李彬

（海軍裝備部，四川 成都610000）

1 問題定位

1.1 產(chǎn)品概述

XX-34F 大氣溫度傳感器安裝在某型號(hào)直升機(jī)前機(jī)身左側(cè)下部蒙皮,用于檢測(cè)大氣靜溫,并將該溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸給大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。XX-34F 大氣溫度傳感器主要由敏感元件、密封墊片、基座組合、探頭、插座等組成。其中,敏感元件選用的是厚膜鉑電阻。(產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示)XX-34F 傳感器使用鉑電阻作為敏感元件,基于金屬鉑的溫度- 電阻特性,其電阻與溫度的變化成線性對(duì)應(yīng),任意一個(gè)溫度值對(duì)應(yīng)唯一電阻值,這樣,傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電阻信號(hào),供后續(xù)電路采集。

1.2 初步分析

取下插座,導(dǎo)線與插針壓接可靠,無脫落現(xiàn)象,如圖1 所示產(chǎn)品內(nèi)部灌膠可靠,插座兩端導(dǎo)通性正常(電阻均為0.1Ω)。將基座組合與探頭分隔開,并將灌膠體(Eccobond104)取出,產(chǎn)品內(nèi)部灌膠可靠,結(jié)構(gòu)完整,膠體內(nèi)導(dǎo)線的導(dǎo)通性正常(電阻均為0.1Ω)。將探頭內(nèi)的膠體(DG-11)撥開,漏出敏感元件基體,膠體明顯與厚膜鉑電阻基體接觸,測(cè)試兩引腳處的電阻,無輸出。根據(jù)以上分析,確定產(chǎn)品高溫之后無輸出,是由于敏感元件斷路,造成產(chǎn)品無輸出的故障現(xiàn)象發(fā)生。

2 故障分析

2.1 陶瓷基體斷裂

該敏感元件基體材料采用的是高純度Al2O3陶瓷, 該材料具有較高的熱傳導(dǎo)性,較小的熱膨脹性,較高的機(jī)械強(qiáng)度,長(zhǎng)期作為厚膜鉑電阻基體材料使用。該傳感器使用的敏感元件(厚膜鉑電阻)為外購(gòu)件,在入廠時(shí)均進(jìn)行了入廠復(fù)驗(yàn),對(duì)外觀及性能均進(jìn)行了檢查。另外在傳感器裝配之前需再次確認(rèn)其外觀及性能完好,故障發(fā)生后對(duì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)CT 掃描, 未發(fā)現(xiàn)陶瓷基體斷裂。因此,該因素可以排除。

2.2 印刷線條斷路

如圖2 前圖所示,傳感器內(nèi)部厚膜鉑電阻(WZP-08-I)通過灌封1 與灌封2 將其固定在探頭內(nèi),其中灌封1 的Al2O3起固定和絕緣作用,灌封2 的DG-11 起固定和密封作用,在圖樣和裝配工藝中均未明確灌封1 的具體灌封位置, 會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際裝配過程中會(huì)出現(xiàn)灌封2 所使用的DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體上的印刷線條接觸, 在高溫環(huán)境下, 厚膜鉑電阻基體與固化后的DG-11 膨脹系數(shù)不一致而出現(xiàn)應(yīng)力致使印刷線條斷裂, 最終出現(xiàn)斷路無輸出現(xiàn)象。因此,該因素不能排除。

2.3 結(jié)論

通過對(duì)故障件的分解、觀察及分析, 初步判斷編號(hào)為S004008 的XX-34F 大 氣 溫 度傳感器發(fā)生“高溫后無輸出故障”的原因?yàn)?厚膜鉑電阻的灌封深度不足,同時(shí)圖樣和裝配工藝中未明確灌封1 的Al2O3灌封位置,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)裝配過程中出現(xiàn)灌封2 的DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體上的印刷線條接觸,而高溫膠(DG-11)固化后與鉑電阻基體的熱膨脹系數(shù)不一致, 導(dǎo)致在高溫后膨脹兩不一致,在高溫環(huán)境下,厚膜鉑電阻基體與固化后的DG-11 膨脹系數(shù)不一致而出現(xiàn)應(yīng)力致使印刷線條斷裂,最終出現(xiàn)斷路無輸出現(xiàn)象。

3 故障復(fù)現(xiàn)

利用現(xiàn)場(chǎng)兩件探頭僅進(jìn)行灌封處理, 在灌封時(shí),Al2O3灌封面如圖2 尾圖所示,讓灌封2 所使用的DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體上接觸,灌封后測(cè)試常溫性能,探頭有輸出,然后進(jìn)行高低溫循環(huán)(-55℃保溫2h,80℃保溫2h), 其中一件經(jīng)過第一輪高低溫循環(huán)后, 高溫?zé)o輸出,故障復(fù)現(xiàn),另一件總共經(jīng)過五輪高低溫循環(huán),產(chǎn)品性能均合格。經(jīng)過上述分析, 若裝配過程中DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體接觸后,經(jīng)過三次高低溫循環(huán)基本能夠暴露此類故障,故此類故障可以通過三次高低溫循環(huán)來進(jìn)行篩選。

圖1 溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖和故障件分解情況圖

圖2 敏感元件裝配示意圖和故障復(fù)現(xiàn)灌封位置示意圖

圖3 基座組合更改前后對(duì)照示意圖

4 糾正措施及驗(yàn)證情況

針對(duì)以上故障原因,采取以下糾正措施。

4.1 增加灌封的深度

4.1.1 將探頭的灌封深度加長(zhǎng),即將原深度尺寸為由6mm 的加長(zhǎng)為8mm。

4.1.2 為了保證探頭加長(zhǎng)的可焊接性,將基座組合的內(nèi)腔壁面加高2mm,即將原壁面高度尺寸由7mm 的加高為9mm。

4.2 明確灌封要求

如圖3 所示, 為了避免灌封2 的DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體上的印刷線條接觸, 在基座組合中明確灌封1 的灌封面位置, 即Al2O3灌封必須在厚膜鉑電阻的基體以上, 以保證DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體上的印刷線條不會(huì)接觸。

4.3 更改后驗(yàn)證情況

按照更改技術(shù)單生產(chǎn)驗(yàn)證試驗(yàn)件共2 件, 試驗(yàn)件生產(chǎn)完成后按照以下要求進(jìn)行高低溫循環(huán)驗(yàn)證試驗(yàn),試驗(yàn)的具體要求為:

4.3.1 將產(chǎn)品放入溫度箱中,啟動(dòng)試驗(yàn)箱,將箱內(nèi)溫度調(diào)整到-55℃,待溫度穩(wěn)定后保溫2h;

4.3.2 將箱內(nèi)溫度調(diào)整到80℃,待溫度穩(wěn)定后保溫2h。

4.3.3 重復(fù)以上步驟1、步驟2,以完成3 個(gè)循環(huán)周期。

4.3.4 將試驗(yàn)箱溫度恢復(fù)常溫,并使產(chǎn)品溫度達(dá)到穩(wěn)定;恢復(fù)至常溫后,按照《XX-34F 溫度傳感器驗(yàn)收試驗(yàn)大綱》進(jìn)行“常溫工作”、“低溫工作”、“高溫工作”三項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目,經(jīng)三次高低溫循環(huán)試驗(yàn)后,產(chǎn)品性能合格。

5 結(jié)論

通過對(duì)故障原因的排查和分析, 編號(hào)為S004008 的XX-34F大氣溫度傳感器高溫后無輸出故障的原因?yàn)? 設(shè)計(jì)圖樣和裝配工藝未明確灌封1 的Al2O3灌封位置未明確,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)裝配過程中出現(xiàn)灌封2 的DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體上的印刷線條接觸,在高溫環(huán)境下,厚膜鉑電阻基體與固化后的DG-11 膨脹系數(shù)不一致而出現(xiàn)應(yīng)力致使印刷線條斷裂, 最終出現(xiàn)斷路無輸出現(xiàn)象。通過對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),增加灌封的深度和明確灌封位置的要求,能有效的避免DG-11 高溫膠與厚膜鉑電阻基體上的印刷線條接觸,從而解決高溫?zé)o輸出故障的發(fā)生，措施有效。