2 微波功率模块焊接工艺的控制要素

微波功率模块三种焊接工艺有五个关键工艺技术要素，分别为大面积焊接阻焊技术、焊接温度窗口控制、大面积焊接工装设计、壳体内焊膏点涂技术和自动化焊接工艺。 

2.1 大面积焊接阻焊技术

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。

2.2 焊接温度窗口控制

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，如果比设定好的温度曲线偏离±5 ℃，需要重新调整温度曲线。 

由此可见，阶梯焊接工艺的难度较大，需要控制工艺窗口，而分步焊接和一次性焊接则不涉及该问题。 

2.3 大面积焊接工装设计

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。 

2.4 壳体内焊膏点涂技术

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，采用壳体点涂焊膏的技术，可以实现焊膏的涂覆。 

2.5 自动化焊接工艺

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。 

3 微波功率模块焊接工艺对比研究

以某型号雷达中的功放模块为例，抽样数为 3 000 只功放模块，物料类型及数量见表 2，分别采用三种工艺形式，各生产 1 000 只，进行生产效率、焊透率和焊接工艺性对比分析研究。 

表 2　试验件器件类型及数量

3.1 生产效率比较

采用三种微波功率模块焊接工艺分别生产 1 000 只模块，根据统计，人员配置及产能见表 3。 

表 3　三种工艺的人员、时间和效率比较

通过表 3 可见： 

1）从产能比较，使用阶梯焊接工艺方式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； 

2）与其他焊接方式比较，分步焊接的手工焊接工序占用工时多，并且比例较高，严重影响了生产效率。 

3.2 焊透率分析

三种工艺方式下生产的微波功率模块，分别抽取了 5 只模块，观察基板空洞率，计算焊透率并进行对比，试验结果见表 4。 

表 4　不同焊接工艺中微波功率模块基板焊透率

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。 

3.3 工艺性评估

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。

表 5　微波功率模块焊接工艺对比

通过表 5 的比较得出，三种焊接方式的工艺难度系数由高到低依次为阶梯焊接、一次性焊接和分步焊接。 

4 结论

从微波功率模块的生产效率、模块的焊接质量和加工难度等方面，对三种工艺方式进行综合性比较，从而得出各自的适用场合，以指导生产。

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。(参考文献略）