EN
SMD термистори: Защо всеки компонент е уникален
Разлики в топлинната маса и чувствителността към запояване на NTC и PTC термистори
Най-голямата разлика между термисторите NTC и PTC е тяхната реакция към температурата: тези на NTC намаляват, а тези на PTC нарастват. Това определя основната разлика в техния термичен отговор по време на лепене. Термисторите NTC и PTC, функциониращи в по-малки корпуси като 0402 и 0603, обикновено се нагряват много бързо и са подложени на термични удари по време на лепене. Корпусите 0805 и по-големи имат по-голяма топлинна маса, но абсорбират топлината по-бавно и могат да издържат по-бавни и по-умерени термични режими. Имайте предвид, че керамичните термистори NTC съществуват и изискват максималната температура по време на лепене да остане под 260 °C. Лепенето при по-високи температури води до микропукнатини, които може да не са забележими, докато термисторите не влязат в употреба. Полимерните термистори PTC се деградират при температури над 230 °C, поради което изборът на подходящ метод за лепене става критичен. Според доклада на IPC за дефекти при лепене от 2023 г. 42 % от SMD термисторите са били пряка причина за грешки в температурния профил при лепене.
SMD термистори: Ефекти от чувствителността към електростатично разреждане (ESD) и тяхното влияние върху конструкцията на термисторите
Много високата температура на керамичните субстрати и микрометровите електроди на SMD термисторите води до изключително висока чувствителност към електростатично разреждане (ESD). Удар от 100 V, който е значително по-нисък от прага на ESD за човека, може да намали живота на устройството с до 30 %. Такъв ESD удар изисква използването на оборудване, безопасно за ESD – например пинцети, заземени работни места и йонизиран въздушен поток. Прилагането им в ултра-нискоенергийни вериги, чийто работен ток често е под 1 mA, поражда необходимост от контролирана флюсова обработка. Излишният флюс води до нежелани проводими остатъци, които могат да свържат откритите краища на веригата или да създадат път за течове, което може да предизвика нежелани повреди и неточности в работата на веригата. Тези ограничения доведоха производителят до определяне на максимална температура за рефлоу при лепене от 250 °C ± 10 °C, за да се остане под средната работна температура и същевременно да се осигури достатъчна адхезия на лепените връзки, за да се минимизира риска от отделяне на вътрешните слоеве. Валидацията на производителя за процеса на монтаж показа увеличение с 60 % в броя на дефектите на термисторите.
Съвършенстване на инструментите и подредбата за прецизно лепене на SMD термистори
Избор и настройка на станции за горещ въздух и микровърхови лепилни жици за корпуси 0402–0805
При лепенето на термистори с корпуси 0402–0805 станцията за горещ въздух трябва да осигурява финотекстурен въздушен поток (±2 °C), а микровърховите лепилни жици — върхове с диаметър ≤0,8 мм; това позволява отделяне на запоени връзки, докато лепилните жици помагат при образуването на мостове. За подобряване на лепилното оборудване се използва месечна калибрация и проследими термични сензори; значителни температурни спадове от ±5 °C увеличават вероятността от образуване на студени лепилни връзки. При ръчно лепене температурата на върховете на лепилната жица се поддържа между 350 и 380 °C, докато при лепене с горещ въздух температурата не трябва да надвишава 280 °C, а максималната скорост на нагряване (температурен наклон) не трябва да превишава 2 °C/с.
Избор на флюс, начин на нанасяне на флюса и термични профили при лепене на SMD термистори
Флюсовете без необходимост от почистване, с ниско съдържание на остатъци и без халогени са най-подходящи за формиране на висококачествени лепенки за пасивни електронни компоненти и за намаляване на трудовите часове, тъй като те не съдържат смоли и са разтворими. Флюсът трябва да се прилага целенасочено и не трябва да се нанася върху корпуса на термистора, за да се избегне увеличаването на карбонизацията на медния материал и на импеданса на изолацията. За лепенето трябва да се използва профил за рефлоу лепене, при който предварителното загряване е до 150–180 °C в продължение на 60–90 секунди, изравняването (soaking) – при 180–200 °C в продължение на 60–120 секунди, максималната температура при рефлоу – 220–250 °C в продължение на 45–60 секунди над евтектичната точка и контролирано охлаждане със скорост по-малка от 4 °C/секунда. Профилът за рефлоу лепене трябва да бъде потвърден чрез калибриран термичен профил, измерен непосредствено до термичния отпечатък на системата в областта на лепенката.
Процесът на лепене на SMD термистори може да се раздели на четири ключови стъпки: контролирано оловяване (tinning), прецизно поставяне, рефлоу лепене с двойно нагряване и термично наблюдение в реално време.
За компенсиране на топлинната маса и хистерезиса, наблюдавани при измерванията, трябва да се нанася само достатъчно оловно-каучукова паста, за да се получи тънка, непрекъсната филета. За постигане на правилно позициониране с точност ±0,1 мм термисторите трябва да се вземат и поставят с електростатично безопасни, антимагнитни пинцети с 10× увеличение. Комбинирайте предварително загряване на платката до 150 °C с локално загряване на клемите чрез микровърхов желязен лотарски апарат, настроен на 280 °C, като времето на контакт е ≤3 секунди. При рефлоу процеса трябва да се прилага диагонално нагряване, като микровърховият лотарски апарат не трябва да докосва керамичното тяло на термистора. При рефлоу процесите контролирайте температурата на клемите на 200 °C, като използвате преносим инфрачервен (IR) рефлоу фурнадж с две зони. Качеството на рефлоу лотосването трябва да се контролира на приемливо ниво, след което трябва да се използва рентгенов инспекционен метод за визуализация на лотосните връзки на термисторите. Прагът за въздушни включвания трябва да бъде зададен на 15 %. Пресечните сечения на въздушните включвания трябва да се анализират в комбинация с топлинния дрейф, за да се установи пълна корелация между резултатите от въздушните включвания и характеристиките на NTC и PTC устройствата.
Студени връзки, оловни мостове и отделяне на контактни площи при лепене на SMD термистори
Студените връзки изглеждат матови или порести с малко или никакъв оловен припой. Това обикновено се дължи на недостатъчно количество оловен припой или на недостатъчно/излишно количество оловен припой. Тънки нишки от оловен припой, събрани в местата на връзките, заедно с лошо формиране на капката, могат да доведат до неподходяща припойна връзка. Те могат да бъдат повторно разтопени чрез използване на нов безочистителен припой и флюкс, като се нагряват с микро-върхов инструмент при температура между 230 и 250 градуса. Оптимални са един или два цикъла. Прекомерното нанасяне или неточното подравняване на припойната маска почти винаги води до образуване на припойен мост. Това води до лош контрол върху припоя и оказва неблагоприятно въздействие върху другите терминали, разположени близо до припойната връзка; затова припойният мост се премахва чрез десолдерираща плетеница при максимална температура 280 градуса, за да се минимизират топлинните къси съединения. Отделянето на контактната площадка (pad lifting) се наблюдава, когато връзката очевидно се отделя от основата на субстрата, обикновено поради прекалено дълго време на задържане върху площадката или поради слаба поддръжка на площадката. Това се усилва от недостатъчната поддръжка на площадката. Оксидираните повърхности се почистват с изопропилов спирт (IPA), за да се разкрият свежи повърхности, които след това се укрепват с проводим епоксиден лак със сребро, който обикновено е свързал площадката чрез термични цикли в диапазона от -40 до +125 градуса. Винаги проверявайте поправката с 50 цикъла между крайните работни стойности, за да се потвърди механичната и електрическата безопасност.
Въпроси и Отговори
Каква е ключовата разлика между NTC и PTC термистори?
NTC термисторите намаляват съпротивлението си при прилагане на топлина, докато PTC термисторите имат противоположно поведение. Тази разлика силно влияе както върху параметрите за лепене, така и върху работните параметри на тези устройства.
Какъв е най-оптималният начин за намаляване на електростатичния разряд (ESD) при монтажа на SMD термистори?
Най-ефективните методи за постигане на тази цел включват използването на пинцети, безопасни за работа с електростатичен разряд (ESD), които са заземени, заземена работна зона и използване на заземен йонизиран въздушен поток, който може да разсейва заряда при ниско напрежение. Използвайте оборудването по такъв начин, че дори най-малките разряди, които биха могли да предизвикат ESD, да се разсейват напълно, като не се засяга работата на термистора и се осигурява по-добро модулно функциониране на термистора.
Кои са най-добрите устройства за лепене на термистори с толкова малки габарити, като например 0402 и 0603?
Най-добрите устройства за такава работа са горещовъздушната станция с необходимия фин контрол върху температурата, в комбинация с микроскопичен лотосен инструмент с диаметър по-малък от 0,8 мм. За постигане на желаните резултати използвайте периодично калибриране с честота не по-рядко от веднъж на месец.
Защо изборът на флюс е важен при запояването на SMD термистори?
Тъй като неподходящият флюс може да остави странични продукти, които предизвикват токови изтичания или изолират слоевете на термистора, което води до лошо функциониране на веригата. За високоточни работи използвайте флюс без остатъци и без халогени.
Каква е причината за отлепяне на контактна площадка и как се извършват подобни поправки?
Отлепянето на контактна площадка обикновено се дължи на лошо проектиране на площадката или прилагане на прекомерно количество топлина. Малкото отлепяне може да се поправи чрез използване на проводим епоксиден лак със сребро след почистване на оксидните слоеве.
