对应放置30块微带板，每块微带板对应一块基板，形成焊接组件。

（6）、在焊接组件上安装固定压块，在2小时内将完成固定压块安装的焊接组件进行回流焊接。

（7）、将安装有固定压块的焊接组件回流焊接。

回流焊接分四个温度阶段进行处理：

预热处理：室温20℃升至120℃温度，升温速率为1.3℃/S，预热时间为80S；目的是将微带焊接组件的温度从室温提升到焊锡膏内助焊剂发挥作用所需的活性温度，温度升得不可太快。

保温处理：温度为120～160℃之间，保温时间为95S，升温速率为0.42℃/S；目的是印刷微带板及基板的温度保持相同，减少相对温差，并使焊锡膏内部的助焊剂充分的发挥作用，去微带板和基板表面的氧化物，从而提高焊接质量。

回流处理：峰值温度为226℃，峰值时间保持10S，液相线（179℃）以上时间为85S，目的是使焊点温度提升到锡膏的熔点温度以上并维持一定的焊接时间，使其形成合金，完成微带板与基板的焊接。

冷却处理：温度从180℃降至为75℃，冷却速度为3.5℃/S，时间为30S。目的是使焊点迅速降温，焊料凝固。这个降温速度有助于形成精细的焊点微结构，提升焊点机械性能，增强焊点的可靠性。

（8）焊接完毕，拆除固定压块，得到30块微波功率模块。

（9）超声清洗30块微波功率模块。

检验30块微波功率模块的钎焊效果：

经过X-RAY设备对钎透率进行检测，发现微波功率模块的钎焊率均能达到86%以上，钎透率高于原工艺方案8个百分点，也满足军工及航空航天产品规定的微带板大面积钎焊率75%要求；效率提升也较为明显，省去了固态片状焊片的剪裁、尺寸控制、氧化层去除、螺钉孔保护、阻焊胶带保护、涂覆助焊剂等工序，与原工艺方案相比效率可提升3-4倍。