CN109807425A - 用于小型化射频功率模块共晶焊的定位工装及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，包括：凸缘限位工装；穿杆式压限位工装，包括：支撑板，本体四角加工内嵌限位孔，表面加工有阵列排布的通孔；配重压杆，为两段式台阶结构，通过支撑板表面的通孔进行配重施压；支撑柱，与支撑板通过内嵌限位孔进行螺纹紧固安装；底板，与支撑柱通过限位槽安装。本发明还提供小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法。工装结构设计位置准确且灵活，操作方面简单，过程中全部通过限位控制操作，可大大确保射频功率印制板共晶焊接的可靠性。

Description

用于小型化射频功率模块共晶焊的定位工装及其使用方法

技术领域

本发明涉及印制板与基板大面积共晶焊技术领域，特别涉及用于小型化射频功率模块共晶焊的定位工装及其使用方法。

背景技术

随着现代电子集成技术的飞速发展，小型化、高速化、高精化已经成为航天型号应用发展的方向，随之而来的不同产品设计过程的材料要求与需求也发生变化，越来越多种类和型号印制板进入航天领域，包括TMM4、TMM6以及柔性板等；与此同时，印制板的厚度、尺寸、形状也随之发生变化；加之型号高轨运行、深空探测等可靠性需求，型号产品装联工艺设计面临的难度大幅提升，印制在加工完成后存在翘曲且难以较平，由此带来的印制板组装件在焊接过程中受到高温引起的变形量增大，对装联工艺适用性和稳定性提出巨大挑战。

此外，产品的小型化和高密度化也直接导致了电子产品单位面积的功率增加，如何解决型号散热与接地问题也成为航天工艺人必须面临的课题。与导电胶粘接相比，共晶焊基板与机壳烧结技术具有热导率高，电阻小，散热快，可靠性强，焊后强度大的优点，因此特别适用于高频、大功率器件基板与机壳的焊接。但是传统的共晶焊多为螺钉固定，螺钉定位有区域性限制、且安装孔多集中在边缘，缺少中间定位；随着型号小型化，诸多印制板由于采用共晶焊接不设置安装孔；与此同时，印制板形变问题、焊接空洞率问题、焊接位移问题等，必须要求设计合理的工装夹具来进行型号任务焊接一致性管控，在确保印制板平整度、操作精度的同时，也确保一次性焊接合格率。

随着宇航产品小型化功率模块不断增多，同时考虑宇航产品小批量、多品种特性，有必要结合产品特点和工艺实施的可靠性，设计一种精度控制良好、装配高效、功能灵活的通用型小型化模块共晶焊工装，以保证宇航电子产品的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供用于小型化射频功率模块共晶焊的定位工装及其使用方法，以解决小型化射频功率模块依赖螺钉孔定位难、印制板平整度控制不良、定位难、精度差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提出一种小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，包括：凸缘限位工装，紧固在盒体下方，所述凸缘限位工装的下端边缘压紧印制板，其底部结构具有位置与印制板上和机壳底部安装孔一一对应的螺纹孔，凸缘限位工装的窄部凸缘，嵌入印制板缝隙凹槽内；穿杆式压限位工装，包括：支撑板，本体四角加工内嵌限位孔，表面加工有阵列排布的通孔；配重压杆，为两段式台阶结构，通过所述支撑板表面的所述通孔进行配重施压；支撑柱，与所述支撑板通过所述内嵌限位孔进行螺纹紧固安装；底板，与所述支撑柱通过限位槽安装。

进一步地，所述凸缘限位工装安装于印制板板面后，通过若干螺纹紧固件紧固在所述盒体下方。

进一步地，所述凸缘限位工装包括连续式卡槽和分段式卡槽，分别根据印制板安装结构进行设计。

进一步地，采用螺纹紧固件紧固限位块将射频模块固定在所述底板上。

本发明提供一种小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法，包括：根据射频功率模块的机壳尺寸和印制板设计安装要求，选择合适的凸缘限位工装将其与未进行贴片的印制板一同预装配在机壳上，调整后将预装好印制板和凸缘限位工装的射频机壳，放置在穿杆式压限位工装的底板上，进行穿杆压点位置核对，并标记安装位置，预装完成后拆除原预装工装、机壳、印制板，分别做好定位标记；将完成焊膏印刷的印制板放置于机壳内，然后根据预装的位置和形状需求逐个安装凸缘限位工装，安装完成后进行贴片操作；将完成贴片的射频机壳放置在穿杆式压限位工装的底板上，根据预装标记位置进行底板限位块安装，固定射频模块；安装支撑柱与支撑板，支撑柱与支持板通过支撑板四角的内嵌安装孔内进行紧固安装，支撑柱与底板通过底部四角的限位槽安装，支撑板表面根据印制图纸预先进行定位孔排布；根据支撑板表面的定位孔排布，逐个插入配重压杆进行定位，待印制板焊接平整度的定位工装全部安装完成，将带有工装的机壳送入焊接设备进行共晶焊接操作；焊接完成后，逐个取下配重压杆、支撑柱、支撑板、底部限位块，取出凸缘限位工装，并对其进行模块清洗。

本发明提出的一种小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，采用两个工装协同完成，分别为凸缘限位工装和穿杆式压限位工装，这两个工装可在不同工况下单独使用，也可合并使用；凸缘限位工装是根据印制板外形设计专用工装，工装下端窄部凸缘嵌入印制板缝隙凹槽内，通过盒体反面的螺钉进行紧固，工装下端边缘压紧印制板，凸缘距机壳的高度根据被焊基板和填充焊料片的厚度确定。装配后利用凸缘限制被焊基板的位置，控制基板在焊接过程中的变形和位移；穿杆式压限位工装利用穿杆的重量将印制板进行压紧固定，可根据印制板的布局选择不同位置和数量的穿杆用于压住印制板，已达到快速定位功能；本发明所述的穿杆式压限位工装顶部的支撑板通孔设计可进行统一模板的均匀阵列排布，也可设计与特殊印制板表面的空置区域一一对应的定位排布阵列，支撑板通孔阵列设计功能拓展灵活；穿杆式压限位工装定位实施通过配重压杆进行定点定位，压点采用面压方式，确保印制板与机壳紧密接触，提高共晶焊接的均匀性并减少空洞率。

本发明提供的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法，工装结构设计位置准确且灵活，操作方面简单，过程中全部通过限位控制操作，可大大确保射频功率印制板共晶焊接的可靠性。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提出小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的结构示意图；

图2为本发明提供的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于小型化射频功率模块共晶焊的定位工装及其使用方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本发明提供的一种小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，采用两个工装协同完成，分别为凸缘限位工装和穿杆式压限位工装，这两个工装可在不同工况下单独使用，也可合并使用；凸缘限位工装是根据印制板外形设计专用工装，工装下端窄部凸缘嵌入印制板缝隙凹槽内，通过盒体反面的螺钉进行紧固，工装下端边缘压紧印制板，凸缘距机壳的高度根据被焊基板和填充焊料片的厚度确定。装配后利用凸缘限制被焊基板的位置，控制基板在焊接过程中的变形和位移；穿杆式压限位工装利用穿杆的重量将印制板进行压紧固定，可根据印制板的布局选择不同位置和数量的穿杆用于压住印制板，已达到快速定位功能；本发明所述的穿杆式压限位工装顶部的支撑板通孔设计可进行统一模板的均匀阵列排布，也可设计与特殊印制板表面的空置区域一一对应的定位排布阵列，支撑板通孔阵列设计功能拓展灵活；穿杆式压限位工装定位实施通过配重压杆进行定点定位，压点采用面压方式，确保印制板与机壳紧密接触，提高共晶焊接的均匀性并减少空洞率。

本发明提供的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法，工装结构设计位置准确且灵活，操作方面简单，过程中全部通过限位控制操作，可大大确保射频功率印制板共晶焊接的可靠性。

图1为本发明实施例提出小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的结构示意图。参照图1，包括：凸缘限位工装，紧固在盒体下方，所述凸缘限位工装的下端边缘压紧印制板，其底部结构具有位置与印制板上和机壳底部安装孔一一对应的螺纹孔，凸缘限位工装的窄部凸缘，嵌入印制板缝隙凹槽内；穿杆式压限位工装，包括：支撑板11，本体四角加工内嵌限位孔，表面加工有阵列排布的通孔；配重压杆12，为两段式台阶结构，通过所述支撑板11表面的所述通孔进行配重施压；支撑柱13，与所述支撑板11通过所述内嵌限位孔进行螺纹紧固安装；底板14，与所述支撑柱13通过限位槽安装。

在本发明实施例中，所述凸缘限位工装安装于印制板板面后，通过若干螺纹紧固件紧固在所述盒体下方，所述凸缘限位工装包括连续式卡槽和分段式卡槽，分别根据印制板安装结构进行设计。

参照图1，采用螺纹紧固件紧固限位块15将射频模块固定在所述底板14上。

本发明提供的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，通过板面安装控制和局部外部施压相结合的方法，确保功率模块低空洞共晶焊的工艺管控一致性，并确保产品焊接质量。装配后利用凸缘限制被焊基板的位置，控制基板在共晶焊接过程中的变形和位移。穿杆式压限位工装，利用配重压杆的重量进行穿杆定位配重，将印制板进行压紧固定。工装夹具由支撑板、配重柱压杆、支撑柱、和底板共四部分组成。支撑板本体四角加工内嵌限位孔，用于支持柱安装，支撑板表面加工有阵列排布的通孔，用于配重压杆穿入压紧印制板，同时也用以固定压杆垂直度与对中度。配重压杆为两段式台阶结构，使用时压杆通过支撑板表面加工有阵列排布的通孔进行配重施压，确保印制板与机壳紧密接触。支撑柱用于工装结构搭建和连接固定支撑板与底板，支撑柱与支持板通过板四角的内嵌安装孔内进行螺纹紧固安装，与底板通过限位槽安装。底板用于固定模块位置，使用时采用螺纹紧固件紧固限位块固定模块位置，底板与支撑板四角一一对应加工有支撑柱限位槽。装配后利用配重压杆进行定点压控限制被焊基板的位置，控制基板在焊接过程中的变形和位移。

图2为本发明提供的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法的步骤流程示意图。参照图2，小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法包括以下步骤：

S21、根据射频功率模块的机壳尺寸和印制板设计安装要求，选择合适的凸缘限位工装将其与未进行贴片的印制板一同预装配在机壳上，调整后将预装好印制板和凸缘限位工装的射频机壳，放置在穿杆式压限位工装的底板上，进行穿杆压点位置核对，并标记安装位置，预装完成后拆除原预装工装、机壳、印制板，分别做好定位标记；

S22、将完成焊膏印刷的印制板放置于机壳内，然后根据预装的位置和形状需求逐个安装凸缘限位工装，安装完成后进行贴片操作；

S23、将完成贴片的射频机壳放置在穿杆式压限位工装的底板上，根据预装标记位置进行底板限位块安装，固定射频模块；

S24、安装支撑柱与支撑板，支撑柱与支持板通过支撑板四角的内嵌安装孔内进行紧固安装，支撑柱与底板通过底部四角的限位槽安装，支撑板表面根据印制图纸预先进行定位孔排布；

S25、根据支撑板表面的定位孔排布，逐个插入配重压杆进行定位，待印制板焊接平整度的定位工装全部安装完成，将带有工装的机壳送入焊接设备进行共晶焊接操作；

S26、焊接完成后，逐个取下配重压杆、支撑柱、支撑板、底部限位块，取出凸缘限位工装，并对其进行模块清洗。

在本实例中的射频功率模块选用某型号模块，此模块共有3块印制板组装件，分别是0-10，0-20，0-30。

1)操作前将待装配机壳、印制板、凸缘限位工装和穿杆式压限位工装在装联前进行预配装，做好位置标记，并确定工装匹配；然后拆下预配各工装，采用无水乙醇进行清洗，去除表面的油脂污染物，并确认安装面、确认安装孔已配打及螺钉尺寸使用。

2)依据印制板设计文件规定的外形和尺寸，采用激光切割机对焊料片进行切割成型，焊料片一般切割两层，切割过程中应注意禁止裸手接触焊料片，避免指纹和油脂污染。

3)按照装配图要求分别将已完成焊膏印刷的印制板放置在机壳相应位置上，放置时注意方向，印制板放置前应在机壳中将已经切割成型焊料片进行铺垫。每块印制板底下铺垫一层焊料片(0.1mm)，并用毛笔在焊料片表面均匀涂抹少量助焊剂。

4)将完成焊膏印刷的印制板放置于机壳内，然后根据预装的位置和形状需求逐个安装凸缘限位工装，螺纹紧固件为沉头螺钉，紧固从机壳底部向上紧固，安装完成后进行贴片操作；

5)将完成贴片的射频机壳放置在穿杆式压限位工装的底板上，根据预装标记位置进行底板限位块安装，固定射频模块；

6)安装支撑柱与支撑板，支撑柱与支持板通过支撑板四角的内嵌安装孔内进行沉头螺纹紧固安装，支撑柱与底板通过底部四角的限位槽安装。支撑板表面根据印制图纸预先进行定位孔排布；

7)根据支撑板表面的定位孔排布，逐个插入配重压杆进行定位，待印制板焊接平整度的定位工装全部安装完成，将带有工装的机壳送入焊接设备进行共晶焊接操作；

8)焊接完成后，逐个取下配重压杆、支撑柱(连同支撑板)、底部限位块；旋松机壳底部螺钉，取出凸缘限位工装，并对进行模块清洗，小型化射频功率模块印制板平整度控制与定位实施完成。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，其特征在于，包括：

凸缘限位工装，紧固在盒体下方，所述凸缘限位工装的下端边缘压紧印制板，其底部结构具有位置与印制板上和机壳底部安装孔一一对应的螺纹孔，凸缘限位工装的窄部凸缘，嵌入印制板缝隙凹槽内；

穿杆式压限位工装，包括：

支撑板，本体四角加工内嵌限位孔，表面加工有阵列排布的通孔；

配重压杆，为两段式台阶结构，通过所述支撑板表面的所述通孔进行配重施压；

支撑柱，与所述支撑板通过所述内嵌限位孔进行螺纹紧固安装；

底板，与所述支撑柱通过限位槽安装。

2.如权利要求1所述的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，其特征在于，所述凸缘限位工装安装于印制板板面后，通过若干螺纹紧固件紧固在所述盒体下方。

3.如权利要求1所述的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，其特征在于，所述凸缘限位工装包括连续式卡槽和分段式卡槽，分别根据印制板安装结构进行设计。

4.如权利要求1所述的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装，其特征在于，采用螺纹紧固件紧固限位块将射频模块固定在所述底板上。

5.一种如权利要求1所述的小型化射频功率模块共晶焊的定位工装的使用方法，其特征在于，包括：

根据射频功率模块的机壳尺寸和印制板设计安装要求，选择合适的凸缘限位工装将其与未进行贴片的印制板一同预装配在机壳上，调整后将预装好印制板和凸缘限位工装的射频机壳，放置在穿杆式压限位工装的底板上，进行穿杆压点位置核对，并标记安装位置，预装完成后拆除原预装工装、机壳、印制板，分别做好定位标记；

将完成焊膏印刷的印制板放置于机壳内，然后根据预装的位置和形状需求逐个安装凸缘限位工装，安装完成后进行贴片操作；

将完成贴片的射频机壳放置在穿杆式压限位工装的底板上，根据预装标记位置进行底板限位块安装，固定射频模块；

安装支撑柱与支撑板，支撑柱与支持板通过支撑板四角的内嵌安装孔内进行紧固安装，支撑柱与底板通过底部四角的限位槽安装，支撑板表面根据印制图纸预先进行定位孔排布；

根据支撑板表面的定位孔排布，逐个插入配重压杆进行定位，待印制板焊接平整度的定位工装全部安装完成，将带有工装的机壳送入焊接设备进行共晶焊接操作；

焊接完成后，逐个取下配重压杆、支撑柱、支撑板、底部限位块，取出凸缘限位工装，并对其进行模块清洗。