射頻天線黃銅振子感應釬焊氣孔缺陷

孫鳳蓮++馮立臣++殷祚炷++孟奇

摘 要：借助高頻感應加熱設備，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（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

關鍵詞：射頻天線；黃銅振子；感應釬焊；缺陷

DOI： 10.15938/j.jhust.2015.02.018

中圖分類號：TG425.1

文獻標志碼：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（passive intermodulation，PIM）越來越受到人們的關注.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，具有導向和放大電磁波的作用，使天線接收到的電磁信號更強，一般采用導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加熱方式進行局部釬焊，具有加熱效率高，焊接變形小等特點.

目前采用導電、導熱性好的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)焊點內部存在大量氣孔.氣孔的存在，一方面降低了焊點的質量，導致射頻天線的PIM值不穩(wěn)定.另一方面降低了熱傳導的效率，導致器件的提前老化.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用于低溫焊接領域.其中Sn-58Bi共晶釬料的熔點僅為139℃，被認為是傳統(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電、導熱性，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量，減少氣孔缺陷，進一步降低生產(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準GB/Tl1364-2008《釬料潤濕性試驗方法》進行.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釬焊，并采用熱電偶對焊膏融化峰值溫度進行測量，焊接參數(shù)如表2所示，，鋪展面積用數(shù)碼相機照片配合AutoCAD軟件進行測算.并對不同焊膏焊后的振子進行PIM測試和X射線檢測，PIM測試參照通信行業(yè)標準YD/T1059 -2004《移動通信系統(tǒng)基站天線技術條件》進行，PIM測試床如圖1所示.

2 試驗結果與分析

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，但感應釬焊時會發(fā)生崩陷，因此選用3種高黏度焊膏進行分析.

SAC305、Sn-5881和SBC17053種高黏度焊膏的鋪展性能試驗結果見圖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電性可以降低PIM值，而良好的可焊性會提高焊點質量，減少內部缺陷，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釬焊工藝.

2.2焊后PIM測試結果及分析

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信號時，很容易形成微觀的擊穿，這些不穩(wěn)定的擊穿，使導致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.