大研智造 航空发动机压力传感器薄膜电阻器手工焊接问题及激光解决方案

0 引言

随着航空技术现代化的持续推进，先进飞机对航空发动机的性能要求愈发苛刻。多功能以及更精细的控制参数使得发动机相关控制系统变得极为复杂，传统机械式、液压式控制器已难以满足需求。全权限数字发动机控制器（Full Authority Digital Engine Control，FADEC）凭借其强大的计算能力和高精度，能够在整个飞行范围内充分发挥发动机的最佳性能。其计算和逻辑判断能力可在更合理区间选择控制规律，便于实现发动机控制方案的调整，仅通过修改软件即可探寻最佳控制性能。

传感技术是发动机控制和监视系统安全与性能的关键基石，航空发动机需要安装各类传感器并接入数字电子控制系统。其中，压力传感器主要用于测试发动机气路和油路的压力。压力传感器主要包括应变式、谐振式和硅压阻式（MEMS）等类型。MEMS 压力敏感芯片以半导体的压阻效应为理论基础进行设计，即运用半导体工艺，在单晶硅特定晶向的特定位置制作 4 个压敏电阻，构成惠斯通电桥（如图 1 所示）。压敏电阻受温度影响显著，一般不能直接使用，必须进行温度补偿。

图1 MEMS 压力敏感芯片惠斯通电桥

薄膜电阻器是硅压阻式（MEMS）压力传感器温度补偿的关键器件。相较于其他电阻，薄膜电阻器具有更高的方块电阻（RS >1000Ω）、更出色的稳定性（标准偏差≤1%，温度系数≤3×10 5℃）和更强的抗辐照强度，在高低温、潮湿环境中均表现优异，在航空、航天、通信、汽车电子、医疗设备、导航系统等领域得到广泛应用。

然而，为实现高精度输出，需依据实测 MEMS 压力敏感芯片的温度特性对薄膜电阻器的阻值进行微调，在调整过程中涉及手工拆焊电阻，这一拆焊过程会导致电阻电极受损，使电阻寿命降低、阻值增大，甚至出现开路现象，最终引发故障。

1 薄膜电阻器手工焊接失效

1.1 电极损伤的机理分析

员工在进行手工电阻焊接操作时，若员工自检发现其中一支电阻存在浮高不良情况，会使用烙铁对电阻两端焊点来回加热焊接，随后使用镊子将电阻修复。经过深入分析可知，当对偏移、浮高等不良情况进行修复时，需要同时加热两个焊点，修复难度较大。在修复过程中，反复加热电阻两端焊点可能会对电阻造成损伤。在修复时，烙铁在电阻两端反复移动，如果速度不够快，当其中一端开始冷却时，使用镊子移动电阻就可能导致电极损伤。

偏移和浮高

此外，反复焊接还会使电阻一侧电极出现“锡吃银”现象，从而导致产品电极层异常搭接。在外界应力作用下，电阻器会出现时通时断的情况，最终致使板级信号异常。

1.2 预防措施

（1）焊接方式优化：优先选用回流焊、激光焊锡和热风枪吹焊等方式焊接电阻，减少手工焊接的使用。这些焊接方式相对手工焊接，在温度控制、操作精度等方面具有优势，能够有效降低对电阻电极的损伤风险。例如，回流焊通过预设的温度曲线对整个电路板进行焊接，能保证焊接过程的稳定性和一致性；激光焊锡则可以精确控制焊接能量和位置，避免不必要的热影响。

（2）设计与操作规范：若产品尺寸较小且需要多次手工拆焊更换电阻，在设计电路板时，应为电阻预留足够的焊接空间。建议选择 0603 或更大封装的电阻，对于高温产品，需要先预热电阻和电路板，再进行焊接。在焊接过程中，如果出现侧偏或浮高的电阻，应直接报废，严禁手工焊接修复。这样可以避免因修复操作带来的潜在风险，保证产品质量。

（3）质量检查与记录：根据实际情况，利用显微镜或 X 射线对焊接完的元器件进行焊接质量检查，并妥善保存检查记录。显微镜检查可以直观地观察焊点外观、电极状态等；X 射线检查则能够检测内部焊点的质量，如是否存在虚焊、短路等问题。通过这种方式，可以及时发现焊接缺陷，采取相应措施。

（4）电路板防护：电路板需涂三防漆进行保护，涂三防漆前要确保电路板未受潮。三防漆可以有效防止电路板受到潮湿、灰尘、化学物质等的侵蚀，提高电路板在恶劣环境下的可靠性，从而保障整个压力传感器系统的稳定性。

2 激光焊锡技术

激光焊锡技术作为一种先进的焊接方法，在压力传感器温度补偿薄膜电阻器的焊接中具有显著优势。它基于激光束的高能量密度特性，能够实现对焊接区域的精确加热。在焊接过程中，激光束聚焦在薄膜电阻器与电路板的连接部位，使焊锡迅速熔化并形成高质量的焊点。与手工焊接相比，激光焊锡技术具有非接触式焊接的特点，避免了烙铁对电阻电极的直接接触和物理损伤。同时，激光能量可以精确控制，能够将热量集中在焊点区域，热影响区极小，不会对周围的电子元件和薄膜电阻器本身造成热冲击，从而有效防止因过热导致的电极损伤、“锡吃银”等问题。

此外，激光焊锡技术还具备高度自动化的潜力。通过编程，可以精确控制激光的发射时间、能量强度、光斑大小等参数，实现对不同规格薄膜电阻器的稳定焊接。对于需要批量生产的压力传感器，这种自动化焊接方式能够保证每个焊点的质量一致性，大大提高生产效率。而且，激光焊锡设备可以与自动化生产线无缝集成，进一步优化生产流程，减少人为因素对焊接质量的影响。在实际应用中，可根据薄膜电阻器的材料、尺寸以及电路板的特性，对激光焊锡技术的参数进行优化调整，以获得最佳的焊接效果，确保压力传感器的可靠性和稳定性。

3 结束语

本文针对手工焊接压力传感器温度补偿薄膜电阻器过程中，修复浮高、偏移电阻时因反复焊接导致电阻电极损伤的问题，进行了失效分析、故障复现，并提出了相应的预防措施。激光焊锡技术的应用为解决手工焊接带来的问题提供了有效途径，为提高航空发动机压力传感器可靠性提供了有价值的参考，有助于保障航空发动机控制系统的稳定运行，在航空航天等对可靠性要求极高的领域具有重要意义。随着技术的不断发展，激光焊锡技术有望在更多类似的高精度电子元件焊接场景中得到广泛应用和进一步优化。

本文由大研智造撰写，专注于提供智能制造精密焊接领域的最新技术资讯和深度分析。大研智造是集研发生产销售服务为一体的高精度激光锡球焊锡机技术厂家，拥有20年+的行业经验。想要了解更多关于激光焊锡机在智能制造精密焊接领域中的应用，或是有特定的技术需求，请通过大研智造官网与我们联系。欢迎来我司参观、试机、免费打样。

审核编辑 黄宇