超厚铝基板焊接工艺研究

打开文本图片集

摘  要： 超厚铝基板是一种特殊印制板，其具有良好的稳定性和导热性，逐渐被应用于军用设备和高科技民品领域。而其良好的导热性给焊接带来了困难，手工焊接在国军标规定的烙铁温度280～320 ℃限制下，已无法完成焊接。这采用一种新型的加热方式，补偿铝基板在焊接过程中的热损失，通过工艺试验寻找最佳的工艺参数，解决铝基板难以焊接的问题。

关键字： 铝基板; 预热板; 手工焊接; 热补偿

中图分类号： TN710⁃34                   文献标识码： A                            文章编号： 1004⁃373X（2015）06⁃0039⁃02

Research on welding technology for super thick aluminum substrate

TAN Xiao⁃peng

（Xi’an Institute of Navigation Technology， CETC， Xi’an 710068， China）

Abstract： The super thick aluminum substrate is a kind of special printed⁃circuit board， which has good performance in size stability and heat conduction， and has been gradually used in the fields of military equipment and high⁃tech civil product， but its good heat conduction brought about difficulty of welding. It means that the manual welding under the limitation of electric iron temperature （280～320℃） prescribed by the military standard， is unable to complete the welding. A new type of heating mode is adopted in the welding process to compensate heat loss of aluminum substrate， find the best process parameters by means of technological test， and solve the welding problem.

Keywords： aluminum substrate; preheat equipment; manual soldering; thermal compensation

随着电子技术的发展，电子产品的多功能、高可靠性已成为必然趋势。铝基板就是以其优异的导热性、机械加工性和尺寸稳定性以及电气性能满足一些大功率、高可靠的设备需要。特别是厚度大于4 mm的超厚铝基印制板，近年来成为金属印制板发展的一个新亮点，逐渐被应用于军用设备。我单位从事电子产品生产，超厚铝基板的电装已经很普遍，而国军标《航天电子电气产品焊接通用技术要求》QJ3011⁃98规定“手工焊接温度一般应设定在260～300 ℃”;《航天电子电气产品手工焊接工艺技术要求》QJ3117⁃99规定“烙铁头部温度为280 ℃，任何情况下不得超过320 ℃”，在满足国军标焊接温度260～320 ℃的前提下，采用普通的手工焊已经无法完成元器件的焊接。对此，需要分析原因，采取措施、实验来解决生产中这一难题。

1  原因分析和解决措施

1.1  原因分析

双面板、多层板的密度高、功率大，热量的散发较为困难。常规的FR⁃4、CEM⁃3等印制板基材，皆为热的不良导体，热量不易散发，而金属铝基板解决了普通板材不易散热的问题。正是由于金属铝基板散热快的这一特性，导致烙铁在焊接过程中局部热损失快，其实际的焊接温度已远远低于烙铁的设置温度，焊锡熔化后无法充分流动进行焊接，形成冷焊，而带有大面积接地的铝基板焊盘更加难易焊接，如图1所示。

<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼16t1.tif>

图1 铝基板

1.2  解决措施

由于在焊接过程中的热损失，操作人员不得不调高烙铁焊接温度至400 ℃左右，而长时间的高温加热势必对铝基板和元器件造成损害，要解决铝基板在焊接时的热损失，则需增加外界环境温度，补偿焊接时损失的热量，而采取烘箱和预热板对铝基板进行加热均可以增加铝基板的温度：

方案一（采用烘箱）：经过烘箱加热后的铝基板温度升高，但没有持续加热源后铝基板由于良好的散热性很快就会回到常温，所以此方案只适用于很小批量且分布了较少的元器件的铝基板。

方案二（采用预热板）：采用加热源不断的进行加热，温度恒定，不用担心铝基板温度下降，且预热板预热时间短，启动速度快，操作更加方便。

经过比较预热板由于能够持续加热等一系列优势，更加适用于生产现场。

2  工艺试验

2.1  试验装置

（1） 6 mm厚铝基板，表贴电容，线圈，电阻，滤波器;

（2） Weller WHP3000预热板;

（3） Weller  wx2温控烙铁 + Weller  wx2 120烙铁头、焊锡丝、酒精棉球;

（4） TES⁃1300数字测温仪、高温胶带。

2.2  温度测量

首先需要测量预热板的设置温度和待加热铝基板表面的实际温度。铝基板上从上到下，左右对称选取6点，用高温胶带进行测温仪探点的固定，如图2所示。

<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼16t2.tif>

图2 测量装置

预热板设定温度从80 ℃开始，将6个点全部测试完毕，间隔20 ℃递增，如表1所示，当设定温度到达160 ℃时，铝基板表面温度已经达到63.5 ℃左右，操作人员已无法长时间在此情况下焊接，在保证操作人员安全和后期生产可行性的情况下，预热板的最高温度只允许设置到140 ℃。

2.3 焊接试验

由于预热板的加热会使铝基板表面温度升高，为保证焊接时操作人员的安全，需要将温控烙铁调至国军标规定的温度上限320 ℃，这样就能降低预热板所补偿的热量。首先将铝基板表面用酒精棉球进行擦洗，增加其可焊性。启动预热板，设置温度从80 ℃开始，由于铝基板较厚，加热15 min后到达稳定的温度，同样间隔20 ℃递增开始焊接不同的器件和不同的区域，焊接过程如表2所示。

表1 预热板设定温度与印制板表面实际温度

表2 焊接过程

铝基板上普通的焊点预热板设置在100 ℃即可完成焊接，而带有大面积接地的焊盘焊接过程中热量损失更快，需要继续补偿温度，从表2试验过程得到，预热板需要将温度调高至120～140 ℃才可以完成器件的焊接，而120 ℃时的铝基板表面温度为46.5 ℃，对操作人员来说是更加安全的温度。图3是在符合国军标焊接温度的前提下试验焊接的铝基板。

<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼16t3.tif>

图3 铝基板器件焊接

3  结  语

铝基板由于具有良好的散热性至使焊接需要更高的温度，对于铝基板上普通的焊盘不使用预热板的情况下要完成焊接，温度一般在360～370 ℃，而铝基板上有接地点或者大面积接地点的区域，烙铁的焊接温度往往需要设置在400 ℃左右才能完成焊接，高温度的焊接是烙铁头给印制板局部加热，使烙铁损失后的温度能保证焊锡流动来保证焊接。而预热板采用整体加热，补偿40～50 ℃即可，通过表1和试验得知，采用预热板完成铝基板焊接，预热板的设置温度在100～120 ℃即可。

参考文献

[1] 杨维生.铝基印制电路板制造工艺研究[J].印制电路信息，2004（6）：39⁃42.

[2] 魏锋.双面铝基板的层压工艺[J].印制电路信息，2004（6）：43⁃44.

[3] 中国航天工业总公司.QJ3117⁃1999 航天电子电气产品手工焊接工艺要求[S].北京：中国航天工业总公司，1999.

[4] 国防科学工业技术委员会.QJ3011⁃1998航天电子电气产品焊接通用技术要求[S].北京：中国航天标准化研究所，1998.

[5] 张世欣，高进，石晓郁.印制电路板的热设计和热分析[J].现代电子技术，2007，30（18）：189⁃192.

[6] 李增珍.印刷电路板散热过孔导热率计算方法及优化[J].现代电子技术，2014，37（12）：143⁃147.