微波組件模塊組裝焊點與可靠性(doc6頁)

1、微波組件模塊組裝焊點與可靠性（doc 6頁）微波組件模塊組裝焊點及其可靠性摘要:介紹微波組件的應用及其組裝焊接的重要性，提出組裝焊接中焊 點的特點，并對焊點失效進行詳細機理分析，闡述機械應力和熱應力對 焊點失效的影響，在焊接工藝和焊點設計方面找到抗失效斷裂的有效措施,從而保證焊點的質(zhì)量，提高微波組件的可靠性。關鍵詞:微波組件;焊點;可靠性引言微波組件廣泛應用于電視廣播、衛(wèi)星通信、中繼通 信、移動通信、雷達等眾多領域。近幾年來，隨著相控陣雷達技術(shù)的發(fā) 展，雷達領域大量應用微波組件。微波組件組裝技術(shù)的發(fā)展是圍繞提高 質(zhì)量與成品率、縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)效率和增強品種 變換的適應能力進行的

2、。微波組件組裝技術(shù)有手工組裝、流水線自動組裝和計算機集成自動化組裝等三大類,目前，應用于雷達領域的微波組件基本以手工組裝為主。在以采用手工焊接為主的微波組件組裝生產(chǎn)過程中，組裝故障占總故障的80%以上，組裝故障的突出表現(xiàn)是 焊點質(zhì)量問題，它直接影響由模塊組成的微波組件可靠性。高的焊接可 靠性,高的焊點合格率是微波組件組裝生產(chǎn)過程中刻意追求的目標，焊點的質(zhì)量應包含兩方面的內(nèi)容:即焊點的設計和生產(chǎn)控制。焊點可靠性 是微波組件的生命，對于航空航天產(chǎn)品，其重要性尤為突出。一、模塊組裝的焊點特點微波組件內(nèi)模塊組裝的焊點具有與傳統(tǒng)集成電路焊點不同的特點： （1）微波組件采用的元器件品種多，外形尺寸與重量分

3、布范圍廣，結(jié)構(gòu)精密，尺寸精度高，大多以小模塊的形式出現(xiàn)，不是標準的SMT焊點。（2）微波組件內(nèi)不同的模塊就有不同的連接方式，因此焊點的類型較多。（3）微波組件內(nèi)的模塊大多與高頻印制板連接，而高頻印制板不允許打焊接孔,焊接只能在印制板表面進行，焊點結(jié)合力較弱。（4）微波組件的電性能對寄生參數(shù)、尺寸與結(jié)構(gòu)的偏差和不一致性較敏感,必須嚴格控制焊點。模塊組裝焊點的這些特點對提高其可靠性增加了設計與工藝的難度。二、焊點失效分析 研究焊點失效的目的就是為焊接工藝和焊點的設計提供依據(jù)，從而提高 焊點的可靠性。從微波組件服役過程中焊點失效可以發(fā)現(xiàn):最先發(fā)生失效的焊點為模塊引腳點，如圖1所示為典型模塊與高頻印制

4、板之間焊點 開裂失效,這些模塊都是非標準SMT器件,而且這些模塊都具有線性尺寸大，與殼體直接安裝在一起的特點。用1慎塊引麻郎才.斯瞿焊 點在實際工作過程中的失效過程一般為:塑性變形T裂紋萌生T裂紋擴 展一失效。從焊點實際經(jīng)歷的環(huán)境條件來看，內(nèi)部應力是焊點失效的根本原因，焊點應力由機械應力和交變熱應力組成（1）交變熱應力的產(chǎn)生主要是因為器件和安裝殼體是由不同的材料組成，它們有不同的線 膨脹系數(shù)，溫度循環(huán)試驗時由于溫度的交變變化,器件和殼體的膨脹量隨著溫度發(fā)生變化，器件和殼體是無緩沖裝置的硬性連接，焊接點不能自由伸縮，殼體和器件之間相互制約，在焊接點產(chǎn)生熱應力，圖2是模塊安裝簡圖。m 2鐵塊安轉(zhuǎn)困

5、小模塊的熱膨脹失配量為:AL = (a2 al)LAT其中,al為器件的熱膨脹系數(shù);。2為殼體的熱膨脹系數(shù);L為器件的長度;AT為溫度變化范圍。小模塊殼體一般為不銹 鋼材料，其膨脹系數(shù)=0.112 X10-4/C0,殼體為鋁合金，其a2 = 0. 238 xlO- 4 /C。,二者熱膨脹系數(shù)相差一倍多。溫度變化范圍AT越大,失配量也越大，產(chǎn)生的熱應力越大，溫度變化不但要考慮環(huán)境溫度的變化范圍,而且器件和殼體的熱容不同，導熱率不同，換熱系數(shù)的不同，使得在溫度 變化時，器件和殼體之間的溫度變化速率不同,更加劇了熱失配現(xiàn)象，增 大熱應力，另外溫度的周期交變變化，使得熱應力也相應作周期變化，焊 接點在

6、這種周期熱應力的作用下導致斷裂。(2)微波組件中的電路介質(zhì)板和小模塊用螺栓固定在殼體上，機械應力主要由以下幾個方面產(chǎn)a.焊盤和小模塊引腳在高度方向按SMT規(guī)范應為0.050.1mm出現(xiàn)如圖3所示情況，小模塊引腳低于或高于介質(zhì)板焊盤平面時,裝配時引腳變形會產(chǎn)生機械應力。陽2模塊安裟圖b.焊接工藝不當,采用先焊后螺栓緊固的次序，在引腳處產(chǎn)生機械應力。C.裝配雖然采用了先螺栓緊固后焊引腳的工藝，但若先裝螺栓時，螺栓 緊固力矩不足，焊后又進行了二次螺栓緊固操作，引腳處產(chǎn)生殘余機械 應力，螺栓的松動也會產(chǎn)生殘余機械應力。d.加工誤差造成殼體和小模塊位的安裝面為非理想平面，安裝時產(chǎn)生彈性變形，在焊接點產(chǎn)生

7、殘余機械應力。e.在加速振動試驗中，由于加速度的作用，使固定螺栓和殼體安裝面發(fā)生彈性變形，導致在焊接點產(chǎn)生機械應力，這種變形更大。由力學分析可知：AL = km a式中,AL為振動時加速度引起的彈性變形量;m為小模塊質(zhì)量;a為振動機速度;k為常數(shù)（與螺栓的大小、強度有關的常數(shù)）。由上式可見: 小模塊質(zhì)量越大，振動機速度越大，這種變形更大,以上分析是把微波組件殼體安裝面作為絕對剛體來考慮，當殼體安裝面剛性不足時，彈性變形量更大,焊點處的應力更大。由于小模塊線性尺寸大，比一般的SMT器件大12個數(shù)量級，質(zhì)量大和無緩沖裝焊形式，在其焊接處產(chǎn)生更大的熱應力和機械應力，熱應力和機械應力的復合作用，焊腳處

8、產(chǎn)生 疲勞失效，導致斷裂,這是小模塊焊點斷裂的主要原因。由力學分析可知:AL = kin a三、焊點抗失效斷裂的方法焊接點周期熱應力、機械應力導 致焊接點產(chǎn)生疲勞斷裂，而焊接點抗疲勞斷裂的性能不但與周期應力大小有關，還與焊點本身的性質(zhì)（如焊接材料、接點結(jié)構(gòu)形式、焊接表面特性、焊接工藝）等有關。1.提高安裝面的結(jié)構(gòu)剛性、平面度模塊質(zhì)量大，振動慣量大，如果安裝基面的剛性差平面度差，固定不可靠，安裝 時易產(chǎn)生機械應力;在振動過程中易產(chǎn)生彈性變形，在焊點產(chǎn)生周期應 力，又由于焊點與微帶線的結(jié)合力強于微帶線與基板的附著力,微帶線被撕裂。2.完善小模塊裝焊次序小模塊裝焊次序?qū)附狱c應力有重要影響，嚴禁采用先焊引腳后螺栓緊固的工藝。利用力矩起子，對小模 塊進行恒力矩裝配，提高各小模塊的連接可靠性。3.焊接工藝參數(shù)規(guī)范化、穩(wěn)定化焊接工藝對焊點的質(zhì)量也起到重要作用。主要包括焊料成分、印刷焊料量、焊接溫度、焊接時間、焊 接面的表面處理方法等方面。焊點質(zhì)量除了與上述條件相關外,焊接面 的潔凈度也相當重要，焊好以后要有良好的防氧化存儲保存環(huán)境，可以 采用氮氣保護除濕箱或真空封存，確保焊接點的質(zhì)量4.規(guī)范焊點設計（1）嚴格控制焊盤和引腳高度方向間隙尺寸，最好控制在0.1 mm左右;焊盤尺寸大于引腳尺寸，一般單邊大0. 2 mm左右；（3）為了減少熱應力