Технология микросварки к выводам СВЧ транзисторов ?

[ii_alex]

Попробую написать сюда.
Имеется некое устройство в выходном каскаде которого используется LDMOS транзистор в корпусе (SOT502B) на прилагаемом фото

Выводы транзистора ( толщина 100мк, ширина 1,5 см длинна 2 мм) разварены на плату с помощью золотой фольги ( толщиной 15-20 микрон и шириной 1,5мм ) .
Данный транзистор (в коротком ) необходимо поменять, с сохранением технологии.
Транзистор приобретен, фольга найдена.
Но отработать технологию никак не получается.

Одолжили тут на время ручной микросварочный апарат " Магистр 500СП " но никак не можем его освоить. Либо совсем непроваривает либо пережигает.

Очень хотелось узнать, может кто использует такую технологию. Дайте пожалуйста консультацию, какое оборудование применяется, какие профили сварки используются. Уже пару месяцев изучаю материал, но информации очень мало.

В идеале может быть кто-то профилем сварки поделится. Для любого другого сварочника. Мне бы просто понять на каких режимах работать. Производитель магистра сказать по профилям ничего не могут.
Например для сварки, золотой фольги 20 мк шириной 1,5 мм к подложке 100мк ( позолоченый вывод ) используем импульс подогрева напряжением 3 в током, 20 А, длительностью 100 мс. Непосредственно сварочный импульс напряжение 5в ток 40 А длительностью 50 мс . Как-то так

Хотя-бы какое то описание профиля сварки таких вещей. Может есть кто на форуме из разработчиков или монтажников мощной СВЧ техники. Дайте пожалуйста консультацию очень нужно.

[MIF]

Речь о точечной или плазменной сварке? Последняя осуществляется в струе аргона.
Хорошо бы нарисовать или пририсовать к реальному фото - каким образом необходима сварка.

[ii_alex]

Речь идет о точечной микросварке сдвоенным электродом. По типу, как варят никелиевые ленты на акб. Только там толщины больще ну и токи соответствнно (все боле грубо ).

Художник из меня не очень. Но как-то так

Добавлено after 17 minutes 20 seconds:
Предположительно по заводской технологии используется инструмент такого типа. Во всяком случае мы пробуем использовать такой. Расстояние между электродами 0,5 мм.

Добавлено after 22 minutes 42 seconds:
Так же хотел уточнить. Если повторить технологию не получится, как лучше осуществить монтаж ? На еще одном приложенном фото, попытался нарисовать вид сбоку, как монтируется транзистор.
Транзистор лежит в ложе из фрезерованного аллюминия и истоком просто прижимается. Сверху с помощью прижимной пластины через термоинтерфейс, транзистор прижимается истоком к фрезерованному ложе . Пластина крепится с боков болтами. Крепление под болты на самом транзисторе отсутствует конструктивно.

За счет такого способа крепления и видимо использовали именно технологию сварки, а не пайки выводоав транзистора к плате.

Вопрос возможно ли при таком способе крепления, просто припаять выводы транзистора к плате без использования фольги. Или в таком случае не будет обеспечено плотное прилегание истока транзистора в ложе ? Фольга за счет своей мягкости все же имеет возможность деформироваться при тепловых расширениях.

Транзистор достаточно сильно греется при работе. качая 50 ватт мощности.

[MIF]

Вы же не станете использовать транзистор вне штатных режимов, а в пределах нормы, выводы должны обеспечить температурную механику.
Так что, не вижу проблемы в исключении дополнительный перемычек, хоть они и золотые..., но лишний контакт это лишние проблемы.

Другое дело в технологии крепления на радиатор, использовании теплопроводящей смазки и вопроса - насколько дотягиваются лепестки выводов транзистора до токопроводящих дорожек на плате и насколько вам придётся топить транзистор в штробе. Ну и, достаточно ли длины выводов транзистора, что бы уверенно производить сварку выбранными вами микроэлектродами, что бы, с одной стороны, они обеспечивали хороший контакт и повторяемость, а с другой, не перегревали кристалл.
Разумеется, что электроды можно переделать как угодно под конкретную задачу.

В вашей задаче, никто вам не скажет уверенно - мол, не ставьте золотые пружинящие контакты или обязательно ставьте. Нужно экспериментировать. Или запросить на форуме\погуглить у кого был негативный опыт тепловых расширений при значительном теплообмене.

Погоняйте транзистор на пределе, посмотрите как уходят параметры, в том числе и механические.

Ну и.. если транзистор работает на пределе, можно взять другой транзистор помощнее? Или обустроить лучший отвод тепла - к примеру, через тепловодные трубки.

[gsmart]

Вопрос возможно ли при таком способе крепления, просто припаять выводы транзистора к плате без использования фольги.

На каких частотах работает устройство?
Фольга и сварка возможно используется для устранения скин-эффекта на точках соединения.

[Дмитрий М]

Я при замене транзисторов безвыводных в микросборках использовал индий. Просто прижим с раскаткой. Если выводы помассивнее то ПОИН-52 и пайка, но тонкое золото на глазах растворяется при пайке . Когда ремонтировал советские микросборки в приборахна дому. На работе золотой проволокой и фольгой варил полупроводники в микросборках УЗ паяльником, так называемая термокомпрессионная сварка. Там технологи долго отрабатывали процесс прежде чем передавали отлаженный комплекс, я микросборки внутри разваривал гибридных ЦАПов и т.п. Заодно и близорукость до -2,5 за год с небольшим получил .

[ii_alex]

Огромное спасибо за ответы.

Устройство - усилитель мощности радиоимпульса работает в диапазоне 2,7 - 3,1 GHz

Длины выводов транзистора, до платы хватает ( выводы ложатся на плату с перекрытием 1-2 мм ) по этому припаять в принципе можно.
Остается вопрос по креплению транзистора. Дело в том, что контакт истока с минусом ( фрезерованное ложе ) осуществляется только за счет прижима верхней прижимной пластиной ( ни пайки, ни болтового соединения на самом транзисторе ). Свариваются на плату только сток и затвор.

Тут у меня вопросы по двум моментам.

1. Если применить пайку то сначала нужно все плотно прижать и закрепить всю конструкцию и только потом осуществлять пайку. Т.е ставим транзистор в ложе, сверху транзистора ставим термоинтерфейс ( такая резинка мягкая ) сверху резинки, устанавливается прижимная пластина, которая крепится болтами по краям.

После сборки, исток транзистора будет плотно прилегать к фрезерованному ложементу. А ложемент очень массивный - кусок алюминия размером 40 на 40 см с ребрами охлаждения и толщиной 2 см. В этом куске, выбрано ложе под размер транзистора 1,5 на 1 см глубиной 5-7 мм.
После сборки припаять выводы транзистора к плате с собранной системой охлаждения будет очень проблематично !
Если сначала припаять, а потом собирать охлаждение, то не будет обеспечено плотного контакта истока транзистора с минусом через ложе !

Как уже писал данная конструкция очень прилично греется и не будет ли нарушатся плотность контакта прижима истока к ложе из-за тепловых расширений, если выводы транзистора будут припаяны ? Фольга за счет своей мягкости и маленькой толщины я думаю может компенсировать такие расширения в отличии от пайки.

2. Все же почему применили такую технологию монтажа ? Из-за упрощения монтажа выводов за счет массивной системы охлаждения ?
Если отработана технология сварки и правильно выбраны материал и профили, сваривать, намного быстрее чем паять. Плюс при сварке ( если все отработано ) не будет перегрева транзистора в отличии от пайки.
Или именно из-за особенностей распределения СВЧ в поверхностном слое и исключения каких либо отрицательных эффектов.

В других устройствах подобного типа ( более старой версии ) применялась пайка выводов. Но транзисторы крепились на болтах поскольку в корпусе транзисторов были крепежные отверстия. И припой используется не легкоплавкий, а лютый какой то. Паяльник с массивным жалом, 450-500 градусов, плюс нагрев радиатора до 80-100 градусов. Без нагрева радиатора транзистор вообще не отпаять.

Какой припой применяется в выходных каскадах СВЧ усилителей ?

[Дмитрий М]

Нагрев радиатора не 80-100 а на 20 С ниже температуры плавления припоя. Иначе и будет долго....
В СССРе всё паяли ПОС-61. На работе были узлы приемопередатчиков на ПП до 2 Ггц (Инмарсат), так обычный припой и был. Были бы транзисторы выше по частоте (мощные в смысле) тем же и паяли бы ...
Думаю что описанная выше ТС технология исключительно для автоматизации монтажа и исключения перегрева полупроводников по причине такого корпуса и теплоотвода....
При отлаженной технологии это исключает ручную работу и возможности ошибок. А неокисляемость золота обеспечивает долговременный надёжный контакт по всей плоскости и минимальные потери на скин-эффекте.
Хотя допустим серебро и более электропроводно но долговременно оно проигрывает из-за сульфидов и ухудшения контакта. Даже по сравнению с ПОС пайкой. А пластичное золото с равномерным прижимом и точечной фиксацией более выгодно. Золото имеет эффект диффузии и холодной сварки под давлением при прижиме.

[ii_alex]

Нагреть радиатор до температуры минус 20 градусов, от температуры плавления припоя, не получится. Радиатор - охлаждение транзисторов и крепежный элемент кучи плат. В том числе и с пластиковыми элементами. Если я нагрею всю конструкцию до 200 градусов, это может плохо закончится. Демонтировать платы, чтобы заменить транзистор, тоже не вариант. Все провода к платам припаяны и приклеены компаундом причем в нескольких местах. Проводов 40-60 шт. При этом, нет ни одного разъемного соединения. Все в лучших традициях российского производства .

Вот сделал более подробное фото под микроскопом. Фольга уже удалена, на подложке транзистора почти никаких следов, а вот на фольге текстолита прям явные кусочки остались и их не оторвать, держатся отлично !

Узнать бы хоть какое оборудование применяется. Какие электроды используются. Поскольку точной информации нет. Только догадки. В идеале нужно спрашивать у людей занятых на таком производстве, но к сожалению найти их я не могу.
Данные СВЧ усилители выпускает " РАДИС ".

Исходя из неравномерности точек сварки, можно предположить, что сварка производилась именно ручным инструментом.

Сварочник, который пробуем, в ветке выше, на самых максимальных режимах все в максимум, (токи, напряжения, время.) Фольгу (20 мкм ) на подложку транзистора (150 мкм ) практически не варит, жалкая попытка. Фольга отскакивает на раз, при небольшом движении пинцетом. Электроды разогреваются до красна. И при сварке транзистор разогревается, как чумной. А этого быть не должно ! Если уменьшать параметры, то на фольге даже следов точек сварки не остается.
Понятно, что экспериментируем на дохленьком транзисторе

[MIF]

Как идея - осадить медь(серебро) на прижатые выводы транзистора и ПП электрохимическим способом слоем потолще.
Если при контактной микросварке нагревается лишнее пространство, то невольно встаёт вопрос как движется ток через свариваемые поверхности - путь тока определяется толщиной микроэлектродов и их взаимосвязанным размещением.
Не говоря уже про управление импульсами - одни прогревают для лучшего контакта, другие сваривают.

Ну и музычка для настроения.

[Wladimir_TS]

А точно-ли там именно контактная сварка, а не ультрозвуковая. А то УЗ тонкая золотая фольга-то хорошо приваривается к позолоченным поверхностям.

[ii_alex]

Не исключено, может быть и УЗ. Только вот сколько ищу, никак не могу найти ручное оборудование для УЗ сварки ( только стационарные установки ). Размер сформированой точки сварки 0,4-0,6 мм.

[Hand-Maker]

у нас УЗ было для приварки алюминия и луженой меди, а золото варилось термокомпрессией.
Варили, правда, проволоку 30 и 50 мкм, а не фольгу. Но возможно будет полезно:
Электрод представлял собой пару плотно подогнанных одинаковых половинок с прослойкой из фторопласта. Материал -- нечто твердосплавное, ибо запросто царапало стекло. Не исключаю и фольфрам.
Форма электрода в сборе: цилиндр длиной около 30 мм и диаметром 3.5 - 4 мм (размеры чисто по памяти, уж звиняйте лет 25 назад было). На длине примерно 8 мм, где само "жало" электрод сошлифован
в виде 4-гранной пирамиды, размер получаемого "пятачка" при вершине где-то 100х100 мкм. Но и это еще не все. Самый кончик имеет углубление вдоль изолирующей прокладочки, так что привариваемый проводник как бы укладывался в ложбинку, но ширина ложбинки меньше диаметра проводника. После сварки след был как лапка с ребром жесткости

http://microsvarka.com/catalog/kontaktn ... lovki.html -- может, что-то прояснит.

[ii_alex]

Hand-Maker
Спасибо за совет ! Мои догадки подверждаются. Все же при таком монтаже используется расщепленный электрод. Это практически такой, как вы описали. Такой электрод тоже есть. Пробую им. Материал вольфрам в середине диэлектрик. И точка сварки похожа и по рамеру и в середке, как бородка выпуклая получается, как на моем фото под микроскопом. Но вот только никак не получается освоить технологию. На максимальном режиме, кончики электрода накаляетются до красна и диэлектрик в изоляторе повреждается, электрод спекается и все больше ничего не сварить, пока снова не заточить. Но пара точек, в таком режиме получается, только вот держится фольга на подложке транзистора не очень. А если немного уменьшить режим, то электрод не сгорает, но на фольге даже следов не остается, она даже не пытается привариваться.

[Hand-Maker]

а электрод у вас фабричный?
На видео заметно, что сварка присходит импульсом, и электрод тоже прилично нагревается. О нагреве также говорит цвет жала.
Повреждение лиэлектрика... Странно. Учитывая специфику работы там должно применяться что-то устойчивое к температуре, слюда например.
Как по мне, остается единственный вариант -- пробовать консультироваться с поставщиками такого оборудования. Скорее всего они предпочтут вам чёнить продать, но есть вероятность например заполучить нормальный "правильный" электрод и рекомендации по режимам сварки. Попытайтесь.
Тут еще давление на электрод должно быть определенное. В тех установках, что у нас использовались, пружинки были внушительные.

[ii_alex]

Да электрод заводской. Вот такой ЭК1 ОСТ 11 31.5001-92 Сгорает диэлектрик и сплавляются кончики от слишком большого тока. Но я варю ленту, проволоки у меня нет. Может за счет ложбинки внутри электрода варится именно проволока, а для ленты нужен другой. А поставщики на вопрос по режимам сварки, отвечают " у нас нет данных какие параметры использовать для сварки, мы только производим оборудование, а сами пользоваться им не умеем " как то так. Я уже заколебал их вопросами касаемо режимов сварки. Но ответа так и не получил.
На счет прижима там инструмент с датчиком усилия используется. Но в текущий момент использую механическую педаль, а разное усилие пробую в ручную.

[Hand-Maker]

Манагеры хреновы... Производят они.. .
Перепродают скорее всего, потому что если бы производили, то обязательно был бы доступ к технарям.
"мы производим, но пользоваться не умеем" -- ващще детский сад..

Вам терпения, и попробуйте пошарить по интернетам, может найдете незасекреченных специалистов.