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賈伏龍 崔洪波 陳梁

（中國電子科技集團公司第五十五研究所）

摘要：

隨著軟釬焊工藝在微波組件制造中的廣泛應用，為了滿足高密度產(chǎn)品高標準多樣化的焊接質(zhì)量需求，對液態(tài)焊料流淌的控制成為一項現(xiàn)實的工藝難題，可以利用相應的阻焊技術(shù)來實現(xiàn)。針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，分析微波組件軟釬焊中對于阻焊的特殊要求，指出現(xiàn)有常規(guī)阻焊膠應用面臨的諸多問題，通過對比試驗引進一種改進型阻焊膠，能有效保護產(chǎn)品非焊接區(qū)域，與無鉛焊接工藝兼容性好，工藝操作簡單高效，起到了良好的效果，滿足了高可靠微波組件的要求。

微波組件廣泛應用于艦載、彈載、航空航天等高端電子通信領(lǐng)域。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前組件呈現(xiàn)高度的集成化、模塊化趨勢，為了提供同樣高性能、高質(zhì)量的產(chǎn)品，降低成本，提高生產(chǎn)效率，對制造工藝水平提出了較高要求。目前軟釬焊技術(shù)越來越多地用于微波組件的制造中，在電路板和金屬襯板的大面積接地焊接，Ｉ／Ｏ接插件、微波器件、殼體等的軟釬焊連接中替代傳統(tǒng)的螺裝方式，為產(chǎn)品的小型化、輕量化、高可靠提供了實用的工藝手段，能較好地適應高頻微波電路的要求［１－４］。然而在軟釬焊時，由于液態(tài)焊料良好的流動性致使焊料很容易流淌到非焊接區(qū)域，甚至是其他功能區(qū)內(nèi)，例如：１）電路板和金屬殼體有一些后續(xù)安裝走線用的螺紋孔或通孔被焊料潤濕，從而不能安裝；２）焊料溢到芯片安裝孔、微波絕緣子孔等需要刮除，生產(chǎn)效率低下，同時刮除操作破壞鍍層，對后續(xù)焊接質(zhì)量造成不良影響；３）微波接插件內(nèi)導體和電路板微帶后續(xù)需要金絲鍵合，如果被焊料污染則無法鍵合；４）用戶對微波組件外觀的高要求，需保證非焊接區(qū)域不能被焊料污染［５］。所以研究有效的阻焊工藝是非常迫切和有現(xiàn)實意義的。

1阻焊機理

在軟釬焊過程中，熔化的焊料首先需在焊接部位完成潤濕和鋪展，此時焊料與金屬母材之間會發(fā)生相互溶解和擴散，從而形成金屬間化合物，而阻焊則是避免焊料和金屬母材之間相互反應，防止焊料潤濕非焊接區(qū)域。通?？刹捎靡环N耐高溫的阻止焊接的涂料，使它在非焊接區(qū)周圍形成一層阻焊膜，把不需要焊接的部位保護起來，以起到阻焊的作用［６］。目前應用最廣的阻焊保護膠為波峰焊接過程中防止特定部位上錫的涂料，主要成分為橡膠、二氧化鈦和纖維素衍生物［７］。該阻焊膠短時耐溫達２８０℃，但是耐持續(xù)焊接高溫性能較差。本試驗引進了一種改進型阻焊膠替代常規(guī)阻焊膠，該膠是以環(huán)氧樹脂為主要原料，添加無機填料與胺系固化劑制成的熱固化型阻焊膠，以期解決常規(guī)阻焊膠應用于微波組件焊接面臨的諸多問題。

2阻焊工藝的特殊要求

微波組件軟釬焊的阻焊工藝難點在于阻焊膠的選擇，在實際應用中有其特殊要求。

2.1阻焊膠的涂敷

微波組件軟釬焊中阻焊膠的應用情況比較復雜，有接頭、殼體焊接時的大面積保護，也有為接地塊、芯片孔預留焊接位的毫米級保護，這就對阻焊膠的易用性提出了要求。通常需要阻焊膠黏度大，組分揮發(fā)慢，涂敷過程中無拉絲、塌邊，方便手工點涂與儲存，在各項性能良好的情況下結(jié)合點膠機使用能大幅提高點涂效率。涂敷后對于熱固型阻焊膠要加熱固化，要求固化溫度低，時間短，方便使用。

2.2阻焊膠的耐焊接性

微波組件軟釬焊一般采用回流焊接的方法，焊接溫度高，焊接時間長，阻焊膠需耐高溫，經(jīng)無鉛回流焊（２４０℃）不變質(zhì)，同時在焊接高溫下粘結(jié)強度高，能起到良好的阻焊作用。微波組件軟釬焊的焊接材料通常為微波板、陶瓷板、軟釬焊料以及鍍金、鍍銀的金屬襯板或殼體，阻焊膠不能與它們發(fā)生反應而產(chǎn)生腐蝕，破壞焊接材料的外觀。

2.3阻焊膠的去除

阻焊膠是為了防止焊料潤濕不需要焊接的區(qū)域而在生產(chǎn)過程中涂覆的一種臨時阻焊膜，為了保證產(chǎn)品的設(shè)計使用要求且避免引入多余物，阻焊膠一般在焊接結(jié)束后必須去除，而且為了不影響生產(chǎn)效率，要求去除方法簡單，不能損傷微波板、陶瓷板、金屬殼體等焊接材料［８］。根據(jù)阻焊膠的特性通常有機械剝離、水洗、溶劑清洗等多種清除手段［９］。

2.4阻焊率

在微波組件軟釬焊阻焊膠的各種應用中，如果阻焊失效焊料漫流過度，則必須手工刮除多余焊料，這不僅影響生產(chǎn)效率，而且會對產(chǎn)品外觀造成破壞，所以期望阻焊膠的阻焊率盡可能高，要求阻焊膠的涂覆要致密，本身在焊接過程中不被焊料侵蝕或被助焊劑腐蝕脫落。

3阻焊試驗及結(jié)果分析

3.1試驗材料

選取某型號在產(chǎn)的微波組件為試驗對象，焊接材料包括銅鍍金殼體、微波介質(zhì)板、微波絕緣子、Ｓｎ９６．５Ａｇ３Ｃｕ０．５焊膏、常規(guī)阻焊膠Ａ和改進型阻焊膠Ｂ。２種阻焊膠性能參數(shù)見表１。

3.2試驗工藝流程

阻焊試驗工藝流程如圖ｌ所示［１０］。將試驗焊接的殼體分為３個批次，編號為１＃、２＃、３＃。１＃批次沒有保護直接焊接，２＃、３＃批次按上述工藝流程分別采用Ａ、Ｂ兩種型號阻焊膠保護后焊接。試驗過程中軟釬焊接主要采用氣相回流焊技術(shù)，焊接峰值溫度為２４０℃，焊膏熔點（２１７℃）以上保持時間６０ｓ，其中阻焊工藝主要包括阻焊膠涂覆和清除兩部分。

3.2.1涂覆阻焊膠

涂覆阻焊膠的具體步驟如下。

１）在微波板和金屬殼體需要保護的非焊接區(qū)域用細針畫圖形做標記。

２）使用點膠機按照標記圖形把阻焊膠涂覆在非焊接區(qū)（見圖２）。其中阻焊膠Ａ室溫下固化時間短，極易造成點膠針頭堵塞，生產(chǎn)過程中需要經(jīng)常更換點膠針頭，阻焊膠Ｂ室溫下固化非常緩慢，點膠使用較方便。

３）按照表２所提供的參數(shù)在熱臺／烘箱中加熱固化阻焊膠。阻焊膠Ａ加熱固化時間為４０ｍｉｎ，阻焊膠Ｂ加熱固化時間為１ｍｉｎ，阻焊膠Ｂ固化時間較短，生產(chǎn)效率較高。

3.2.2清除阻焊膠

焊接以后阻焊膠Ａ膠體較軟，粘結(jié)力小，可手工刮除，阻焊膠Ｂ膠體較硬，粘結(jié)力大，但玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，可采用熱板加熱軟化后鏟刀刮除或在有機溶劑中浸泡軟化自行脫落。

3.3試驗結(jié)果及分析

從試驗結(jié)果來看，１＃批次沒有阻焊直接焊接，由于殼體鍍金層良好的可焊性，液態(tài)焊料在其表面潤濕角＜３０°鋪展速度較快。在回流焊接過程中，熔融焊料在液體毛細作用的驅(qū)動下迅速填充焊接區(qū)域，為了保證焊接充分，熔融時間通常較長，在焊料潤濕力的作用下有較多焊料從電路板焊接區(qū)域漫流出來，污染了后續(xù)裝配區(qū)域（見圖３）。焊后需要較大的人力用鏟刀清理，同時焊料與鍍金層反應，影響后續(xù)的芯片焊接質(zhì)量。

２＃批次采用阻焊膠Ａ保護后焊接，阻焊膠Ａ可以部分阻止焊料潤濕非焊接區(qū)域，但是經(jīng)過無鉛回流焊接高溫以后，阻焊膠表面顏色發(fā)黃，去除過程中發(fā)現(xiàn)膠體明顯軟化變質(zhì)、不易撕除，在被保護區(qū)域易產(chǎn)生粘稠狀殘留物，同時焊料滲透到阻焊膠底部存在部分阻焊失效。分析原因主要在于阻焊膠Ａ主要成分為丙烯酸脂橡膠，該類橡膠的最高使用溫度為２００℃，無鉛回流焊接溫度較有鉛焊接提高約４０℃，在峰值溫度為２４０℃的高溫下，阻焊膠Ａ性狀發(fā)生了變化，無法實現(xiàn)其固有的阻焊性能。微波絕緣子與殼體焊接面焊料也受到變質(zhì)阻焊膠的腐蝕，表面發(fā)黑失去金屬光澤，很難清理干凈，試驗結(jié)果如圖４所示。

３＃批次采用阻焊膠Ｂ保護后焊接，阻焊膠Ｂ保護可以有效阻止焊料潤濕非焊接區(qū)域，回流焊接過程中液態(tài)焊料流淌受到限制，主要集中在焊接區(qū)域。經(jīng)過無鉛回流焊接高溫以后，阻焊膠性狀無變化。去除阻焊膠以后，保護區(qū)域鍍金層沒有受到破壞，沒有膠體殘留，方便后續(xù)安裝工藝，阻焊膠保護的焊點光亮無不良影響，試驗結(jié)果如圖５所示。

微波組件焊接過程采用阻焊保護措施后，不僅能減少焊后清理的工作量，而且不會有刮痕，保證了特殊產(chǎn)品對外觀美觀的要求，焊接效果如圖６所示。經(jīng)批量生產(chǎn)統(tǒng)計，阻焊膠阻焊率可達９０％以上。

4結(jié)語

經(jīng)過工藝試驗與在批量產(chǎn)品中的應用，筆者認為，在微波組件軟釬焊過程中采用阻焊工藝能夠有效解決實際生產(chǎn)中面臨的工藝難題，提高生產(chǎn)效率。本文所選用的阻焊膠相比常規(guī)阻焊膠有明顯優(yōu)勢，能耐受無鉛軟釬焊的焊接高溫，不腐蝕焊接材料，涂覆、去除簡單，生產(chǎn)效率高，能有效保護產(chǎn)品非焊接區(qū)域，滿足高可靠微波組件的要求。

審核編輯 黃宇