超厚鋁基板焊接工藝研究

譚小鵬

（中國電子科技集團(tuán) 第二十研究所，陜西 西安 710068）

超厚鋁基板焊接工藝研究

譚小鵬

（中國電子科技集團(tuán) 第二十研究所，陜西 西安 710068）

超厚鋁基板是一種特殊印制板，其具有良好的穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性，逐漸被應(yīng)用于軍用設(shè)備和高科技民品領(lǐng)域。而其良好的導(dǎo)熱性給焊接帶來了困難，手工焊接在國軍標(biāo)規(guī)定的烙鐵溫度280～320℃限制下，已無法完成焊接。這采用一種新型的加熱方式，補(bǔ)償鋁基板在焊接過程中的熱損失，通過工藝試驗(yàn)尋找最佳的工藝參數(shù)，解決鋁基板難以焊接的問題。

鋁基板；預(yù)熱板；手工焊接；熱補(bǔ)償

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的多功能、高可靠性已成為必然趨勢。鋁基板就是以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性、機(jī)械加工性和尺寸穩(wěn)定性以及電氣性能滿足一些大功率、高可靠的設(shè)備需要。特別是厚度大于4 mm的超厚鋁基印制板，近年來成為金屬印制板發(fā)展的一個新亮點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用于軍用設(shè)備。我單位從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)，超厚鋁基板的電裝已經(jīng)很普遍，而國軍標(biāo)《航天電子電氣產(chǎn)品焊接通用技術(shù)要求》QJ3011?98規(guī)定“手工焊接溫度一般應(yīng)設(shè)定在260～300℃”；《航天電子電氣產(chǎn)品手工焊接工藝技術(shù)要求》QJ3117?99規(guī)定“烙鐵頭部溫度為280℃，任何情況下不得超過320℃”，在滿足國軍標(biāo)焊接溫度260～320℃的前提下，采用普通的手工焊已經(jīng)無法完成元器件的焊接。對此，需要分析原因，采取措施、實(shí)驗(yàn)來解決生產(chǎn)中這一難題。

1 原因分析和解決措施

1.1 原因分析

雙面板、多層板的密度高、功率大，熱量的散發(fā)較為困難。常規(guī)的FR?4、CEM?3等印制板基材，皆為熱的不良導(dǎo)體，熱量不易散發(fā)，而金屬鋁基板解決了普通板材不易散熱的問題。正是由于金屬鋁基板散熱快的這一特性，導(dǎo)致烙鐵在焊接過程中局部熱損失快，其實(shí)際的焊接溫度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于烙鐵的設(shè)置溫度，焊錫熔化后無法充分流動進(jìn)行焊接，形成冷焊，而帶有大面積接地的鋁基板焊盤更加難易焊接，如圖1所示。

圖1 鋁基板

1.2 解決措施

由于在焊接過程中的熱損失，操作人員不得不調(diào)高烙鐵焊接溫度至400℃左右，而長時間的高溫加熱勢必對鋁基板和元器件造成損害，要解決鋁基板在焊接時的熱損失，則需增加外界環(huán)境溫度，補(bǔ)償焊接時損失的熱量，而采取烘箱和預(yù)熱板對鋁基板進(jìn)行加熱均可以增加鋁基板的溫度：

方案一（采用烘箱）：經(jīng)過烘箱加熱后的鋁基板溫度升高，但沒有持續(xù)加熱源后鋁基板由于良好的散熱性很快就會回到常溫，所以此方案只適用于很小批量且分布了較少的元器件的鋁基板。

方案二（采用預(yù)熱板）：采用加熱源不斷的進(jìn)行加熱，溫度恒定，不用擔(dān)心鋁基板溫度下降，且預(yù)熱板預(yù)熱時間短，啟動速度快，操作更加方便。

經(jīng)過比較預(yù)熱板由于能夠持續(xù)加熱等一系列優(yōu)勢，更加適用于生產(chǎn)現(xiàn)場。

2 工藝試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)裝置

（1）6 mm厚鋁基板，表貼電容，線圈，電阻，濾波器；

（2）WellerWHP3000預(yù)熱板；

（3）Weller wx2溫控烙鐵 +Weller wx2 120烙鐵頭、焊錫絲、酒精棉球；

（4）TES?1300數(shù)字測溫儀、高溫膠帶。

2.2 溫度測量

首先需要測量預(yù)熱板的設(shè)置溫度和待加熱鋁基板表面的實(shí)際溫度。鋁基板上從上到下，左右對稱選取6點(diǎn)，用高溫膠帶進(jìn)行測溫儀探點(diǎn)的固定，如圖2所示。

圖2 測量裝置

預(yù)熱板設(shè)定溫度從80℃開始，將6個點(diǎn)全部測試完畢，間隔20℃遞增，如表1所示，當(dāng)設(shè)定溫度到達(dá)160℃時，鋁基板表面溫度已經(jīng)達(dá)到63.5℃左右，操作人員已無法長時間在此情況下焊接，在保證操作人員安全和后期生產(chǎn)可行性的情況下，預(yù)熱板的最高溫度只允許設(shè)置到140℃。

2.3 焊接試驗(yàn)

由于預(yù)熱板的加熱會使鋁基板表面溫度升高，為保證焊接時操作人員的安全，需要將溫控烙鐵調(diào)至國軍標(biāo)規(guī)定的溫度上限320℃，這樣就能降低預(yù)熱板所補(bǔ)償?shù)臒崃?。首先將鋁基板表面用酒精棉球進(jìn)行擦洗，增加其可焊性。啟動預(yù)熱板，設(shè)置溫度從80℃開始，由于鋁基板較厚，加熱15 min后到達(dá)穩(wěn)定的溫度，同樣間隔20℃遞增開始焊接不同的器件和不同的區(qū)域，焊接過程如表2所示。

表1 預(yù)熱板設(shè)定溫度與印制板表面實(shí)際溫度

表2 焊接過程

鋁基板上普通的焊點(diǎn)預(yù)熱板設(shè)置在100℃即可完成焊接，而帶有大面積接地的焊盤焊接過程中熱量損失更快，需要繼續(xù)補(bǔ)償溫度，從表2試驗(yàn)過程得到，預(yù)熱板需要將溫度調(diào)高至120～140℃才可以完成器件的焊接，而120℃時的鋁基板表面溫度為46.5℃，對操作人員來說是更加安全的溫度。圖3是在符合國軍標(biāo)焊接溫度的前提下試驗(yàn)焊接的鋁基板。

圖3 鋁基板器件焊接

3 結(jié) 語

鋁基板由于具有良好的散熱性至使焊接需要更高的溫度，對于鋁基板上普通的焊盤不使用預(yù)熱板的情況下要完成焊接，溫度一般在360～370℃，而鋁基板上有接地點(diǎn)或者大面積接地點(diǎn)的區(qū)域，烙鐵的焊接溫度往往需要設(shè)置在400℃左右才能完成焊接，高溫度的焊接是烙鐵頭給印制板局部加熱，使烙鐵損失后的溫度能保證焊錫流動來保證焊接。而預(yù)熱板采用整體加熱，補(bǔ)償40～50℃即可，通過表1和試驗(yàn)得知，采用預(yù)熱板完成鋁基板焊接，預(yù)熱板的設(shè)置溫度在100～120℃即可。

[3]中國航天工業(yè)總公司.QJ3117?1999航天電子電氣產(chǎn)品手工焊接工藝要求[S].北京：中國航天工業(yè)總公司，1999.

[4]國防科學(xué)工業(yè)技術(shù)委員會.QJ3011?1998航天電子電氣產(chǎn)品焊接通用技術(shù)要求[S].北京：中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所，1998.

[5]張世欣，高進(jìn)，石曉郁.印制電路板的熱設(shè)計和熱分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（18）：189?192.

[6]李增珍.印刷電路板散熱過孔導(dǎo)熱率計算方法及優(yōu)化[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（12）：143?147.

[1]楊維生.鋁基印制電路板制造工藝研究[J].印制電路信息，2004（6）：39?42.

[2]魏鋒.雙面鋁基板的層壓工藝[J].印制電路信息，2004（6）：43?44.

Research on welding technology for super thick alum inum substrate

TAN Xiao?peng
（Xi’an Institute of Navigation Technology，CETC，Xi’an 710068，China）

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 ofmilitary equipment and high?tech civil product，but its good heat conduction brought about difficulty of welding.Itmeans 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.

aluminum substrate；preheat equipment；manual soldering；thermal compensation

TN710?34

A

1004?373X（2015）06?0039?02

2014?09?07

譚小鵬（1979—），工程師，碩士研究生。從事電子裝聯(lián)工藝工作。