CN112453617A - 一种3d微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统及钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统及钎焊方法，包括上工装、连接器、连接器焊料环、模块管壳、基板焊料、基板、表层器件焊料、表层器件、弹性工装、下工装，连接器、连接器焊料环设置在上工装和模块管壳之间，基板焊料、基板、表层器件焊料、表层器件、弹性工装设置在下工装和模块管壳之间；本发明采用双面一次性焊接的方式，利用上下工装夹持待焊器件，采用一个或者多个弹性工装将一个或者多个表层待焊接器件限制在焊接面上，从而保证焊接过程中表层器件不会脱落，从而实现一个或者多个表层待焊接器件一次性叠层焊接，针对不同形状和类型的微波介质板、表层器件和连接器均能保证较高的焊接钎透率和实现气密钎焊。

Description

一种3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统及钎焊方法

技术领域

本发明涉及微波射频模块焊接技术领域，具体涉及一种3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统及钎焊方法。

背景技术

随着现代雷达向着小型化、轻量化方向发展，射频微波组件的集成化程度越来越高，体积越来越小，相比传统的二维电路设计，三维多层叠加的电路设计越来越多的出现在微波射频模块的设计中，其基板表面上方通常需要叠加一层具备一定功能的表层器件，进而压缩模块体积，提高组装密度。同时，表层器件同样需要用焊接的方式连接到基板电路上。因此，在实际组件组装过程中，这种高密度叠层的3D射频微波模块中的连接器、基板和表层器件的气密焊接成为一个难题。

目前业内采用的焊接方式一般为先用高温焊料焊接连接器，再用中温焊料焊接基板，最后用低温焊料基板上的表层器件，焊接工艺复杂，效率低下，同时因为要多次开启焊接设备，造成能源的极大浪费。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，包括上工装、连接器、连接器焊料环、模块管壳、基板焊料、基板、表层器件焊料、表层器件、弹性工装、下工装，所述连接器、所述连接器焊料环设置在所述上工装和所述模块管壳之间，所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装设置在所述下工装和所述模块管壳之间。

较佳的，所述模块管壳下端面设置有内凹状腔体，所述腔体由内向外依次设置有所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装和所述下工装。

较佳的，所述模块管壳上端面设置有连接孔，所述连接孔和所述腔体连通，所述连接孔由内向外依次设置有所述连接器焊料环和所述连接器，所述上工装接触设置于所述模块管壳上方。

较佳的，所述上工装和所述下工装为金属传热材料，所述上工装用于所述连接器焊接限位以及提供所述基板焊接时的压力，所述下工装用于所述基板焊接时的限位以及传递热量。

较佳的，所述连接器为微波射频模块用传输微波信号或电源信号连接器，所述连接器的外壳和插芯采用可伐或不锈钢或者铜合金，所述连接器的隔离介质为玻璃。

较佳的，所述连接器焊料环、所述基板焊料和所述表层器件焊料为金基或锡基或铅基的金属钎焊焊料。

较佳的，所述模块管壳材料为铝合金、不锈钢、铜合金、铝硅合金、钛合金、金属基陶瓷复合材料中的一种或多种。

较佳的，所述基板的材料为陶瓷基微波介质板，或玻璃纤维增强聚四氟乙烯树脂系列或陶瓷粉填充聚四氟乙烯树脂或陶瓷粉填充热固性树脂的单层或多层微波介质板。

较佳的，所述弹性工装为具有弹性的金属或者高分子耐高温材料。

较佳的，一种所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统的钎焊方法，包括步骤：

S1，将所述模块管壳的所述腔体朝上放置在一个平整面上；

S2，依次将所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装和所述下工装放置到所述模块管壳的腔体内；

S3，将步骤S2中相对位置摆放完毕的所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装、所述下工装和所述模块管壳反转180度倒置，让所述下工装底面作为最下面并接触焊接设备加热面；

S4，将所述连接器焊料环和所述连接器依次放入所述模块管壳的所述连接孔内；

S5，将所述上工装放置在所述连接器上方位置。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明采用双面一次性焊接的方式，将射频微波模块正面朝下，利用上下工装夹持待焊器件，采用一个或者多个弹性工装将一个或者多个表层待焊接器件限制在焊接面上，从而保证焊接过程中表层器件不会脱落，从而实现一个或者多个表层待焊接器件一次性叠层焊接，本发明可以针对不同形状和类型的微波介质板、表层器件和连接器，且均能保证较高的焊接钎透率和实现气密钎焊。本方法适用复杂结构的微波射频模块的双面气密钎焊工艺，能够实现一次性实现双面、叠层的高效批量焊接。适用各类焊接炉或者热台焊接，相比传统钎焊工艺，效率提高一倍以上，成品率高，钎透率好，焊接一致性高。

附图说明

图1为所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统的结构爆炸视图；

图2为所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊方法的实际焊接示意图；

图3为所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊方法焊接后组件的X射线检测图；

图4为所述弹性工装的结构剖视图。

图中数字表示：

1-上工装；2-连接器；3-连接器焊料环；4-模块管壳；5-基板焊料；6-基板；7-表层器件焊料；8-表层器件；9-弹性工装；10-下工装；91-主体；92-放置腔；93-弹性件；94-触头。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，图1为所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统的结构爆炸视图；本发明所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统包括上工装1、连接器2、连接器焊料环3、模块管壳4、基板焊料5、基板6、表层器件焊料7、表层器件8、弹性工装9、下工装10。所述连接器2、所述连接器焊料环3设置在所述上工装1和所述模块管壳4之间，所述基板焊料5、所述基板6、所述表层器件焊料7、所述表层器件8、所述弹性工装9设置在所述下工装10和所述模块管壳4之间。

具体的，所述模块管壳4下端面设置有内凹状腔体，所述腔体由内向外依次设置有所述基板焊料5、所述基板6、所述表层器件焊料7、所述表层器件8、所述弹性工装9和所述下工装10，所述模块管壳4上端面设置有连接孔，所述连接孔和所述腔体连通，所述连接孔由内向外依次设置有所述连接器焊料环3和所述连接器2，所述上工装1接触设置于所述模块管壳4上方。

所述上工装1和所述下工装10为按照微波射频模块的焊接需求设计的焊接工装，主要为铜合金、不锈钢等金属传热材料，所述上工装1用于所述连接器2焊接限位以及提供所述基板6焊接时的压力，所述下工装10用于所述基板6焊接时的限位和给整个焊接过程传递热量。

所述连接器2为微波射频模块用传输微波信号或电源信号连接器，外壳和插芯可以是可伐、不锈钢或者铜合金等金属材料，隔离介质为玻璃等无机材料。

所述连接器焊料环3、所述基板焊料5和所述表层器件焊料7为金基、锡基和铅基等金属钎焊焊料，可以是焊片、焊膏、焊球或者焊料膜等多种形态。

所述模块管壳4主要为射频模块提供微波信号通道和支撑，主要为铝合金、不锈钢、铜合金、铝硅合金、钛合金、金属基陶瓷复合材料等材料构成，在所述腔体需要焊接的位置镀有相应的镀层，如金、银等。

所述基板6主要为射频微波模块提供射频微波信号的传输电路，主要材料为LTCC、HTCC、Al₂O₃或AlN等陶瓷基微波介质板，或玻璃纤维增强聚四氟乙烯树脂系列或陶瓷粉填充聚四氟乙烯树脂或陶瓷粉填充热固性树脂的单层或多层微波介质板，背面有需要焊接的位置镀有相应的镀层，如金、银等。

所述表层器件8为金属框架、电子元器件或具有一定功能的金属模块等，底面镀有可钎焊镀层，如金、银等，可焊接在所述基板6表面相应的设计位置。

所述弹性工装9为金属或者高分子耐高温材料，具有一定弹性，可根据焊接效果和上工装1重量进行更换和调节弹力。

实施例二

如图2、图3所示，图2为所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊方法的实际焊接示意图；图3为所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊方法焊接后组件的X射线检测图；本发明所述3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统的钎焊方法，按如下步骤进行：

S1，将所述模块管壳4腔体朝上放置在一个平整面上；

S2，依次将所述基板焊料5、所述基板6、所述表层器件焊料7、所述表层器件8、所述弹性工装9和所述下工装10放置到所述模块管壳4的腔体内；

S3，将步骤S2中相对位置摆放完毕的所述基板焊料5、所述基板6、所述表层器件焊料7、所述表层器件8、所述弹性工装9、所述下工装10和所述模块管壳4反转180度倒置，让所述下工装10底面作为最下面，接触焊接设备加热面；

S4，将所述连接器焊料环3和所述连接器2依次放入所述模块管壳4的相应设计位置；

S5，将所述上工装1放置在所述连接器2上方位置，重量足以将所有待焊接器件压合在焊接面上。

较佳的，所述上工装1和所述下工装10为按照微波射频模块的焊接需求设计的焊接工装，主要为铜合金、不锈钢等金属传热材料，所述上工装1用于所述连接器2焊接限位和提供所述基板6焊接时的压力，所述下工装10用于所述基板6焊接时的限位和给整个焊接过程传递热量。

较佳的，所述连接器2为微波射频模块用传输微波信号或电源信号连接器，外壳和插芯可以是可伐、不锈钢或者铜合金等金属材料，隔离介质为玻璃等无机材料。

较佳的，所述连接器焊料环3、所述基板焊料5和所述表层器件焊料7为金基、锡基和铅基等金属钎焊焊料，可以是焊片、焊膏、焊球或者焊料膜等多种形态。

较佳的，所述模块管壳4主要为射频模块提供微波信号通道和支撑，主要为铝合金、不锈钢、铜合金、铝硅合金、钛合金、金属基陶瓷复合材料等材料构成，在腔体需要焊接的位置镀有相应的镀层，如金、银等。

较佳的，所述基板6主要为射频微波模块提供射频微波信号的传输电路，主要材料为LTCC、HTCC、Al₂O₃或AlN等陶瓷基微波介质板，或玻璃纤维增强聚四氟乙烯树脂系列或陶瓷粉填充聚四氟乙烯树脂或陶瓷粉填充热固性树脂的单层或多层微波介质板，背面有需要焊接的位置镀有相应的镀层，如金、银等。

较佳的，所述表层器件8为金属框架、电子元器件或具有一定功能的金属模块等，底面镀有可钎焊镀层，如金、银等，可焊接在所述基板6表面相应的设计位置。

较佳的，所述弹性工装9为金属或者高分子耐高温材料，具有一定弹性，可根据焊接效果和所述上工装1重量进行更换和调节弹力。具体的，如图4所示，图4为所述弹性工装的结构剖视图。所述弹性工装9包括主体91、触头94和弹性件93，所述主体91内设置有若干放置腔92，所述放置腔92两端开连通孔，且所述弹性件93设置于所述放置腔92内，两所述触头94分别设置于所述弹性件93两端且设置于所述放置腔92两端的所述连通孔内，所述连通孔直径小于所述放置腔92直径，所述触头94设置有卡接块，所述卡接块设置在所述放置腔92内且所述卡接块直径大于所述连通孔直径，从而实现所述触头94和所述放置腔92之间的卡接避免所述触头94从所述放置腔92内脱出，所述弹性件93对两端的所述触头94提供弹性斥力，从而保证所述触头94向所述放置腔92外伸出，进而实现所述弹性工装9对接触部件的弹性顶压效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，包括上工装、连接器、连接器焊料环、模块管壳、基板焊料、基板、表层器件焊料、表层器件、弹性工装、下工装，所述连接器、所述连接器焊料环设置在所述上工装和所述模块管壳之间，所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装设置在所述下工装和所述模块管壳之间。

2.如权利要求1所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述模块管壳下端面设置有内凹状腔体，所述腔体由内向外依次设置有所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装和所述下工装。

3.如权利要求2所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述模块管壳上端面设置有连接孔，所述连接孔和所述腔体连通，所述连接孔由内向外依次设置有所述连接器焊料环和所述连接器，所述上工装接触设置于所述模块管壳上方。

4.如权利要求3所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述上工装和所述下工装为金属传热材料，所述上工装用于所述连接器焊接限位以及提供所述基板焊接时的压力，所述下工装用于所述基板焊接时的限位以及传递热量。

5.如权利要求3所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述连接器为微波射频模块用传输微波信号或电源信号连接器，所述连接器的外壳和插芯采用可伐或不锈钢或者铜合金，所述连接器的隔离介质为玻璃。

6.如权利要求3所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述连接器焊料环、所述基板焊料和所述表层器件焊料为金基或锡基或铅基的金属钎焊焊料。

7.如权利要求3所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述模块管壳材料为铝合金、不锈钢、铜合金、铝硅合金、钛合金、金属基陶瓷复合材料中的一种或多种。

8.如权利要求3所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述基板的材料为陶瓷基微波介质板，或玻璃纤维增强聚四氟乙烯树脂系列或陶瓷粉填充聚四氟乙烯树脂或陶瓷粉填充热固性树脂的单层或多层微波介质板。

9.如权利要求3所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统，其特征在于，所述弹性工装为具有弹性的金属或者高分子耐高温材料。

10.一种如权利要求3-9任一项所述的3D微波射频模块中双面叠层气密钎焊系统的钎焊方法，其特征在于，包括步骤：

S1，将所述模块管壳的所述腔体朝上放置在一个平整面上；

S2，依次将所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装和所述下工装放置到所述模块管壳的腔体内；

S3，将步骤S2中相对位置摆放完毕的所述基板焊料、所述基板、所述表层器件焊料、所述表层器件、所述弹性工装、所述下工装和所述模块管壳反转180度倒置，让所述下工装底面作为最下面并接触焊接设备加热面；

S4，将所述连接器焊料环和所述连接器依次放入所述模块管壳的所述连接孔内；

S5，将所述上工装放置在所述连接器上方位置。

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