数显扳手传感器贴片防翘边、防脱落问题技术研究

【内容提要】传感器贴片技术是通过粘贴在被测物体一定部位的电阻应变计组成的惠斯顿电桥，将非电量的力和重量转变为电信号，间接地测得物体各部受力后的应变量，因此传感器的精度及稳定性关键取决于贴片焊接质量的好坏。本文针对数显扳手传感器焊接时应变计焊盘易出现翘边、脱落的现象进行分析，依据其不同的影响因素开展工艺试验，降低应变计报废率。

【关键词】数显扳手传感器应变计焊盘翘边脱落

一、研究背景

目前市面上多数数显扳手的力值传感器采用导线组桥将弹性体受力面两侧粘贴的4片应变计及接线端子与非受力面粘贴的1片补偿电阻焊接而成的加工工艺。其传感器贴片在焊接过程中应变计焊盘易出现翘起、脱落问题（见图1、图2），从而导致传感器调试过程中出现无信号输出或精度超差故障。现有解决措施只是将传感器上粘贴的应变计、补偿电阻和接线端子铲除，弹性体重新吹砂后进行返工。返修周期长，且在返修过程中必可避免造成部分应变计、补偿电阻和接线端子等器件，增加生产成本。

经统计，因数显扳手传感器贴片在焊接过程中出现的应变计翘起、脱落问题而导致应变计报废率占比约为5%。因此，只要解决了传感器应变计贴片焊接的技术瓶颈，传感器的合格率和加工效率将得到大幅提升。

二、应变计焊盘翘起、脱落问题机理及原因分析

在对某出产批次为的30件数显扳手传感器中，检查发现3件传感器应变计焊接后焊盘存在翘起、脱落问题，通过对传感器贴片焊接过程中问题的统计分析，从工艺技术方面进行研究，总结出影响传感器贴片焊接质量的主要因素有以下三点：1）打磨应变计焊盘使用的砂纸太粗导致焊盘损伤；2）应变计焊点有拉尖和毛刺，清洁擦拭过程中焊点受机械损伤；3）使用烙铁头规格与焊盘不匹配。

1.打磨应变计焊盘时砂纸导致焊盘损伤

传感器贴片后应变计、补偿电阻和接线端子的焊盘易氧化，焊接前需用砂纸打磨去除氧化层。目前传感器加工过程中使用400目（W28）砂纸打磨，在电子显微镜下检查传感器应变计焊盘打磨后状态，发现应变计打磨后焊盘存在损伤，搪锡后焊盘翘起；而补偿电阻、接线端子焊盘打磨后无损伤，搪锡后焊盘无翘起。通过分析发现只要应变计焊盘打磨出现损伤，搪锡后总会出现翘起问题。如图3（a）、（b）。

2.应变计焊点有拉尖和毛刺，清洁擦拭过程中焊点易受机械损伤，造成焊盘翘起、脱落应变计焊点拉尖、毛刺导致焊盘翘起、脱落示意图见图4、图5。

传感器应变计搪锡过程中出现焊点拉尖和毛刺问题，有两种原因：1）焊接温度过低未达到焊锡熔点；2）助焊剂用量少未完全覆盖焊盘，导致焊锡热传导较差。

传感器焊接目前使用的HLSn60PbSbA焊锡熔点为153℃，现场使用的恒温电烙铁温度250℃，焊接温度完全满足焊锡融化要求，不存在焊接温度过低的问题。

检查传感器焊接使用助焊剂的情况发现，存在涂抹助焊剂量少未完全覆盖焊盘情况，搪锡过程中因助焊剂用量不够，导致焊锡导热性差，应变计焊盘搪锡后易出现拉尖、毛刺问题，擦拭清洁焊点过程中焊盘受力易翘起、脱落，如图6所示。

3. 使用烙铁头尺寸与焊盘不匹配

目前使用的烙铁头规格有尖头、圆头、马蹄头、扁头等（见图7）。查阅烙铁头选型规则（见表1），要求焊接使用的烙铁头尺寸略小于焊盘尺寸，烙铁头太小会导致焊盘局部不能充分受热出现冷焊问题，即焊锡未充分融化出现拉尖、毛刺现象。烙铁头太大会有大量的焊锡融化，锡量控制困难，过量焊锡溢出焊盘会造成短路故障，且应变计基底薄，大烙铁头焊接易烫坏焊盘基底.

三、技术实验及论证

从上述分析可看出打磨时使用砂纸、焊点的拉尖及毛刺、烙铁头的选用三种因素对应变片焊接质量有着重要影响，故针对这三种因素制订技术改进措施并进行以下验证。

1.选择目数大的细砂纸去除应变计焊盘氧化层

因前期使用的600目粗砂纸打磨造成应变计焊盘损伤问题，现选用800目、1000目两种砂纸各加工10件传感器进行对比验证，通过对比试验，可知只要应变计焊盘打磨无损伤，搪锡焊接后焊盘不会出现翘起问题。用800目砂纸打磨传感器应变计焊盘未出现损伤，单件传感器打磨焊盘花费时间40秒；用1000目砂纸打磨传感器应变计焊盘也未出现损伤，单件传感器打磨焊盘花费时间1分20秒。从合格率和加工效率两方面考虑，打磨应变计焊盘800目砂纸为最优选。

2.助焊剂涂抹覆盖应变计焊盘，搪锡后用手触摸焊点进行检查

应变计焊盘搪锡前要求涂抹助焊剂完全覆盖焊盘以增强焊锡的热传导性，并有效除去氧化物，避免搪锡过程中出现拉尖和毛刺问题。搪锡后焊点用手触摸进行检查，不能出现扎手现象；若触摸扎手，需将拉尖、毛刺焊点再次涂抹助焊剂进行补焊，直至焊点光滑不扎手为止，避免后续擦拭清洁过程中损坏焊盘。

3.选用马蹄形烙铁头进行搪锡焊接

感器应变计焊接过程中选用马蹄形烙铁头进行焊接，有助于应变计焊接过程中焊盘充分均匀受热，焊锡融化后能快速覆盖焊盘不溢出。应变计焊盘搪锡后在电子显微镜下进行检查，各处焊点圆润、光滑和饱满。

4.批产试验验证

通过采取以上三条改进措施进行试验验证后，改进CNB数显扳手传感器贴片焊接工艺方法出产数显扳手300余把交付客户使用，传感器贴片焊接过程中应变计报废率为零，且传感器装配成数显扳手调试、验收均合格

四、结论

上述试验来看，打磨应变计使用的砂纸目数、应变计焊点光滑度及烙铁头规格对数显扳手传感器贴片质量影响较大，会导致焊接过程中出现焊盘翘起、脱落问题，影响生产效率。而通过选用800目砂纸打磨、马蹄形烙铁头焊接、涂抹助焊剂并增加焊点进行检查的加工工艺，可有效避免上述问题，减少返工率，提高生产效率，在实际生产中起到很好的指导效果。