CN103447646A - 无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，旨在提供一种能有效避免传统专用工装夹具带来的一系列成本、管理和焊接质量不稳定影响的软基片电路局部点压焊接方法。本发明通过下述技术方案予以实现：首先在软基片电路背面用烙铁搪锡，使焊料流平均匀；然后采用耐高温胶带（4）将软基片固定在焊接面涂有助焊剂的腔体盒（2）的焊接槽内，将腔体盒（2）放置加热板上进行加热，当指示焊料达到熔融状态时，采用聚四氟乙烯棒（7）对软基片的四边和中心点，以及目视微拱的位置进行点压，使焊料在腔体盒（2）表面润湿并扩散；完成软基片的焊接，取下腔体盒2冷却。利用本发明可以实现省去设计加工专用工装时间、提高生产效率。

Description

无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种主要用于微波/毫米波模块组件介质软基片电路板与金属基体无压板局部点压的焊接工艺方法。

背景技术

毫米波电路软基片贴装到腔体盒2上，是实现芯片及元器件之间的有效互连提供机械支撑和电气互连的基础。毫米波电路基片材料通常选用RT/duroid5880、5870，基片厚度为0.127mm和0.254mm两种规格，软基片材料薄而柔软，毫米波电路制作精细，固软基片电路焊接工艺精密，也是微组装工艺技术中关键工序之一，组装难度大，操作过程复杂。

目前行业内的毫米波电路软基片的组装方式，以合金Sn/Pb合金焊料为主的贴装工艺方式。合金贴装的组装方式已广泛应用在微组装工艺中，合金贴装优点在于，具有良好的接地效果，焊接强度较好。而且在工艺过程中和筛选过程中可能会遇到加速的机械、热和化学应力作用时，使原有软基片电路保持在它的位置不会掉下来，合金贴装的基片可以抵抗10000g以上的加速度。但是在微组装生产过程中也有一些问题日益突出，不同型号的组件、模块都需要设计专用的工装夹具，导致生产成本高和生产效率低，且操作过程中质量不稳定。传统工艺通常采用弓形夹具，通过弓形夹具上的螺栓，以三点定位的方式，将基片、压板、聚四氟乙烯板和腔体盒叠加起来进行焊接。这种焊接方式的不足之处在于，以下几个方面：

操作过程质量方面：焊料浸润过程不可视，不能确定软基片焊透情况；焊料易溢出污染微带电路，影响后道工序的金丝键合；操作难度大，软基片波导探针部位容易压塌陷；由于腔体盒2、铝压板、聚四氟乙烯压板及夹具的叠加，导致热传递慢，直接影响焊接温度和时间。

设计加工方面：工装与腔体盒2配做，且压板与腔体盒上的波珠孔的位置、焊接槽形状要完全一样，针对每一种组件都需要设计加工专用压板，腔体盒稍微一改动，压板也随之改变；压板加工错误的问题突出，如与腔体盒2不对称，不能使用，就返工，返工时间3～7天左右，生产现场常出现停工等待压板的项目。

管理和成本方面：试制、预研、和研制阶段的产品不稳定，存在反复调整电路及结构的环节，每调整修改一轮，工装压板都需要重新设计加工，原有工装夹具就都闲置或者报废，且同一个项目可能存在多个批次专用工装，导致生产现场管理难度较大，随之生产成本也会增加。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种能够提高毫米波软基片与金属基体焊接效率和质量，可有效避免传统专用工装夹具带来的一系列成本、管理和焊接质量不稳定影响的无专用工装局部点压软基片电路板与金属基体的焊接工艺方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，包括如下步骤：首先在软基片电路板3背面用烙铁搪锡，采用手工搪锡，将锡均匀涂在软基片电路板背面，软基片背面搪锡为致密、均匀、连续的涂覆层；然后采用耐高温胶带4将软基片固定在焊接面涂有助焊剂的腔体盒2的焊接槽内，与腔体盒2焊接面结合紧密、平整；再将腔体盒2放置在加热台1上，随加热台1升温加热，用一段2mm～3mm焊锡丝作为熔点温度指示焊料6，采用比温度指示焊料6稍大一点的铝片或者铜片作为温度指示的载体，并将垫片和温度指示焊料6一并放置在腔体盒2上的软基片电路板焊接槽旁边，执行设置好的工艺参数；待指示焊料熔化后停止加热，再用聚四氟乙烯棒7点压软基片电路板的四边、中心点和目视基片微拱的位置，同时目视软基片的平整度后，取下腔体盒2冷却。

本发明与现有焊接方法相比较，具有如下有益效果：

本发明采用软基片背面搪锡、高温胶带固定基片和对软基片局部进行点压，确保软基片电路焊接位置精度的一致性、焊透率和平整度，实现了无专用工装焊接介质软基片电路板，且任何组件都不需要设计加工专用工装，缩短了生产流程、降低生产成本、提高了生产质量和生产效率，具体有益效果如下：

原材料方面：软基片电路板背面搪锡可修正软基片扰曲，以增加软基片电路板的硬度。使用高温胶带将软基片电路板固定在腔体盒2上，使其与腔体盒2焊接面结合紧密、平整，这样既可以修正软基片电路板扰曲，又防止软基片电路板背面的焊料熔融时移动位置和软基片局部微拱弧度过高，软基片电路板固定的位置即软基片电路板边缘和目视微拱部位。

操作方面：在介质软基片电路板焊接过程可视，可及时修正异常情况，且焊料不会溢出污染电路表面；没有专用工装的叠加，介质层的镀金层颜色不会变色，且焊接温度和时间更可控制；可实现金属腔体双面焊接软基片电路的应用。

生产效率和成本：生产效率提高100%以上，可省去设计专用工装和外协加工流程，且没有腔体盒2、夹具和压板的叠加，可省去拆卸工装时间，同时腔体盒传热时间和冷却时间也随之减少。根据腔体盒材料、结构、面积等情况的差异，焊接工时一般为0.4～1.5小时/件左右，大大减少了组装人员和工艺设计人员的的工作量，生产成本明显降低，效率显著提高。

利用本发明工艺方法实施介质软基片与金属基体的焊接，特别是对生产周期要求比较短、焊接质量要求比较高的微组装产品，可以实现省去设计加工专用工装时间、提高生产效率、基片焊接质量更可控制的目的。

附图说明

图1是本发明是毫米波软基片焊接流程图。

图2显示的是本发明软基片点压焊接的示意图。

图中：1加热台，2腔体盒，3软基片电路板，4耐高温胶带，5指示焊料载体片，6温度指示焊料，7聚四氟乙烯棒。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

具体实施方式

参阅图1、图2。下面通过结合附图和实施例一步说明本发明。

软基片电路板上的排气通孔设计：软基片电路板3金属接地区域设置φ0.3mm～φ0.8mm的金属化，孔密度为0.6cm²内，任意10mm直径面内均匀分布3～4个排气通孔，孔距按照一般设计控制要求即可，软基片印制电路板3的中央及四周应尽量多设计接地孔。

软基片电路板3背面搪锡：成型得到电路图形的软基片电路板3，形态上目视或多或少都有些翘曲或不平整的，通过在软基片电路板3背面搪锡，就可以增加软基片电路板3电路的硬度，从而修正软基片电路板翘曲。搪锡的厚度对软基片电路板第二次发生翘曲、微拱时，有一定的影响。因为当软基片电路板背面的焊料熔融时产生的张力，导致软基片电路板局部微拱，这时就需要适量的焊料吸收软基片电路板的翘曲和微拱。通过反复试验验证，当搪锡的厚度控制搪锡的厚度≥0.02mm，基片电路板焊接效果较好。搪锡厚度控制方法，通过计算焊接软基片电路板3的面积，乘以搪锡的厚度，就可以得到每次搪锡的量。采用手工搪锡，烙铁温度设置在320～350℃，焊锡丝直径φ0.5mm。

助焊剂：为了增强焊料的浸润性，需要在被焊腔体焊接面涂一层助焊剂。然而我们常用的助焊剂都是糊状，糊状的助焊剂不适合于大面积软基片电路板的焊接。因为糊状的助焊剂松香含量较高，基片焊接过程中助焊剂残留物不易排出，导致焊接空洞率较高，而且软基片电路上有大量的接地通孔，助焊剂会通过接地通孔溢出污染基片表面电路，大量的助焊剂在接地孔内和腔体与软基片电路的缝隙处，不易清洗。推荐采用松香溶液助焊剂，助焊剂是按1∶20比例的松香与无水乙醇混合组成。

固定基片：使用耐高温胶带将软基片电路板3固定在腔体盒2的焊接槽内，使其与腔体盒2焊接面结合紧密、平整，这样既可以修正软基片电路板3翘曲，又防止软基片电路板3背面的焊料熔融时移动位置和软基片电路板局部微拱弧度过高。软基片电路板固定的位置，软基片电路板3边缘和目视微拱部分即可。

对软基片电路板3进行局部点压：当温度指示焊料6达到熔融时，通过聚四氟乙烯棒7局部点压软基片电路板表面，可以辅助焊料吸收软基片电路板的翘曲，确保软基片电路板焊接平整，而且有助于焊接过程中产生的残留气体、助焊剂的排出，降低软基片电路板3焊接空洞率。局部点压原则是基片的边、中心点和目视微拱的位置，且在焊料熔融时间30～60S内完成基片局部点压。

毫米波软基片（RT/duroid5880、5870）电路，由信号传输面、接地面与金属化接地孔组成。为保证软基片电路板3与腔体盒2良好的焊接，焊料选用63Sn37Pb合金焊料。腔体盒2表面为镀金层或镀银层焊，焊接基体为金属基体。根据本发明流程毫米波软基片电路板与金属腔体盒焊接方法，具体操作步骤如下：

首先应将需焊接的软基片电路板部分切割成型，确保与腔体盒2焊接面尺寸匹配，能完全沉入盒体焊接槽内。使待焊软基片电路板切割成焊接面能完全沉入盒体焊接槽内与腔体盒（2）尺寸相匹配的形状。计算需焊接软基片电路板3的面积，得出合适的锡量，采用手工搪锡，将直径φ0.5mm焊锡丝，用恒温烙铁均匀涂在软基片电路板3背面焊接区域，烙铁温度设置在300～340℃。将锡均匀涂在软基片电路板背面，应呈现一个致密、均匀、连续的涂覆层。锡的厚度控制在0.02～0.03mm之间。搪锡厚度控制方法，通过计算焊接软基片电路板3的面积，乘以搪锡的厚度，就可以得到每次搪锡的量。

涂助焊剂前采用酒精、丙酮混合溶液对腔体盒2进行清洗，以减小因焊接面的污染物造成的空洞；用排笔，将松香与无水乙醇按1：20比例混合组成的助焊剂，均匀涂抹在腔体盒2焊接槽内。将搪锡后的介质软基片电路用镊子拾取放置在对应的腔体盒2焊接槽内，用高温胶带局部固定好微带电路软基片电路板的几个边；焊接主要参数温度和时间的设置，主要根据焊接腔体盒2的材料、厚度、结构和尺寸大小和加热台1的具体情况，如加热区的长度和热传导方式等因素进行设置；将腔体盒2放置在加热台1上随热台升温加热，并将垫片和温度指示焊料6放置在腔体盒2上，并执行设置好的工艺参数；当腔体盒2上放置的温度指示焊料6达到熔融状态，30S后停止加热，同时使用聚四氟乙烯棒7局部点压软基片电路板3表面，辅助基片电路板内的残留气体和助焊剂的排出，使介质软基片电路板背面的焊料与腔体盒2之间更好的浸润，确保软基片电路板焊接平整。点压的原则是软基片电路板3的4边、中心点和目视微拱的位置进行点压，同时目视软基片电路板焊接平整后，隔热工具将腔体盒2移离热板，置金属板上自然冷却；用镊子和手术刀清理腔体盒2上焊接时溢出的多余物，如固定软基片电路板的耐高温胶带4、大颗粒松香助焊剂和焊料等，然后将焊接好的盒体放入容器内，进行超声清洗。

Claims (8)

1.一种无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，包括如下步骤：首先在软基片电路板（3）背面用烙铁搪锡，将锡均匀涂在软基片电路板（3）背面，搪锡为致密、均匀、连续的涂覆层；然后采用耐高温胶带（4）将软基片电路板固定在焊接面涂有助焊剂的腔体盒（2）的焊接槽内，与腔体盒（2）焊接面结合紧密、平整；再将腔体盒放置在加热台（1）上，随加热台（1）升温加热，用一段2mm～3mm焊锡丝作为熔点温度指示焊料（6），采用比温度指示焊料稍大的铝片或者铜片作为温度指示的载体，并将垫片和温度指示焊料（6）一并放置在腔体盒（2）上的软基片电路板焊接槽旁边，执行设置好的工艺参数；待指示焊料熔化后停止加热，再用聚四氟乙烯棒（7）点压软基片电路板（3）的四边、中心点和目视软基片电路板微拱的位置，同时目视软基片电路板的平整度后，取下腔体盒冷却。

2.如权利要求1所述的无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，其特征在于：腔体盒（2）表面为镀金层或镀银层，焊接基体为金属基体。

3.如权利要求1所述的软基片电路板与金属基体的焊接方法，其特征在于：软基片电路板金属接地区域设置φ0.3mm～φ0.8mm金属化，孔密度为0.6cm²内，任意10mm直径面内均匀分布3～4个排气通孔。

4.如权利要求1所述的无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，其特征在于：软基片电路板焊接前进行手工搪锡，烙铁温度设置在300～340℃，搪锡厚度≥0.02mm。

5.如权利要求1所述的无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，其特征在于：当温度指示焊料（6）达到熔融状态时，使用聚四氟乙烯棒局部点压软基片电路板表面，局部点压在焊料熔融时间30～60S内完成，保证软基片电路板的焊透率和平整度。

6.如权利要求1所述的无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，其特征在于：为了增强焊料的浸润性，在被焊腔体焊接面涂一层助焊剂。

7.如权利要求6所述的无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，其特征在于：涂助焊剂前采用酒精、丙酮混合溶液对腔体盒（2）进行清洗，再用排笔，将松香与无水乙醇按1∶20比例混合组成的助焊剂，均匀涂抹在腔体盒（2）焊接槽内。

8.如权利要求1所述的无专用工装实现软基片电路板与金属基体的焊接方法，其特征在于：待焊软基片电路板切割成焊接面能完全沉入盒体焊接槽内与腔体盒（2）尺寸相匹配的形状。

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