微波基板與殼體的焊接工藝及其焊接機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微波基板與殼體的焊接工藝及其焊接機構(gòu)，在微波基板上加工出一通孔；在殼體的內(nèi)底面加工出對應(yīng)通孔的柱體，通孔可供柱體穿入，通孔的孔徑大于所述柱體的直徑，且柱體的高度均小于微波基板的厚度；使微波基板以及殼體的表面均形成一體化的金屬化層；從上至下依次對應(yīng)放置微波基板、焊料塊以及殼體，對微波基板與殼體進行回流焊接，回流焊的過程中，在微波基板的上表面施加壓力，保證微波基板和殼體緊密的貼合。本發(fā)明不僅提高了基板和殼體的焊接牢固性，也保證了基板上表面的清潔，更提高了基板的接地和散熱性能，從而提高了組件的電性能和可靠性。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接工藝及其焊接機構(gòu)，尤其涉及一種微波組件中微波基板與殼 體的焊接工藝及其焊接機構(gòu)。 微波基板與殼體的焊接工藝及其焊接機構(gòu)

【背景技術(shù)】
[0002] 微波組件是一種微波集成電路功能模塊，通常采用微電子封裝技術(shù)將微波基板連 接在殼體內(nèi)，再將構(gòu)成電路的元器件（電阻、電容、電感、芯片等）集成在微波基板上，從而形 成具有某種微波功能的電路。微波組件在航空通信、航天測控、雷達偵察領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng) 用。在微波組件中，微波基板上表面焊接兀器件，同時微波基板上的布線傳輸電信號和微波 信號，因此，微波基板與殼體的可靠性在微波組件中起著重要的作用。將微波基板緊密的連 接在殼體內(nèi)底面是提高組件可靠性的重要保證，這主要是因為： (1) 可以增加微波基板的剛性，保證微波基板的平面特性，以便后續(xù)的工藝處理，也防 止微波基板以后在回流焊、真空焊中翹曲和變形； (2) 微波基板上的布線傳輸電信號和微波信號，這就要求微波基板有良好的接地性，將 微波基板緊密的連接在殼體內(nèi)底面，以使微波基板實現(xiàn)連續(xù)良好的接地。
[0003] (3)微波基板和它上面的一些高功率元器件工作時會產(chǎn)生熱量，這就要求微波基 板和殼體之間可靠地導(dǎo)熱連接，能通過殼體迅速將熱量散發(fā)出去。
[0004] 微波基板與殼體要實現(xiàn)導(dǎo)電與導(dǎo)熱的良好連接，常見方法有：螺釘連接法和焊接 法。
[0005] 用螺釘將微波基板和殼體連接起來是傳統(tǒng)的方法(見圖1)，在圖1中，傳統(tǒng)的微 波組件微波基板和殼體的連接方法是螺釘連接法，10Γ是殼體，102'是微波基板，103'是 螺釘，螺釘將微波基板和殼體緊密的連接在一起。在很多微波組件中，都采用這種方法，這 種連接方法很方便，但其缺點也顯而易見，一是該方法只能應(yīng)用在低頻段微波組件中，若在 高頻段中采用該方法，凸出微波基板表面的螺釘會影響微波在微波基板表面的傳輸，增加 傳輸損耗，二是螺釘連接法只是點與點之間的連接，螺釘緊固處微波基板和殼體是緊密、可 靠的連接，其它地方可能存在大量的縫隙，這些縫隙無疑會影響微波基板的接地和導(dǎo)熱性 能，三是如果組件的工作頻率很高，微波基板和殼體之間的縫隙則構(gòu)成了許多電容，對組件 的電性能是個嚴重的影響，四是如果組件工作在高振動或高加速度的惡劣環(huán)境下，在慣性 的作用下，微波基板必定會發(fā)生翹曲，如果翹曲的部位焊接元器件，因為焊點30Γ將元件 302'固定在微波基板表面，元器件的焊點在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫402'，微波基板和殼體 之間留出一個大的縫隙40Γ，如圖3和圖4所示。
[0006] 焊接法是微波基板和殼體的重要連接方法，利用焊料回流將微波基板緊密的貼合 在殼體內(nèi)，如圖5。兩者間的縫隙由熔融的焊料50Γ填充，常用的焊料一般為錫、鉛錫，其中 焊料層4的厚度一般為20-30 μ m。焊接法相比于螺釘連接法，無論在導(dǎo)熱、接地還是連接強 度都有了顯著的提高。對于一般的微波組件，這樣的焊接方法已經(jīng)能滿足要求，但是常用殼 體材料一般為鋁和銅，它們的熱膨脹系數(shù)為23ppm (百萬分之一)和15ppm，錫基焊料的熱膨 脹系數(shù)為25ppm左右，一般微波基板材料的熱膨脹系數(shù)為4-8ppm，微波基板和焊料的熱膨 脹系數(shù)存在較大的差異，在冷熱循環(huán)中微波基板和焊料的連接處容易出現(xiàn)裂縫，這種裂縫 的出現(xiàn)肯定會影響組件的可靠性。如果微波基板的質(zhì)量較重，再搭載質(zhì)量大的元器件，整個 組件工作在高振動的環(huán)境下，無疑會對微波基板和殼體焊接牢固性提出更高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種微波基板與殼體的焊接工藝，以避免溫度波動過程 中，微波基板與殼體之間出現(xiàn)裂縫，提高微波基板和殼體的焊接牢固性和組件的可靠性，降 低組件在工作中的失效率。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種微波基板與殼體的焊接工藝，包括以下步 驟： 在微波基板上加工出一通孔； 在殼體的內(nèi)底面加工出對應(yīng)所述通孔的柱體，所述通孔可供所述柱體穿入，所述通孔 的孔徑大于所述柱體的直徑，且所述柱體的高度均小于所述微波基板的厚度； 對所述通孔的孔壁、微波基板的上表面、微波基板的下表面、所述殼體的內(nèi)底部以及所 述柱體的外表面金屬化，使所述微波基板以及所述殼體的表面均形成一體化的金屬化層； 從上至下依次對應(yīng)放置微波基板、焊料塊以及殼體，對微波基板與殼體進行回流焊接， 回流焊的過程中，在微波基板的上表面施加壓力，使微波基板和殼體緊密貼合。
[0009] 較佳地，在回流焊接前，向所述通孔內(nèi)加入焊料。
[0010] 較佳地，在回流焊接后，若通孔與柱體之間焊料不足，則向所述通孔內(nèi)補入一定量 的焊料焊接，至通孔內(nèi)焊料覆蓋柱體，且焊料上表面呈現(xiàn)中間凹陷的形狀。
[0011] 較佳地，所述柱體為圓柱。
[0012] 較佳地，所述柱體與所述通孔的內(nèi)壁之間為緊匹配。
[0013] 較佳地，在所述微波基板上表面放置一塊可覆蓋微波基板上表面的第一壓塊，對 所述第一壓塊的上表面施加壓力。
[0014] 較佳地，在微波基板上表面上做出若干第一承壓臺，放置一塊第二壓塊在所有第 一承壓臺上，并對第二壓塊的上表面施加壓力。
[0015] 較佳地，承重臺設(shè)置于微波基板上表面沒有電路走線及元器件的位置，且承重臺 1?度1?于微波基板上的電路走線及兀器件。
[0016] 較佳地，施加壓力為將殼體放入一底板中，固定搭架一梁在所述底板上，在梁上做 出螺孔，螺釘穿過梁上螺孔并抵住第一壓塊或第二壓塊，旋動螺釘節(jié)來調(diào)節(jié)施加壓力。
[0017] 本發(fā)明還涉及一種微波基板與殼體的焊接工藝得到的焊接機構(gòu)，包括一微波基 板、一殼體以及一焊料層； 所述微波基板上設(shè)置有一通孔，所述殼體的內(nèi)底面設(shè)置有對應(yīng)所述通孔的柱體，所述 通孔穿入所述柱體，所述通孔的孔徑大于所述柱體的直徑，且所述柱體的高度均小于所述 微波基板的厚度； 所述殼體底面與所述柱體外表面均鍍有一體化的金屬化層，所述微波基板的上表面、 微波基板的下表面以及通孔的孔壁均鍍有一體化的金屬化層； 所述柱體穿入其對應(yīng)的通孔，所述焊料層連接所述殼體內(nèi)底面與所述微波基板的下表 面，并連接通孔與柱體。
[0018] 本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下的優(yōu)點和積極效 果： 1)本發(fā)明通過在垂直于微波基板表面的方向上將通孔和殼體連接在一起，并在回流焊 過程中在壓塊上施加壓力，提高了微波基板和殼體的焊接牢固性，且工藝流程方便可行，更 提高了微波基板的接地和散熱性能，從而提高了組件的電性能和可靠性。
[0019] 2)本發(fā)明通過在基板上設(shè)置承重臺，保證了微波基板上表面的清潔。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中微波基板和殼體螺釘連接截面圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中微波基板和殼體螺釘連接俯視圖； 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中微波基板和殼體螺釘連接和微波基板及其上面貼裝元件截面圖； 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中微波基板和殼體螺釘連接微波基板發(fā)生翹曲后元件焊點斷裂示意 圖； 圖5是現(xiàn)有技術(shù)中微波基板和殼體焊接截面圖； 圖6是本發(fā)明實施例中內(nèi)底面有圓柱的殼體截面圖； 圖7是本發(fā)明實施例中內(nèi)底面有圓柱的殼體俯視圖； 圖8是本發(fā)明實施例中有通孔的微波基板截面圖； 圖9是圖6殼體和圖8微波基板焊接截面圖； 圖10是本發(fā)明實施例中微波基板和殼體焊接加壓示意圖； 圖11是本發(fā)明實施例中微波基板表面增加承壓臺的截面圖； 圖12是本發(fā)明實施例中微波基板表面增加承壓臺焊接截面圖； 圖13是本發(fā)明實施例一中通過螺釘緊固給壓塊施加壓力的結(jié)構(gòu)截面圖； 圖14是本發(fā)明實施例二中通過螺釘緊固給壓塊施加壓力的結(jié)構(gòu)截面圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面參照附圖和具體實施例來進一步說明本發(fā)明。
[0022] 實施例一 如附圖5-13所示，本發(fā)明涉及一種微波基板與殼體的焊接工藝，包括以下步驟： 在微波基板102上加工出一些通孔801，這些通孔可以為圓形通孔、多邊形通孔，不規(guī) 則的通孔等，并不做限定，但為了加工方便，節(jié)省成本，本實施例中采用圓形通孔，當(dāng)然這些 通孔的位置不影響微波基板的布線。
[0023] 在殼體101的內(nèi)底面加工出對應(yīng)通孔的柱體601，通孔可供柱體穿入，通孔的孔徑 大于柱體的直徑，此處孔徑指通孔能通過的最大直徑圓柱的直徑，本實施例中，柱體為圓柱 601，其直徑小于圓形通孔的直徑，圓形的孔壁不與圓柱接觸，為了更好的可靠性，圓形的孔 壁與圓柱呈緊匹配，且柱體的高度均小于微波基板的厚度，一般柱體高度為微波基板厚度 的3/4-4/5,本實施例中，圓柱的直徑2mm-3mm，高度低于微波基板表面0. 2mm。
[0024] 對通孔的孔壁、微波基板的上表面、微波基板的下表面、殼體的內(nèi)底部以及柱體的 外表面金屬化，使微波基板以及殼體的表面均形成一體化的金屬化層，通孔的孔壁金屬化 后和微波基板的上下表面金屬化層連成一體，金屬化的工藝一般采用電鍍或化學(xué)鍍，本實 施例中殼體采用電鍍，而微波基板采用化學(xué)鍍的方式，使殼體與微波基板表面均覆蓋金屬 來實現(xiàn)導(dǎo)通。
[0025] 從上至下依次對應(yīng)放置微波基板、焊料片以及殼體，對微波基板與殼體進行回流 焊接，回流焊的過程中，在微波基板的上表面施加一定向下的壓力，保證微波基板和殼體 緊密的貼合，回流過程結(jié)束后，撤去壓力。焊料片的厚度不能過厚，過厚則導(dǎo)致回流過程中 焊料溢出，也不能太薄，太薄則導(dǎo)致微波基板和殼體間殘留較多空隙，一般焊料層厚度為 20-30 μ m，焊料的厚度根據(jù)微波基板與殼體間的縫隙、微波基板與殼體表面的粗糙度以及 焊料與微波基板和殼體表面的擴散溶解程度而定，且焊料片大小為正好與殼體的內(nèi)底面面 積相匹配。
[0026] 但是，微波基板的通孔和殼體圓柱間因增加了垂直于基本表面方向上的焊接面， 可能會引起此處的焊料量不足，在回流焊接前，向通孔內(nèi)加入焊料。
[0027] 在回流焊接后，若通孔與柱體之間焊料不足，即通孔內(nèi)焊料沒有覆蓋柱體或是焊 料上表面未呈中間凹陷的形狀，則向所述通孔內(nèi)補入一定量的焊料焊接，一般采用熱風(fēng)槍 回流的方式補上焊料，至通孔內(nèi)焊料覆蓋柱體，且焊料上表面呈現(xiàn)中間凹陷的形狀，說明內(nèi) 部焊料足夠，焊料表面因張力二凹陷，本實施例中，圓柱601的直徑2-3mm，高度低于微波基 板表面高度0. 2mm-Q. 3mm。
[0028] 回流后，微波基板和殼體連接成一體，這樣的焊接方法增強了微波基板和殼體的 焊接強度，因為除了微波基板的下底面和殼體焊接在一起外，垂直于微波基板表面的方向 上的通孔也和殼體連接在一起，也可以理解為，增加了垂直于微波基板表面的方向上微波 基板和殼體的連接。此外，當(dāng)因冷熱循環(huán)引起的微波基板和焊料間的焊接面引起的應(yīng)力也 被均勻的分散到微波基板各處，進一步提高了焊接面的可靠性。 回流過程中，微波基板上表面施加壓力的方法通常是施加一個第一壓塊1001，第一壓 塊的平面和微波基板上表面因壓力而緊密接觸，在微波基板上表面放置一塊可覆蓋微波基 板上表面的第一壓塊，對第一壓塊的上表面施加壓力1102。
[0029] 施加壓力1102可以為通過氣缸來對第一壓塊施加壓力，也可以采用搭架梁在外 殼頂部，施加壓力為將殼體放入底板中，固定搭架梁在所底板上，在梁上做出螺孔，螺釘穿 過梁上螺孔并抵住第一壓塊，旋動螺釘節(jié)來調(diào)節(jié)施加壓力，如圖所示，在圖13中，壓塊上壓 力的施加方法可以采用螺釘加壓的方法，1301為底板，1302為梁，1303為緊固螺釘。通過 螺釘緊固，可以給壓塊施加壓力。緊固螺釘?shù)牧夭捎昧芈萁z刀固定，推薦力矩范圍為 40N · cm-60N · cm。這種加壓方法適用于汽相回流焊，同樣適用于外形較小的殼體。
[0030] 然而，壓塊的平面和微波基板上表面因壓力而緊密接觸，緊密接觸往往會導(dǎo)致回 流焊過程中微波基板表面的污染，可以采用實施例二來解決上述問題。
[0031] 實施例二 在實施例一的基礎(chǔ)上，在微波基板上表面均勻做出一些高度一致、直徑較大的承壓臺 1101，承重臺的設(shè)置于微波基板上表面沒有電路走線及元器件的位置，且承重臺高度高于 微波基板上的電路走線及元器件，一般大于0. 5mm，該承壓臺可以為圓柱面，第二壓塊1201 通過這些圓柱面將壓力施加在微波基板上，從而保證微波基板表面的潔凈度。
[0032] 施加壓力1102可以為通過氣缸來對第二壓塊施加壓力，也可以采用搭架梁在外 殼頂部，施加壓力為將殼體放入底板中，固定搭架梁在所底板上，在梁上做出螺孔，螺釘穿 過梁上螺孔并抵住第二壓塊，旋動螺釘節(jié)來調(diào)節(jié)施加壓力，如圖所示，在圖14中，壓塊上壓 力的施加方法可以采用螺釘加壓的方法，1401為底板1402為梁，1403為緊固螺釘。通過 螺釘緊固，可以給壓塊施加壓力。緊固螺釘?shù)牧夭捎昧芈萁z刀固定，推薦力矩范圍為 40N · cm-60N · cm。這種加壓方法適用于汽相回流焊，同樣適用于外形較小的殼體。
[0033] 實施例三 如圖6-9所示，如上述實施例一或?qū)嵤├玫降暮附訖C構(gòu)，包括一微波基板102、一 殼體101以及一焊料層501 ;微波基板上設(shè)置有一通孔801，這些通孔801可以為圓形通孔、 多邊形通孔，不規(guī)則的通孔等，并不做限定，但為了加工方便，節(jié)省成本，本實施例中采用圓 形通孔，當(dāng)然這些通孔的位置不影響微波基板的布線。殼體的內(nèi)底面設(shè)置有對應(yīng)通孔的柱 體，通孔穿入柱體，通孔的孔徑大于柱體的直徑，且柱體的高度均小于微波基板的厚度，本 實施例中，柱體為圓柱601，其直徑小于圓形通孔的直徑，圓形的孔壁不與圓柱接觸，為了更 好的可靠性，圓形的孔壁與圓柱呈緊匹配，且柱體的高度均小于微波基板的厚度，一般柱體 高度為微波基板厚度的3/4-4/5,本實施例中，圓柱的直徑2mm-3mm，高度低于微波基板表 面0. 2mm。殼體底面與所述柱體外表面均鍍有一體化的金屬化層，微波基板的上表面、微波 基板的下表面以及通孔的孔壁均鍍有一體化的金屬化層。
[0034] 柱體穿入其對應(yīng)的通孔，焊料層連接所述殼體內(nèi)底面與微波基板的下表面，并連 接通孔與柱體，一般焊料層厚度為20-30 μ m，微波基板的通孔和殼體圓柱間因增加了垂直 于基本表面方向上的焊接面。
[0035] 微波基板和殼體連接成一體，這樣的焊接方法增強了微波基板和殼體的焊接強 度，因為除了微波基板的下底面和殼體焊接在一起外，垂直于微波基板表面的方向上的通 孔也和殼體連接在一起，也可以理解為，增加了垂直于微波基板表面的方向上微波基板和 殼體的連接。此外，當(dāng)因冷熱循環(huán)引起的微波基板和焊料間的焊接面引起的應(yīng)力也被均勻 的分散到微波基板各處，進一步提高了焊接面的可靠性。
[0036] 上述公開的僅為本發(fā)明的具體實施例，該實施例只為更清楚的說明本發(fā)明所用， 而并非對本發(fā)明的限定，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，包括以下步驟： 在微波基板上加工出一通孔； 在殼體的內(nèi)底面加工出對應(yīng)所述通孔的柱體，所述通孔可供所述柱體穿入，所述通孔 的孔徑大于所述柱體的直徑，且所述柱體的高度均小于所述微波基板的厚度； 對所述通孔的孔壁、微波基板的上表面、微波基板的下表面、所述殼體的內(nèi)底部以及所 述柱體的外表面金屬化，使所述微波基板以及所述殼體的表面均形成一體化的金屬化層； 從上至下依次對應(yīng)放置微波基板、焊料塊以及殼體，對微波基板與殼體進行回流焊接， 回流焊的過程中，在微波基板的上表面施加壓力，使微波基板和殼體緊密貼合。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，在回流焊接前， 向所述通孔內(nèi)加入焊料。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，在回流焊接 后，若通孔與柱體之間焊料不足，則向所述通孔內(nèi)補入一定量的焊料焊接，至通孔內(nèi)焊料覆 蓋柱體，且焊料上表面呈現(xiàn)中間凹陷的形狀。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，所述柱體為圓 柱。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，所述柱體與 所述通孔的內(nèi)壁之間為緊匹配。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，在所述微波基 板上表面放置一塊可覆蓋微波基板上表面的第一壓塊，對所述第一壓塊的上表面施加壓 力。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，在微波基板上 表面上做出若干第一承壓臺，放置一塊第二壓塊在所有第一承壓臺上，并對第二壓塊的上 表面施加壓力。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，承重臺設(shè)置于 微波基板上表面沒有電路走線及元器件的位置，且承重臺高度高于微波基板上的電路走線 及元器件。
9. 如權(quán)利要求6或7所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝，其特征在于，施加壓力為 將殼體放入一底板中，固定搭架一梁在所述底板上，在梁上做出螺孔，螺釘穿過梁上螺孔并 抵住第一壓塊或第二壓塊，旋動螺釘節(jié)來調(diào)節(jié)施加壓力。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種微波基板與殼體的焊接工藝得到的焊接機構(gòu)，其特征在 于，包括一微波基板、一殼體以及一焊料層； 所述微波基板上設(shè)置有一通孔，所述殼體的內(nèi)底面設(shè)置有對應(yīng)所述通孔的柱體，所述 通孔穿入所述柱體，所述通孔的孔徑大于所述柱體的直徑，且所述柱體的高度均小于所述 微波基板的厚度； 所述殼體底面與所述柱體外表面均鍍有一體化的金屬化層，所述微波基板的上表面、 微波基板的下表面以及通孔的孔壁均鍍有一體化的金屬化層； 所述柱體穿入其對應(yīng)的通孔，所述焊料層連接所述殼體內(nèi)底面與所述微波基板的下表 面，并連接通孔與柱體。
【文檔編號】B23K1/20GK104125722SQ201410395380
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】曹向榮, 王立春, 周義, 符容 申請人:上海航天電子通訊設(shè)備研究所