一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法及工装技术

本发明专利技术公开了一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法及工装，包括以下步骤：将基板和双面开腔盒体固定于工装，并在基板与双面开腔盒体之间需要焊接位置设置焊料；将工装置于温控装置内，通过工装的底座与侧壁将温控装置产生的热量热传导至双面开腔盒体，将双面开腔盒体加热至焊接温度，使基板与双面开腔盒体之间的焊料熔融；对温控装置进行抽真空；降温，完成基板与双面开腔盒体的一体化钎焊。该双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法减少了焊接工序，提高了焊接效率，同时解决了后道钎焊对前道已经焊接的基板带来过度老化风险的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法及工装


[0001]本专利技术属于基板钎焊
，具体涉及一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法及工装。

技术介绍

[0002]微波组件作为有源相控阵天线的核心部组件，近些年得到了快速的发展。由于微波组件电路工作频率高，接地要求高，对于基板与金属外壳之间的“大面积接地”多采用钎焊工艺。为了进一步提高微波组件的集成密度和可靠性，盒体结构双面开腔并在两面腔体内进行多基板大面积接焊接，成为减小微波组件尺寸、提高集成度的主要路径之一。
[0003]针对双面开腔盒体的多基板焊接需求，传统的焊接方法是通过两个温区来分别完成正面和背面腔体的基板焊接，例如：首先正面基板采用熔点为220℃的锡银铜(SAC305)焊料，然后背面基板焊接采用熔点为183℃的Sn63Pb37焊料。这种方法存在以下几方面的问题：
[0004](1)为避免后道工序对前道工序的影响，低熔点焊料焊接温度应低于高熔点焊料熔点20℃以上，因此背面基板焊接温度不宜超过200℃，而过低的焊接温度不利于焊料充分的流淌和浸润焊接面。
[0005](2)背面基板焊接过程中不可避免地会对正面已经焊接好的基板和元器件带来过度老化的风险。
[0006](3)对于传统的热传导加热方式的钎焊炉而言，双面开腔盒体由于与加热板接触面积小，导致升温速度低和温度场均匀性差，腔体中心的温度与边缘的温度差能达到10℃以上、升温速率＜0.5℃/s，焊接过程中焊料会在较长时间内熔融不均从而导致钎透率较低(＜75％)。r/>
技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法及工装，基于焊接工装能进行热传导的原理，实现了在焊接过程中焊接组件整体温度均匀性小于等于3℃，预热后升温速率大于等于1℃/s，焊接后的焊接钎透率大于等于90％的良好效果。
[0008]本专利技术提供了一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：将基板和双面开腔盒体固定于工装，并在基板与双面开腔盒体之间需要焊接位置设置有焊料；
[0010]步骤二：将工装置于温控装置内，通过工装的底座与侧壁将温控装置产生的热量热传导至双面开腔盒体，将双面开腔盒体加热至焊接温度，使基板与双面开腔盒体之间的焊料熔融；
[0011]步骤三：对温控装置进行抽真空；
[0012]步骤四：降温，完成基板与双面开腔盒体的一体化钎焊。
[0013]进一步地，步骤S2包括以下具体步骤：
[0014]以0.5～1℃/S速度升温至100～120℃，并保温30～60S；
[0015]以0.5～1℃/S速度升温至120～140℃，并保温30～60S；
[0016]以0.5～1℃/S速度升温至140～160℃，并保温30～60S；
[0017]以1～2℃/S速度升温至220～240℃，并保温10～20S。
[0018]进一步地，在步骤S3中，将温控装置抽真空至50～200Pa。
[0019]进一步地，在步骤S4中，采用氮气以1～2℃/S的速率进行风冷降温至80～100℃。
[0020]进一步地，所述焊料为Sn63Pb37焊料片。
[0021]另外，本专利技术还提供了一种用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法的工装，包括底座和竖直设置于所述底座四周的侧壁；所述侧壁与所述底座构成顶部开口的矩形围框；
[0022]所述底座的顶面间隔设置有用于支承所述双面开腔盒体的凸台，所述凸台之间形成与所述基板位置对应的凹槽；
[0023]所述凹槽内设置有竖直的定位销，所述定位销的外周侧套设有高温弹簧，所述高温弹簧的高度大于所述定位销的高度。
[0024]进一步地，所述侧壁内侧贴设有铜层。
[0025]进一步地，所述侧壁的厚度以及所述凹槽处底座厚度均为3～5mm。
[0026]进一步地，所述侧壁还设置有用于固定所述双面开腔盒体的固定结构。
[0027]进一步地，所述工装还包括用于固定双面开腔盒体的压条以及用于对所述基板施压的焊接压块。
[0028]有益效果：
[0029](1)本专利技术的钎焊方法适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊过程中，基于工装的热传导设计实现双面开腔盒体多基板一体化钎焊工艺，使焊料升温速率快，温度均匀性小，能一次性完成双面开腔盒体正面与背面的多个基板的焊接，而且焊接后的焊接钎透率大于等于90％，减少了焊接工序，提高了焊接效率，同时避免了后道钎焊对前道已经焊接的基板带来过度老化的风险，而且可以使用传统的钎焊炉作为温控装置，成本较低。
[0030](2)本专利技术提供的工装整体呈顶部开口的矩形围框结构，结构简单，且选用具有良好导热性能的铝合金材质，成本较低，而且矩形围框结构既利于焊接组件的稳固定位，又增大了工装与热源的接触面积；
[0031]工装的矩形围框尺寸与双面开腔盒体的外形相适应，增大了工装与双面开腔盒体的接触面积，利于双面开腔盒体上温度的均匀分布，提高焊接钎透率。
[0032](3)本专利技术在工装底座的凹槽内针对不同的基板设置具有合适弹簧变形量与胡克系数的高温弹簧，相比于传统的接触式施压方法，这种方式具备以下明显优势：可以根据双面开腔盒体的特点避让基板表面关键电路(比如粘片和键合位置)，避免对电路造成损伤；降低了工装的自身重量，减少热容，提高加热效率；解决了接触施压式焊接底座在加热过程中由于热变形导致部分基板无法得到有效压力的问题；由于高温弹簧可以通过形变来补偿实际双面开腔盒体结构和底座之间的高度变化，降低了对底座的机加工要求。
[0033](4)本专利技术的工装在围框的侧壁上贴设传热效果较好的铜层，从而使双面开腔盒
体的升温速率显著增快，最终能够实现针对热容相对较大的双面开腔盒体1～2℃/s的实测焊接温升，且温控装置的腔体中心与边缘温度差小于3℃，从而达到与真空气相焊接相当的焊接效果。
[0034](5)本专利技术使用一种焊料(Sn63Pb37焊料片)就可以完成整个焊接，解决了传统的使用两种焊料时存在的“低熔点焊料焊接温度应低于高熔点焊料熔点20℃以上，而过低的焊接温度不利于焊料充分的流淌和浸润焊接面”的问题。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的工装使用状态结构示意图；
[0036]图2为本专利技术的一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的温控装置的结构示意图；
[0037]图3为图1中垂直安装有射频连接器部位的结构示意图；
[0038]图4为图1中双面开腔盒体与工装的一种固定方式的结构示意图；
[0039]图5为图1中双面开腔盒体与工装的另一种固定方式的结构示意图。
[0040]1－双面开腔盒体，2－工装，3－正面基板，4－高温弹簧，5－定位销，6－凸台，7－背面基板，8－温控装置，9－石英加热管，10－石墨加热台，11－安装支耳，12－螺纹孔，13－压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于双面开腔盒体多基板一体化钎焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将基板和双面开腔盒体固定于工装，并在基板与双面开腔盒体之间需要焊接位置设置焊料；步骤S2：将工装置于温控装置内，通过工装的底座与侧壁将温控装置产生的热量热传导至双面开腔盒体，将双面开腔盒体加热至焊接温度，使基板与双面开腔盒体之间的焊料熔融；步骤S3：对温控装置进行抽真空；步骤S4：降温，完成基板与双面开腔盒体的一体化钎焊。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括以下具体步骤：以0.5～1℃/S速度升温至100～120℃，并保温30～60S；以0.5～1℃/S速度升温至120～140℃，并保温30～60S；以0.5～1℃/S速度升温至140～160℃，并保温30～60S；以1～2℃/S速度升温至220～240℃，并保温10～20S。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，将温控装置抽真空至50～200Pa。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，采用氮气以1～2℃/S的速率进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王松，侯天宇，李中，史戈，贺颖，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：