EN
SMD-thermistorer: Hvorfor er hver komponent unik?
Forskelle i termisk masse og lodningssensitivitet hos NTC- og PTC-thermistorer
Den største forskel mellem NTC- og PTC-thermistorer er deres reaktion på temperatur: NTC-værdier falder, mens PTC-værdier stiger. Dette fastlægger den primære forskel i deres termiske respons under lodning. NTC- og PTC-thermistorer i mindre pakker som f.eks. 0402- og 0603-pakker opvarmes meget hurtigt og er sårbare over for termiske chok ved lodning. Pakkerne 0805 og større har mere termisk masse, men absorberer varme langsommere og kan tåle mildere, langsommere termiske processer. Bemærk, at keramiske NTC-thermistorer findes og kræver, at maksimal lodningstemperatur holdes under 260 °C. Lodning over denne temperatur medfører mikrorevner, som muligvis ikke bliver synlige før thermistorerne er i brug. Polymerbaserede PTC-thermistorer degraderer ved temperaturer over 230 °C, hvilket gør det afgørende, hvordan lodningen udføres. Ifølge IPC’s rapport fra 2023 om lodningsfejl skyldtes 42 % af SMD-thermistorer direkte fejl i lodningsprofilen.
SMD-thermistorer: Virkninger af ESD-følsomhed og deres indflydelse på thermistordesign
De meget høje temperaturkeramiske substrater og mikrometer-elektroder i SMD-thermistorer fører til en meget høj følsomhed over for elektrostatiske udladninger (ESD). En ESD-påvirkning på 100 V – langt under den menneskelige ESD-tærskel – kan reducere levetiden med op til 30 %. En sådan ESD-påvirkning kræver brug af ESD-sikre redskaber som pinsetænger, jordede arbejdsstationer og ioniseret luftstrøm. Deres integration i ekstremt lavstrømskredsløb – ofte med en driftsstrøm på under 1 mA – skaber behov for kontrolleret flux. For meget flux fører til uønskede ledende rester, der kan danne bro mellem åbne kredsløbskanter eller skabe en vej for lækstrøm, hvilket kan resultere i uønskede kredsløbsfejl og unøjagtigheder. Disse begrænsninger fik producenten til at fastsætte en maksimal reflow-temperatur ved lodning på 250 °C ± 10 °C, så den forbliver under den gennemsnitlige driftstemperatur og samtidig sikrer en tilstrækkelig fasthed i lodforbindelsen for at minimere risikoen for adskillelse af indre lag. Producentens monteringsvalidering viste en stigning i thermistordefekter på 60 %.
Forbedring af værktøjer og arrangementer til præcist lodning af SMD-thermistorer
Valg og justering af varmluftstationer og mikrospidse loddejern til pakker i størrelsen 0402–0805
Ved lodning af thermistorer i størrelsen 0402–0805 kan en varmluftstation med fingradig luftstrøm (±2 °C) og mikrospidse loddejern med spidser på ≤0,8 mm adskille loddede forbindelser, mens loddejern hjælper ved overgangsforbindelser. Månedlig kalibrering og sporbare termiske sensorer anvendes til forbedret loddeudstyr, da betydelige temperaturfald på ±5 °C øger risikoen for kolde loddeforbindelser. Ved manuel lodning holdes loddejernsspidserne mellem 350 og 380 °C, mens varmluftlodning bør holde sig under 280 °C med en maksimal lodderampehastighed på 2 °C/s.
Valg af flux, fluxapplikation og termiske profiler ved lodning af SMD-thermistorer
Fluxer uden rengøring, med lav restmængde og uden halogener er bedst til fremstilling af kvalitetsloddede forbindelser til passive elektronikkomponenter samt besparelse af arbejdstid, da fluxerne ikke indeholder harpiks eller opløselige stoffer. Fluxen skal påføres præcist og må ikke påføres på termistorens legeme, for at undgå øget carbonisering af kobbermaterialet og stigning i isolationsimpedansen. Ved lodning skal der anvendes en reflow-lodningsprofil med forvarmning til 150–180 °C i 60–90 sekunder, holdtid ved 180–200 °C i 60–120 sekunder, maksimal reflow-temperatur på 220–250 °C i 45–60 sekunder over eutektisk temperatur og afkøling kontrolleret til <4 °C/sekund. Reflow-lodningsprofilen skal verificeres ved hjælp af en kalibreret termisk profil placeret tæt på en systemtermisk signatur til loddeforbindelsen.
Processen for lodning af SMD-termistorer kan opdeles i fire nøgletrin: Kontrolleret tinning, præcis placering, dobbeltvarme-reflow og realtids termisk overvågning.
For at modvirke den termiske masse og hysteresen, der observeres ved målinger, skal der kun anvendes tilstrækkeligt med solderpasta til at skabe en tynd, sammenhængende fillet. For at opnå korrekt placering inden for ±0,1 mm skal termistorer håndteres og placeres med ESD-sikre, antimagnetiske pinsetænger med 10× forstørrelse. Kombiner forvarmning af hele kredsløbskortet til 150 °C med lokal opvarmning af terminalerne ved hjælp af en mikrospidssolderspids indstillet til 280 °C, hvor solderspidsen anvendes i ≤3 sekunder. Der skal anvendes diagonal omsoldring, og mikrospidssolderspidsen må ikke komme i kontakt med termistorens keramiske legeme. Ved omsoldringsprocedurer skal terminaltemperaturen styres til 200 °C ved brug af en båndet infrarød (IR) bærbar omsoldrovn. Kvaliteten af omsoldringen skal kontrolleres til et acceptabelt niveau, hvorefter røntgeninspektion skal anvendes til at undersøge termistorens soldeforbindelser. Tærsklen for lufttomrum skal indstilles til 15 %. Tværsnittene af lufttomrummene skal analyseres i forbindelse med termisk drift for at fuldt ud korrelere resultaterne af lufttomrummene med NTC- og PTC-enhederne.
Kolde tilslutninger, lodbroer og løftede pads ved lodning af SMD-thermistorer
Kolde lodninger ser matte eller porøse ud med lidt eller ingen lod. Dette skyldes normalt for lidt lod eller enten for lidt eller for meget lod. Tynde lodtråde, der samles ved lodningerne i kombination med dårlig perleformning, kan resultere i en dårlig lodning. De kan genlodes ved hjælp af frisk, rensefri lodflux og opvarmes ved hjælp af en mikrospidss applikation ved en temperatur mellem 230 og 250 grader. En eller to cyklusser er optimalt. Overmålig deposition eller forkert justering af lodstencilen skaber næsten altid en lodbro. Dette resulterer i dårlig lodkontrol og påvirker negativt de andre tilslutninger tæt på lodningen, så lodbroen fjernes ved hjælp af aflodningsvæv ved maksimalt 280 grader for at minimere termiske kortslutninger. Pad-løftning opstår, når forbindelsen tydeligt adskiller sig fra substratets bund, normalt som følge af for lang varighed af pad-ophold eller utilstrækkelig pad-understøtning. Det forværres af utilstrækkelig pad-understøtning. Oxiderede overflader rengøres med isopropylalkohol (IPA), hvilket udsætter friske overflader, og styrkes derefter med ledende sølv-epoxy, som normalt har forbundet pad’en gennem termiske cyklusser fra -40 til +125 grader. Reparationen skal altid valideres med 50 cyklusser mellem driftsgrænserne for at bekræfte mekanisk og elektrisk sikkerhed.
Spørgsmål og svar
Hvad er den væsentligste forskel mellem NTC- og PTC-thermistorer?
NTC-thermistorer nedsætter deres modstand, når varme påføres, mens PTC-thermistorer har det omvendte adfærdsmønster. Denne forskel påvirker i høj grad både lodning og driftsparametre for disse komponenter.
Hvad er den mest optimale måde at reducere ESD, når SMD-thermistorer monteres?
De bedste metoder til at opnå dette mål er brug af ESD-sikre pincetser, der også er jordforbundne, en jordforbunden arbejdsplads samt brug af en jordforbunden ioniseret luftstrøm, der kan udledes ved en lav spænding. Brug udstyret således, at selv de mindste udledninger, der kunne føre til ESD, fuldstændigt opløses, og således at thermistorens funktion ikke påvirkes og at thermistorens modulære drift forbedres.
Hvilke er de bedste værktøjer til at lodde thermistorer med så små omrids som 0402 og 0603?
De bedste enheder til sådanne opgaver er en varmluftstation med nødvendig præcis temperaturkontrol i kombination med en mikrospidssoldertrekker med en diameter på under 0,8 millimeter. For at opnå de ønskede resultater skal der anvendes periodisk kontrol i en kalibreringsperiode på højst 1 måned.
Hvorfor er valget af flux vigtigt, når SMD-thermistorer sættes sammen?
Fordi forkert flux kan efterlade biprodukter, der skaber en lækkagekreds eller isolerer thermistorlagene, hvilket får din kreds til at fungere dårligt. Til højpræcist arbejde skal der bruges flux uden rengøring og uden halogener.
Hvad er årsagen til, at et kontaktområde løfter sig, og hvordan udføres reparationer?
Kontaktområdeløft skyldes typisk dårlig kontaktområdedesign eller anvendelse af for meget varme. En mindre løftning kan repareres ved hjælp af ledende sølv-epoxy efter, at oxiderede lag er renset.
