陶瓷介质滤波器焊接工艺技术研究.pdf
《陶瓷介质滤波器焊接工艺技术研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《陶瓷介质滤波器焊接工艺技术研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第4 6卷 第2期压 电 与 声 光V o l.4 6 N o.22 0 2 4年4月P I E Z O E L E C T R I C S&A C OU S T OO P T I C SA p r.2 0 2 4 收稿日期:2 0 2 3-1 2-1 1 作者简介:李亚飞(1 9 9 2-),男,河南省商丘市人,工程师,硕士生。作者简介:文章编号:1 0 0 4-2 4 7 4(2 0 2 4)0 2-0 1 4 9-0 5D O I:1 0.1 1 9 7 7/j.i s s n.1 0 0 4-2 4 7 4.2 0 2 4.0 2.0 0 2陶瓷介质滤波器焊接工艺技术研究李亚飞,张钧翀
2、,龚 旭,李医虹,唐盘良,陈彦光,马晋毅(中国电子科集团公司 第二十六研究所,重庆 4 0 0 0 6 0)摘 要:针对陶瓷介质滤波器装配焊接过程中出现介质胚体开裂的问题,通过对裂纹特征观察和材料物理性质分析,在金属屏蔽罩装接、印制板焊盘设计和回流焊工艺等方面进行改进。对焊接后的器件进行温度和力学等可靠性试验,产品测试合格率为1 0 0%,破坏性物理分析(D P A)剖样观察到介质滤波器不存在开裂或微裂纹的失效隐患。结果表明,该焊接工艺能解决陶瓷介质滤波器的焊接裂纹问题,实现了较高的产品可靠性。关键词:介质滤波器;焊接裂纹;热应力;可靠性中图分类号:T N 3 8 4 文献标识码:AR e s
3、 e a r c h o n W e l d i n g T e c h n o l o g y f o r C e r a m i c D i e l e c t r i c F i l t e rL I Y a f e i,Z H A N G J u n c h o n g,G O N G X u,L I Y i h o n g,T A N G P a n l i a n g,C H E N Y a n g u a n g,MA J i n y i(T h e 2 6 t h I n s t i t u t e o f C h i n a E l e c t r o n i c s T e
4、 c h n o l o g y G r o u p C o r p o r a t i o n,C h o n g q i n g 4 0 0 0 6 0,C h i n a)A b s t r a c t:A f t e r o b s e r v i n g t h e c r a c k c h a r a c t e r i s t i c s a n d a n a l y z i n g t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l s i n-v o l v e d,i m p r o v
5、 e m e n t s w e r e i m p l e m e n t e d t o a d d r e s s t h e i s s u e o f d i e l e c t r i c b l a n k c r a c k i n g d u r i n g t h e a s s e m b l y p r o c e s s o f a c e r a m i c d i e l e c t r i c f i l t e r.T h e s e e n h a n c e m e n t s c o m p r i s e d i n s t a l l i n g a
6、 m e t a l s h i e l d i n g c o v e r a n d m o d i f y i n g t h e d e s i g n o f t h e p r i n t e d b o a r d p a d a n d r e f l o w s o l d e r i n g p r o c e s s.R e l i a b i l i t y t e s t s o f t h e w e l d e d d e v i c e,i n c l u d i n g t e m p e r a t u r e a n d m e c h a n i c a
7、 l t e s t s,w e r e c o n d u c t e d,r e s u l t i n g i n a p r o d u c t q u a l i f i c a t i o n r a t e o f 1 0 0%.T h e a n a l y s i s o f D P A s e c t i o n r e v e a l e d n o r i s k o f f a i l u r e d u e t o c r a c k i n g o r m i c r o c r a c k i n g i n t h e d i e l e c t r i c
8、f i l t e r.T h e r e s e a r c h f i n d-i n g s i n d i c a t e t h a t t h i s w e l d i n g p r o c e s s e f f e c t i v e l y r e s o l v e s t h e i s s u e o f w e l d i n g c r a c k s w i t h c e r a m i c d i e l e c t r i c f i l t e r s,t h e r e b y a c h i e v i n g h i g h p r o d u
9、c t r e l i a b i l i t y.K e y w o r d s:c e r a m i c d i e l e c t r i c f i l t e r;w e l d i n g c r a c k;t h e r m a l s t r e s s;r e f l o w s o l d e r i n g;r e l i a b i l i t y0 引言随着5 G时代的到来,通信设备使用量剧增,微波滤波器1-2使用领域越来越广。陶瓷介质滤波器是一种利用陶瓷材料压电效应制作的滤波器,通过在陶瓷介质胚体表面涂覆银层实现金属化以形成介质谐振器,多个介质谐振器依次连接形成
10、介质滤波器3-4。陶瓷介质滤波器具有体积小,抑制高,插入损耗小,承受功率高及温度漂移特性好的特点,广泛应用于卫星通信、电子对抗、雷达系统及计算机等领域5。目前对于陶瓷介质滤波器的研究主要集中在设计原理和指标实现上6-7,对制作工艺和应用可靠性的研究较少。而陶瓷材料本身具有较大的脆性,在后续安装使用过程中易受外界温度和机械应力的影响,导致银层脱落或胚体开裂等故障发生8-9,给产品的推广使用带来不利影响。本文选取的介质滤波器由陶瓷介质本体、印制板和金属屏蔽罩构成,通过对材料物理参数、印制板焊盘设计和回流焊接曲线等方面进行分析和优化,对装配焊接后的器件进行温度和力学试验,破坏性物理分析(D P A)
11、切片介质滤波器的陶瓷体完好无裂纹,为陶瓷介质滤波器的安装使用提供了解决方案。1 产品介绍图1为本文研究的陶瓷介质滤波器结构示意图。其由印制电路板、金属屏蔽罩和陶瓷介质本体压 电 与 声 光2 0 2 4年焊接结构组成,由钙镁钛系微波介质陶瓷粉料经压力成型和高温烧结制成,内含多个贯通式的级联谐振腔,其表面涂覆银层进行金属化。屏蔽罩为镀镍可伐合金 冲 压 弯 折 而 成。印 制 板 基 材 为 罗 杰 斯R O 4 3 5 0 B。陶瓷介质本体通过回流焊接方式实现与印制板和屏蔽罩的装配。图1 陶瓷介质滤波器结构示意图2 工艺设计本文中,陶瓷介质本体在烧结成型和金属化工序后检验测试合格,但在印制板和
12、金属屏蔽罩装配过程中陶瓷本体有开裂现象,对装配完成的滤波器进行温度和力学实验,有新裂纹萌发或原有裂纹进一步扩展。典型的焊接或试验裂纹形貌如图2所示,其中,裂纹1萌发于屏蔽罩与介质本体交接处,裂纹2出现在输入、输出电极端处。图2 典型的裂纹扩展形貌通过对裂纹萌发走向进行观察,通过印制板的焊盘设计和印刷焊锡膏的锡量与位置分布减缓了陶瓷介质本体、印制板基材和屏蔽罩间的膨胀系数不匹配对介质胚体的应力,通过回流曲线的优化调整保证了焊接过程中介质胚体各处受热的均匀性,解决了屏蔽罩和端电极处的焊接裂纹问题。2.1 金属屏蔽罩装接金属屏蔽罩可降低电子设备受外部辐射干扰,同时还可降低模块电路间的相互串扰1 0。
13、对屏蔽罩处有裂纹萌发的介质滤波器进行观察发现,存在裂纹的介质滤波器屏蔽罩与介质本体侧面均有焊锡溢出填充,使屏蔽罩左右侧端与介质本体形成非必需的焊接关系,介质本体侧端揭开屏蔽罩外溢焊锡形貌如图3所示。图3 介质本体侧边形貌对产品结构进行分析,焊锡的存在会使金属屏蔽罩与介质胚体从原来的顶面接触变成U型包裹接触,在介质本体与屏蔽罩端头形成斜向外侧的拉应力,在焊接冷却和温度试验过程中拉裂陶瓷介质本体。故需控制焊接过程中焊锡膏状态,避免焊锡侧边溢出介质本体。焊接介质滤波器屏蔽罩时,施加焊锡膏的方式由点胶机点涂改为钢网印刷,通过钢网厚度和开孔设计有效控制焊锡膏施加量和分布位置。本文选择的钢网厚度为0.1
14、3 mm,开孔矩形阵列面积占比7 0%,如图4所示。通过合理的钢网设计,并适当控制屏蔽罩贴装压力,能有效地解决屏蔽罩焊接过程中焊锡侧边溢出问题,避免后续焊接和试验过程中陶瓷介质本体裂纹1的产生。图4 焊锡膏施加形貌2.2 印制板焊盘设计陶瓷介质本体和屏蔽罩通过焊接方式与印制板形成电气连接,所以材料间的热匹配性能在工艺设计中较重要1 1。查阅相关材料手册,陶瓷介质本体、焊锡和印制板基材罗杰斯R O 4 3 5 0 B的热膨胀系数如表1所示。051第2期李亚飞等:陶瓷介质滤波器焊接工艺技术研究表1 材料热膨胀系数材料名称热膨胀系数/(1 0-6-1)陶瓷介质8.6焊锡材料2 3印制板基材x方向1
15、0y方向1 2z方向3 2 与F R 4、R T 5 5 8 0等常用印制板基材相比,罗杰斯R O 4 3 5 0 B与陶瓷介质胚体二者的热膨胀系数更接近,但与陶瓷材料在z向的热膨胀系数可能有一定的热失配。观察电极端处的裂纹2形貌发现,裂纹2大多萌生于电极端焊锡与接介质本体交接处,呈斜下方扩展走向,如图5所示。由图可看出,在焊接和温度试验过程中,因陶瓷介质材料和印制板基材的热膨胀系数差异较大,致使介质本体受z向的拉伸切向应力超过陶瓷材料的承受强度,导致介质本体发生开裂。图5 电极端裂纹形貌通过上述理论分析,结合介质本体电极端处的焊接情况可以发现,开裂的介质滤波器端电极焊盘相对于端电极均有外延,
16、焊锡在外延焊盘上堆积浸润,与介质滤波器的端电极侧面形成焊接关系,而裂纹2多萌生于焊锡与端电极的攀爬交界面。因此,将现有基板端电极适量内缩能减缓印制板基材与陶瓷介质本体在z向的热适配现象,避免z向热应力拉裂介质本体。同时,对介质本体的大面积接地焊盘进行适当分割设计,避免与印制板焊盘面积悬殊过大,对于减小介质滤波器输入、输出端电极的z向有利。因此,对印制板焊盘进行优化设计,将输入、输出端电极焊盘适量内缩,分隔大面积接电焊盘阻焊,能减小焊接和温度试验过程中介质本体所承受的z向应力,如图6所示。图6 优化前后焊盘对比焊料的热膨胀系数介于陶瓷介质本体和罗杰斯R O 4 3 5 0 B印制板基材的热膨胀系
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 陶瓷 介质 滤波器 焊接 工艺技术 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。