一文了解微波功率模块的三种焊接工艺及分析对比 -1
微波功率模块是雷达收发组件的重要组成部分，其焊接质量和装配效率对有源相控阵雷达的性能及研制速度非常重要。本文介绍了微波功率模块焊接所采用的分步焊接、阶梯焊接和一次性焊接等三种工艺方法的特点，分析了工艺控制的关键参数和控制要点。以某型号雷达微波功率模块的装焊为对象，分别利用 3 种工艺方法对微波功率模块进行焊接，从生产效率、焊透率以及生产工艺性等方面对工艺方法进行对比分析。试验结果表明，对于器件数量较多的微波功率模块，优选一次性焊接工艺，次选阶梯焊接或分步焊接，对于器件数量较少的微波功率模块，优选分步焊接。
引 言
发射 / 接收（T/R）组件是广泛应用于机载、舰载、星载和弹载等新一代固态有源相控阵雷达的核心部件。其中，微波功率模块实现发射信号的合成和放大，是 T/R 组件中非常重要的组成部分。由于微波功率模块数量多、体积小、集成度高、电性能要求高、可靠性要求高和电磁兼容问题突出，采用传统的制造手段已无法满足整机小型化、集成化和高可靠性的需求。比如，微波功率模块装配质量的优劣、微波性能的一致性，对确保 T/R 组件的高性能起到了关键作用，同时还需要兼顾考虑生产周期和产能等要素。因此，微波功率模块的焊接工艺对 T/R 组件的性能以及研制进度具有重要影响，是有源相控阵雷达研制过程中的重要研究方向。
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。
1 微波功率模块焊接方法
微波功率模块由金属基板、微波介质板和元器件构成，见表 1。其焊接内容包括微波介质板大面积焊接和元器件焊接两部分。微波功率模块焊接工艺主要有分步焊接、阶梯焊接和一次性焊接等三种方法，每种方法都能实现微波功率模块器件的焊接，但是它们存在各自的优缺点。主要依据产品的结构特点、器件类型及数量、产能要求、微波性能要求、可靠性要求以及生产设备的能力等选择合理的焊接工艺。
表 1 功率模块主要组成
1.1 分步焊接
分步焊接工艺是指微波功率模块采用回流焊接和手工焊接分步实施的工艺方法，工艺流程如图 1 所示。该工艺一般分成两大工序，首先采用大面积焊接工艺，实现微波介质板与金属基板的高可靠连接，确保满足散热性能要求和微波接地要求；其次采用手工焊接工艺，实现阻容贴片元件、集成电路 QFN 和功率管等所有元器件的手工装焊。
图 1 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。
1.2 阶梯焊接
阶梯焊接工艺是指微波功率模块采用低温焊料焊接元器件和常温焊料焊接微波介质板与壳体的工艺技术，两种焊接工艺相结合使用。阶梯焊接的工艺流程如图 2 所示。首先采用表面贴装技术（SMT）工艺，实现元器件与微波介质板可靠高精度焊接；然后采用大面积焊接工艺，实现微波介质板与金属基板的高可靠连接，确保满足散热性能要求和微波接地要求。
图 2 阶梯焊接工艺流程
该工艺主要适用于元器件适合表贴，并且数量多和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、模块焊接一致性好和可靠性高；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。
1.3 一次性焊接
一次性焊接工艺是指将 SMT 工艺和大面积焊接工艺相结合，实现微波功率模块元器件、微波介质板和壳体同步焊接，其工艺流程如图 3 所示。一次性焊接工艺先进行 SMT 工艺，完成微波介质板焊膏印刷和元器件贴装，再进行大面积焊接工艺，完成壳体点涂焊膏以及微波介质板、金属基板和工装的装夹，最后进行一次性回流焊接。
图 3 一次性焊接工艺流程
一次性焊接工艺主要适用于适合表贴，并且元器件数量多和类型复杂的微波功率模块。它的优点是自动化程度高、一致性好和可靠性高，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。
