0 引言

隨著航空技術(shù)現(xiàn)代化的持續(xù)推進(jìn)，先進(jìn)飛機(jī)對航空發(fā)動機(jī)的性能要求愈發(fā)苛刻。多功能以及更精細(xì)的控制參數(shù)使得發(fā)動機(jī)相關(guān)控制系統(tǒng)變得極為復(fù)雜，傳統(tǒng)機(jī)械式、液壓式控制器已難以滿足需求。全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機(jī)控制器（Full Authority Digital Engine Control，F(xiàn)ADEC）憑借其強(qiáng)大的計(jì)算能力和高精度，能夠在整個飛行范圍內(nèi)充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的最佳性能。其計(jì)算和邏輯判斷能力可在更合理區(qū)間選擇控制規(guī)律，便于實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制方案的調(diào)整，僅通過修改軟件即可探尋最佳控制性能。

傳感技術(shù)是發(fā)動機(jī)控制和監(jiān)視系統(tǒng)安全與性能的關(guān)鍵基石，航空發(fā)動機(jī)需要安裝各類傳感器并接入數(shù)字電子控制系統(tǒng)。其中，壓力傳感器主要用于測試發(fā)動機(jī)氣路和油路的壓力。壓力傳感器主要包括應(yīng)變式、諧振式和硅壓阻式（MEMS）等類型。MEMS 壓力敏感芯片以半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)為理論基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即運(yùn)用半導(dǎo)體工藝，在單晶硅特定晶向的特定位置制作 4 個壓敏電阻，構(gòu)成惠斯通電橋（如圖 1 所示）。壓敏電阻受溫度影響顯著，一般不能直接使用，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

圖1 MEMS 壓力敏感芯片惠斯通電橋

薄膜電阻器是硅壓阻式（MEMS）壓力傳感器溫度補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵器件。相較于其他電阻，薄膜電阻器具有更高的方塊電阻（RS >1000Ω）、更出色的穩(wěn)定性（標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1%，溫度系數(shù)≤3×10 5℃）和更強(qiáng)的抗輻照強(qiáng)度，在高低溫、潮濕環(huán)境中均表現(xiàn)優(yōu)異，在航空、航天、通信、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

然而，為實(shí)現(xiàn)高精度輸出，需依據(jù)實(shí)測 MEMS 壓力敏感芯片的溫度特性對薄膜電阻器的阻值進(jìn)行微調(diào)，在調(diào)整過程中涉及手工拆焊電阻，這一拆焊過程會導(dǎo)致電阻電極受損，使電阻壽命降低、阻值增大，甚至出現(xiàn)開路現(xiàn)象，最終引發(fā)故障。

1 薄膜電阻器手工焊接失效

1.1 電極損傷的機(jī)理分析

員工在進(jìn)行手工電阻焊接操作時，若員工自檢發(fā)現(xiàn)其中一支電阻存在浮高不良情況，會使用烙鐵對電阻兩端焊點(diǎn)來回加熱焊接，隨后使用鑷子將電阻修復(fù)。經(jīng)過深入分析可知，當(dāng)對偏移、浮高等不良情況進(jìn)行修復(fù)時，需要同時加熱兩個焊點(diǎn)，修復(fù)難度較大。在修復(fù)過程中，反復(fù)加熱電阻兩端焊點(diǎn)可能會對電阻造成損傷。在修復(fù)時，烙鐵在電阻兩端反復(fù)移動，如果速度不夠快，當(dāng)其中一端開始冷卻時，使用鑷子移動電阻就可能導(dǎo)致電極損傷。

偏移和浮高

此外，反復(fù)焊接還會使電阻一側(cè)電極出現(xiàn)“錫吃銀”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致產(chǎn)品電極層異常搭接。在外界應(yīng)力作用下，電阻器會出現(xiàn)時通時斷的情況，最終致使板級信號異常。

1.2 預(yù)防措施

（1）焊接方式優(yōu)化：優(yōu)先選用回流焊、激光焊錫和熱風(fēng)槍吹焊等方式焊接電阻，減少手工焊接的使用。這些焊接方式相對手工焊接，在溫度控制、操作精度等方面具有優(yōu)勢，能夠有效降低對電阻電極的損傷風(fēng)險。例如，回流焊通過預(yù)設(shè)的溫度曲線對整個電路板進(jìn)行焊接，能保證焊接過程的穩(wěn)定性和一致性；激光焊錫則可以精確控制焊接能量和位置，避免不必要的熱影響。

（2）設(shè)計(jì)與操作規(guī)范：若產(chǎn)品尺寸較小且需要多次手工拆焊更換電阻，在設(shè)計(jì)電路板時，應(yīng)為電阻預(yù)留足夠的焊接空間。建議選擇 0603 或更大封裝的電阻，對于高溫產(chǎn)品，需要先預(yù)熱電阻和電路板，再進(jìn)行焊接。在焊接過程中，如果出現(xiàn)側(cè)偏或浮高的電阻，應(yīng)直接報廢，嚴(yán)禁手工焊接修復(fù)。這樣可以避免因修復(fù)操作帶來的潛在風(fēng)險，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）質(zhì)量檢查與記錄：根據(jù)實(shí)際情況，利用顯微鏡或 X 射線對焊接完的元器件進(jìn)行焊接質(zhì)量檢查，并妥善保存檢查記錄。顯微鏡檢查可以直觀地觀察焊點(diǎn)外觀、電極狀態(tài)等；X 射線檢查則能夠檢測內(nèi)部焊點(diǎn)的質(zhì)量，如是否存在虛焊、短路等問題。通過這種方式，可以及時發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，采取相應(yīng)措施。

（4）電路板防護(hù)：電路板需涂三防漆進(jìn)行保護(hù)，涂三防漆前要確保電路板未受潮。三防漆可以有效防止電路板受到潮濕、灰塵、化學(xué)物質(zhì)等的侵蝕，提高電路板在惡劣環(huán)境下的可靠性，從而保障整個壓力傳感器系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 激光焊錫技術(shù)

激光焊錫技術(shù)作為一種先進(jìn)的焊接方法，在壓力傳感器溫度補(bǔ)償薄膜電阻器的焊接中具有顯著優(yōu)勢。它基于激光束的高能量密度特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接區(qū)域的精確加熱。在焊接過程中，激光束聚焦在薄膜電阻器與電路板的連接部位，使焊錫迅速熔化并形成高質(zhì)量的焊點(diǎn)。與手工焊接相比，激光焊錫技術(shù)具有非接觸式焊接的特點(diǎn)，避免了烙鐵對電阻電極的直接接觸和物理損傷。同時，激光能量可以精確控制，能夠?qū)崃考性诤更c(diǎn)區(qū)域，熱影響區(qū)極小，不會對周圍的電子元件和薄膜電阻器本身造成熱沖擊，從而有效防止因過熱導(dǎo)致的電極損傷、“錫吃銀”等問題。

此外，激光焊錫技術(shù)還具備高度自動化的潛力。通過編程，可以精確控制激光的發(fā)射時間、能量強(qiáng)度、光斑大小等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對不同規(guī)格薄膜電阻器的穩(wěn)定焊接。對于需要批量生產(chǎn)的壓力傳感器，這種自動化焊接方式能夠保證每個焊點(diǎn)的質(zhì)量一致性，大大提高生產(chǎn)效率。而且，激光焊錫設(shè)備可以與自動化生產(chǎn)線無縫集成，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少人為因素對焊接質(zhì)量的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)薄膜電阻器的材料、尺寸以及電路板的特性，對激光焊錫技術(shù)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以獲得最佳的焊接效果，確保壓力傳感器的可靠性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

本文針對手工焊接壓力傳感器溫度補(bǔ)償薄膜電阻器過程中，修復(fù)浮高、偏移電阻時因反復(fù)焊接導(dǎo)致電阻電極損傷的問題，進(jìn)行了失效分析、故障復(fù)現(xiàn)，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。激光焊錫技術(shù)的應(yīng)用為解決手工焊接帶來的問題提供了有效途徑，為提高航空發(fā)動機(jī)壓力傳感器可靠性提供了有價值的參考，有助于保障航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在航空航天等對可靠性要求極高的領(lǐng)域具有重要意義。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，激光焊錫技術(shù)有望在更多類似的高精度電子元件焊接場景中得到廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步優(yōu)化。

本文由大研智造撰寫，專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的高精度激光錫球焊錫機(jī)技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請通過大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇