射頻天線黃銅振子感應(yīng)釬焊氣孔缺陷

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(cè)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(cè)試和X射線檢測(cè)，對(duì)比了SAC305和SBC1705焊膏焊后黃銅振子的PIM值和焊點(diǎn)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(diǎn)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(hào)：TG425.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：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(dòng)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(dòng)、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(hào)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(duì)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(shí)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(diǎn).

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(cè)發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)內(nèi)部存在大量氣孔.氣孔的存在，一方面降低了焊點(diǎn)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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)象，以高銀焊膏SAC305作為對(duì)比，分析3種焊膏在黃銅表面的可焊性，對(duì)比不同焊膏焊后振子的PIM值和焊點(diǎn)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(jià)格相對(duì)低廉的焊料.

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)所用母材為H70黃銅，試驗(yàn)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(yàn)參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Tl1364-2008《釬料潤濕性試驗(yàn)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(duì)焊膏融化峰值溫度進(jìn)行測(cè)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(cè)算.并對(duì)不同焊膏焊后的振子進(jìn)行PIM測(cè)試和X射線檢測(cè)，PIM測(cè)試參照通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T1059 -2004《移動(dòng)通信系統(tǒng)基站天線技術(shù)條件》進(jìn)行，PIM測(cè)試床如圖1所示.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1釬料的潤濕與鋪展

釬料對(duì)母材潤濕是形成優(yōu)良焊點(diǎn)的基本前提，一般來說，如果釬料對(duì)母材的潤濕性能良好，則可焊性通常也比較好.測(cè)量釬料在母材表面的鋪展面積是評(píng)價(jià)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(shí)會(huì)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(yàn)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(huì)提高焊點(diǎn)質(zhì)量，減少內(nèi)部缺陷，獲得穩(wěn)定的PIM值.通過可焊性對(duì)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(cè)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(dòng)或有較強(qiáng)信號(hào)時(shí)，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(shí)問而變化10，因此，當(dāng)兩種金屬采用焊接方式連接時(shí)，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.