微波组件模块组装管理论文

摘要:介绍微波组件的应用及其组装焊接的重要性,提出组装焊接中焊点的特点,并对焊点失效进行详细机理分析,阐述机械应力和热应力对焊点失效的影响,在焊接工艺和焊点设计方面找到抗失效断裂的有效措施,从而保证焊点的质量,提高微波组件的可靠性。

关键词:微波组件;焊点;可靠性

引言

微波组件广泛应用于电视广播、卫星通信、中继通信、移动通信、雷达等众多领域。近几年来,随着相控阵雷达技术的发展,雷达领域大量应用微波组件。微波组件组装技术的发展是围绕提高质量与成品率、缩短生产周期、降低成本、提高生产效率和增强品种变换的适应能力进行的。微波组件组装技术有手工组装、流水线自动组装和计算机集成自动化组装等三大类,目前,应用于雷达领域的微波组件基本以手工组装为主。

在以采用手工焊接为主的微波组件组装生产过程中,组装故障占总故障的80%以上,组装故障的突出表现是焊点质量问题,它直接影响由模块组成的微波组件可靠性。高的焊接可靠性,高的焊点合格率是微波组件组装生产过程中刻意追求的目标,焊点的质量应包含两方面的内容:即焊点的设计和生产控制。焊点可靠性是微波组件的生命,对于航空航天产品,其重要性尤为突出。

一、模块组装的焊点特点

微波组件内模块组装的焊点具有与传统集成电路焊点不同的特点:

(1)微波组件采用的元器件品种多,外形尺寸与重量分布范围广,结构精密,尺寸精度高,大多以小模块的形式出现,不是标准的SMT焊点。

(2)微波组件内不同的模块就有不同的连接方式,因此焊点的类型较多。

(3)微波组件内的模块大多与高频印制板连接,而高频印制板不允许打焊接孔,焊接只能在印制板表面进行,焊点结合力较弱。

(4)微波组件的电性能对寄生参数、尺寸与结构的偏差和不一致性较敏感,必须严格控制焊点。

模块组装焊点的这些特点对提高其可靠性增加了设计与工艺的难度。

二、焊点失效分析

研究焊点失效的目的就是为焊接工艺和焊点的设计提供依据,从而提高焊点的可靠性。从微波组件服役过程中焊点失效可以发现:最先发生失效的焊点为模块引脚点,如图1所示为典型模块与高频印制板之间焊点开裂失效,这些模块都是非标准SMT器件,而且这些模块都具有线性尺寸大,与壳体直接安装在一起的特点。

焊点在实际工作过程中的失效过程一般为:塑性变形裂纹萌生裂纹扩展失效。从焊点实际经历的环境条件来看,内部应力是焊点失效的根本原因,焊点应力由机械应力和交变热应力组成。

(1)交变热应力的产生主要是因为器件和安装壳体是由不同的材料组成,它们有不同的线膨胀系数,温度循环试验时由于温度的交变变化,器件和壳体的膨胀量随着温度发生变化,器件和壳体是无缓冲装置的硬性连接,焊接点不能自由伸缩,壳体和器件之间相互制约,在焊接点产生热应力。

小模块的热膨胀失配量为:

ΔL=(α2—α1)LΔT

其中,α1为器件的热膨胀系数;α2为壳体的热膨胀系数;L为器件的长度;ΔT为温度变化范围。小模块壳体一般为不锈钢材料,其膨胀系数α1=0.112×10-4/C°,壳体为铝合金,其α2=0.238×10-4/C°,二者热膨胀系数相差一倍多。温度变化范围ΔT越大,失配量也越大,产生的热应力越大,温度变化不但要考虑环境温度的变化范围,而且器件和壳体的热容不同,导热率不同,换热系数的不同,使得在温度变化时,器件和壳体之间的温度变化速率不同,更加剧了热失配现象,增大热应力,另外温度的周期交变变化,使得热应力也相应作周期变化,焊接点在这种周期热应力的作用下导致断裂。

(2)微波组件中的电路介质板和小模块用螺栓固定在壳体上,机械应力主要由以下几个方面产生。

a.焊盘和小模块引脚在高度方向按SMT规范应为0.05～0.1mm,小模块引脚低于或高于介质板焊盘平面时,装配时引脚变形会产生机械应力。

b.焊接工艺不当,采用先焊后螺栓紧固的次序,在引脚处产生机械应力。

c.装配虽然采用了先螺栓紧固后焊引脚的工艺,但若先装螺栓时,螺栓紧固力矩不足,焊后又进行了二次螺栓紧固操作,引脚处产生残余机械应力,螺栓的松动也会产生残余机械应力。