某天線焊接工藝方法的改進

譚小鵬 趙志平（西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

某天線焊接工藝方法的改進

譚小鵬 趙志平
（西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

某天線是用聚四氟乙烯板焊接到鋁合金材質(zhì)的圓盤上，傳統(tǒng)的焊接方法采用電爐子加熱進行焊接，不適用于批生產(chǎn)。本文采用回流焊進行焊接，需要設(shè)計印刷工裝以及印刷用網(wǎng)板進行涂抹焊膏，設(shè)計回流溫度曲線及鏈速，同時焊接時需要制作焊接工裝來固定焊接件。焊接后的天線滿足了設(shè)計圖紙要求，生產(chǎn)效率得到了很大提高。

溫度曲線；回流焊；工裝

1 引言

某天線需要將聚四氟乙烯板（件1）焊接到鍍銀鋁合金材質(zhì)的圓盤（件2）上，如圖1所示。設(shè)計圖紙技術(shù)要求：（1）件1與件2的中心孔同心；（2）焊料不允許超出件1與件2的焊接面；（3）焊接后件1的表面相對件2的表面不允許傾斜。根據(jù)技術(shù)要求以及件1焊盤的結(jié)構(gòu)不能采取電烙鐵直接焊接，我單位傳統(tǒng)的工藝方法是操作工采取手工在件1焊盤上涂抹焊膏，然后依次將件2、件1安裝到焊接工裝上，件1壓在件2上轉(zhuǎn)動抹勻焊膏，擦去件1周圍多余的焊膏，焊接采用傳統(tǒng)電爐子。將件1與件2放置于有石棉瓦的電爐子上，操作工俯身觀察件1的 3個小孔的焊錫熔化的情況，判斷焊接是否完成。

此工藝方法的缺陷：

（1）電爐子無法準(zhǔn)確控制溫度，需操作工肉眼觀察焊錫熔化情況，操作不安全且工作效率低，已不適用于批生產(chǎn)；

（2）手抹焊膏會導(dǎo)致件1的表面焊膏厚度不均勻，焊接后件1與件2可能會產(chǎn)生傾斜；

為了提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品焊接的質(zhì)量，需要對工藝方法進行改進，采用回流焊焊接工藝方法進行研究。

2 網(wǎng)板及焊膏印刷工裝設(shè)計

采用回流焊工藝方法進行焊接，需要對件1的焊盤進行焊膏印刷。由于件1的尺寸較小，印刷時工件容易跑偏導(dǎo)致焊膏印刷失敗，所以需要設(shè)計印刷用的工裝和網(wǎng)板。根據(jù)件1的尺寸形狀，采用鋁板進行工裝制作設(shè)計，結(jié)合我單位實際生產(chǎn)情況設(shè)計的工裝可以一次印刷8個工件，件1裝配到工裝形成緊配合，網(wǎng)板與工裝通過對角的定位銷可以進行精確定位，使網(wǎng)板印刷時更加精確。為防止焊膏從件1邊緣溢出，網(wǎng)板圖形設(shè)計時采用0.5 mm的收邊處理。印刷工裝與網(wǎng)板如圖2、圖3所示。

圖1 聚四氟乙烯板與鋁合金材質(zhì)的圓盤

圖2 印刷工裝

圖3 印刷用網(wǎng)板

考慮件1經(jīng)過回流焊之后與件2的焊錫面積應(yīng)盡可能大且不溢出焊錫，此次試驗印刷用的網(wǎng)板厚度定為0.15 mm。

3 回流焊接設(shè)計

設(shè)計回流焊接，關(guān)鍵是設(shè)定回流爐的爐溫曲線[4]以及回流爐鏈條的傳輸速度。

3.1 溫度曲線設(shè)計原則

溫度曲線是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵[1]，在回流焊接過程中，溫度是很重要的工藝參數(shù)，包括溫度的均勻性及升溫速率等。升溫速率過快，易導(dǎo)致焊料預(yù)熱過早或焊料飛濺，引起焊接疲勞，可靠性降低；升溫速率過慢，導(dǎo)致助焊劑揮發(fā)、活性降低，引起虛焊或焊接不良等缺陷。

一條完整的焊接溫度曲線一般設(shè)計為四個區(qū)：預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)。因此，焊接溫度曲線的設(shè)計就是根據(jù)不同的輸入條件對四個溫區(qū)設(shè)置合適的參數(shù)，達到最佳的焊接效果[2]?；亓骱附拥睦硐霚囟惹€如圖4所示。

圖4 有鉛焊的理想溫度曲線

預(yù)熱區(qū)：也叫斜坡區(qū)，用來將PCB的溫度從周圍環(huán)境溫度提升到所需的活性溫度[3]。

活性區(qū)：使各元件的溫度趨于穩(wěn)定，盡量減少溫差。在這個區(qū)域里給予足夠的時間使熱容大的元器件的溫度趕上較小元件，并保證焊膏中的助焊劑得到充分揮發(fā)，溫度曲線的斜率是一個向上遞增的斜率。

回流區(qū)：這一區(qū)域的溫度設(shè)置最高，焊接峰值溫度視所用焊膏的不同而不同，一般為焊膏熔點溫度增加30 ℃ ～ 40 ℃，我們使用的焊料為63Sn37Pb的焊膏，峰值溫度一般設(shè)定為210 ℃ ～ 230 ℃（大約需要7 s ～ 15 s）[3]。

冷卻區(qū)：為得到明亮的焊點、飽和外形、低的接觸角，應(yīng)提高降溫速率。本文使用的回流焊爐沒有冷卻措施，因此采用自然冷卻。

3.2 回流爐鏈條傳輸速度設(shè)計原則

PCB在回流爐中的運動速度是由軌道的傳送速度決定的，傳送速度越快，PCB在每個加熱區(qū)的停留時間就越短；傳送速度越慢，PCB在每個加熱區(qū)停留時間越長，PCB在該加熱區(qū)受到的加熱時間就越充分，PCB的溫升值就理想，也就是說PCB的實時溫度就越接近加熱區(qū)的設(shè)定溫度，從而對回流焊溫度曲線的各個關(guān)鍵指標(biāo)都產(chǎn)生影響[4]。在實際生產(chǎn)中，要考慮到生產(chǎn)效率和生產(chǎn)節(jié)奏，PCB傳輸速度要設(shè)定在一個合理的范圍，既要保證生產(chǎn)效率最大化，又能確保溫度曲線的關(guān)鍵指標(biāo)符合要求。

3.3 某天線溫度曲線與鏈條傳輸速度設(shè)計

回流焊爐不能對焊點的溫度直接控制，只能借助環(huán)境反饋機制，測繪焊點的溫度曲線，從而調(diào)整回流爐控制參數(shù)，所以回流曲線測繪工具必不可少[7]。本次試驗選用日本馬康（MALCOM）曲線測試儀PCM-6型，將2個熱電偶探針固定在件1與件2之間的不同部位，用高溫膠帶固定測量。

在未抹焊膏的情況下反復(fù)多次進入回流焊爐測試，調(diào)整回流焊爐的各區(qū)溫度后發(fā)現(xiàn)：無論如何設(shè)定各溫區(qū)的溫度，實測曲線不能與理想溫度曲線相對擬合，存在一定差異。分析發(fā)現(xiàn)，理想曲線針對的是常規(guī)印制板焊接器件過程，印制板的導(dǎo)熱性、吸熱性較差，所以在升溫階段可以呈現(xiàn)階梯狀，而本次試驗中的鋁合金基材導(dǎo)熱率、吸熱率比印制板要高，所以曲線的升溫階段幾乎是一條直線，無法呈現(xiàn)階梯狀。

為了得到適合鋁合金基材與聚四氟乙烯板焊接的溫度曲線，利用溫度曲線測試儀，經(jīng)多次測量，最終設(shè)定如圖5的曲線。

圖5 實測溫度曲線

回流爐中最高溫度設(shè)置為280 ℃，而實際的鋁合金表面的溫度是210 ℃，相對普通印制板熱量損失很大。峰值溫度210 ℃，比焊膏熔化高30 ℃左，已滿足溫度曲線回流區(qū)設(shè)計原則。

考慮到要使鋁合金基材與聚四氟乙烯基板充分焊接，反復(fù)調(diào)整測試后，70 cm/min為最佳的傳輸速度。

4 某天線的回流焊接試驗

4.1 焊接前準(zhǔn)備

將之前制作好的印刷工裝放置于工作臺上，件1裝入印刷工裝，印刷網(wǎng)板與印刷工裝通過定位銷實現(xiàn)固定，采用刮刀手工印刷，印刷后的件1如圖6。

圖6 印刷后的聚四氟乙烯板

依次將件2、件1裝入焊接工裝，焊接工裝的目的是保證件1與件2的中心孔同心。

4.2 焊接

本次試驗所用回流焊爐型號為YAMAHAYV100Xg，共設(shè)9個溫區(qū)，溫度曲線選用圖5中的曲線，回流爐各溫區(qū)的參數(shù)設(shè)置見表1。

將裝在焊接工裝上的天線放于回流爐中，本批次焊接的天線共8件，焊接后的效果如圖7所示。

圖7 焊接后裝在焊接工裝的件1與件2

表1 回流爐各溫區(qū)溫度設(shè)置

觀察發(fā)現(xiàn)，件1的3個觀察孔和周圍沒有多余的焊錫流出，通過X-ray檢測，焊錫的焊接面積基本都達到75%，比手工焊接的60%的焊錫面積有所提高。

5 結(jié)論

采用回流焊加熱使釬料受熱熔融，熔融的釬料在金屬層表面鋪展?jié)櫇?，界面組織間發(fā)生相互擴散，生成的金屬間化合物將原金屬層慢慢溶蝕，冷卻后即形成相應(yīng)的金相接頭[8]，使聚四氟乙烯板與鋁合金板材間形成可靠的接地互聯(lián)。同時焊接工裝的設(shè)計保證了件1與件2的中心孔同心；印刷網(wǎng)版的設(shè)計使件1上的焊膏厚度均勻，不會相對件2發(fā)生傾斜；印刷工裝的收邊處理使錫焊不會溢出。

工藝方法的改進，焊接可以一次焊接8個工件，大大提高了工作效率，且通過X-ray檢測焊錫的焊接面積也較傳統(tǒng)方法有所提高。

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譚小鵬，工程師，碩士研究生，從事電子裝聯(lián)工藝。

表8 鍍銅18μm測試板兩面盲孔凹陷度對比表

（3）測試結(jié)果表明，僅需鍍銅15 μm厚度時，即可滿足所有常規(guī)介電層厚度、孔徑的盲孔填充要求，大幅降低面銅厚度，從而滿足精細(xì)線路的制作。

高階、任意層HDI板的密集化設(shè)計將會越來越多，超精細(xì)線路、“甚高密度”線路的成為一種趨勢，電鍍填盲孔的薄面銅化技術(shù)應(yīng)用必然顯得尤為迫切。對此技術(shù)的研究仍有很多困難，給業(yè)界技術(shù)工作者帶來了新的挑戰(zhàn)，但電鍍填盲孔薄面銅化確實有研究意義，對滿足精細(xì)線路制作及降低生產(chǎn)成本等方面會有重大的貢獻。在此，筆者愿與業(yè)界更多的技術(shù)工作者展開更多的相關(guān)交流，希望在此方面的研究會有更大的突破。本論文得到廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研項目（項目編號：2012A090200007）的資助。

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第一作者簡介

陳世金，技術(shù)中心研發(fā)部副經(jīng)理，主要從事新技術(shù)研究及新產(chǎn)品的開發(fā)。

The improvement of antenna welding method

TAN Xiao-peng ZHAO Zhi-ping

Certain antenna is consist of PTFE plate and circular Al-alloy substrate through welding. The traditional weld methods of the electric stove is low efficiency. This paper adopts reflow soldering. It needs to design printing equipment and screen equipment, temperature profile, speed of chain. At the same time it needs to design the welding flock to fix the weldments. After welding, the antenna can meet the requirements in drawing design, and production is improved than the traditional methods.

Reflow Soldering; Temperature Curve; Flock

TN41

A

1009-0096（2015）05-0055-04