CN106270881B - 一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装及焊接方法 - Google Patents

一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装和焊接方法，将微波电路外壳放到导热夹具上，用高温胶带固定；将SMP连接头插入微波电路外壳侧面的安装孔中，并在安装孔中放入预成型焊料片和加压塞，用高温胶带将加压塞与微波电路外壳固定；将焊件放到箱式共晶焊加热台上，在导热夹具上罩上固定座，使微波电路外壳的两端被固定座夹在其中，通过弹簧螺钉将加压挡板螺纹连接在固定座的侧面，由加压挡板将微波电路外壳侧面安装孔内的加压塞顶压；最后采用共晶焊工艺实现SMP连接头与微波电路外壳侧面的焊接。本方法工艺简单，焊接强度高，环境适应性好，气密性高，可靠性高。

Description

一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装及焊接方法
技术领域
本发明涉及一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装及焊接方法。
背景技术
微波封装电路气密性封装目前采用气密性金属外壳封装。气密性金属外壳的外引线是采用玻璃珠烧结到金属外壳上，这种结构气密性好，但金属外壳材料只能选用可伐合金或不锈钢，其导热系数＜80w/m℃，不能满足微波功能电路散热要求。
目前微波功能电路常采用铝外壳或硅铝外壳，其外引线（连接器）通过粘接剂粘接固定到铝外壳上，不能达到高可靠电路的气密性要求。
硅铝外壳可以与连接器进行焊接。目前行业常采用高频感应焊，这种焊接由于温度可控性不好，只能选用熔点较低的铅锡焊料，其气密性难以达到要求，且在高热环境中使用受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装和微波电路外壳侧面连接器密封焊接方法，工艺简单，焊接强度高，环境适应性好，气密性高，可靠性高。
为解决上述技术问题，本发明提供一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，包括导热夹具、加压塞、固定座和加压挡板；
导热夹具用于承载微波电路外壳，微波电路外壳侧面具有安装SMP连接头的安装孔；
加压塞，一端具有一向内凹的内槽；
固定座的侧面分别设置有2个与弹簧螺钉相配合螺纹连接的螺纹孔；
弹簧螺钉中的弹簧套于螺钉上，弹簧由螺钉的头部限制不脱离螺钉；
每个加压档板的两端设置2个与固定座侧面的螺纹孔相对应的贯穿孔，贯穿孔的孔径大于螺钉的螺杆直径，小于弹簧内径，通过弹簧螺钉穿过贯穿孔和螺纹孔将加压挡板安装到固定座的侧面；
当SMP连接头插入微波电路外壳侧面的安装孔中时，在安装孔中放入焊料片和内槽端朝向安装孔内的加压塞，通过弹簧螺钉将加压挡板螺纹连接在固定座的侧面，由加压挡板将微波电路外壳侧面安装孔内的加压塞顶压。
微波电路外壳材质为硅铝合金，表面镀金。
导热夹具材质为石墨。
焊料片为Au80Sn20或Au88Ge12，厚度d为0.05mm～0.1mm，形状为环形，内环直径ID0=SMP连接头最大外径+0.02mm；外环直径OD0=安装孔内径-0.05mm。
通过多个焊料片重叠来控制焊料量，重叠的焊料片个数n=( SMP连接头伸出安装孔高度-0.05mm)÷d，结果四舍五入取整数。
加压塞为圆柱体，总高度H=安装孔深+30mm，外径OD1=OD0-0.05mm；加压塞上的内槽深度h=SMP连接头伸出安装孔高度，内槽直径ID1=ID0+0.05mm。
加压塞材质为石墨。
固定座的材质为铝或铝合金。
一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接方法，其特征是，包括以下步骤：
1）将微波电路外壳放到导热夹具上，用高温胶带固定；
2）将SMP连接头插入微波电路外壳侧面的安装孔中，并在安装孔中放入预成型焊料片和加压塞；当微波电路外壳一侧的SMP连接头、预成型焊料片和加压塞全部放完后，最后用高温胶带将加压塞与微波电路外壳固定；
同理，进行微波电路外壳另一侧面的安装，最后形成焊件；
3）将焊件放到箱式共晶焊加热台上，在导热夹具上罩上固定座，使微波电路外壳的两端被固定座夹在其中，通过弹簧螺钉将加压挡板螺纹连接在固定座的侧面，由加压挡板将微波电路外壳侧面安装孔内的加压塞顶压；
4）最后采用共晶焊工艺实现SMP连接头与微波电路外壳侧面的焊接。
弹簧螺钉将加压挡板螺纹连接在固定座的侧面时，使弹簧螺钉上的弹簧有2～4个螺距的加压形变。
本发明所达到的有益效果：
1）工艺简单，灵活，适合大、中、小各种批量产品加工；
2) 焊接头强度高，环境适应性好，耐机械疲劳和冷热疲劳，抗蠕变，长期可靠性高。
3) 焊接接头密封性好，焊接出微波功率电路封装外壳能达到GJB2438所规定的气密性封装要求。
附图说明
图1预成型焊料片示意图；
图2焊接工装示意图；
图3加压塞主视图；
图4加压塞俯视图；
图5弹簧螺钉示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接方法，包括：关键工艺技术参数、焊接材料选用要求、工装夹具设计要求等信息。
1 “一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接方法”特点
1.1 技术方案
1）采用一种硅铝材料外壳，表面镀金，硅铝外壳侧面留有微波SMP连接头安装孔；
2）采用SMP连接头，其引线针芯与连接器壳体用玻珠密封烧结到一起；
3）硅铝外壳与微波SMP连接头采用金基共晶焊焊接到一起，形成具有气密性封装功率外壳；
4）金基焊料（AuSn或AuGe）先制成适当形状的预成型焊料片；
5）设计一种外壳侧面焊接加压焊接工装，其核心是采用带弹簧螺钉夹持焊件，其作用是在焊接过程中，弹簧力持续提供适当压力，将多余的熔融焊料挤压出来并填补浸润到外壳与SMP连接头的接缝中，形成气密性连接。
1.2 方案优点
1）工艺简单，灵活，适合大、中、小各种批量产品加工；
2) 焊接头强度高，环境适应性好，耐机械疲劳和冷热疲劳，抗蠕变，长期可靠性高。
3) 焊接接头密封性好，达到GJB2438所规定的气密性封装要求。
2 关键工艺、材料选用
2.1 焊接工艺、材料选用
1）焊接工艺：采用箱式真空共晶焊（软钎焊）工艺焊接。
2）焊接材料： Au80Sn20或Au88Ge12焊料片，厚度0.05mm～0.1mm。
2.2 预成型焊料片设计
1）形状设计：预成型焊料片设计成圆环形状，如图1所示。
2）内环直径（ID0）：ID0=SMP连接头最大外径+0.02mm；
3）外环直径（OD0）：OD0=安装孔内径-0.05mm；
2.3 焊料量控制规则
焊料量的控制是通过焊料片厚度来控制，焊料片的厚度一般是确定的（设焊料片厚度为d），因此，焊料量控制用多个焊料片重叠来控制。重叠焊料片的个数计算如下：
重叠焊料片个数（n）：n=(微波SMP连接头伸出安装孔高度-0.05mm)÷d，结果四舍五入取整数。
3 侧加压焊接工装设计
3.1 焊接工装：如图2所示。焊接工装由导热夹具1、加压塞2、固定座3、加压挡板4组成。
1）导热夹具1：根据硅铝外壳形状设计加工而成，材料：高纯石墨；
2）加压塞2： 设计图如图3和图4所示，加压塞2为圆柱体，总高度H，外径OD1；加压塞2一端设计有一圆形的内槽21，内槽深度h，内槽直径ID1。H=安装孔深+30mm；h=SMP连接头伸出安装孔高度；内槽直径ID1=ID0+0.05mm；外径OD1=OD0-0.05mm。加压塞2材料：高纯石墨。
3）固定座3：根据硅铝外壳装载到导热夹具上的综合尺寸设计加工而成，固定座3两侧面分别设计有2个弹簧螺钉5的螺纹孔31。固定座3材料：铝或铝合金。
4）弹簧螺钉5：螺钉51型号：M2.5-10，弹簧52位置如图5所示，套于螺钉51上，并由螺钉的头部限制不脱离螺钉。材料：不锈钢。
5）加压挡板4：根据固定座上螺纹孔位置、硅铝外壳安装位置等尺寸设计加工而成，每个加压档板4的两端设置2个与固定座3侧面的螺纹孔相对应的贯穿孔41，贯穿孔的孔径大于弹簧螺钉上的螺杆直径，小于弹簧内径，通过弹簧螺钉5穿过贯穿孔41将两块加压挡板4安装到固定座3的两个侧面。
3.2 焊件夹持方法
1）将硅铝外壳7放到导热夹具1中，用高温胶带固定住。
2）先将SMP连接头6插入硅铝外壳7上的安装孔71中，并放上预成型焊料片8（预成型焊料片8从SM连接头6套上放入），然后在安装孔内放入加压塞2（加压塞2的内槽21朝向安装孔内部，压于预成型焊料片8上）。当一侧加压塞2全部放完后，最后用高温胶带将加压塞2与硅铝外壳7固定住。同样方法，再将另一侧SMP连接头6插入硅铝外壳7安装孔，并放上预成型焊料片8、加压塞2固定好，形成焊件。
3）将通过高温胶带固定好的焊件放到箱式共晶焊加热台上，放上固定座3，再将两侧加压挡板4用弹簧螺钉5拧到松紧合适位置，确保两侧加压挡板4顶住安装孔内的加压塞2，使弹簧螺钉5上的弹簧有2～4个螺距的加压形变。最后采用共晶焊工艺实现焊接，焊接过程中，弹簧持续提供适当压力，将多余的熔融焊料挤压出来并填补浸润到外壳与连接头的接缝中，形成气密性连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，包括导热夹具、加压塞、固定座和加压挡板；
导热夹具用于承载微波电路外壳，微波电路外壳侧面具有安装SMP连接头的安装孔；
加压塞，一端具有一向内凹的内槽；
固定座的侧面分别设置有2个与弹簧螺钉相配合螺纹连接的螺纹孔；
弹簧螺钉中的弹簧套于螺钉上，弹簧由螺钉的头部限制不脱离螺钉；
每个加压档板的两端设置2个与固定座侧面的螺纹孔相对应的贯穿孔，贯穿孔的孔径大于螺钉的螺杆直径，小于弹簧内径，通过弹簧螺钉穿过贯穿孔和螺纹孔将加压挡板安装到固定座的侧面；
当SMP连接头插入微波电路外壳侧面的安装孔中时，在安装孔中放入焊料片和内槽端朝向安装孔内的加压塞，通过弹簧螺钉将加压挡板螺纹连接在固定座的侧面，由加压挡板将微波电路外壳侧面安装孔内的加压塞顶压。
2.根据权利要求1所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，微波电路外壳材质为硅铝合金，表面镀金。
3.根据权利要求1所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，导热夹具材质为石墨。
4.根据权利要求1所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，焊料片为Au80Sn20或Au88Ge12，厚度d为0.05mm～0.1mm，形状为环形，内环直径ID0=SMP连接头最大外径+0.02mm；外环直径OD0=安装孔内径-0.05mm。
5.根据权利要求4所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，通过多个焊料片重叠来控制焊料量，重叠的焊料片个数n=( SMP连接头伸出安装孔高度-0.05mm)÷d，结果四舍五入取整数。
6.根据权利要求4所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，加压塞为圆柱体，总高度H=安装孔深+30mm，外径OD1=OD0-0.05mm；加压塞上的内槽深度h=SMP连接头伸出安装孔高度，内槽直径ID1=ID0+0.05mm。
7.根据权利要求1所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，加压塞材质为石墨。
8.根据权利要求1所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接工装，其特征是，固定座的材质为铝或铝合金。
9.一种微波电路外壳侧面连接器密封焊接方法，其特征是，包括以下步骤：
1）将微波电路外壳放到导热夹具上，用高温胶带固定；
2）将SMP连接头插入微波电路外壳侧面的安装孔中，并在安装孔中放入预成型焊料片和加压塞；当微波电路外壳一侧的SMP连接头、预成型焊料片和加压塞全部放完后，最后用高温胶带将加压塞与微波电路外壳固定；
同理，进行微波电路外壳另一侧面的安装，最后形成焊件；
3）将焊件放到箱式共晶焊加热台上，在导热夹具上罩上固定座，使微波电路外壳的两端被固定座夹在其中，通过弹簧螺钉将加压挡板螺纹连接在固定座的侧面，由加压挡板将微波电路外壳侧面安装孔内的加压塞顶压；
4）最后采用共晶焊工艺实现SMP连接头与微波电路外壳侧面的焊接。
10.根据权利要求9所述的微波电路外壳侧面连接器密封焊接方法，其特征是，弹簧螺钉将加压挡板螺纹连接在固定座的侧面时，使弹簧螺钉上的弹簧有2～4个螺距的加压形变。
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