CN111001933A - 一种八通道tr组件的硅铝合金腔体激光封焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法。该方法为：首先机型腔体内腔镀金处理、腔体封焊区域及盖板本色导电氧化处理；然后检查盖板的平面度、待封焊腔体与盖板之间的配合间隙；接着清洗待封焊的腔体及盖板焊接面，并将待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽；分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定；最后根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接，焊接后对TR组件进行气密性检测。本发明解决了硅铝材料的焊接裂纹问题，提高了八通道TR组件气密性封装的可靠性。

Description

一种八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法

技术领域

本发明属于微波组件的气密性封装领域，特别是一种八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法。

背景技术

随着微波组件小型化、轻型化以及集成化程度的不断提高，大量的裸芯片应用于微组装工艺中。为保证微波组件在恶劣的使用环境中质量的高可靠性及一致性，防止外部有害气体、水分、杂质对裸芯片及微波电路的破坏，需对微波组件进行气密性封装。激光封焊工艺具有生产效率高、热影响区小、热变形小、清洁、非接触等优点，广泛应用于星载、机载、舰载的微波组件气密性封装工艺中。

为了满足微波组件轻型化、高集成度的要求，对腔体的封装材料提出了更高的要求。硅铝合金作为一种新型的封装材料，相比较于铝合金材料，具有更高的热导率、更低的密度、更低的热膨胀系数，且有良好的机加工性能。

硅铝合金材料激光封焊中的热裂纹及气孔等缺陷成为制约焊接性能的主要因素；另一方面，大尺寸薄盖板的封装腔体容易在使用环境中或检测环境中因为腔体内外压力差导致腔体焊接区出现破裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高焊接的焊缝强度、实现气密性封装的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，以提高八通道TR组件在使用环境中的可靠性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，包括以下步骤：

步骤1，进行腔体内腔镀金处理、焊接面本色导电氧化处理和盖板本色导电氧化处理；

步骤2，检查封焊腔体与盖板之间的配合间隙，要求配合间隙小于等于0.06mm，盖板平面度小于等于0.05mm；

步骤3，用无水乙醇或者丙酮清洗待封焊腔体与盖板的焊接面；

步骤4，将清洗后的待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽；

步骤5，将盖板嵌入待封焊腔体中，放入焊接的工作台上，分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定；

步骤6，根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接；

步骤7，对焊接后的TR组件焊缝进行检查及气密性检测。

进一步地，所述腔体采用的材料为50Si50Al，所述盖板采用的材料为27Si73Al，盖板尺寸为82mm×80mm×1mm。

进一步地，步骤1所述的进行腔体内腔镀金处理、焊接面本色导电氧化处理和盖板本色导电氧化处理，具体如下：

首先对腔体整个面进行本色导电氧化处理，然后进行局部镀金，镀覆的过程中对腔体的焊接面用绝缘胶进行绝缘保护，防止镀层污染焊接面；盖板直接本色导电氧化处理。

进一步地，步骤3所述的用无水乙醇或者丙酮清洗待封焊腔体与盖板的焊接面，具体如下：

用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭腔体及盖板的焊接面3-5次，清洗完后用吹风机吹干，然后在显微镜下检查焊缝是否清洗干净；若存在无法清洗的杂质，用手术刀刮除，再次用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭手术刀刮除的区域，最终保证焊缝区洁净无任何杂质。

进一步地，步骤4中所述的将清洗后的待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽，具体如下：

将清洗后的TR组件放入封焊机的真空烘箱中，烘烤结束后将烘箱抽真空，将烘箱中的空气及水汽清理干净；真空烘箱的烘烤温度为75～85℃，烘烤时间为2小时。

进一步地，步骤5中所述的将盖板嵌入待封焊腔体中，放入焊接的工作台上，分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定，具体如下：

将干燥后的TR组件放入焊接工作台上，工作台下方的恒温加热台温度设置为55℃，将盖板嵌入腔体中，点焊前用夹具固定盖板，防止点焊预固定过程中盖板的移位及翘曲；先在盖板四周点焊4个点，每个点位于每条边的中点，再进行交叉对称的线段焊加固，每个线段长5mm，间隔20mm-25mm；加固后将盖板固定夹具移开。

进一步地，步骤6所述的根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接，具体如下：

所述的连续焊过程中，焊接工艺参数为激光峰值功率5kw，激光频率8pps，焊接速度2mm/s，一个脉冲宽度5.6ms，波形采用衰减波。

进一步地，步骤7所述的对焊接后的TR组件焊缝进行检查及气密性检测，具体如下：

所述的焊接后检验包括显微镜下的焊接裂纹、气孔缺陷的检验和氦质谱检测，具体如下：

将焊接好的TR组件从工作台上取出后，用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭焊接面，吹风机吹干后放入40X的显微镜下检查组件焊缝处是否有裂纹及气孔缺陷，若无缺陷则进行后续的氦质谱检测，首先将组件放入压力容器中加压4小时，加压压力2.07×10⁵±0.14×10⁵，完成后静置十分钟，放入氦质谱检漏仪中检测，检测结果需要满足GJB548B-2005的气密性要求。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)避免了硅铝材料焊接过程中出现裂纹及气孔等焊接缺陷问题；(2)提高了焊接的焊缝强度，实现了气密性封装，提高了八通道TR组件在使用环境中的可靠性。

附图说明

图1是本发明中八通道TR组件的结构示意图。

图2是本发明实施例中一个脉冲的激光波形图。

具体实施方式

本发明八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，包括以下步骤：

步骤1，进行腔体内腔镀金处理、焊接面本色导电氧化处理和盖板本色导电氧化处理；

步骤2，检查封焊腔体与盖板之间的配合间隙，要求配合间隙小于等于0.06mm，盖板平面度小于等于0.05mm；

步骤3，用无水乙醇或者丙酮清洗待封焊腔体与盖板的焊接面；

步骤4，将清洗后的待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽；

步骤5，将盖板嵌入待封焊腔体中，放入焊接的工作台上，分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定；

步骤6，根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接；

步骤7，对焊接后的TR组件焊缝进行检查及气密性检测。

进一步地，所述腔体采用的材料为50Si50Al，所述盖板采用的材料为27Si73Al，盖板尺寸为82mm×80mm×1mm。

进一步地，步骤1所述的进行腔体内腔镀金处理、焊接面本色导电氧化处理和盖板本色导电氧化处理，具体如下：

首先对腔体整个面进行本色导电氧化处理，然后进行局部镀金，镀覆的过程中对腔体的焊接面用绝缘胶进行绝缘保护，防止镀层污染焊接面；盖板直接本色导电氧化处理。

进一步地，步骤3所述的用无水乙醇或者丙酮清洗待封焊腔体与盖板的焊接面，具体如下：

用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭腔体及盖板的焊接面3-5次，清洗完后用吹风机吹干，然后在显微镜下检查焊缝是否清洗干净；若存在无法清洗的杂质，用手术刀刮除，再次用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭手术刀刮除的区域，最终保证焊缝区洁净无任何杂质。

进一步地，步骤4中所述的将清洗后的待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽，具体如下：

将清洗后的TR组件放入封焊机的真空烘箱中，烘烤结束后将烘箱抽真空，将烘箱中的空气及水汽清理干净；真空烘箱的烘烤温度为75～85℃，烘烤时间为2小时。

进一步地，步骤5中所述的将盖板嵌入待封焊腔体中，放入焊接的工作台上，分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定，具体如下：

将干燥后的TR组件放入焊接工作台上，工作台下方的恒温加热台温度设置为55℃，将盖板嵌入腔体中，点焊前用夹具固定盖板，防止点焊预固定过程中盖板的移位及翘曲；先在盖板四周点焊4个点，每个点位于每条边的中点，再进行交叉对称的线段焊加固，每个线段长5mm，间隔20mm-25mm；加固后将盖板固定夹具移开。

进一步地，步骤6所述的根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接，具体如下：

所述的连续焊过程中，焊接工艺参数为激光峰值功率5kw，激光频率8pps，焊接速度2mm/s，一个脉冲宽度5.6ms，波形采用衰减波。

进一步地，步骤7所述的对焊接后的TR组件焊缝进行检查及气密性检测，具体如下：

所述的焊接后检验包括显微镜下的焊接裂纹、气孔缺陷的检验和氦质谱检测，具体如下：

将焊接好的TR组件从工作台上取出后，用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭焊接面，吹风机吹干后放入40X的显微镜下检查组件焊缝处是否有裂纹及气孔缺陷，若无缺陷则进行后续的氦质谱检测，首先将组件放入压力容器中加压4小时，加压压力2.07×10⁵±0.14×10⁵，完成后静置十分钟，放入氦质谱检漏仪中检测，检测结果需要满足GJB548B-2005的气密性要求。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

结合图1，本发明一种八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，包括以下步骤：

步骤1，进行腔体内腔镀金处理、焊接面本色导电氧化处理和盖板本色导电氧化处理，具体如下：

所述的腔体表面金属镀覆采用局部镀金的方法，首先对腔体整个面进行本色导电氧化处理，然后进行局部镀金，镀覆的过程中对腔体的焊接面用绝缘胶进行绝缘保护，防止镀层污染焊接面；盖板直接本色导电氧化处理。

步骤2，检查封焊腔体与盖板之间的配合间隙，要求配合间隙小于等于0.06mm，盖板平面度小于等于0.05mm，具体如下：所述的检查封焊腔体与盖板之间的间隙是激光封焊之前的重要检查步骤，因为腔体与盖板之间的间隙过大会导致熔融的金属不足以填补间隙，导致焊接后的焊缝处出现凹陷甚至是裂纹，严重影响TR组件的气密性。盖板的平面度如果较大，TR组件在后期的环境试验中盖板的应力释放，会导致焊缝强度不足的地方出现微裂纹。因此，要求腔体与盖板之间的配合间隙小于等于0.06mm，盖板平面度小于等于0.05mm。

步骤3，用无水乙醇或者丙酮清洗待封焊腔体与盖板的焊接面，具体如下：所述的清洗是焊前对腔体及盖板焊接面的清洗，包括清洗前道工序的助焊剂、导电胶等杂质及其他液体残留物。操作过程中，用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球反复的擦拭腔体及盖板的焊接面3-5次，清洗完后用吹风机吹干，然后在显微镜下检查焊缝是否清洗干净。若存在无法清洗的杂质，可用手术刀轻轻的刮除，再次用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭手术刀刮除的区域，最终保证焊缝区洁净无任何杂质。

步骤4，将清洗后的待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽，具体如下：

所述的焊接前干燥去水汽是控制密封后TR组件内部的水汽含量。将清洗后的TR组件放入封焊机的真空烘箱中，烘烤结束后烘箱抽真空，将烘箱中的空气及水汽清理干净；真空烘箱的烘烤温度为75～85℃，烘烤时间为2小时。

步骤5，将盖板嵌入待封焊腔体中，放入焊接的工作台上，分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定，具体如下：

所述的连续封焊之前的点焊及线段焊用于盖板的固定。将干燥后的TR组件放入焊接工作台上，工作台下方的恒温加热台温度设置为55℃，将盖板嵌入腔体中，点焊前用夹具固定盖板，防止点焊预固定过程中盖板的移位及翘曲；先在盖板四周点焊4个点，每个点位于每条边的中点，再进行交叉对称的线段焊加固，每个线段长5mm，间隔20mm-25mm；加固后将盖板固定夹具移开。

步骤6，根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接，具体如下：所述的连续焊过程中，焊接工艺参数为激光峰值功率5kw，激光频率8pps，焊接速度2mm/s，一个激光脉冲宽度5.6ms，波形采用衰减波。一个激光脉冲的衰减波共分为5个阶段，如图2所示，第一阶段是功率上升阶段，脉冲宽度0.3ms，峰值功率5KW；第二阶段为恒定功率，功率为峰值功率的100％，脉冲宽度0.3ms；第三阶段也为恒定功率，功率为峰值功率的70％，即3.5kw，脉冲宽度2ms；第四阶段也为恒定功率，功率为峰值功率的30％，即1.5KW，脉冲宽度2ms；第五阶段为功率下降冷却阶段，功率由1.5kw下降为0，脉冲宽度1ms。一个脉冲作用时间内，固态的硅铝材料对激光的反射率高达70％以上，因此材料由固态变成液态需要较高的峰值功率。当材料变成液态后，反射率迅速降低到20％左右，峰值功率应逐步递减。材料温度的急剧变化，是产生焊接裂纹的主要原因，采用上述的恒温加热平台预热及衰减波可有效降低硅铝材料的焊接热应力裂纹。

步骤7，对焊接后的TR组件焊缝进行检查及气密性检测，具体如下：

所述的焊接后检验包括显微镜下的焊接裂纹、气孔等缺陷的检验和氦质谱检测。将焊接好的TR组件从手套箱中工作台上取出后，用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球反复擦拭焊接面，吹风机吹干后放入40X的显微镜下检查组件焊缝处是否有裂纹及气孔等明显的焊接缺陷，若无缺陷则进行后续的氦质谱检测，首先将组件放入压力容器中加压4小时，加压压力2.07×10⁵±0.14×10⁵，完成后静置十分钟，放入氦质谱检漏仪中检测，检测结果需要满足GJB548B-2005的气密性要求。

本发明避免了硅铝材料焊接过程中出现裂纹及气孔等焊接缺陷问题，提高了焊接的焊缝强度，实现了气密性封装，提高了八通道TR组件在使用环境中的可靠性。

Claims (8)

1.一种八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，进行腔体内腔镀金处理、焊接面本色导电氧化处理和盖板本色导电氧化处理；

步骤2，检查封焊腔体与盖板之间的配合间隙，要求配合间隙小于等于0.06mm，盖板平面度小于等于0.05mm；

步骤3，用无水乙醇或者丙酮清洗待封焊腔体与盖板的焊接面；

步骤4，将清洗后的待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽；

步骤5，将盖板嵌入待封焊腔体中，放入焊接的工作台上，分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定；

步骤6，根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接；

步骤7，对焊接后的TR组件焊缝进行检查及气密性检测。

2.根据权利要求1所述的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，所述腔体采用的材料为50Si50Al，所述盖板采用的材料为27Si73Al，盖板尺寸为82mm×80mm×1mm。

3.根据权利要求1所述的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，步骤1所述的进行腔体内腔镀金处理、焊接面本色导电氧化处理和盖板本色导电氧化处理，具体如下：

首先对腔体整个面进行本色导电氧化处理，然后进行局部镀金，镀覆的过程中对腔体的焊接面用绝缘胶进行绝缘保护，防止镀层污染焊接面；盖板直接本色导电氧化处理。

4.根据权利要求1所述的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，步骤3所述的用无水乙醇或者丙酮清洗待封焊腔体与盖板的焊接面，具体如下：

用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭腔体及盖板的焊接面3-5次，清洗完后用吹风机吹干，然后在显微镜下检查焊缝是否清洗干净；若存在无法清洗的杂质，用手术刀刮除，再次用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭手术刀刮除的区域，最终保证焊缝区洁净无任何杂质。

5.根据权利要求1所述的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，步骤4中所述的将清洗后的待封焊腔体和盖板放入激光封焊机的真空烘箱中干燥去水汽，具体如下：

将清洗后的TR组件放入封焊机的真空烘箱中，烘烤结束后将烘箱抽真空，将烘箱中的空气及水汽清理干净；真空烘箱的烘烤温度为75～85℃，烘烤时间为2小时。

6.根据权利要求1所述的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，步骤5中所述的将盖板嵌入待封焊腔体中，放入焊接的工作台上，分别用点焊及线段焊的方式将盖板与腔体进行固定，具体如下：

将干燥后的TR组件放入焊接工作台上，工作台下方的恒温加热台温度设置为55℃，将盖板嵌入腔体中，点焊前用夹具固定盖板，防止点焊预固定过程中盖板的移位及翘曲；先在盖板四周点焊4个点，每个点位于每条边的中点，再进行交叉对称的线段焊加固，每个线段长5mm，间隔20mm-25mm；加固后将盖板固定夹具移开。

7.根据权利要求1所述的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，步骤6所述的根据设定的激光封焊参数，对腔体与盖板之间的缝隙进行连续激光焊接，具体如下：

所述的连续焊过程中，焊接工艺参数为激光峰值功率5kw，激光频率8pps，焊接速度2mm/s，一个脉冲宽度5.6ms，波形采用衰减波。

8.根据权利要求1所述的八通道TR组件的硅铝合金腔体激光封焊方法，其特征在于，步骤7所述的对焊接后的TR组件焊缝进行检查及气密性检测，具体如下：

所述的焊接后检验包括显微镜下的焊接裂纹、气孔缺陷的检验和氦质谱检测，具体如下：

将焊接好的TR组件从工作台上取出后，用浸有丙酮或者无水乙醇的酒精棉球擦拭焊接面，吹风机吹干后放入40X的显微镜下检查组件焊缝处是否有裂纹及气孔缺陷，若无缺陷则进行后续的氦质谱检测，首先将组件放入压力容器中加压4小时，加压压力2.07×10⁵±0.14×10⁵，完成后静置十分钟，放入氦质谱检漏仪中检测，检测结果需要满足GJB548B-2005的气密性要求。

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