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射頻天線黃銅振子感應(yīng)釬焊氣孔缺陷

2015-07-22 22:12孫鳳蓮馮立臣殷祚炷孟奇
關(guān)鍵詞:缺陷

孫鳳蓮++馮立臣++殷祚炷++孟奇

摘 要:借助高頻感應(yīng)加熱設(shè)備,采用測量釬料在母材表面的鋪展面積的方法,分析了Sn -3.OAg-0.5Cu(SAC305)、Sn-58Bi和Sn-17.OBi-0.5Cu(SBC1705)三種高粘度(180Pas)焊膏在黃銅表面的可焊性.并通過無源互調(diào)(Passive Intermodulation,PIM)測試和X射線檢測,對比了SAC305和SBC1705焊膏焊后黃銅振子的PIM值和焊點氣孔率.結(jié)果表明:高粘度SBC1705焊膏在黃銅表面的可焊性最好,其次是Sn-58Bi焊膏,最后是SAC305焊膏;SBC1705焊點氣孔率

關(guān)鍵詞:射頻天線;黃銅振子;感應(yīng)釬焊;缺陷

DOI: 10.15938/j.jhust.2015.02.018

中圖分類號:TG425.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1007-2683(2015)02-0097-04

0 引 言

隨著大功率多通道通信系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn),一種潛在的干擾源一無源互調(diào)(passive intermodulation,PIM)越來越受到人們的關(guān)注.移動通信天線中的PIM干擾來源于天線系統(tǒng)中無源器件的非線性,其中接觸非線性表示任何具有非線性電流電壓關(guān)系的非線性的金屬接觸,松動、被氧化和有焊接缺陷的金屬接頭就是典型的例子。天線振子是天線上的元器件,具有導(dǎo)向和放大電磁波的作用,使天線接收到的電磁信號更強(qiáng),一般采用導(dǎo)電性較好的金屬制造,傳統(tǒng)的釬焊方式是用手工電烙鐵加熱,對于稍大的工件還需采用輔助加熱,其主要存在問題:工件整體受熱,加熱時間較長,工件變形大等.相比之下本文采用高頻感應(yīng)加熱方式進(jìn)行局部釬焊,具有加熱效率高,焊接變形小等特點.

目前采用導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好的Sn-3.OAg~0.5Cu(SAC305)焊膏焊接黃銅振子,焊后經(jīng)X射線檢測發(fā)現(xiàn)焊點內(nèi)部存在大量氣孔.氣孔的存在,一方面降低了焊點的質(zhì)量,導(dǎo)致射頻天線的PIM值不穩(wěn)定.另一方面降低了熱傳導(dǎo)的效率,導(dǎo)致器件的提前老化.同時,SAC305釬料屬于高銀型(≥1%)釬料,大大增加了生產(chǎn)成本.

Sn-Bi系無鉛釬料因其熔點較低、潤濕性良好、成本比較低廉而被廣泛應(yīng)用于低溫焊接領(lǐng)域.其中Sn-58Bi共晶釬料的熔點僅為139℃,被認(rèn)為是傳統(tǒng)SiiPb焊料的理想替代品之一.北京有色金屬研究總院研究發(fā)現(xiàn)在Sn-Bi亞共晶合金基礎(chǔ)上添加Cu元素,減少了電阻率高的Bi元素含量,大幅提高了焊料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,這可以有效緩解焊點在使用過程中發(fā)熱疲勞失效問題.因此,為了提高天線振子的焊接質(zhì)量,減少氣孔缺陷,進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,本研究以低溫焊膏Sn-58Bi、Sn-17.OBi-0.5Cu(SBC1705)為研究對象,以高銀焊膏SAC305作為對比,分析3種焊膏在黃銅表面的可焊性,對比不同焊膏焊后振子的PIM值和焊點氣孔率,以優(yōu)選出一種適合黃銅振子感應(yīng)釬焊工藝且價格相對低廉的焊料.

1 試驗材料與方法

試驗所用母材為H70黃銅,試驗選用的3種高黏度焊膏分別為SAC305、Sn-58Bi和SBC1705,焊膏參數(shù)如表1所示,

鋪展性試驗參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Tl1364-2008《釬料潤濕性試驗方法》進(jìn)行.取適量的等體積焊膏放在黃銅試樣(尺寸為20mm×20mm×0.5mm)上,焊接方法為高頻感應(yīng)釬焊,并采用熱電偶對焊膏融化峰值溫度進(jìn)行測量,焊接參數(shù)如表2所示,,鋪展面積用數(shù)碼相機(jī)照片配合AutoCAD軟件進(jìn)行測算.并對不同焊膏焊后的振子進(jìn)行PIM測試和X射線檢測,PIM測試參照通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T1059 -2004《移動通信系統(tǒng)基站天線技術(shù)條件》進(jìn)行,PIM測試床如圖1所示.

2 試驗結(jié)果與分析

2.1釬料的潤濕與鋪展

釬料對母材潤濕是形成優(yōu)良焊點的基本前提,一般來說,如果釬料對母材的潤濕性能良好,則可焊性通常也比較好.測量釬料在母材表面的鋪展面積是評價可焊性的方法之一.低黏度(120Pa.s)SAC305焊膏在黃銅表面潤濕性很好,但感應(yīng)釬焊時會發(fā)生崩陷,因此選用3種高黏度焊膏進(jìn)行分析.

SAC305、Sn-5881和SBC17053種高黏度焊膏的鋪展性能試驗結(jié)果見圖2.從圖中可以看出,SBC1705焊膏和Sn-58Bi焊膏在黃銅表面的鋪展性均優(yōu)于SAC305焊膏.這是由于Bi是表面活性元素,在熔融狀態(tài)下作為表面活性劑向熔體表面富集,明顯降低合金的表面張力和表面自由能,減小了熔融合金的接觸角,有利于提高合金潤濕性,使焊料具有良好可焊性,因此,Sn-58Bi和SBC1705焊膏在黃銅表面均具有良好的可焊性.

在射頻天線中良好的導(dǎo)電性可以降低PIM值,而良好的可焊性會提高焊點質(zhì)量,減少內(nèi)部缺陷,獲得穩(wěn)定的PIM值.通過可焊性對比研究可知,高黏度SAC305焊膏在黃銅表面的可焊性較差,但其導(dǎo)電性很好,而高黏度Sn-58Bi焊膏在黃銅表面的可焊性較好,但其導(dǎo)電性較差,3種釬料的物理性能參數(shù)如表3所示,因此,SBC1705焊膏比Sn-58Bi焊膏更適合射頻天線黃銅振子的感應(yīng)釬焊工藝.

2.2焊后PIM測試結(jié)果及分析

PIM是由無源器件的非線性引起的,其中接觸一非線性是無源非線性的主要模式之一.如果金屬與金屬之間存在問隙,那么在微小間隙處,由于電流的波動或有較強(qiáng)信號時,很容易形成微觀的擊穿,這些不穩(wěn)定的擊穿,使導(dǎo)致PIM產(chǎn)生的形式具有偶然性,且幅度隨時問而變化10,因此,當(dāng)兩種金屬采用焊接方式連接時,如果焊接有缺陷,如虛焊、裂紋、氣孔等,郁將使PIM值存在不穩(wěn)定性.

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