微波功率模块焊接工艺研究

本文介绍微波功率模块的三种焊接工艺，并通过分析比较，确定了各自的应用条件。

图2：分步焊接工艺流程

该工艺主要适用于元器件数量较少且易于手工焊接的微波功率模块。它的优点是操作简单方便，不需要大型生产设备，工装设计简单。不过，手工焊接存在一定的缺陷：一方面，容易存在元器件的错焊和漏焊等问题，需要做好器件符合性检查；另一方面，针对一些接地的焊点，由于印制板已经与底板焊接，导致印制板的接地焊点热容较大，焊接难度大。

图3：阶梯焊接工艺流程

该工艺主要适用于元器件适合表贴，并且数量多、类型复杂的微波功率模块。它的优点是自动化程度高、装配效率高、模块焊接一致性好、可靠性高；缺点是两种焊料体系梯度焊接，工艺窗口小，温度控制难度大。

一次性焊接工艺主要适用于适合表贴，并且元器件数量多、类型复杂的微波功率模块。它的优点是自动化程度高、一致性好、可靠性高，而且只需一次回流焊接工序，使得工序简化，但该方法对工装设计要求较高。

在大面积焊接过程中，阻焊剂（胶）会阻止焊料从焊接区渗透到非焊接区，并且焊接后，可轻易去除。焊料的流淌主要与炉温、工装施加到印制板的压力、焊料涂覆与非焊接区域的距离以及印刷网板的占空比等因素有关。经过大量的工艺试验和产品应用表明，以上四个因素控制得当，可以不用阻焊剂（胶），同样可达到控制焊料从焊接区流淌到非焊接区的效果，并且工艺过程中，减少了涂覆阻焊胶的工步，提高生产效率。

阶梯焊接工艺在器件的封装和集成电路封装中已得到了广泛应用，同时也可应用于微波电路功能模块的焊接应用。微波介质板先经过SMT焊接（采用常温焊膏），后经过大面积焊接（采用低温焊膏）。在大面积焊接时，需要监测印制板表面器件焊点处的峰值温度，不能高于甚至接近首次焊接所用焊料的熔点，否则，器件会重熔。所以，在大面积焊接过程中，需要对再流焊炉的性能进行跟踪监测，操作比较繁琐。

针对焊接质量要求较高的产品，需掌握再流焊炉温度变化特性。首次生产时，每间隔一个小时监测一次炉温变化；当了解了炉温的情况后，每周跟踪两次，监测炉温是否发生变化。如果炉温比设定好的温度曲线偏离±5℃，需要重新调整温度曲线。

大面积焊接中工装设计是非常关键的技术，需要考虑工装材料（铝合金、石墨和不锈钢等）、压力分布均匀性、工装透气性、工装热容大小、印制板受压方式及压力大小。

针对压力位置，分步焊接工艺中，微波介质板表面平整，工装的施压位置不受限，只需考虑受力均匀；而阶梯焊接和一次焊接工艺中，微波介质板的受力位置不能干涉焊好的元器件，如果无法避免器件干涉问题，那么该器件的焊接工序需要调整到引脚器件焊接工序中，同时，在网板设计时，考虑该器件不设计焊膏印刷区域。

壳体点涂焊膏技术是通过选择合适黏度的针筒焊膏和针头内径，同时配合自动化点涂设备，在壳体内自动涂覆并居中均匀分布焊膏。在分步焊接与阶梯焊接工艺中，大面积焊接工序的焊膏通过印刷机印刷在微波介质板的背面；而在一次性焊接工艺中，微波介质板上表面印刷焊膏后，下表面无法印刷焊膏，此时采用壳体点涂焊膏的技术，可以实现焊膏的涂覆。

生产的智能化要求全设备能够联网运行。微波功率模块的分步焊接工艺无法实现自动化生产，而阶梯焊接工艺和一次性焊接工艺中，可实现微波功率模块焊接全自动化生产。

通过三种工艺方法所涉及的工艺技术比较，得出生产过程的实现难度由低到高分别为：分步焊接、一次性焊接和阶梯焊接。

通过表3可见：

1）从产能比较，使用阶梯焊接工艺方式的产能大约是分步焊接工艺方式的4倍，而阶梯焊接工艺与一次性焊接工艺相当。可见，阶梯焊接工艺和一次性焊接工艺效率较高。

通过表4的比较分析得出，三种焊接方式的焊透率都满足大于80%的指标要求，并且焊透率大小相当。

三种微波功率模块焊接工艺使用的工艺技术类型有所差别，具体见表5。

1）分步焊接工艺中器件通过手工焊接，焊接一致性差，容易造成错焊和漏焊等问题。该工艺适用于器件量少的模块，同时不需要较复杂的工装设计和大型生产设备。

2）阶梯焊接和一次性焊接可以实现全自动化生产，器件焊接的一致性好，漏焊和错焊的概率低，都适用于器件量大的模块。只是阶梯焊接的技术难度大于一次性焊接。

综上所述，微波功率模块的贴片器件数量较多的情况下，优选一次性焊接工艺，次选阶梯焊接工艺，最后选择分步焊接工艺；贴片器件数量较少的情况下，优选分步焊接工艺。