CN107129162A - 一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法 - Google Patents

一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，包括如下步骤：(1)选择合适尺寸的焊料环并计算出厚度为0.1mm单个焊料环的体积；(2)根据焊料环尺寸设计绝缘子安装孔的焊料槽；(3)设计并计算出绝缘子与绝缘子安装孔间隙的体积；(4)通过理论计算出厚度为0.1mm焊料环的个数或同环形尺寸焊料环的厚度；(5)实现微波组件绝缘子的量化焊接。优点：1)避免了焊接过程中过量锡的溢出，提高操作人员的效率，保证绝缘子焊接的可靠性、气密性；2)实现了绝缘子的量化焊接，从而保证绝缘子焊接的一致性；3)无焊料溢出、焊料气泡、管路堵塞。

Description

一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法
技术领域
本发明涉及属于微波组件或模块工艺技术领域，具体涉及一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，可实现微波组件绝缘子高可靠、高气密、高效率、量化焊接。
背景技术
微波组件或模块作为航空航天等领域的重要电子设备组件，向着高可靠、高集成、高气密的趋势发展。在微波组件或模块中一般包含多个作为信号输入输出端口的玻璃绝缘子，其中高频绝缘子起着微波信号传输通道的作用，而低频绝缘子起着馈电端口的功能。这些绝缘子的焊接工艺影响了组件或模块的密封、馈电或微波信号传输性能的优劣，对整个组件或模块的可靠性有着至关重要的影响。采用传统的焊膏焊接绝缘子时，不同的操作者由于熟练等级、经验的不同，绝缘子焊接的可靠性、一致性和外观存在巨大差异。传统的焊膏焊接绝缘子由于无法量化焊膏的用量，焊接过程中会出现焊料溢出、焊料空洞率高、空气腔与内导体短路等多种焊接缺陷。目前大多数研究者比较关注绝缘子焊接工艺的研究，对绝缘子与封装壳体焊接工艺的研究相对较少，甚至没有报道。
量化绝缘子气密性焊接工艺解决了传统焊膏焊接工艺所存在的焊料溢出、焊料空洞率高、空气腔与内导体短路等多种焊接缺陷，保证了绝缘子焊接的可靠性、气密性、一致性和美观度，提高了操作人员的效率。
发明内容
本发明提供的是一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其目的旨在量化微波组件绝缘子焊接，实现微波组件绝缘子高可靠、高气密、高效率焊接。
本发明的技术方案是：一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，包括如下步骤：
(1) 根据对应型号的绝缘子选择合适尺寸的焊料环并计算出厚度为0.1mm单个焊料环的体积；
(2) 焊料环尺寸设计绝缘子安装孔的焊料槽以便固态焊料环的放置；
(3) 通过对绝缘子安装孔尺寸、公差与绝缘子尺寸、公差的设计可计算出绝缘子与绝缘子安装孔间隙的体积；
(4) 绝缘子安装孔与绝缘子间隙体积与厚度为0.1mm单个焊料环的体积之比即为厚度为0.1mm焊料环的个数或同环形尺寸焊料环的厚度；
(5) 通过理论计算出的0.1mm焊料环的个数或同环形尺寸焊料环的厚度,实现微波组件绝缘子的量化焊接。
本发明的优点：
1)工艺简单，易于操作，可控性强；
2)通过量化焊料环的用量，避免了焊接过程中过量锡的溢出，从而提高操作人员的效率（不需要铲锡），保证了绝缘子焊接的可靠性、气密性和美观度；
3)在保证可靠性、气密性和美观的前提下，让不同熟练等级的操作者都可以轻松实现外观较为美观的焊接工艺，也就是要实现绝缘子的量化焊接，从而保证绝缘子焊接的一致性；
4)解决了传统焊膏焊接工艺所存在的焊料溢出、焊料气泡、管路堵塞等多种焊接缺陷。
附图说明
图1是2501A绝缘子安装孔设计示意图。
图2(a)、图2(b)是2501A绝缘子安装孔设计示意图。
图3是实施例1中Sn62Pb36Ag2固态焊料环焊接绝缘子光镜照片；图中：(a)是微波组件铝壳体外侧照片；(b)是微波组件铝壳体内侧照片。
图4是实施例1中检测绝缘子焊接空洞率X光照片。
图5是实施例2中Sn96.5Ag3.0Cu0.5固态焊料环焊接绝缘子光镜照片；图中：(a)是微波组件铝壳体外侧照片；(b)是微波组件铝壳体内侧照片。
图6是实施例2中检测绝缘子焊接空洞率X光照片。
图7是实施例3中Au80Sn20固态焊料环焊接绝缘子光镜照片；图中：(a)是微波组件铝壳体外侧照片；(b)是微波组件铝壳体内侧照片。
图8是实施例3中检测绝缘子焊接空洞率X光照片。
具体实施方式
一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，包括如下步骤：
(1) 根据对应型号的绝缘子选择合适尺寸的焊料环并计算出厚度为0.1mm单个焊料环的体积；
(2) 焊料环尺寸设计绝缘子安装孔的焊料槽以便固态焊料环的放置；
(3) 通过对绝缘子安装孔尺寸、公差与绝缘子尺寸、公差的设计并-计算出绝缘子与绝缘子安装孔间隙的体积；
(4) 绝缘子安装孔与绝缘子间隙体积与厚度为0.1mm单个焊料环的体积之比即为厚度为0.1mm焊料环的个数或同环形尺寸焊料环的厚度；
(5) 通过理论计算出的0.1mm焊料环的个数或同环形尺寸焊料环的厚度,实现微波组件绝缘子的量化焊接。
所述微波组件壳体材料包括铜合金、铝合金、铁镍合金、硅铝合金、陶瓷管壳及用作微波组件的壳体材料。
所述量化焊接绝缘子用的焊料为固态焊料环，其熔点在450度以下各种锡基、铟基、金基、铅基钎料。
所述绝缘子安装孔放置焊料环的焊料槽。
所述钎料与壳体材料或壳体镀覆层能够发生润湿反应。
所述钎料与绝缘子镀覆层能够发生润湿反应。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
图1中的2501A绝缘子安装孔的外形尺寸如表1：
结合表1绝缘子外导体尺寸，严格控制安装孔的公差范围；绝缘子外导体为负公差，微波组件壳体绝缘子安装孔在合理范围内采用正公差。引入可放置固态焊料环的焊料槽，其尺寸与焊料环相匹配。固态焊料环尺寸为：Φ3.1mm（外径），Φ2.55mm（内径），0.1 mm（厚度）。焊料槽孔径Φ3.1+0.04 +0.02，深0.3mm，绝缘子安装孔孔径Φ2.5+0.04 +0.02，深1.6mm（绝缘子安装孔孔深包含焊料槽0.3mm的深度）。如图2所示,
单个焊料环的体积：
（1）
D1：焊料环外径，d：焊料环内径，h：焊环厚度；
绝缘子安装孔的体积：
（2）
D2：绝缘子安装孔孔径，B：绝缘子外导体直径，C：绝缘子外导体长度；
所需厚度为0.1mm焊料环的个数：
（3）
由以上理论计算可知，所加焊料环的个数最多为3个，由于焊料会向两端过度润湿再加上机加件加工误差等因素的影响，实验中使用3个焊料环，为了操作更加方便实际使用过程中采用0.3mm厚度单个的焊料环。
实施例1
(1) 首先检验微波组件铝壳体绝缘子安装孔电镀镍、金后有无毛刺等多余物，然后用无水乙醇棉超声清洗镀镍、金微波组件组件壳体；
(2) 根据公式（1）、（2）和（3）计算出所需厚度为0.1mm 固态Sn62Pb36Ag2焊料环的个数，用镊子小心取出做好准备工作；
(3) 用0号毛笔将一薄层液态助焊剂均匀地涂覆在绝缘子外导体的表面，将成形好的绝缘子放入壳体安装孔内，用镊子将焊料环放入设计好的焊料槽中，焊料环外侧用毛笔涂覆一层助焊剂；
(4) 热台焊接或回流炉焊接：热台焊接时，两个热台温度分别设置为140ºC和200ºC，将模块或组件放在140ºC的热台上进行预热，到达设定温度后放到200ºC的热台上将焊料加热至熔化状态完成焊接（模块或组件到200ºC停留5-10s即可），室温冷却；回流炉焊接，根据组件或模块壳体的尺寸设定回流曲线，其回流曲线与采用焊膏焊接的曲线一致；
(5) 焊接完成后，用氯仿-酒精-酒精或甲苯-丙酮-酒精溶剂依次超声清洗2-3min，70ºC烘干；
(6) 烘干后进行漏率检测并用X光检测绝缘子焊接空洞率，其结果如图4所示。
实施例2
(1) 首先检验微波组件铝壳体绝缘子安装孔电镀镍、金后有无毛刺等多余物，然后用无水乙醇棉超声清洗镀镍、金微波组件组件壳体；
(2) 根据公式（1）、（2）和（3）计算出所需厚度为0.1mm 固态Sn96.5Ag3.0Cu0.5焊料环的个数，用镊子小心取出做好准备工作；
(3) 用0号毛笔将一薄层液态助焊剂均匀地涂覆在绝缘子外导体的表面，将成形好的绝缘子放入壳体安装孔内，用镊子将焊料环放入设计好的焊料槽中，焊料环外侧用毛笔涂覆一层助焊剂；
(4) 热台焊接或回流炉焊接：热台焊接时，两个热台温度分别设置为140ºC和230ºC，将模块或组件放在140ºC的热台上进行预热，到达设定温度后放到230ºC的热台上将焊料加热至熔化状态完成焊接（模块或组件到230ºC停留5-10s即可），室温冷却；回流炉焊接，根据组件或模块壳体的尺寸设定回流曲线，其回流曲线与采用焊膏焊接的曲线一致；
(5) 焊接完成后，用氯仿-酒精-酒精或甲苯-丙酮-酒精溶剂依次超声清洗2-3min，70ºC烘干；
(6) 烘干后进行漏率检测并用X光检测绝缘子焊接空洞率，其结果如图6所示。
实施例3
(1) 首先检验微波组件铝壳体绝缘子安装孔电镀镍、金后有无毛刺等多余物，然后用无水乙醇棉超声清洗镀镍、金微波组件组件壳体；
(2) 根据公式（1）、（2）和（3）计算出所需厚度为0.1mm 固态Au80Sn20焊料环的个数，用镊子小心取出做好准备工作；
(3) 用0号毛笔将一薄层液态助焊剂均匀地涂覆在绝缘子外导体的表面，将成形好的绝缘子放入壳体安装孔内，用镊子将焊料环放入设计好的焊料槽中，焊料环外侧用毛笔涂覆一层助焊剂；
(4) 真空炉焊接：Au-Sn焊料焊接绝缘子采用真空炉焊接；最高温度320ºC，vacuum时间40s，停留25s；
(5) 焊接完成后，用氯仿-酒精-酒精或甲苯-丙酮-酒精溶剂依次超声清洗2-3min，70ºC烘干；
(6) 烘干后进行漏率检测并用X光检测绝缘子焊接空洞率，其结果如图8所示。
从实施例1、实施例2和实施例3可以看出，X射线对绝缘子焊接的空洞率检测表明（图4、图6、图8），无任何贯穿空洞并且其空洞率小于5％；按照GJB 548B-1014.2的细检条件A4，检漏结果漏率小于5×10-9Pa·m3/s，符合绝缘子气密性要求；绝缘子内导体本身以及内导体和微波板之间无短路现象、也无管路堵塞出现，外形美观且无焊料溢出，绝缘子焊接一致性较好。对焊接后的样品进行温度冲击实验，实验条件按照GJB 360B-2009，-55～+125℃，50次和100次循环，极限温度下保持30 min,其漏率依然小于5×10-9Pa·m3/s。
上述结果表明，根据绝缘子的型号，从微波组件壳体绝缘子安装孔焊料槽的设计，绝缘子安装孔尺寸、公差与绝缘子尺寸、公差的配合以及固态焊料环的应用三方面综合考虑，制定了合理的工艺焊接方案，可为微波组件绝缘子量化焊接提供了一种切实可行的方法。
以上提供的实施例仅仅是解释说明的方式，不应认为是对本发明的范围限制，任何根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1) 根据对应型号的绝缘子选择合适尺寸的焊料环并计算出厚度为0.1mm单个焊料环的体积；
(2) 焊料环尺寸设计绝缘子安装孔的焊料槽以便固态焊料环的放置；
(3) 通过对绝缘子安装孔尺寸、公差与绝缘子尺寸、公差的设计并-计算出绝缘子与绝缘子安装孔间隙的体积；
(4) 绝缘子安装孔与绝缘子间隙体积与厚度为0.1mm单个焊料环的体积之比即为厚度为0.1mm焊料环的个数或同环形尺寸焊料环的厚度；
(5) 通过理论计算出的0.1mm焊料环的个数或同环形尺寸焊料环的厚度,实现微波组件绝缘子的量化焊接。
2.根据权利要求1所述的量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其特征在于：所述微波组件壳体材料包括铜合金、铝合金、铁镍合金、硅铝合金、陶瓷管壳及用作微波组件的壳体材料。
3.根据权利要求1所述的量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其特征在于：量化焊接绝缘子用的焊料为固态焊料环，其熔点在450度以下各种锡基、铟基、金基、铅基钎料。
4.根据权利要求1所述的量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其特征在于：绝缘子安装孔放置焊料环的焊料槽。
5.根据权利要求3所述的量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其特征在于：钎料与壳体材料或壳体镀覆层能够发生润湿反应。
6.根据权利要求3所述的量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其特征在于：钎料与绝缘子镀覆层能够发生润湿反应。
7.根据权利要求1所述的量化微波组件绝缘子气密焊接的方法，其特征在于：所述的通过理论计算：
设2501A绝缘子安装孔的外形尺寸，
引入可放置固态焊料环的焊料槽，其尺寸与焊料环相匹配，固态焊料环尺寸为：Φ3.1mm（外径），Φ2.55mm（内径），0.1 mm（厚度）；焊料槽孔径Φ3.1+0.04 +0.02，深0.3mm，绝缘子安装孔孔径Φ2.5+0.04 +0.02，深1.6mm绝缘子安装孔孔深包含焊料槽0.3mm的深度；
单个焊料环的体积：
（1）
D1：焊料环外径，d：焊料环内径，h：焊环厚度；
绝缘子安装孔的体积：
（2）
D2：绝缘子安装孔孔径，B：绝缘子外导体直径，C：绝缘子外导体长度；
所需厚度为0.1mm焊料环的个数：
（3）
计算可知，所加焊料环的个数最多为3个，由于焊料会向两端过度润湿再加上机加件加工误差因素的影响，实验中使用3个焊料环，为了操作更加方便实际使用过程中采用0.3mm厚度单个的焊料环。
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