超厚鋁基板焊接工藝研究

摘 "要： 超厚鋁基板是一種特殊印制板，其具有良好的穩定性和導熱性，逐漸被應用于軍用設備和高科技民品領域。而其良好的導熱性給焊接帶來了困難，手工焊接在國軍標規定的烙鐵溫度280～320 ℃限制下，已無法完成焊接。這采用一種新型的加熱方式，補償鋁基板在焊接過程中的熱損失，通過工藝試驗尋找最佳的工藝參數，解決鋁基板難以焊接的問題。

關鍵字： 鋁基板; 預熱板; 手工焊接; 熱補償

中圖分類號： TN710?34 " " " " " " " " " 文獻標識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 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

隨著電子技術的發展，電子產品的多功能、高可靠性已成為必然趨勢。鋁基板就是以其優異的導熱性、機械加工性和尺寸穩定性以及電氣性能滿足一些大功率、高可靠的設備需要。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展的一個新亮點，逐漸被應用于軍用設備。我單位從事電子產品生產，超厚鋁基板的電裝已經很普遍，而國軍標《航天電子電氣產品焊接通用技術要求》QJ3011?98規定“手工焊接溫度一般應設定在260～300 ℃”;《航天電子電氣產品手工焊接工藝技術要求》QJ3117?99規定“烙鐵頭部溫度為280 ℃，任何情況下不得超過320 ℃”，在滿足國軍標焊接溫度260～320 ℃的前提下，采用普通的手工焊已經無法完成元器件的焊接。對此，需要分析原因，采取措施、實驗來解決生產中這一難題。

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，熱量的散發較為困難。常規的FR?4、CEM?3等印制板基材，皆為熱的不良導體，熱量不易散發，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，導致烙鐵在焊接過程中局部熱損失快，其實際的焊接溫度已遠遠低于烙鐵的設置溫度，焊錫熔化后無法充分流動進行焊接，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。

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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，則需增加外界環境溫度，補償焊接時損失的熱量，而采取烘箱和預熱板對鋁基板進行加熱均可以增加鋁基板的溫度：

方案一（采用烘箱）：經過烘箱加熱后的鋁基板溫度升高，但沒有持續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（采用預熱板）：采用加熱源不斷的進行加熱，溫度恒定，不用擔心鋁基板溫度下降，且預熱板預熱時間短，啟動速度快，操作更加方便。

經過比較預熱板由于能夠持續加熱等一系列優勢，更加適用于生產現場。

2 "工藝試驗

2.1 "試驗裝置

（1） 6 mm厚鋁基板，表貼電容，線圈，電阻，濾波器;

（2） Weller WHP3000預熱板;

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

（4） TES?1300數字測溫儀、高溫膠帶。

2.2 "溫度測量

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

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圖2 測量裝置

預熱板設定溫度從80 ℃開始，將6個點全部測試完畢，間隔20 ℃遞增，如表1所示，當設定溫度到達160 ℃時，鋁基板表面溫度已經達到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可行性的情況下，預熱板的最高溫度只允許設置到140 ℃。

2.3 焊接試驗

由于預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，需要將溫控烙鐵調至國軍標規定的溫度上限320 ℃，這樣就能降低預熱板所補償的熱量。首先將鋁基板表面用酒精棉球進行擦洗，增加其可焊性。啟動預熱板，設置溫度從80 ℃開始，由于鋁基板較厚，加熱15 min后到達穩定的溫度，同樣間隔20 ℃遞增開始焊接不同的器件和不同的區域，焊接過程如表2所示。

表1 預熱板設定溫度與印制板表面實際溫度

表2 焊接過程

鋁基板上普通的焊點預熱板設置在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，需要繼續補償溫度，從表2試驗過程得到，預熱板需要將溫度調高至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是在符合國軍標焊接溫度的前提下試驗焊接的鋁基板。

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圖3 鋁基板器件焊接

3 nbsp;結 "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或者大面積接地點的區域，烙鐵的焊接溫度往往需要設置在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。而預熱板采用整體加熱，補償40～50 ℃即可，通過表1和試驗得知，采用預熱板完成鋁基板焊接，預熱板的設置溫度在100～120 ℃即可。

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