微波組件模塊組裝焊點(diǎn)與可靠性

1、微波組件件模塊組組裝焊點(diǎn)點(diǎn)及其可可靠性摘要:介介紹微波波組件的的應(yīng)用及及其組裝裝焊接的的重要性性,提出出組裝焊焊接中焊焊點(diǎn)的特特點(diǎn),并并對(duì)焊點(diǎn)點(diǎn)失效進(jìn)進(jìn)行詳細(xì)細(xì)機(jī)理分分析,闡闡述機(jī)械械應(yīng)力和和熱應(yīng)力力對(duì)焊點(diǎn)點(diǎn)失效的的影響,在焊接接工藝和和焊點(diǎn)設(shè)設(shè)計(jì)方面面找到抗抗失效斷斷裂的有有效措施施,從而而保證焊焊點(diǎn)的質(zhì)質(zhì)量,提提高微波波組件的的可靠性性。 關(guān)關(guān)鍵詞:微波組組件;焊焊點(diǎn);可可靠性 引言 微微波組件件廣泛應(yīng)應(yīng)用于電電視廣播播、衛(wèi)星星通信、中繼通通信、移移動(dòng)通信信、雷達(dá)達(dá)等眾多多領(lǐng)域。近幾年年來,隨隨著相控控陣?yán)走_(dá)達(dá)技術(shù)的的發(fā)展,雷達(dá)領(lǐng)領(lǐng)域大量量應(yīng)用微微波組件件。微波波組件組組裝技術(shù)術(shù)的發(fā)展展是

2、圍繞繞提高質(zhì)質(zhì)量與成成品率、縮短生生產(chǎn)周期期、降低低成本、提高生生產(chǎn)效率率和增強(qiáng)強(qiáng)品種變變換的適適應(yīng)能力力進(jìn)行的的。微波波組件組組裝技術(shù)術(shù)有手工工組裝、流水線線自動(dòng)組組裝和計(jì)計(jì)算機(jī)集集成自動(dòng)動(dòng)化組裝裝等三大大類,目目前,應(yīng)應(yīng)用于雷雷達(dá)領(lǐng)域域的微波波組件基基本以手手工組裝裝為主。在在以采用用手工焊焊接為主主的微波波組件組組裝生產(chǎn)產(chǎn)過程中中,組裝裝故障占占總故障障的800%以上上,組裝裝故障的的突出表表現(xiàn)是焊焊點(diǎn)質(zhì)量量問題,它直接接影響由由模塊組組成的微微波組件件可靠性性。高的的焊接可可靠性,高的焊焊點(diǎn)合格格率是微微波組件件組裝生生產(chǎn)過程程中刻意意追求的的目標(biāo),焊點(diǎn)的的質(zhì)量應(yīng)應(yīng)包含兩兩方面的的內(nèi)容

3、:即焊點(diǎn)點(diǎn)的設(shè)計(jì)計(jì)和生產(chǎn)產(chǎn)控制。焊點(diǎn)可可靠性是是微波組組件的生生命,對(duì)對(duì)于航空空航天產(chǎn)產(chǎn)品,其其重要性性尤為突突出。 一、模模塊組裝裝的焊點(diǎn)點(diǎn)特點(diǎn)微波波組件內(nèi)內(nèi)模塊組組裝的焊焊點(diǎn)具有有與傳統(tǒng)統(tǒng)集成電電路焊點(diǎn)點(diǎn)不同的的特點(diǎn): (1) 微波波組件采采用的元元器件品品種多,外形尺尺寸與重重量分布布范圍廣廣,結(jié)構(gòu)構(gòu)精密,尺寸精精度高,大多以以小模塊塊的形式式出現(xiàn),不是標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的SSMT焊焊點(diǎn)。 (2) 微波組組件內(nèi)不不同的模模塊就有有不同的的連接方方式,因因此焊點(diǎn)點(diǎn)的類型型較多。 (3) 微波波組件內(nèi)內(nèi)的模塊塊大多與與高頻印印制板連連接,而而高頻印印制板不不允許打打焊接孔孔,焊接接只能在在印制板板表面進(jìn)

4、進(jìn)行,焊焊點(diǎn)結(jié)合合力較弱弱。 (44) 微微波組件件的電性性能對(duì)寄寄生參數(shù)數(shù)、尺寸寸與結(jié)構(gòu)構(gòu)的偏差差和不一一致性較較敏感,必須嚴(yán)嚴(yán)格控制制焊點(diǎn)。模模塊組裝裝焊點(diǎn)的的這些特特點(diǎn)對(duì)提提高其可可靠性增增加了設(shè)設(shè)計(jì)與工工藝的難難度。 二、焊焊點(diǎn)失效效分析 研究究焊點(diǎn)失失效的目目的就是是為焊接接工藝和和焊點(diǎn)的的設(shè)計(jì)提提供依據(jù)據(jù),從而而提高焊焊點(diǎn)的可可靠性。從微波波組件服服役過程程中焊點(diǎn)點(diǎn)失效可可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn):最先先發(fā)生失失效的焊焊點(diǎn)為模模塊引腳腳點(diǎn),如如圖1所所示為典典型模塊塊與高頻頻印制板板之間焊焊點(diǎn)開裂裂失效,這些模模塊都是是非標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)SMTT器件,而且這這些模塊塊都具有有線性尺尺寸大,與殼體體直接安安裝

5、在一一起的特特點(diǎn)。 焊點(diǎn)在在實(shí)際工工作過程程中的失失效過程程一般為為:塑性性變形裂紋萌萌生裂裂紋擴(kuò)展展失效效。從焊焊點(diǎn)實(shí)際際經(jīng)歷的的環(huán)境條條件來看看,內(nèi)部部應(yīng)力是是焊點(diǎn)失失效的根根本原因因,焊點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)力由由機(jī)械應(yīng)應(yīng)力和交交變熱應(yīng)應(yīng)力組成成。 (11)交變變熱應(yīng)力力的產(chǎn)生生主要是是因?yàn)槠髌骷桶舶惭b殼體體是由不不同的材材料組成成,它們們有不同同的線膨膨脹系數(shù)數(shù),溫度度循環(huán)試試驗(yàn)時(shí)由由于溫度度的交變變變化,器件和和殼體的的膨脹量量隨著溫溫度發(fā)生生變化,器件和和殼體是是無緩沖沖裝置的的硬性連連接,焊焊接點(diǎn)不不能自由由伸縮,殼體和和器件之之間相互互制約,在焊接接點(diǎn)產(chǎn)生生熱應(yīng)力力,圖22是模塊塊安裝簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖

6、。 小模塊塊的熱膨膨脹失配配量為: L = (2 11 ) LTT 其中中,11 為器器件的熱熱膨脹系系數(shù);2 為為殼體的的熱膨脹脹系數(shù); L 為器件件的長(zhǎng)度度;TT為溫度度變化范范圍。小小模塊殼殼體一般般為不銹銹鋼材料料,其膨膨脹系數(shù)數(shù)1 =0. 1112 10- 4 /C, 殼殼體為鋁鋁合金, 其2 = 0. 2338 10- 4 /C,二者者熱膨脹脹系數(shù)相相差一倍倍多。溫溫度變化化范圍T越大大,失配配量也越越大,產(chǎn)產(chǎn)生的熱熱應(yīng)力越越大,溫溫度變化化不但要要考慮環(huán)環(huán)境溫度度的變化化范圍,而且器器件和殼殼體的熱熱容不同同,導(dǎo)熱熱率不同同,換熱熱系數(shù)的的不同,使得在在溫度變變化時(shí),器件和和殼體

7、之之間的溫溫度變化化速率不不同,更更加劇了了熱失配配現(xiàn)象,增大熱熱應(yīng)力,另外溫溫度的周周期交變變變化,使得熱熱應(yīng)力也也相應(yīng)作作周期變變化,焊焊接點(diǎn)在在這種周周期熱應(yīng)應(yīng)力的作作用下導(dǎo)導(dǎo)致斷裂裂。 (22)微波波組件中中的電路路介質(zhì)板板和小模模塊用螺螺栓固定定在殼體體上,機(jī)機(jī)械應(yīng)力力主要由由以下幾幾個(gè)方面面產(chǎn)生。 a. 焊盤和和小模塊塊引腳在在高度方方向按SSMT規(guī)規(guī)范應(yīng)為為0. 050. 1 mmm 出出現(xiàn)如圖圖3所示示情況,小模塊塊引腳低低于或高高于介質(zhì)質(zhì)板焊盤盤平面時(shí)時(shí),裝配配時(shí)引腳腳變形會(huì)會(huì)產(chǎn)生機(jī)機(jī)械應(yīng)力力。 bb. 焊焊接工藝藝不當(dāng),采用先先焊后螺螺栓緊固固的次序序,在引引腳處產(chǎn)產(chǎn)生機(jī)械

8、械應(yīng)力。 c. 裝配雖雖然采用用了先螺螺栓緊固固后焊引引腳的工工藝,但但若先裝裝螺栓時(shí)時(shí),螺栓栓緊固力力矩不足足,焊后后又進(jìn)行行了二次次螺栓緊緊固操作作,引腳腳處產(chǎn)生生殘余機(jī)機(jī)械應(yīng)力力,螺栓栓的松動(dòng)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生殘余余機(jī)械應(yīng)應(yīng)力。 dd. 加加工誤差差造成殼殼體和小小模塊位位的安裝裝面為非非理想平平面,安安裝時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生彈性性變形,在焊接接點(diǎn)產(chǎn)生生殘余機(jī)機(jī)械應(yīng)力力。 e. 在加加速振動(dòng)動(dòng)試驗(yàn)中中,由于于加速度度的作用用,使固固定螺栓栓和殼體體安裝面面發(fā)生彈彈性變形形,導(dǎo)致致在焊接接點(diǎn)產(chǎn)生生機(jī)械應(yīng)應(yīng)力,這這種變形形更大。由由力學(xué)分分析可知知: L = kmm a 式中,L 為振動(dòng)動(dòng)時(shí)加速速度引起起的彈

9、性性變形量量; mm 為小小模塊質(zhì)質(zhì)量; a為振振動(dòng)機(jī)速速度; k為常常數(shù)(與與螺栓的的大小、強(qiáng)度有有關(guān)的常常數(shù)) 。由上上式可見見:小模模塊質(zhì)量量越大,振動(dòng)機(jī)機(jī)速度越越大,這這種變形形更大,以上分分析是把把微波組組件殼體體安裝面面作為絕絕對(duì)剛體體來考慮慮,當(dāng)殼殼體安裝裝面剛性性不足時(shí)時(shí),彈性性變形量量更大,焊點(diǎn)處處的應(yīng)力力更大。由由于小模模塊線性性尺寸大大,比一一般的SSMT器器件大112 個(gè)數(shù)量量級(jí),質(zhì)質(zhì)量大和和無緩沖沖裝焊形形式,在在其焊接接處產(chǎn)生生更大的的熱應(yīng)力力和機(jī)械械應(yīng)力,熱應(yīng)力力和機(jī)械械應(yīng)力的的復(fù)合作作用,焊焊腳處產(chǎn)產(chǎn)生疲勞勞失效,導(dǎo)致斷斷裂,這這是小模模塊焊點(diǎn)點(diǎn)斷裂的的主要原原

10、因。由由力學(xué)分分析可知知: L = kkm aa三、焊點(diǎn)抗抗失效斷斷裂的方方法焊接點(diǎn)點(diǎn)周期熱熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)應(yīng)力導(dǎo)致致焊接點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)生疲疲勞斷裂裂,而焊焊接點(diǎn)抗抗疲勞斷斷裂的性性能不但但與周期期應(yīng)力大大小有關(guān)關(guān),還與與焊點(diǎn)本本身的性性質(zhì)(如如焊接材材料、接接點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)形式、焊接表表面特性性、焊接接工藝)等有關(guān)關(guān)。 1. 提高高安裝面面的結(jié)構(gòu)構(gòu)剛性、平面度度模塊質(zhì)質(zhì)量大,振動(dòng)慣慣量大,如果安安裝基面面的剛性性差、平平面度差差,固定定不可靠靠,安裝裝時(shí)易產(chǎn)產(chǎn)生機(jī)械械應(yīng)力;在振動(dòng)動(dòng)過程中中易產(chǎn)生生彈性變變形,在在焊點(diǎn)產(chǎn)產(chǎn)生周期期應(yīng)力,又由于于焊點(diǎn)與與微帶線線的結(jié)合合力強(qiáng)于于微帶線線與基板板的附著著力,微微帶

11、線被被撕裂。 2. 完善小小模塊裝裝焊次序序小模塊塊裝焊次次序?qū)负附狱c(diǎn)應(yīng)應(yīng)力有重重要影響響,嚴(yán)禁禁采用先先焊引腳腳后螺栓栓緊固的的工藝。利用力力矩起子子,對(duì)小小模塊進(jìn)進(jìn)行恒力力矩裝配配,提高高各小模模塊的連連接可靠靠性。3. 焊接接工藝參參數(shù)規(guī)范范化、穩(wěn)穩(wěn)定化焊焊接工藝藝對(duì)焊點(diǎn)點(diǎn)的質(zhì)量量也起到到重要作作用。主主要包括括焊料成成分、印印刷焊料料量、焊焊接溫度度、焊接接時(shí)間、焊接面面的表面面處理方方法等方方面。焊焊點(diǎn)質(zhì)量量除了與與上述條條件相關(guān)關(guān)外,焊焊接面的的潔凈度度也相當(dāng)當(dāng)重要,焊好以以后要有有良好的的防氧化化存儲(chǔ)保保存環(huán)境境,可以以采用氮氮?dú)獗Ｗo(hù)護(hù)除濕箱箱或真空空封存,確保焊焊接點(diǎn)的的質(zhì)量。 4. 規(guī)范范焊點(diǎn)設(shè)設(shè)計(jì) (1)嚴(yán)嚴(yán)格控制制焊盤和和引腳高高度方向向間隙尺尺寸,最最好控制制在0. 1 mm左左右; (2)焊焊盤尺寸寸大于引引腳尺寸寸,一般般單邊大大0. 2 mmm左右右; (33)為了了減少熱熱應(yīng)力和和