CN102646607A - 毫米波t/r组件高导热材料平行缝焊的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法，旨在提供一种解决目前毫米波大尺寸混合电路难于气密封装，难于快速导散功率芯片工作热量的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：（1）设计T/R组件电路的封装壳体，预留Z向至少三次返修修正量和其余热变形修正量；将T/R组件加工成半成品，进行表面涂覆处理；（2）将高导热材料组件壳体、焊料、低导热材料聚热环装夹到恒压夹具中固定，使夹具模板上的各点弹力体将低导热材料聚热环与焊料紧紧压在高导热材料组件壳体上，然后放入在还原气氛炉中加热至焊料熔点以上，至少保温20分钟取出进行变形量修正；（3）对高温后的壳体的热应力变形量进行修正，直接修正到设计尺寸与公差精度。

Description

毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法。

背景技术

毫米波模块，特别是毫米波T/R组件是一种体积小，功能综合性强，电性能指标要求高，大量使用裸芯片，高频电路环境适应性差、封装要求高，必须依靠封装工艺来保障的部件。毫米波组件功率芯片受高频电路分布参数效应的影响，一般采用裸芯片直接安装的工艺，毫米波组件的外壳就成了毫米波混合电路的整体封装壳体。

为了不因控制旁路廉价元器件的失效而报废整个昂贵的毫米波T/R组件，毫米波组件的封装必须具有返修性和二次封装实现性。平行缝焊工艺具有很好的返修与二次封装特点，在器件封装领域大量应用，但在毫米波混合电路领域很少应用。因为平行缝焊要求全部采用低导热材料实现盖板自熔焊气密封装，而低导热材料会使毫米波功率芯片在工作中温升快速上升，轻则造成指标偏移，毫米波功能失能，重则芯片烧损，组件失效。毫米波组件采用高导热材料可以迅速导散芯片发热，确保毫米波组件指标的稳定性，但高导热材料散热快，与平行缝焊大电流电阻热聚热材料自熔密封的原理违背，不能直接应用。因此，目前毫米波大尺寸混合电路难于气密封装，又因平行缝焊工艺限制只能采用低导热材料，难以快速导散功率芯片工作热量。

现有技术有采用激光缝焊的，但激光对材料具有选择性，且设备价格远高于平行缝焊设备，返修和二次封焊的工艺难度高，实现仍然有局限性。

目前，在国内外发表的文献上，还没有以平行缝焊工艺完成高导热材料气密封装的文献报道，还未见直接应用于毫米波T/R组件封装工艺的应用报道。

发明内容

本发明的任务是提出一种投资较少，成本低，制作简单方便，效率高，毫米波电路可靠稳定的毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法。以解决目前毫米波组件因功率芯片散热问题而限制大功率毫米波T/R组件应用的问题。

本发明的上述目标可以通过以下措施来达到：一种毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法，包括如下步骤，

（1）设计加工毫米波T/R组件电路的构件和高导热材料封装壳体，预留材料高温变形修正量与产品后期返修至少三次的Z向修正量；将具有高导热材料、低导热材料的毫米波组件加工成半成品，并对该半成品进行电镀处理；

（2）将高导热材料组件壳体1、焊料2、低导热材料聚热环3装夹到恒压夹具中固定，调整夹具，使夹具模板上的各点弹力体6将低导热材料聚热环3与焊料2紧紧压在高导热材料组件壳体1上，然后放入在还原气氛炉中加热至焊料熔点以上40℃～60℃，至少保温20分钟取出；

（3）对高温后的高导热材料组件壳体1的变形量进行修正，直接修正到设计尺寸与公差精度；

（4）半成品检漏测试，

本发明与现有封装工艺相比较，具有如下技术效果：

本发明采用高导热材料与低导热材料组合，确保了功率芯片的散热好、返修和再密封操作简单，材料可实现均匀连续镀涂，材料组织致密，焊料无断点漏气缺陷，两种材料镀涂金属处理可有效保证焊料焊接强度；选择的低导热可焊接材料，作为大电流电阻焊高温热耗散阻挡层；在低真空或低压力下无材料组织漏点；制作的高温恒压夹具夹持；焊料工作强度温度至少高于后续最高流程温度100℃，焊缝组织致密；焊接变形用高精度设备工艺修正确保了尺寸精度；半成品漏点定性检测、电性能与可焊性镀涂，材料电阻自熔焊气密封装，克服了现有平行缝焊工艺只适用于低导热材料的缺陷。焊接完成后开展了精密设备变形量修正，保证了设计要求尺寸精度；并具有：

1）投资较少，加工稳定。本发明用高精度设备对焊接变形二次修正加工，尺寸精度高。平行缝焊设备可靠性高，操作性、维护性好，比激光设备投资少，对材料变化适应性比激光强。

2）返修与二次密封方便。本发明采用专用金属拆盖设备，可阻止拆盖多余物掉入电路形成断路等危害，不伤低导热材料聚热环，可直接二次缝焊。

本发明解决了目前毫米波大尺寸混合电路难于气密封装又因平行缝焊工艺限制只能采用低导热材料，难于快速导散功率芯片工作热量问题。

本发明适用于高频电路高导热封装工艺。

附图说明

图1是本发明毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法流程图。

图2是本发明恒压夹具的构造示意图。

图3是半成品检漏示意图

图4是平行缝焊示意图。

图中：1高导热材料组件壳体，2焊料，3低导热材料聚热环，4夹具板，5螺栓，6弹力体，7低膨胀合金盖板，8电极，9带真空橡胶台板。

具体实施方式

参阅图1。根据由高导热材料、低导热材料组成毫米波T/R组件壳体。按照工艺流程，选择以无氧铜、锻造铜合金、钨铜合金和钼铜合金等可电镀材料作为毫米波T/R组件的高导热材料，选择10号碳素钢、低膨胀合金，热导率低的金属材料等作为毫米波组件的的低导热材料。用整体焊料片下料制成焊料环，有断口的焊料在焊接后可能形成气密焊接组织漏点。设计加工成毫米波T/R组件电路的构件和高导热材料封装壳体，预留材料高温变形修正量；将具有高导热材料、低导热材料的毫米波组件设计成有Z向有至少三次修正余量的半成品，并对该半成品进行电镀处理。电镀的作用是镀覆一层金属扩散过渡物质，使焊料能把两种材料焊接为一体。高导热与低导热材料均需镀覆易于焊料扩散的单纯或合金金属成份，总厚度不小于0.07mm；

为满足设计要求的尺寸和精度，确保成品边缘整齐和变形误差最小，需要用精密设备把焊接构件和组件壳体热变形修正；制备装配焊接T/R组件的固定夹具；制作热耗散速度低的聚热能材料密封工艺环；材料要求具有组织致密性、可电镀和材料原子能在一定条件下扩散；使用焊料要求是连续的整体，有断点不能保证致密气密焊接组织的形成；高导热材料组件壳体1、焊料2、低导热材料聚热环3的装配需与恒压夹具4配套；实施了半成品组件的焊缝气密的定性检测；在T/R组件半成品合格后，实施电性能、可焊、防护与装饰等相应功能要求的电镀。

参阅图2。将上述高导热材料组件壳体1、低导热材料聚热环3装夹到固定夹具中，调整夹具，使夹具模板上的各点弹力体6将低导热材料聚热环3与焊料2紧紧压在高导热材料组件1上，毫米波T/R组件异种材料焊接工艺用的恒压夹具包括，两个具有四个螺栓5固定连接的矩形夹具上下模板4，其中上夹具模板上设有向下排列的弹力体6。高导热材料组件壳体1放置在下模板上，低导热材料聚热环3位于弹力体6下方。整个夹具装夹完成后放入在还原气氛炉中加热至焊料熔点以上40℃～60℃，至少保温20分钟取出。

对高温焊接后的高导热材料组件壳体1和聚热环3变形量进行再加工修正，直接修正到设计尺寸与公差精度。

图2下图是高导热材料组件壳体1、低导热材料聚热环3焊接后俯视图。

参阅图3。开展焊缝气密性定性检漏测试，检漏测试时，用真空橡胶金属复合板9堵住任意一边开口，把高导热材料组件壳体1的另一端放在测试设备真空口真空橡胶金属复合板9上，开启漏点设备12真空，用喷枪14沿焊接处喷氦气13，结果由漏点设备12指示。同时检测波导窗口10和连接器接口11的焊接缝气密性。

功能材料电镀。保证组装焊接和导电性能的金属，封装位置的可靠性材料镀覆以及有装饰性要求的位置镀覆。完成后可转入组装工序完成电路组装和测试。

参阅图4。电路组装及测试完成后的毫米波T/R组件返回封装工艺流程进行电路装配封装，实施低导热盖板的平行缝焊气密工序。平行缝焊设备提供大电流使低导热盖板边口发热自熔使毫米波组件达到气密状态。在平行缝焊工序中，首先真空烘焙毫米波组件和导热盖板，去除水汽和挥发低分子物质，其次把低膨胀合金盖板固定到聚热环上，最后放下电极，完成盖板材料自熔密封。

将低膨胀合金盖板7对齐放在低导热材料聚热环3上端，低膨胀合金盖板7两端的上面设有前后移动，向下施压的柱锥电极8，在设备加工控制软件上设置电极8的开口参数、设定电流、电压、行程、次数、压力、方向等参数，按开始键平行缝焊自动完成缝焊。

 

高导热材料：在特定条件下，能够实现热量传递与自身高导热系数物理特性相匹配的材料。本专利高导热材料是导热系数大于180w/m·k，能电镀、焊接处理，组织结构能保证气密的材料。

低导热材料：在特定条件下，能够降低热量散失速率，满足工程热能聚集要求，且导热系数指标在一个特定值以下的材料。本专利低导热材料是导热系数小于50w/m·k，能电镀、焊接处理，组织结构能实现气密的材料。

低膨胀合金：在一定温度范围内，具有很低热膨胀系数值范围变化的合金。

Claims (6)

1.一种毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法，包括如下步骤，

（1）设计加工毫米波T/R组件电路的构件和高导热材料封装壳体，预留材料高温变形修正量与Z向产品返修修正量；将具有高导热材料、低导热材料的毫米波组件加工成半成品，并对该半成品进行电镀处理；

（2）将高导热材料组件壳体（1）、焊料（2）、低导热材料聚热环（3）装夹到恒压夹具中固定，调整夹具，使夹具模板上的各点弹力体（6）将低导热材料聚热环（3）与焊料（2）紧紧压在高导热材料组件壳体（1）上，然后放入在还原气氛炉中加热至焊料熔点以上40℃～60℃，至少保温20分钟后取出；

（3）对高温后的高导热材料组件壳体（1）的变形量进行修正，直接修正到设计尺寸与公差精度；

（4）半成品检漏测试。

2.根据权利要求1所述的毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法,其特征在于，检漏测试时，用真空橡胶金属复合板堵住任意一边开口，把高导热材料组件壳体（1）放在测试设备真空口，开启真空，用喷枪沿焊接处喷氦气，由漏点设备指示。

3.根据权利要求1所述的毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法, 其特征在于，测试完成后的毫米波T/R组件返回封装工艺流程进行电路装配封装，实施低导热盖板的平行缝焊工序。

4.根据权利要求1所述的毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法, 其特征在于，恒压夹具包括，两个具有四个螺栓（5）固定连接的矩形夹具上下模板（4），其中上夹具模板上设有向下排列的弹力体（6）。

5.根据权利要求4所述的毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法, 其特征在于，高导热材料组件壳体（1）放置在下模板上，低导热材料聚热环（3）位于弹力体（6）下方，将低膨胀合金盖板（7）对齐放在低导热材料聚热环（3）上端，焊料（2）位于高导热材料组件壳体（1）与低导热材料聚热环（3）之间，低膨胀合金盖板（7）放置在焊料（2）的上面，焊料（2）两端的上面设有前后移动，向下施压的柱锥电极（8），调正电极（8），在设备操作软件上设定电流、电压、滚轮压力、行程、次数、方向等参数，按开始键平行缝焊自动完成缝焊。

6.根据权利要求4所述的毫米波T/R组件高导热材料平行缝焊的工艺方法, 其特征在于，在平行缝焊工序中，首先烘焙封装组件和导热盖板，去除水汽和挥发低分子物质，其次把低膨胀合金盖板放置到聚热环上，最后放下电极，完成盖板材料自熔密封。

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