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Thermistances CMS : pourquoi chaque composant est unique
Différences de masse thermique et de sensibilité au soudage entre les thermistances NTC et PTC
La plus grande distinction entre les thermistances NTC et PTC réside dans leur réaction à la température : celles de type NTC diminuent, tandis que celles de type PTC augmentent. Cela détermine la principale différence de leur réponse thermique lors du soudage. Les thermistances NTC et PTC intégrées dans des boîtiers plus petits, tels que les formats 0402 et 0603, ont tendance à chauffer très rapidement et sont sensibles aux chocs thermiques liés au soudage. Les boîtiers 0805 et plus grands offrent une masse thermique supérieure, mais absorbent la chaleur plus lentement et peuvent supporter des profils thermiques plus progressifs et moins sévères. Notez que les thermistances céramiques NTC existent et nécessitent que la température maximale de soudage reste inférieure à 260 °C. Un soudage au-delà de cette plage provoque des microfissures, qui ne deviennent éventuellement apparentes qu’une fois les thermistances mises en service. Les thermistances polymères PTC se dégradent au-dessus de 230 °C ; par conséquent, la manière dont le soudage est réalisé devient critique. Selon le rapport IPC 2023 sur les défauts de soudage, 42 % des thermistances CMS étaient directement responsables d’erreurs liées au profil de soudage.
Thermistances CMS : effets de la sensibilité aux décharges électrostatiques et leur incidence sur la conception des thermistances
Les substrats céramiques à très haute température et les électrodes micrométriques des thermistances CMS entraînent une sensibilité très élevée aux décharges électrostatiques (ESD). Une décharge ESD de 100 V, bien inférieure au seuil ESD humain, est capable de réduire la durée de vie jusqu’à 30 %. Une décharge ESD atteignant ce seuil incite à l’utilisation d’équipements sécurisés contre les ESD, tels que des pinces antistatiques, des postes de travail mis à la terre et un flux d’air ionisé. Leur intégration dans des dispositifs électroniques à courant de fonctionnement ultra-faible (souvent < 1 mA) crée une demande de flux contrôlé. Un excès de flux conduit à des résidus conducteurs indésirables capables de court-circuiter les bords ouverts d’un circuit ou de créer un chemin de fuite pouvant provoquer des défauts ou des imprécisions indésirables dans le circuit. Ces contraintes ont conduit le fabricant à fixer sa température maximale de refusion pour la soudure à 250 °C ± 10 °C, afin de rester en dessous de la température moyenne de fonctionnement et d’assurer également une adhérence suffisante des joints de soudure pour minimiser le risque de séparation des couches internes. La validation d’assemblage du fabricant a révélé une augmentation de 60 % des défauts constatés sur les thermistances.
Perfectionnement des outils et des dispositions pour la soudure précise de thermistances CMS
Choix et réglage des stations à air chaud et des fers à souder à pointe microscopique pour les boîtiers 0402–0805
Lors de la soudure de thermistances 0402–0805, une station à air chaud dotée d’un débit d’air finement contrôlé (±2 °C) et des fers à souder à pointe microscopique équipés de pointes d’un diamètre ≤ 0,8 mm permettent de séparer les connexions soudées, tandis que les fers à souder facilitent la réalisation de ponts. Une étalonnage mensuel et des capteurs thermiques traçables sont utilisés pour améliorer les équipements de soudure, car des chutes de température importantes (±5 °C) augmentent la formation de joints de soudure froids. Pour la soudure manuelle, la température des pointes des fers à souder est maintenue entre 350 et 380 °C, tandis que la soudure à l’air chaud doit être limitée à ≤ 280 °C, avec une rampe de montée en température maximale de 2 °C/s.
Choix de la pâte à souder, application de la pâte à souder et profils thermiques lors de la soudure de thermistances CMS
Les flux sans nettoyage, à faible résidu et sans halogène sont les plus adaptés à la formation de joints de soudure de haute qualité pour les composants électroniques passifs, ainsi qu’à la réduction du temps de main-d’œuvre, car ces flux ne contiennent ni résine ni solvants. Le flux doit être appliqué de manière ciblée et ne doit pas être déposé sur le corps du thermistance afin d’éviter l’accélération de la carbonisation du cuivre et l’augmentation de l’impédance de l’isolant. Pour la soudure, il convient d’utiliser un profil de soudure par refusion comprenant : un préchauffage à 150–180 °C pendant 60 à 90 secondes, une phase de maintien à 180–200 °C pendant 60 à 120 secondes, une température de pointe en refusion à 220–250 °C pendant 45 à 60 secondes au-dessus de la température eutectique, et un refroidissement contrôlé à moins de 4 °C/seconde. Ce profil de soudure par refusion doit être vérifié à l’aide d’un profil thermique étalonné, mesuré à proximité d’une signature thermique système correspondant au joint de soudure.
Le processus de soudure des thermistances CMS peut être divisé en quatre étapes clés : étamage contrôlé, placement précis, refusion à double chauffage et surveillance thermique en temps réel.
Pour contrer la masse thermique et l'hystérésis observées lors des mesures, appliquez uniquement une quantité suffisante de pâte à souder afin de former un cordon mince et continu. Pour obtenir un positionnement précis dans une tolérance de ±0,1 mm, les thermistances doivent être prélevées et placées à l’aide de pinces antistatiques et anti-magnétiques dotées d’un grossissement de 10×. Associez un préchauffage au niveau de la carte à 150 °C à un chauffage localisé des bornes à l’aide d’un fer à souder à pointe microscopique réglé à 280 °C, en appliquant le fer pendant ≤3 secondes. Un retrait thermique diagonal doit être appliqué, sans que la pointe microscopique ne touche le corps céramique du thermistance. Pour les procédures de retrait thermique, régulez la température des bornes à 200 °C à l’aide d’un four portable à retrait thermique infrarouge (IR) à deux zones. La qualité du soudage par retrait thermique doit être maîtrisée à un niveau acceptable, puis une inspection aux rayons X doit être réalisée afin d’analyser les joints de soudure des thermistances. Le seuil de porosité doit être fixé à 15 %. Les sections transversales des pores doivent être analysées conjointement avec la dérive thermique afin de corréler pleinement les résultats relatifs aux pores avec les dispositifs NTC et PTC.
Joints froids, ponts de soudure et soulèvement des pastilles lors de la soudure des thermistances CMS
Les joints froids présentent un aspect mat ou poreux, avec très peu ou pas de soudure. Cela est généralement dû à une quantité insuffisante ou excessive de soudure. La présence de fins filaments de soudure accumulés aux joints, combinée à une mauvaise formation du cordon de soudure, peut entraîner un joint de soudure défectueux. Ils peuvent être refondus à l’aide d’une pâte à souder sans nettoyage et chauffés à l’aide d’une pointe microfine à une température comprise entre 230 et 250 degrés. Un ou deux cycles sont optimaux. Une surépaisseur ou un mauvais alignement du pochoir à soudure provoque presque systématiquement un pont de soudure. Ces ponts entraînent un mauvais contrôle de la soudure et affectent négativement les autres terminaisons situées à proximité du joint de soudure ; le pont de soudure est donc éliminé à l’aide d’une tresse désoudeuse, à une température maximale de 280 degrés, afin de minimiser les courts-circuits thermiques. Le soulèvement de pastille se produit lorsque le joint se sépare nettement de la base du substrat, généralement en raison d’un temps de maintien excessif sur la pastille ou d’un support insuffisant de celle-ci. Ce phénomène est aggravé par un support insuffisant de la pastille. Les surfaces oxydées sont nettoyées à l’aide d’alcool isopropylique (IPA), ce qui permet de découvrir des surfaces fraîches et de les renforcer avec une résine époxy conductrice argentée, qui a généralement assuré la liaison de la pastille au cours de cycles thermiques allant de -40 à +125 degrés. Il convient toujours de valider la réparation en effectuant 50 cycles entre les extrêmes de fonctionnement afin de confirmer la sécurité mécanique et électrique.
Questions et réponses
Quelle est la principale différence entre les thermistances NTC et PTC ?
Les thermistances NTC voient leur résistance diminuer lorsqu'elles sont soumises à de la chaleur, tandis que les thermistances PTC présentent un comportement opposé. Cette différence influe fortement sur les paramètres de soudage et de fonctionnement de ces composants.
Quelle est la méthode la plus efficace pour réduire les décharges électrostatiques (ESD) lors du montage des thermistances CMS ?
Les méthodes les plus efficaces consistent à utiliser des pinces anti-ESD mises à la terre, une zone de travail mise à la terre et un flux d’air ionisé mis à la terre capable de se décharger à faible tension. Il convient d’utiliser cet équipement de manière à ce que même les plus faibles décharges pouvant entraîner une ESD soient entièrement dissipées, sans affecter le fonctionnement de la thermistance ni nuire à son bon fonctionnement modulaire.
Quels sont les meilleurs outils pour souder des thermistances de très petit format, tels que les formats 0402 et 0603 ?
Les meilleurs appareils pour ce type de travail utilisent une station à air chaud dotée d’un contrôle précis de la température, associée à un fer à souder à pointe microscopique dont le diamètre est inférieur à 0,8 millimètre. Pour obtenir les résultats souhaités, appliquez un contrôle périodique dans le cadre d’une étalonnage ne dépassant pas un mois.
Pourquoi le choix de la pâte à souder est-il important lors de la soudure de thermistances CMS ?
Parce qu’une pâte à souder inadaptée peut laisser des sous-produits créant un circuit de fuite ou isolant les couches du thermistance, ce qui dégrade le fonctionnement de votre circuit. Pour un travail de haute précision, utilisez une pâte à souder sans résidu et sans halogène.
Quelle est la cause du soulèvement d’une pastille et comment effectue-t-on les réparations correspondantes ?
Le soulèvement d’une pastille résulte généralement d’un mauvais design de la pastille ou d’une application excessive de chaleur. La réparation d’un soulèvement mineur est possible à l’aide d’une colle époxy conductrice argentée, après nettoyage des couches oxydées.
