CN104125722B - 微波基板与壳体的焊接工艺及其焊接机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波基板与壳体的焊接工艺及其焊接机构，在微波基板上加工出一通孔；在壳体的内底面加工出对应通孔的柱体，通孔可供柱体穿入，通孔的孔径大于所述柱体的直径，且柱体的高度均小于微波基板的厚度；使微波基板以及壳体的表面均形成一体化的金属化层；从上至下依次对应放置微波基板、焊料块以及壳体，对微波基板与壳体进行回流焊接，回流焊的过程中，在微波基板的上表面施加压力，保证微波基板和壳体紧密的贴合。本发明不仅提高了基板和壳体的焊接牢固性，也保证了基板上表面的清洁，更提高了基板的接地和散热性能，从而提高了组件的电性能和可靠性。

Description

微波基板与壳体的焊接工艺及其焊接机构

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺及其焊接机构，尤其涉及一种微波组件中微波基板与壳体的焊接工艺及其焊接机构。

背景技术

微波组件是一种微波集成电路功能模块，通常采用微电子封装技术将微波基板连接在壳体内，再将构成电路的元器件（电阻、电容、电感、芯片等）集成在微波基板上，从而形成具有某种微波功能的电路。微波组件在航空通信、航天测控、雷达侦察领域有着广泛的应用。在微波组件中，微波基板上表面焊接元器件，同时微波基板上的布线传输电信号和微波信号，因此，微波基板与壳体的可靠性在微波组件中起着重要的作用。将微波基板紧密的连接在壳体内底面是提高组件可靠性的重要保证，这主要是因为：

（1）可以增加微波基板的刚性，保证微波基板的平面特性，以便后续的工艺处理，也防止微波基板以后在回流焊、真空焊中翘曲和变形；

（2）微波基板上的布线传输电信号和微波信号，这就要求微波基板有良好的接地性，将微波基板紧密的连接在壳体内底面，以使微波基板实现连续良好的接地。

（3）微波基板和它上面的一些高功率元器件工作时会产生热量，这就要求微波基板和壳体之间可靠地导热连接，能通过壳体迅速将热量散发出去。

微波基板与壳体要实现导电与导热的良好连接，常见方法有：螺钉连接法和焊接法。

用螺钉将微波基板和壳体连接起来是传统的方法（见图1），在图1中，传统的微波组件微波基板和壳体的连接方法是螺钉连接法，101’是壳体，102’是微波基板，103’是螺钉，螺钉将微波基板和壳体紧密的连接在一起。在很多微波组件中，都采用这种方法，这种连接方法很方便，但其缺点也显而易见，一是该方法只能应用在低频段微波组件中，若在高频段中采用该方法，凸出微波基板表面的螺钉会影响微波在微波基板表面的传输，增加传输损耗，二是螺钉连接法只是点与点之间的连接，螺钉紧固处微波基板和壳体是紧密、可靠的连接，其它地方可能存在大量的缝隙，这些缝隙无疑会影响微波基板的接地和导热性能，三是如果组件的工作频率很高，微波基板和壳体之间的缝隙则构成了许多电容，对组件的电性能是个严重的影响，四是如果组件工作在高振动或高加速度的恶劣环境下，在惯性的作用下，微波基板必定会发生翘曲，如果翘曲的部位焊接元器件，因为焊点301’将元件302’固定在微波基板表面，元器件的焊点在应力的作用下产生裂缝402’，微波基板和壳体之间留出一个大的缝隙401’，如图3和图4所示。

焊接法是微波基板和壳体的重要连接方法，利用焊料回流将微波基板紧密的贴合在壳体内，如图5。两者间的缝隙由熔融的焊料501’填充，常用的焊料一般为锡、铅锡，其中焊料层4的厚度一般为20-30μm。焊接法相比于螺钉连接法，无论在导热、接地还是连接强度都有了显著的提高。对于一般的微波组件，这样的焊接方法已经能满足要求，但是常用壳体材料一般为铝和铜，它们的热膨胀系数为23ppm（百万分之一）和15ppm，锡基焊料的热膨胀系数为25ppm左右，一般微波基板材料的热膨胀系数为4-8ppm，微波基板和焊料的热膨胀系数存在较大的差异，在冷热循环中微波基板和焊料的连接处容易出现裂缝，这种裂缝的出现肯定会影响组件的可靠性。如果微波基板的质量较重，再搭载质量大的元器件，整个组件工作在高振动的环境下，无疑会对微波基板和壳体焊接牢固性提出更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波基板与壳体的焊接工艺，以避免温度波动过程中，微波基板与壳体之间出现裂缝，提高微波基板和壳体的焊接牢固性和组件的可靠性，降低组件在工作中的失效率。

为了实现上述目的，本发明涉及一种微波基板与壳体的焊接工艺，包括以下步骤：

在微波基板上加工出一通孔；

在壳体的内底面加工出对应所述通孔的柱体，所述通孔可供所述柱体穿入，所述通孔的孔径大于所述柱体的直径，且所述柱体的高度均小于所述微波基板的厚度；

对所述通孔的孔壁、微波基板的上表面、微波基板的下表面、所述壳体的内底部以及所述柱体的外表面金属化，使所述微波基板以及所述壳体的表面均形成一体化的金属化层；

从上至下依次对应放置微波基板、焊料块以及壳体，对微波基板与壳体进行回流焊接，回流焊的过程中，在微波基板的上表面施加压力，使微波基板和壳体紧密贴合。

较佳地，在回流焊接前，向所述通孔内加入焊料。

较佳地，在回流焊接后，若通孔与柱体之间焊料不足，则向所述通孔内补入一定量的焊料焊接，至通孔内焊料覆盖柱体，且焊料上表面呈现中间凹陷的形状。

较佳地，所述柱体为圆柱。

较佳地，所述柱体与所述通孔的内壁之间为紧匹配。

较佳地，在所述微波基板上表面放置一块可覆盖微波基板上表面的第一压块，对所述第一压块的上表面施加压力。

较佳地，在微波基板上表面上做出若干第一承压台，放置一块第二压块在所有第一承压台上，并对第二压块的上表面施加压力。

较佳地，承重台设置于微波基板上表面没有电路走线及元器件的位置，且承重台高度高于微波基板上的电路走线及元器件。

较佳地，施加压力为将壳体放入一底板中，固定搭架一梁在所述底板上，在梁上做出螺孔，螺钉穿过梁上螺孔并抵住第一压块或第二压块，旋动螺钉节来调节施加压力。

本发明还涉及一种微波基板与壳体的焊接工艺得到的焊接机构， 包括一微波基板、一壳体以及一焊料层；

所述微波基板上设置有一通孔，所述壳体的内底面设置有对应所述通孔的柱体，所述通孔穿入所述柱体，所述通孔的孔径大于所述柱体的直径，且所述柱体的高度均小于所述微波基板的厚度；

所述壳体底面与所述柱体外表面均镀有一体化的金属化层，所述微波基板的上表面、微波基板的下表面以及通孔的孔壁均镀有一体化的金属化层；

所述柱体穿入其对应的通孔，所述焊料层连接所述壳体内底面与所述微波基板的下表面，并连接通孔与柱体。

本发明由于采用以上技术方案，与现有技术相比较，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明通过在垂直于微波基板表面的方向上将通孔和壳体连接在一起，并在回流焊过程中在压块上施加压力，提高了微波基板和壳体的焊接牢固性，且工艺流程方便可行，更提高了微波基板的接地和散热性能，从而提高了组件的电性能和可靠性。

2）本发明通过在基板上设置承重台，保证了微波基板上表面的清洁。

附图说明

图1是现有技术中微波基板和壳体螺钉连接截面图；

图2是现有技术中微波基板和壳体螺钉连接俯视图；

图3是现有技术中微波基板和壳体螺钉连接和微波基板及其上面贴装元件截面图；

图4是现有技术中微波基板和壳体螺钉连接微波基板发生翘曲后元件焊点断裂示意图；

图5是现有技术中微波基板和壳体焊接截面图；

图6是本发明实施例中内底面有圆柱的壳体截面图；

图7是本发明实施例中内底面有圆柱的壳体俯视图；

图8是本发明实施例中有通孔的微波基板截面图；

图9是图6壳体和图8微波基板焊接截面图；

图10是本发明实施例中微波基板和壳体焊接加压示意图；

图11是本发明实施例中微波基板表面增加承压台的截面图；

图12是本发明实施例中微波基板表面增加承压台焊接截面图；

图13是本发明实施例一中通过螺钉紧固给压块施加压力的结构截面图；

图14是本发明实施例二中通过螺钉紧固给压块施加压力的结构截面图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例来进一步说明本发明。

实施例一

如附图5-13所示，本发明涉及一种微波基板与壳体的焊接工艺，包括以下步骤：

在微波基板102上加工出一些通孔801，这些通孔可以为圆形通孔、多边形通孔，不规则的通孔等，并不做限定，但为了加工方便，节省成本，本实施例中采用圆形通孔，当然这些通孔的位置不影响微波基板的布线。

在壳体101的内底面加工出对应通孔的柱体601，通孔可供柱体穿入，通孔的孔径大于柱体的直径，此处孔径指通孔能通过的最大直径圆柱的直径，本实施例中，柱体为圆柱601，其直径小于圆形通孔的直径，圆形的孔壁不与圆柱接触，为了更好的可靠性，圆形的孔壁与圆柱呈紧匹配，且柱体的高度均小于微波基板的厚度，一般柱体高度为微波基板厚度的3/4-4/5，本实施例中，圆柱的直径2mm-3mm，高度低于微波基板表面0.2mm。

对通孔的孔壁、微波基板的上表面、微波基板的下表面、壳体的内底部以及柱体的外表面金属化，使微波基板以及壳体的表面均形成一体化的金属化层，通孔的孔壁金属化后和微波基板的上下表面金属化层连成一体，金属化的工艺一般采用电镀或化学镀，本实施例中壳体采用电镀，而微波基板采用化学镀的方式，使壳体与微波基板表面均覆盖金属来实现导通。

从上至下依次对应放置微波基板、焊料片以及壳体，对微波基板与壳体进行回流焊接，回流焊的过程中，在微波基板的上表面施加一定向下的压力，保证微波基板和壳体紧密的贴合，回流过程结束后，撤去压力。焊料片的厚度不能过厚，过厚则导致回流过程中焊料溢出，也不能太薄，太薄则导致微波基板和壳体间残留较多空隙，一般焊料层厚度为20-30μm，焊料的厚度根据微波基板与壳体间的缝隙、微波基板与壳体表面的粗糙度以及焊料与微波基板和壳体表面的扩散溶解程度而定，且焊料片大小为正好与壳体的内底面面积相匹配。

但是，微波基板的通孔和壳体圆柱间因增加了垂直于基本表面方向上的焊接面，可能会引起此处的焊料量不足，在回流焊接前，向通孔内加入焊料。

在回流焊接后，若通孔与柱体之间焊料不足，即通孔内焊料没有覆盖柱体或是焊料上表面未呈中间凹陷的形状，则向所述通孔内补入一定量的焊料焊接，一般采用热风枪回流的方式补上焊料，至通孔内焊料覆盖柱体，且焊料上表面呈现中间凹陷的形状，说明内部焊料足够，焊料表面因张力二凹陷，本实施例中，圆柱601的直径2-3mm，高度低于微波基板表面高度0.2mm-0.3mm。

回流后，微波基板和壳体连接成一体，这样的焊接方法增强了微波基板和壳体的焊接强度，因为除了微波基板的下底面和壳体焊接在一起外，垂直于微波基板表面的方向上的通孔也和壳体连接在一起，也可以理解为，增加了垂直于微波基板表面的方向上微波基板和壳体的连接。此外，当因冷热循环引起的微波基板和焊料间的焊接面引起的应力也被均匀的分散到微波基板各处，进一步提高了焊接面的可靠性。

回流过程中，微波基板上表面施加压力的方法通常是施加一个第一压块1001，第一压块的平面和微波基板上表面因压力而紧密接触，在微波基板上表面放置一块可覆盖微波基板上表面的第一压块，对第一压块的上表面施加压力1102。

施加压力1102可以为通过气缸来对第一压块施加压力，也可以采用搭架梁在外壳顶部，施加压力为将壳体放入底板中，固定搭架梁在所底板上，在梁上做出螺孔，螺钉穿过梁上螺孔并抵住第一压块，旋动螺钉节来调节施加压力，如图所示，在图13中，压块上压力的施加方法可以采用螺钉加压的方法，1301为底板，1302为梁，1303为紧固螺钉。通过螺钉紧固，可以给压块施加压力。紧固螺钉的力矩采用力矩螺丝刀固定，推荐力矩范围为40N·cm-60N·cm。这种加压方法适用于汽相回流焊，同样适用于外形较小的壳体。

然而，压块的平面和微波基板上表面因压力而紧密接触，紧密接触往往会导致回流焊过程中微波基板表面的污染， 可以采用实施例二来解决上述问题。

实施例二

在实施例一的基础上，在微波基板上表面均匀做出一些高度一致、直径较大的承压台1101，承重台的设置于微波基板上表面没有电路走线及元器件的位置，且承重台高度高于微波基板上的电路走线及元器件，一般大于0.5mm，该承压台可以为圆柱面，第二压块1201通过这些圆柱面将压力施加在微波基板上，从而保证微波基板表面的洁净度。

施加压力1102可以为通过气缸来对第二压块施加压力，也可以采用搭架梁在外壳顶部，施加压力为将壳体放入底板中，固定搭架梁在所底板上，在梁上做出螺孔，螺钉穿过梁上螺孔并抵住第二压块，旋动螺钉节来调节施加压力，如图所示，在图14中，压块上压力的施加方法可以采用螺钉加压的方法，1401为底板 1402为梁，1403为紧固螺钉。通过螺钉紧固，可以给压块施加压力。紧固螺钉的力矩采用力矩螺丝刀固定，推荐力矩范围为40N·cm-60N·cm。这种加压方法适用于汽相回流焊，同样适用于外形较小的壳体。

实施例三

如图6-9所示，如上述实施例一或实施例二得到的焊接机构，包括一微波基板102、一壳体101以及一焊料层501；微波基板上设置有一通孔801，这些通孔801可以为圆形通孔、多边形通孔，不规则的通孔等，并不做限定，但为了加工方便，节省成本，本实施例中采用圆形通孔，当然这些通孔的位置不影响微波基板的布线。壳体的内底面设置有对应通孔的柱体，通孔穿入柱体，通孔的孔径大于柱体的直径，且柱体的高度均小于微波基板的厚度，本实施例中，柱体为圆柱601，其直径小于圆形通孔的直径，圆形的孔壁不与圆柱接触，为了更好的可靠性，圆形的孔壁与圆柱呈紧匹配，且柱体的高度均小于微波基板的厚度，一般柱体高度为微波基板厚度的3/4-4/5，本实施例中，圆柱的直径2mm-3mm，高度低于微波基板表面0.2mm。壳体底面与所述柱体外表面均镀有一体化的金属化层，微波基板的上表面、微波基板的下表面以及通孔的孔壁均镀有一体化的金属化层。

柱体穿入其对应的通孔，焊料层连接所述壳体内底面与微波基板的下表面，并连接通孔与柱体，一般焊料层厚度为20-30μm，微波基板的通孔和壳体圆柱间因增加了垂直于基本表面方向上的焊接面。

微波基板和壳体连接成一体，这样的焊接方法增强了微波基板和壳体的焊接强度，因为除了微波基板的下底面和壳体焊接在一起外，垂直于微波基板表面的方向上的通孔也和壳体连接在一起，也可以理解为，增加了垂直于微波基板表面的方向上微波基板和壳体的连接。此外，当因冷热循环引起的微波基板和焊料间的焊接面引起的应力也被均匀的分散到微波基板各处，进一步提高了焊接面的可靠性。

上述公开的仅为本发明的具体实施例，该实施例只为更清楚的说明本发明所用，而并非对本发明的限定，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。

Claims (10)

1.一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：在微波基板上加工出一通孔；

在壳体的内底面加工出对应所述通孔的柱体，所述通孔可供所述柱体穿入，所述通孔的孔径大于所述柱体的直径，且所述柱体的高度均小于所述微波基板的厚度，其中，所述通孔的孔径为通孔能通过的最大直径柱体的直径；

对所述通孔的孔壁、微波基板的上表面、微波基板的下表面、所述壳体的内底部以及所述柱体的外表面金属化，使所述微波基板以及所述壳体的表面均形成一体化的金属化层；

从上至下依次对应放置微波基板、焊料块以及壳体，对微波基板与壳体进行回流焊接，回流焊的过程中，在微波基板的上表面施加压力，使微波基板和壳体紧密贴合。

2.如权利要求1所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，在回流焊接前，向所述通孔内加入焊料。

3.如权利要求1或2所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，在回流焊接后，若通孔与柱体之间焊料不足，则向所述通孔内补入一定量的焊料焊接，至通孔内焊料覆盖柱体，且焊料上表面呈现中间凹陷的形状。

4.如权利要求1所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，所述柱体为圆柱。

5.如权利要求1或4所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，所述柱体与所述通孔的内壁之间为紧匹配。

6.如权利要求1所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，在所述微波基板上表面放置一块可覆盖微波基板上表面的第一压块，对所述第一压块的上表面施加压力。

7.如权利要求1所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，在微波基板上表面上做出若干第一承压台，放置一块第二压块在所有第一承压台上，并对第二压块的上表面施加压力。

8.如权利要求7所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，承重台设置于微波基板上表面没有电路走线及元器件的位置，且承重台高度高于微波基板上的电路走线及元器件。

9.如权利要求6或7所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺，其特征在于，施加压力为将壳体放入一底板中，固定搭架一梁在所述底板上，在梁上做出螺孔，螺钉穿过梁上螺孔并抵住第一压块或第二压块，旋动螺钉来调节施加压力。

10.如权利要求1所述的一种微波基板与壳体的焊接工艺得到的焊接机构，其特征在于，包括一微波基板、一壳体以及一焊料层；

所述微波基板上设置有一通孔，所述壳体的内底面设置有对应所述通孔的柱体，所述通孔穿入所述柱体，所述通孔的孔径大于所述柱体的直径，且所述柱体的高度均小于所述微波基板的厚度；

所述壳体底面与所述柱体外表面均镀有一体化的金属化层，所述微波基板的上表面、微波基板的下表面以及通孔的孔壁均镀有一体化的金属化层；

所述柱体穿入其对应的通孔，所述焊料层连接所述壳体内底面与所述微波基板的下表面，并连接通孔与柱体。