EN
Termistores SMD: por qué cada componente es único
Diferencias en masa térmica y sensibilidad a la soldadura entre termistores NTC y PTC
La mayor diferencia entre los termistores NTC y PTC radica en su respuesta a la temperatura: los de tipo NTC disminuyen su resistencia, mientras que los de tipo PTC la aumentan. Esto establece la principal diferencia en su respuesta térmica durante la soldadura. Los termistores NTC y PTC que funcionan en encapsulados más pequeños, como los formatos 0402 y 0603, tienden a calentarse muy rápidamente y son especialmente sensibles a los choques térmicos provocados por la soldadura. Por su parte, los encapsulados 0805 y mayores ofrecen mayor masa térmica, pero absorben el calor más lentamente y pueden soportar procesos térmicos más suaves y graduales. Téngase en cuenta que los termistores cerámicos NTC existen y requieren que la temperatura máxima de soldadura se mantenga por debajo de 260 °C. Soldar por encima de este rango puede provocar microgrietas, cuya presencia quizás no resulte evidente hasta que los termistores entren en funcionamiento. En cambio, los termistores poliméricos PTC se degradan por encima de los 230 °C, por lo que la elección del perfil de soldadura resulta crítica. Según el informe de defectos de soldadura IPC de 2023, el 42 % de los termistores SMD fueron la causa directa de errores en el perfil de soldadura.
Termistores SMD: Efectos de la susceptibilidad a las descargas electrostáticas y su impacto en el diseño de los termistores
Los sustratos cerámicos de muy alta temperatura y los electrodos en micrómetros de los termistores SMD provocan una susceptibilidad muy elevada a las descargas electrostáticas (ESD). Una descarga ESD de 100 V, que está muy por debajo del umbral ESD del ser humano, puede reducir la vida útil hasta en un 30 %. Una descarga ESD de este nivel exige el uso de equipos seguros frente a ESD, como pinzas antiestáticas, puestos de trabajo conectados a tierra y corrientes de aire ionizado. Su integración en dispositivos de circuito ultra-bajo, con corrientes operativas frecuentemente inferiores a 1 mA, genera una demanda de flujo controlado. Un exceso de flujo da lugar a residuos conductivos no deseados capaces de puente ar los bordes abiertos de un circuito o crear una vía de fuga, lo que puede provocar fallos y errores no deseados en el circuito. Estas restricciones llevaron al fabricante a establecer una temperatura máxima de reflujo para la soldadura de 250 °C ± 10 °C, con el fin de mantenerse por debajo de la temperatura operativa media y, al mismo tiempo, garantizar la integridad de la unión soldada para minimizar el riesgo de separación entre capas internas. La validación de montaje realizada por el fabricante reveló un aumento del 60 % en los defectos de los termistores.
Perfeccionamiento de herramientas y disposiciones para la soldadura precisa de termistores SMD
Selección y ajuste de estaciones de aire caliente y soldadores de punta microscópica para paquetes 0402–0805
Al soldar termistores 0402–0805, una estación de aire caliente con flujo de aire fino (±2 °C) y soldadores de punta microscópica con puntas ≤ 0,8 mm pueden separarse mediante conexiones soldadas, mientras que los soldadores ayudan a superar puentes. Se realiza una calibración mensual y se utilizan sensores térmicos trazables para mejorar el equipo de soldadura, ya que caídas significativas de temperatura de ±5 °C incrementan la formación de uniones frías. Para la soldadura manual, las puntas del soldador se mantienen entre 350 y 380 °C, mientras que la soldadura con aire caliente debe mantenerse ≤ 280 °C con una velocidad máxima de rampa térmica de 2 °C/s.
Selección de pasta de soldadura, aplicación de la pasta y perfiles térmicos al soldar termistores SMD
Los fundentes sin limpieza, de bajo residuo y libres de halógenos son los más adecuados para la formación de uniones soldadas de alta calidad en componentes electrónicos pasivos y para reducir las horas de mano de obra, ya que estos fundentes no contienen resinas ni presentan solubilidad. El fundente debe aplicarse de forma específica y no debe aplicarse sobre el cuerpo del termistor, con el fin de evitar un aumento de la carbonización del material de cobre y de la impedancia del aislamiento. Para la soldadura se debe utilizar un perfil de soldadura por reflujo que incluya: precalentamiento a 150–180 °C durante 60 a 90 segundos, mantenimiento a temperatura constante (soaking) a 180–200 °C durante 60 a 120 segundos, pico de reflujo a 220–250 °C durante 45 a 60 segundos por encima de la temperatura eutéctica y enfriamiento controlado a menos de 4 °C/segundo. El perfil de soldadura por reflujo debe verificarse mediante un perfil térmico calibrado colocado adyacente a la firma térmica del sistema, en proximidad a la unión soldada.
El proceso de soldadura de termistores SMD puede dividirse en cuatro etapas clave: estañado controlado, colocación precisa, reflujo con doble fuente de calor y monitoreo térmico en tiempo real.
Para contrarrestar la masa térmica y la histéresis observadas en las mediciones, solo se debe aplicar suficiente pasta de soldadura para crear un filete delgado y continuo. Para lograr una colocación precisa dentro de ±0,1 mm, los termistores deben ser recogidos y colocados con pinzas antiestáticas y antimagnéticas equipadas con aumento de 10×. Combine el precalentamiento a nivel de placa a 150 °C con el calentamiento de los terminales mediante una estación de soldadura con punta microscópica ajustada a 280 °C, aplicando el calor durante ≤3 segundos. Se debe aplicar un reflujo diagonal, asegurándose de que la punta microscópica no entre en contacto con el cuerpo cerámico del termistor. En los procedimientos de reflujo, controle la temperatura de los terminales en 200 °C utilizando un horno portátil de reflujo infrarrojo (IR) de doble zona. La calidad de la soldadura por reflujo debe controlarse hasta alcanzar un nivel aceptable, tras lo cual se debe realizar una inspección con rayos X para evaluar las uniones soldadas de los termistores. El umbral para las cavidades (voids) debe establecerse en un 15 %. Las secciones transversales de dichas cavidades deben analizarse conjuntamente con la deriva térmica, a fin de correlacionar completamente los resultados de las cavidades con los dispositivos NTC y PTC.
Uniones frías, puentes de soldadura y desprendimiento de pads en la soldadura de termistores SMD
Las uniones frías tienen un aspecto mate o poroso, con poca o ninguna soldadura. Esto se debe normalmente a una cantidad insuficiente de soldadura o, por el contrario, a una cantidad excesiva de soldadura. La presencia de hilos finos de soldadura acumulados en las uniones, combinada con una mala formación del cordón, puede dar lugar a una unión soldada deficiente. Estas uniones pueden refluirse utilizando nueva pasta de soldadura sin limpieza y calentándolas mediante una punta microscópica a una temperatura comprendida entre 230 y 250 grados. Uno o dos ciclos resultan óptimos. Una deposición excesiva o un desalineamiento de la plantilla de soldadura casi siempre provoca un puente de soldadura. Estos puentes ocasionan un control deficiente de la soldadura y afectan negativamente a los demás terminales cercanos a la unión soldada; por lo tanto, el puente de soldadura se elimina mediante una mecha desoldadora a una temperatura máxima de 280 grados, para minimizar los cortocircuitos térmicos. El levantamiento de pads (pistas) se produce cuando la unión se separa claramente de la base del sustrato, generalmente debido a un tiempo de permanencia excesivo sobre el pad o a un soporte inadecuado del mismo. Este fenómeno se agrava si el soporte del pad es insuficiente. Las superficies oxidadas se limpian con IPA (alcohol isopropílico), exponiendo así superficies frescas y reforzándolas con epoxi conductor de plata, que habitualmente ha unido el pad tras ciclos térmicos que abarcan desde -40 hasta +125 grados. Siempre se debe validar la reparación mediante 50 ciclos entre los extremos operativos para confirmar la seguridad mecánica y eléctrica.
Preguntas y Respuestas
¿Cuál es la diferencia clave entre los termistores NTC y PTC?
Los termistores NTC reducen su resistencia cuando se aplica calor, y los PTC presentan un comportamiento opuesto. Esta diferencia afecta notablemente tanto los parámetros de soldadura como los de funcionamiento de estos dispositivos.
¿Cuál es la forma más óptima de reducir las descargas electrostáticas (ESD) durante el ensamblaje de termistores SMD?
Los métodos más eficaces para lograr este objetivo son utilizar pinzas antiestáticas también conectadas a tierra, un área de trabajo conectada a tierra y un flujo de aire ionizado conectado a tierra capaz de descargar a baja tensión. Utilice el equipo de tal manera que incluso las descargas más pequeñas que podrían provocar una ESD se disipen por completo, sin afectar el funcionamiento del termistor y garantizando una operación modular más fiable del mismo.
¿Cuáles son los mejores equipos para soldar termistores con perfiles tan pequeños como 0402 y 0603?
Los mejores dispositivos para este tipo de trabajo son una estación de aire caliente con un control preciso de la temperatura y una soldadora de punta microscópica cuyo diámetro sea inferior a 0,8 milímetros. Para lograr los resultados deseados, utilice un control periódico mediante una calibración que no exceda el plazo de un mes.
¿Por qué es importante la elección de la pasta de soldadura al soldar termistores SMD?
Porque una pasta de soldadura inadecuada puede dejar subproductos que generen un circuito de fuga o aislen las capas del termistor, lo que hará que su circuito funcione deficientemente. Para trabajos de alta precisión, utilice una pasta de soldadura sin residuos y libre de halógenos.
¿Cuál es la causa del levantamiento de una pista y cómo se realizan dichas reparaciones?
El levantamiento de pistas suele deberse a un diseño deficiente de la pista o a la aplicación de calor excesivo. La reparación de un levantamiento leve es posible mediante el uso de epoxi conductor de plata tras limpiar las capas oxidadas.
