一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法

技术领域

本发明属于微波基板焊接技术领域，涉及一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法。

背景技术

该项目来源于星载微波功分网络等多个单机产品研制，此类单机微波基板面积大(＞300mm×300mm)，需要在机壳两面进行基板焊接。实际焊接发现，大面积基板有效焊接面积低(75～80％及以下)；采用传统的金属压块施压方式进行焊接时，由于金属压块热容量大，导致焊接时间、温度难以精确控制，造成合金层过厚影响产品可靠性；现有基板双面焊接一般采用先焊接一面基板之后，将产品翻转180°再焊接另一面基板，产品经受两次焊接过程，二次焊接时会造成前一面焊点重熔，影响焊接质量。

因此，急需寻找一种可以实现大面积微波基板在机壳两面不同位置低空洞率、一次焊接的工艺方法。

在公开发表的文献以及刊物中，未发现可解决上述问题的发明专利。与之稍有关联的有下列几项发明，具体内容如下：

1、一种微波组件内外导体的一体化装焊方法和系统【CN202210886544.7】，该发明通过优化微波组件内导体和外导体预置焊料和焊接工艺的步骤，实现了微波组件表面贴装焊点和通孔插装焊点，与微带板大面积焊接的一体化焊接；避免传统微带板和微波组件的梯度回流焊接加微波组件内导体手工焊接，造成微波组件内导体多次受热，导致氧化或污染进而导致一定概率不润湿的问题，严重影响了内导体焊接质量；提高焊接质量和焊接效率。

2、多个陶瓷基板与壳体回流焊接的工艺方法【CN201910509157.X】，该发明通过设计一种铝材焊接工装将多个基板固定在壳体上、使用In52Sn48低温焊片，实现多个基板的回流焊接，所述的多个陶瓷基板与壳体回流焊接的工艺方法，其特征在于，焊接工装包括工装框架和多个压杆，多个压杆一端通过弹簧可调节地固定至工装框架上，另一端竖直向下延伸并能够对多个陶瓷基板施加压力以将多个陶瓷基板固定在壳体上的焊接位置；并且，通过改变弹簧的压缩量能改变焊接过程中的压力。

3、微波电路基板大面积焊接装置及其方法【CN20170876091.9】，该发明设计了一种用于微波基板大面积焊接的装置，主要实现了在没有足够资金购置回流焊接机时，一种对基板焊接过程温度进行控制的焊接装置及其使用方法。

经过对以上专利的分析可知，专利1主要实现微波组件表面贴装焊点和通孔插装焊点，与微带板大面积焊接的一体化焊接，不涉及大面积微波基板的低空洞率焊接。专利2主要实现多个陶瓷基板在壳体同一面的一次焊接，不涉及壳体上大面积基板双面焊接。专利3主要实现一种用于微波基板大面积焊接的装置，不涉及具体焊接工艺技术。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，实现焊接过程气体有效逸出降低焊接空洞率，实现焊接压力调整，实现局部受压均匀避免基板表面局部损伤，通过控制焊接峰值温度、真空度范围确保焊接质量。

本发明解决技术的方案是：

一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，包括：

制作上层基板、下层基板和机壳；机壳为水平放置的长方体结构；上层基板和下层基板均为水平放置的长方形板状结构；在上层基板和下层基板上分别制作逃逸孔；

设计焊接工装；

通过焊接工装将上层基板和下层基板焊接在机壳上。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，所述机壳上端的周向侧壁设置有机壳上组装孔；机壳下端的周向侧壁设置有机壳下组装孔；

所述逃逸孔的直径为2-3mm；逃逸孔呈矩阵式分布，相邻2个逃逸孔的间距为30mm；逃逸孔避开微带电路图形位置，且逃逸孔的内壁不进行金属化。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，所述焊接工装包括上桁架、上压力转接板、上层焊片、机壳上组装孔、机壳下组装孔、下层焊片、下压力转接板、下桁架；

上层焊片、上压力转接板、上桁架依次水平设置在机壳的上方；下层焊片、下压力转接板、下桁架依次水平设置在机壳的下方；

上层基板水平设置在上层焊片和上压力转接板之间；下层基板水平设置在下层焊片和下压力转接板之间。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，所述上桁架和下桁架均为金属镂空结构；上桁架和下桁架的表面设置有横纵梁，形成矩阵分布的方形通孔的镂空结构；在横纵梁的交叉处分别设置施压螺纹孔；上桁架的周向四边设置有与机壳上组装孔对应的螺孔；下桁架的周向四边设置有与机壳下组装孔对应的螺孔。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，所述焊接工装还包括上螺钉、下螺钉、上弹簧、下弹簧；

其中，上螺钉与上桁架的施压螺纹孔一一对应；下螺钉与下桁架的施压螺纹孔一一对应；上弹簧轴向竖直设置在上桁架和上压力转接板之间，且上弹簧与上螺钉一一对应；下弹簧轴向竖直设置在下压力转接板和下桁架之间，且下弹簧与下螺钉一一对应；上弹簧和下弹簧长度均大于等于2倍焊接位置机壳深度。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，所述上螺钉尺寸与上桁架的施压螺纹孔尺寸相同；下螺钉尺寸与下桁架的施压螺纹孔尺寸相同；上螺钉安装在上桁架的施压螺纹孔后，上螺钉的底端凸出上桁架下表面2-3个扣螺纹；下螺钉安装在下桁架的施压螺纹孔后，下螺钉的顶部凸出下桁架上表面2-3个扣螺纹。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，上螺钉对应安装在上桁架的施压螺纹孔上；下螺钉对应安装在下桁架的施压螺纹孔上；在上螺钉凸出上桁架的螺纹上安装上弹簧；在下螺钉凸出下桁架的螺纹上安装下弹簧；上弹簧、下弹簧安装后完全覆盖上螺钉、下螺钉凸出外露的螺纹。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，将上层基板和下层基板焊接在机壳上的方法为：

S1、将上层焊片裁剪至与上层基板尺寸相同；将下层焊片裁剪至与下层基板尺寸相同；

S2、将机壳底部朝上放置；在机壳底部焊接面、下层基板的焊接面均匀刷涂R型或RMA型助焊剂；将下层焊片放置在机壳底部焊接面上，再通过吸笔将下层基板放置在下层焊片上；

S3、将下压力转接板放置在下层基板上；将下桁架+下螺钉+下弹簧组装到一起，通过下桁架上组装孔安装到机壳组装孔上，使下弹簧被压缩；

S4、将S3的产品翻转180°，使机壳的顶部朝上放置；在机壳顶部焊接面、上层基板的焊接面均匀刷涂RMA型助焊剂；将上层焊片放置在机壳顶部焊接面，再通过吸笔将上层基板放置在上层焊片上；

S5、将上压力转接板放置到上层基板上；将上桁架+上螺钉+上弹簧组装到一起，通过上桁架上组装孔安装到机壳组装孔上，使上弹簧被压缩，形成整体焊接组装件；

S6、将整体焊接组装件放置在真空回流焊接设备中，完成上层基板、下层基板与机壳焊接。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，所述上层焊片和下层焊片均采用Sn63Pb37材料；所述机壳为铝镀银材质。

在上述的一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，所述S6中，焊接时，焊接峰值温度保持在215℃，真空度控制在20mbar。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明通过在微波基板上设计逃逸孔，实现了“长×宽”≥“300mm×300mm”的大面积微波基板低空洞率焊接；

(2)本发明提供的一种模块化焊接工装，具有热容量低，对焊接件加热时间影响小的特点；

(3)本发明焊接工装可通过调节弹簧压缩比对焊接压力进行分区调节，可以适应多种材质基板、基板上不同位置对不同焊接压力的需求；

(4)本发明工艺方法实现机壳上下两面、多处基板的一次焊接，解决了梯度焊接造成的基板多次加热导致焊接面合金层过厚的问题，大幅提高生产效率；

(5)本发明实现过程简单实用，可操作性强，适合批量产品生产。

附图说明

图1为本发明基板与焊接工装装配分层示意图；

图2为本发明基板与焊接工装装配完成示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，与传统的焊接工艺方法相比，焊接基板空洞率由30％左右降低到5％以下，焊接效率提升至少一倍，提高了产品焊接质量及生产效率，满足了微波产品集成化发展需求。

大面积微波基板低空洞率双面焊接方法，具体包括如下步骤：

制作上层基板5、下层基板11和机壳8；机壳8为水平放置的长方体结构；上层基板5和下层基板11均为水平放置的长方形板状结构；在上层基板5和下层基板11上分别制作逃逸孔。

本发明中，机壳8上端的周向侧壁设置有机壳上组装孔7；机壳8下端的周向侧壁设置有机壳下组装孔9。所述逃逸孔的直径为2-3mm；逃逸孔呈矩阵式分布，相邻2个逃逸孔的间距为30mm；逃逸孔避开微带电路图形位置，且逃逸孔的内壁不进行金属化。

设计焊接工装。焊接工装包括上桁架2、上压力转接板4、上层焊片6、机壳上组装孔7、机壳下组装孔9、下层焊片10、下压力转接板12、下桁架14；上层焊片6、上压力转接板4、上桁架2依次水平设置在机壳8的上方；下层焊片10、下压力转接板12、下桁架14依次水平设置在机壳8的下方。

上层基板5水平设置在上层焊片6和上压力转接板4之间；下层基板11水平设置在下层焊片10和下压力转接板12之间，如图1所示。

本发明对焊接工装进行了细节创新设计，具体如下：

上桁架2和下桁架14均为金属镂空结构；上桁架2和下桁架14的表面设置有横纵梁，形成矩阵分布的方形通孔的镂空结构；在横纵梁的交叉处分别设置施压螺纹孔；上桁架2的周向四边设置有与机壳上组装孔7对应的螺孔；下桁架14的周向四边设置有与机壳下组装孔9对应的螺孔。

焊接工装还包括上螺钉1、下螺钉15、上弹簧3、下弹簧13；其中，上螺钉1与上桁架2的施压螺纹孔一一对应；下螺钉15与下桁架14的施压螺纹孔一一对应；上弹簧3轴向竖直设置在上桁架2和上压力转接板4之间，且上弹簧3与上螺钉1一一对应；下弹簧13轴向竖直设置在下压力转接板12和下桁架14之间，且下弹簧13与下螺钉15一一对应；上弹簧3和下弹簧13长度均大于等于2倍焊接位置机壳深度。

上螺钉1尺寸与上桁架2的施压螺纹孔尺寸相同；下螺钉15尺寸与下桁架14的施压螺纹孔尺寸相同；上螺钉1安装在上桁架2的施压螺纹孔后，上螺钉1的底端凸出上桁架2下表面2-3个扣螺纹；下螺钉15安装在下桁架14的施压螺纹孔后，下螺钉15的顶部凸出下桁架14上表面2-3个扣螺纹。

上螺钉1对应安装在上桁架2的施压螺纹孔上；下螺钉15对应安装在下桁架14的施压螺纹孔上；在上螺钉1凸出上桁架2的螺纹上安装上弹簧3；在下螺钉15凸出下桁架14的螺纹上安装下弹簧13；上弹簧3、下弹簧13安装后完全覆盖上螺钉1、下螺钉15凸出外露的螺纹，如图2所示。

最后，通过焊接工装将上层基板5和下层基板11焊接在机壳8上。将上层基板5和下层基板11焊接在机壳8上的方法为：

S1、将上层焊片6裁剪至与上层基板5尺寸相同；将下层焊片10裁剪至与下层基板11尺寸相同；上、下层基板所用焊片材料应相同或熔点接近焊片厚度≥0.05mm。

S2、将机壳8底部朝上放置；在机壳8底部焊接面、下层基板11的焊接面均匀刷涂R型或RMA型助焊剂；将下层焊片10放置在机壳8底部焊接面上，再通过吸笔将下层基板11放置在下层焊片10上。

S3、将下压力转接板12放置在下层基板11上；将下桁架14+下螺钉15+下弹簧13组装到一起，通过下桁架14上组装孔安装到机壳组装孔9上，使下弹簧13被压缩。

S4、将S3的产品翻转180°，使机壳8的顶部朝上放置；在机壳8顶部焊接面、上层基板5的焊接面均匀刷涂RMA型助焊剂；将上层焊片6放置在机壳8顶部焊接面，再通过吸笔将上层基板5放置在上层焊片6上。

S5、将上压力转接板4放置到上层基板5上；将上桁架2+上螺钉1+上弹簧3组装到一起，通过上桁架2上组装孔安装到机壳组装孔7上，使上弹簧3被压缩，形成整体焊接组装件。

S6、将整体焊接组装件放置在真空回流焊接设备中，完成上层基板5、下层基板11与机壳8焊接。焊接时，焊接峰值温度保持在215℃，真空度控制在20mbar。

本发明中，上层焊片6和下层焊片10均采用Sn63Pb37材料；所述机壳8为铝镀银材质。

实施例

本发明实施例包括大面积基板工艺性设计、焊接工装设计、产品焊接三部分内容：

一、基板逃逸孔设计

在上层基板5、下层基板11上分别设计直径2～3mm、间隔30mm的逃逸孔，逃逸孔需要避开微带电路图形位置，逃逸孔内壁不进行金属化。

二、焊接工装设计

焊接工装包括上螺钉1、上桁架2、上弹簧3、上压力转接板4、上层基板5、上层焊片6、机壳上组装孔7、机壳8、机壳下组装孔9、下层焊片10、下层基板11、下压力转接板12、下弹簧13、下桁架14、下螺钉15。

上桁架2、下桁架14为金属镂空结构，桁架横梁位置按照一定间隔设计有施压螺纹孔，桁架四边设计有与机壳组装孔对应螺孔；

上螺钉1、下螺钉15尺寸与上桁架2、下桁架14上施压螺纹孔尺寸相同，上螺钉1、下螺钉15安装到上桁架2、下桁架14施压螺纹孔后凸出桁架2～3扣螺纹；

上弹簧3、下弹簧13外径与上螺钉1、下螺钉15螺纹相匹配，上弹簧3、下弹簧13长度大于等于2倍焊接位置机壳深度；

上螺钉1、下螺钉15安装在上桁架2、下桁架14施压螺纹孔上，在上螺钉1、下螺钉15凸出上桁架2、下桁架14螺纹上安装上弹簧3、下弹簧13，上弹簧3、下弹簧13安装后完全覆盖上螺钉1、下螺钉15外露螺纹；

上压力转接板4、下压力转接板12与上层基板5、下层基板11形状尺寸一致，镂空尺寸较基板上镂空尺寸大。

三、产品焊接

示例产品的低空洞率双面焊接包括以下步骤：

步骤一、分别裁剪与上层基板5、下层基板11形状尺寸相同的上层焊片6、下层焊片10，焊片采用Sn63Pb37材料；

步骤二、将机壳8下腔体朝上放置，在机壳8下腔体焊接面、下层基板11焊接面均匀刷涂R型或RMA型助焊剂，将下层焊片10放置在机壳8下腔体焊接面，再通过吸笔将下层基板11放置在下层焊片10上，机壳为铝镀银材质；

步骤三、将下压力转接板12放置到下层基板11上，将“下桁架14+下螺钉15+下弹簧13”组装到一起，通过下桁架14上组装孔安装到机壳组装孔9上，使下弹簧13被压缩；

步骤四、将步骤三组装产品翻转180°保证机壳8上腔体朝上放置后，在机壳8上腔体焊接面、上层基板5焊接面均匀刷涂RMA型助焊剂，将上层焊片6放置在机壳8上腔体焊接面，再通过吸笔将上层基板5放置在上层焊片6上；

步骤五、将上压力转接板4放置到上层基板5上，将“上桁架2+上螺钉1+上弹簧3”组装到一起，通过上桁架2上组装孔安装到机壳组装孔7上，使上弹簧3被压缩，形成整体焊接组装件；

步骤六、将整体焊接组装件放置在真空回流焊接设备中，焊接峰值温度保持在215℃，真空度控制在20mbar，完成上层基板5、下层基板11与机壳8焊接。

步骤八、拆下“上桁架2+上螺钉1+上弹簧3”组合体、上压力转接板4、“下桁架14+下螺钉15+下弹簧13”、下压力转接板12；

步骤九、清洗干净焊接件上残留助焊剂等多余物。

本发明通过在微波基板上设计逃逸孔，实现了“长×宽”≥“300mm×300mm”的大面积微波基板低空洞率焊接；具有热容量低，对焊接件加热时间影响小的特点。

本发明焊接工装可通过调节弹簧压缩比对焊接压力进行分区调节，可以适应多种材质基板、基板上不同位置对不同焊接压力的需求；

本发明工艺方法实现机壳上下两面、多处基板的一次焊接，解决了梯度焊接造成的基板多次加热导致焊接面合金层过厚的问题，大幅提高生产效率；实现过程简单实用，可操作性强，适合批量产品生产。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。