微波組件模塊組裝管理論文

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摘要:介紹微波組件的應用及其組裝焊接的重要性,提出組裝焊接中焊點的特點,并對焊點失效進行詳細機理分析,闡述機械應力和熱應力對焊點失效的影響,在焊接工藝和焊點設計方面找到抗失效斷裂的有效措施,從而保證焊點的質量,提高微波組件的可靠性。

關鍵詞:微波組件;焊點;可靠性

引言

微波組件廣泛應用于電視廣播、衛星通信、中繼通信、移動通信、雷達等眾多領域。近幾年來,隨著相控陣雷達技術的發展,雷達領域大量應用微波組件。微波組件組裝技術的發展是圍繞提高質量與成品率、縮短生產周期、降低成本、提高生產效率和增強品種變換的適應能力進行的。微波組件組裝技術有手工組裝、流水線自動組裝和計算機集成自動化組裝等三大類,目前,應用于雷達領域的微波組件基本以手工組裝為主。

在以采用手工焊接為主的微波組件組裝生產過程中,組裝故障占總故障的80%以上,組裝故障的突出表現是焊點質量問題,它直接影響由模塊組成的微波組件可靠性。高的焊接可靠性,高的焊點合格率是微波組件組裝生產過程中刻意追求的目標,焊點的質量應包含兩方面的內容:即焊點的設計和生產控制。焊點可靠性是微波組件的生命,對于航空航天產品,其重要性尤為突出。

一、模塊組裝的焊點特點

微波組件內模塊組裝的焊點具有與傳統集成電路焊點不同的特點:

(1)微波組件采用的元器件品種多,外形尺寸與重量分布范圍廣,結構精密,尺寸精度高,大多以小模塊的形式出現,不是標準的SMT焊點。

(2)微波組件內不同的模塊就有不同的連接方式,因此焊點的類型較多。

(3)微波組件內的模塊大多與高頻印制板連接,而高頻印制板不允許打焊接孔,焊接只能在印制板表面進行,焊點結合力較弱。

(4)微波組件的電性能對寄生參數、尺寸與結構的偏差和不一致性較敏感,必須嚴格控制焊點。

模塊組裝焊點的這些特點對提高其可靠性增加了設計與工藝的難度。

二、焊點失效分析

研究焊點失效的目的就是為焊接工藝和焊點的設計提供依據,從而提高焊點的可靠性。從微波組件服役過程中焊點失效可以發現:最先發生失效的焊點為模塊引腳點,如圖1所示為典型模塊與高頻印制板之間焊點開裂失效,這些模塊都是非標準SMT器件,而且這些模塊都具有線性尺寸大,與殼體直接安裝在一起的特點。

焊點在實際工作過程中的失效過程一般為:塑性變形→裂紋萌生→裂紋擴展→失效。從焊點實際經歷的環境條件來看,內部應力是焊點失效的根本原因,焊點應力由機械應力和交變熱應力組成。

(1)交變熱應力的產生主要是因為器件和安裝殼體是由不同的材料組成,它們有不同的線膨脹系數,溫度循環試驗時由于溫度的交變變化,器件和殼體的膨脹量隨著溫度發生變化,器件和殼體是無緩沖裝置的硬性連接,焊接點不能自由伸縮,殼體和器件之間相互制約,在焊接點產生熱應力。

小模塊的熱膨脹失配量為:

ΔL=(α2—α1)LΔT

其中,α1為器件的熱膨脹系數;α2為殼體的熱膨脹系數;L為器件的長度;ΔT為溫度變化范圍。小模塊殼體一般為不銹鋼材料,其膨脹系數α1=0.112×10-4/C°,殼體為鋁合金,其α2=0.238×10-4/C°,二者熱膨脹系數相差一倍多。溫度變化范圍ΔT越大,失配量也越大,產生的熱應力越大,溫度變化不但要考慮環境溫度的變化范圍,而且器件和殼體的熱容不同,導熱率不同,換熱系數的不同,使得在溫度變化時,器件和殼體之間的溫度變化速率不同,更加劇了熱失配現象,增大熱應力,另外溫度的周期交變變化,使得熱應力也相應作周期變化,焊接點在這種周期熱應力的作用下導致斷裂。

(2)微波組件中的電路介質板和小模塊用螺栓固定在殼體上,機械應力主要由以下幾個方面產生。

a.焊盤和小模塊引腳在高度方向按SMT規范應為0.05～0.1mm,小模塊引腳低于或高于介質板焊盤平面時,裝配時引腳變形會產生機械應力。

b.焊接工藝不當,采用先焊后螺栓緊固的次序,在引腳處產生機械應力。

c.裝配雖然采用了先螺栓緊固后焊引腳的工藝,但若先裝螺栓時,螺栓緊固力矩不足,焊后又進行了二次螺栓緊固操作,引腳處產生殘余機械應力,螺栓的松動也會產生殘余機械應力。