CN102173849B - 一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，它包括以下步骤：①将微波介质陶瓷（5）的镀银端面涂抹无铅焊膏（10）并与镀银金属基座（6）固定，然后置于上定位板（1）和下定位板（2）之间，形成待焊接组件；②将待焊接组件置入盛有全氟聚醚液体的容器中；③加热全氟聚醚液体直至形成全氟聚醚蒸汽（11）；④保温0.5~2分钟，其间无铅焊膏（10）熔化形成焊锡面；⑤降温。本发明利用蒸汽焊接方式，经过严格的升温－保温焊接－降温过程，降低了介质陶瓷和金属材料焊接时产生的热应力，确保了焊件结构的可靠性，有效地降低了焊接面的气孔率，提高了焊接质量，降低了焊接成本，能满足大规模生产制造的需要。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法。
背景技术
微波介质陶瓷是近二十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料，它是指应用于微波频率（主要是300MHz～30GHz 频段）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。由于它具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等优良性能，能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求，因此适于制造多种微波元器件，在雷达、汽车电话、无绳电话、GPS 天线等方面具有广泛的应用。
介质滤波器是下一代民用移动通讯设备中的关键器件，而微波陶瓷介质材料的制备和陶瓷与金属的焊接工艺的好坏是决定介质滤波器优劣的关键。只有解决好陶瓷和金属的焊接工艺问题，并且使其性能满足器件结构环境使用要求，才能在今后的市场竞争中立于不败之地。
而目前微波介质陶瓷与金属的焊接主要是通过全热风回流焊机完成的，如图8所示， 首先在微波介质陶瓷5的镀银端面均匀涂抹一层无铅焊膏，再将微波介质陶瓷放入铝制腔体13的定位槽中，其工作原理如图9所示，典型的多温区回流焊机的工作过程，多温区可以分为四个工作区间，升温区a、保温区b、焊接区c和冷却区d，当焊接件进人升温区a时，升温区a也称干燥区，焊膏中的溶剂和气体蒸发掉。同时，焊膏中的助焊剂润湿腔体底部的定位浅坑和介质柱镀银端面。当焊接件进人保温区b时，使微波介质陶瓷5和镀银铝腔13得到了充分的预热。当焊接件进人焊接区c时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对腔体底部焊接区和微波介质陶瓷端面润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡面。最后，焊接件进人冷却区d，使焊点凝固，此时完成了微波介质陶瓷和金属的再流焊。
现有技术的缺陷主要表现在：
①全热风回流焊机主要是表面贴装器件的焊接，其内部工作区域的高度不高，对于超高的金属腔体，将无法焊接，适用范围较窄；
②由于滤波器内部腔体边壁的存在，热风的对流会遇到阻碍，滤波器腔体内部温度不均，从而微波介质陶瓷内部产生热应力，直接导致陶瓷断裂，严重影响了焊接质量；
③滤波器的铝制腔体13和微波介质陶瓷材料的物理性质差异较大，影响焊接质量，比如，滤波器的铝制腔体13和微波介质陶瓷材料的热膨胀系数相差较大，经过严格的环境温度冲击，容易发生焊接面的撕裂，从而导致焊接失效，其次，滤波器的铝制腔体13的导热率远大于陶瓷的导热率，其升温和降温速率较快，而严格控制铝制腔体13和陶瓷的升温和降温速率一致，会导致焊接过程漫长，焊接成本大大增加；
④为防止镀银表面在高温时氧化，现有回流焊中需要充惰性气体，如氮气等，这也相应地增加了焊接成本；
⑤金属焊接表面没有排气孔，在升温过程中，焊膏中的气体无法顺利排出，会引起虚焊，影响焊接件的结构可靠性。
⑥即使通过全热风回流焊机的陶瓷和金属腔体的焊接件，由于两者膨胀系数的巨大差别，也无法顺利通过严格的产品温度可靠性试验。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提出一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，解决现有全热风回流式焊接中滤波器的铝制腔体和微波介质陶瓷材料性质差别较大的问题，增强焊接结构件的环境可靠性，同时不受焊件形状结构的限制，节约焊接成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，它包括以下步骤：①将微波介质陶瓷的镀银端面均匀涂抹一层无铅焊膏并固定在镀银金属基座的定位槽上，然后将其作为一个整体放置在上定位板和下定位板的槽口中，槽口内设有隔热垫片，并通过定位销钉将定位板和下定位板夹紧固定，形成待焊接组件；②将待焊接组件置入盛有全氟聚醚液体的密闭容器中；③加热全氟聚醚液体直至形成均匀的全氟聚醚蒸汽，升温速率为0.5~3℃/秒；④保温0.5~2分钟，直至待焊接组件达到与蒸汽相同的温度为止，在此过程中，全氟聚醚蒸汽与镀银金属基座和微波介质陶瓷的接触面进行热交换并形成液态膜，无铅焊膏便在液态膜的覆盖下熔化并形成焊锡面；⑤降温，降温速率为0.5~3℃/秒。
所述的镀银金属基座上均匀分布有排气孔。
所述的镀银金属基座上设置有定位槽。
所述的上定位板和下定位板上设置有通孔。
所述的隔热垫片由聚四氟乙烯材料制成。
所述的上定位板和下定位板的槽口内设有隔热垫片。
整个待焊接组件是通过定位销钉夹紧固定。
本发明的有益效果表现在：采用了一种全新的焊接工装，利用蒸汽焊接方式，并通过采用加热化学性质极其稳定的全氟聚醚液体，经过严格的升温－保温焊接－降温过程，使得介质陶瓷和金属能够均匀地同步升温和降温，降低了介质陶瓷和金属材料焊接时产生的热应力，确保了介质陶瓷和金属材料焊接结构的可靠性，同时通过采用合适的焊接基座，在不使用抽真空设备的前提下，有效地降低了焊接面的气孔率，提高了焊接质量，降低了焊接成本，并且满足民用通讯的大规模生产制造的需要。
附图说明
图1为本发明所使用的装置的结构示意图
图2为图1中区域A的局部放大图
图3为镀银金属基座的俯视图
图4为镀银金属基座的剖视图
图5为上定位板的示意图
图6为下定位板的示意图
图7为本发明的工作原理示意图
图8为现有技术的安装结构示意图
图9为现有技术的工作原理示意图
图中，1-上定位板，2-下定位板，3-隔热垫片，4-槽口，5-微波介质陶瓷，6-镀银金属基座，7-定位槽，8-定位销钉，9-排气孔，10-无铅焊膏，11-全氟聚醚蒸汽，12-液态膜，13-铝制腔体，14-通孔，a-升温区，b-保温区，c-焊接区，d-冷却区。
具体实施方式
下面结合实施例来做本发明的做进一步描述，但保护范围不局限于所述。
实施例1
如图1、图2所示，一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，它包括以下步骤：①将微波介质陶瓷5的镀银端面均匀涂抹一层无铅焊膏10并固定在镀银金属基座6的定位槽7上，然后将其作为一个整体放置在上定位板1和下定位板2的槽口4中，槽口4内设有隔热垫片3，并通过定位销钉8将定位板1和下定位板2夹紧固定，形成待焊接组件；②将待焊接组件置入盛有全氟聚醚液体的密闭容器中；③加热全氟聚醚液体直至形成均匀的全氟聚醚蒸汽11，升温速率为0.5℃/秒；④保温2分钟，直至待焊接组件达到与蒸汽相同的温度为止，在此过程中，全氟聚醚蒸汽11与镀银金属基座6和微波介质陶瓷5的接触面进行热交换并形成液态膜12，无铅焊膏10在液态膜12的覆盖下熔化并形成焊锡面；⑤降温，降温速率为0.5℃/秒。
实施例2
一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其步骤①、步骤②与实施例1所述相同，③加热全氟聚醚液体直至形成均匀的全氟聚醚蒸汽11，升温速率为3℃/秒；④保温0.5分钟，直至待焊接组件达到与蒸汽相同的温度为止，在此过程中，全氟聚醚蒸汽11与镀银金属基座6和微波介质陶瓷5的接触面进行热交换并形成液态膜12，无铅焊膏10在液态膜12的覆盖下熔化并形成焊锡面；⑤降温，降温速率为3℃/秒。
实施例3
一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其步骤①、步骤②与实施例1所述相同，③加热全氟聚醚液体直至形成均匀的全氟聚醚蒸汽11，升温速率为2℃/秒；④保温1分钟，直至待焊接组件达到与蒸汽相同的温度为止，在此过程中，全氟聚醚蒸汽11与镀银金属基座6和微波介质陶瓷5的接触面进行热交换并形成液态膜12，无铅焊膏10在液态膜12的覆盖下熔化并形成焊锡面；⑤降温，降温速率为2℃/秒。
实施例4
一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其步骤①、步骤②与实施例1所述相同，③加热全氟聚醚液体直至形成均匀的全氟聚醚蒸汽11，升温速率为1℃/秒；④保温2分钟，直至待焊接组件达到与蒸汽相同的温度为止，在此过程中，全氟聚醚蒸汽11与镀银金属基座6和微波介质陶瓷5的接触面进行热交换并形成液态膜12，无铅焊膏10在液态膜12的覆盖下熔化并形成焊锡面；⑤降温，降温速率为1℃/秒。
实施例5
一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其步骤①、步骤②与实施例1所述相同，③加热全氟聚醚液体直至形成均匀的全氟聚醚蒸汽11，升温速率为1℃/秒；④保温1分钟，直至待焊接组件达到与蒸汽相同的温度为止，在此过程中，全氟聚醚蒸汽11与镀银金属基座6和微波介质陶瓷5的接触面进行热交换并形成液态膜12，无铅焊膏10在液态膜12的覆盖下熔化并形成焊锡面；⑤降温，降温速率为1℃/秒。
如图3、图4所示， 所述的镀银金属基座6上均匀分布有排气孔9，用于排除焊接过程中锡膏所产生的气体，可以减少焊接面空气的堆积，提高焊接质量，并且避免真空设备的使用，降低了焊接成本；同时在镀银金属基座6的焊接面上有一个定位槽7，方便微波介质陶瓷6的焊接定位。
如图5、图6所示，所述的上定位板1和下定位板2上设置有一些不规则的通孔14，以保证热能的对流畅通，上定位板1和下定位板2由铜制成。
所述的隔热垫片3由聚四氟乙烯材料制成。
隔热垫片3可以隔离上定位板1、下定位板2与待焊接组件之间的热传导，避免在焊接过程中微波介质陶瓷5内部产生热应力。
定位销钉8的作用是整个焊接工装各零部件的快速、准确的组装。
如图7所示，蒸汽焊接时，焊接件直接“浸泡”在全氟聚醚蒸汽11氛围内，覆盖的全氟聚醚蒸汽11通过冷凝对焊接件表面进行热量传输，温度较高的全氟聚醚蒸汽11在温度较低的镀银金属基座6和微波介质陶瓷5表面形成液态膜12，所以蒸汽焊接也叫冷凝焊接，通过蒸汽从气态转化为液态时散发的热量对焊接组件进行加热，这种在焊接组件表面的状态变化一直会持续到组件完全达到蒸汽相同的温度为止。
采用的化学性质极其稳定的全氟聚醚液体，在其蒸汽焊接过程中，热量的传导迅速，并且均匀一致，避免了焊接过程中微波介质陶瓷6中热应力的产生，增强了焊接结构件的环境可靠性，同时，全氟聚醚液体的沸点决定了焊接的最高温度，所以决不会产生焊接组件过热的现象，尤其适用于无铅焊接。
由于全氟聚醚蒸汽11的高密度性和液态膜12的保护，整个焊接过程在纯无氧的环境下完成，无需添加任何保护气体，避免了镀银件的氧化，降低焊接成本，并且全氟聚醚蒸汽的热传导系数远远大于热风，所以相比对流焊接而言，可减少相应的成本。
Claims (1)
1.一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其特征在于：它包括以下步骤：①将微波介质陶瓷（5）的镀银端面均匀涂抹一层无铅焊膏（10）并固定在镀银金属基座（6）的定位槽（7）上，然后将其作为一个整体放置在上定位板（1）和下定位板（2）的槽口（4）中，并通过定位销钉（8）将上定位板（1）和下定位板（2）夹紧固定，形成待焊接组件；②将待焊接组件置入盛有全氟聚醚液体的密闭容器中；③加热全氟聚醚液体直至形成均匀的全氟聚醚蒸汽（11），升温速率为0.5~3℃/秒；④保温0.5~2分钟，直至待焊接组件达到与蒸汽相同的温度为止，在此过程中，全氟聚醚蒸汽（11）与镀银金属基座（6）和微波介质陶瓷（5）的接触面进行热交换并形成液态膜（12），无铅焊膏（10）便在液态膜（12）的覆盖下熔化并形成焊锡面；⑤降温，降温速率为0.5~3℃/秒。
2. 根据权利要求1所述的一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其特征在于：所述的镀银金属基座（6）上均匀分布有排气孔（9）。
3. 根据权利要求1所述的一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其特征在于：所述的镀银金属基座（6）上设置有定位槽（7）。
4. 根据权利要求1所述的一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其特征在于：所述的上定位板（1）和下定位板（2）上设置有通孔（14）。
5. 根据权利要求1所述的一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其特征在于：所述的上定位板（1）和下定位板（2）的槽口（4）内设有隔热垫片（3）。
6. 根据权利要求5所述的一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其特征在于：所述的隔热垫片（3）由聚四氟乙烯材料制成。
7. 根据权利要求1所述的一种可靠的微波介质陶瓷与金属的焊接方法，其特征在于：整个待焊接组件是通过定位销钉（8）夹紧固定。
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