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Notions de base sur les thermistances CMS : fabrication et adéquation de leur rôle avec la technologie de montage en surface (SMT)
Forme et conception des thermistances CMS pour un positionnement aisé et un reflow optimal
La géométrie des thermistances CMS permet de les fabriquer sous forme de rectangles ou de cylindres standard (0402 – environ 1 × 0,5 mm) ou (1206 – environ 3,2 × 1,6 mm), ce qui les rend idéales pour les chaînes de montage automatisées en technologie de montage en surface (SMT). La combinaison d’une faible masse thermique et de bornes symétriques aux dimensions réduites et strictement contrôlées garantit un positionnement précis et exact de la pâte à souder et réduit au minimum les défauts de « tombstone ». La forme des bornes est conçue pour être coplanaire avec la surface conductrice de la carte de circuit imprimé (PCI), afin de minimiser les vides de soudure et de maximiser la qualité des joints de soudure, tout en empêchant la formation de ponts de soudure entre bornes adjacentes. Les thermistances sont conçues pour être placées par des machines de montage automatisées avec une précision de placement d’environ ± 0,1 mm à raison de 30 000 placements par heure. Les innovations de conception, couplées au montage automatisé, permettent la réalisation d’assemblages de circuits à forte densité de composants, tout en assurant une gestion thermique efficace sur l’ensemble de l’assemblage.
Sélection des thermistances NTC par rapport aux thermistances PTC dans les cartes de circuits imprimés à forte densité
Les thermistances à coefficient de température négatif (NTC) et à coefficient de température positif (PTC), montées en surface (SMD), remplissent des fonctions différentes dans l’électronique moderne. Par exemple, dans la surveillance des batteries, la régulation de la surchauffe des processeurs ou encore les dispositifs portables intelligents, les thermistances NTC fournissent des mesures de température précises, avec une tolérance de ±0,5 °C par rapport à la température cible. Ceci est dû au phénomène de dépendance résistive à la température, selon lequel la résistance des thermistances NTC diminue lorsque la température augmente. Les thermistances PTC exercent quant à elles la fonction inverse : elles présentent une augmentation brutale de leur résistance dès que la température atteint un seuil prédéfini, généralement dans une fourchette de 5 °C. Cela rend les thermistances PTC particulièrement adaptées à la détection des surintensités dans les lignes d’alimentation et les lignes USB, et elles constituent des interrupteurs de sécurité intégrés auto-réenclenchables. Ces différences dans les caractéristiques de fonctionnement des thermistances sont essentielles lors de la sélection des composants pour des applications cibles.
Temps de réponse, capacité de gestion de la puissance et synergie de disposition
Les thermistances NTC atteignent un temps de réponse inférieur à 1 seconde grâce à une inertie thermique réduite. Les thermistances PTC sont capables de supporter des courants de pointe de 100 A, ce qui est utile dans les applications de protection de circuits. Dans les dispositifs miniaturisés, les NTC permettent la surveillance thermique à proximité des sources de chaleur, tandis que les PTC assurent la protection des circuits sans occuper d’espace supplémentaire. Par conséquent, la sélection des performances en fonction des caractéristiques des composants est directement alignée sur la fonction et l’application prévues de la carte de circuit imprimé (PCB).
Principaux avantages des thermistances CMS pour l’électronique miniaturisée et haute performance
Encombrement réduit et détection thermique à haute densité, sans compromis sur la précision
Les thermistances à montage en surface peuvent être intégrées dans des espaces très réduits, notamment dans des dispositifs tels que les équipements périphériques IoT, les aides auditives miniaturisées et même les implants médicaux. Elles sont disponibles dans des formats standard allant jusqu’au 0201, soit 0,6 mm × 0,3 mm. Grâce à une technique de fabrication fondée sur des couches minces et des électrodes structurées, elles atteignent une tolérance de résistance de ±1 % sur une plage de température allant de −40 °C à +125 °C. Ainsi, les fabricants n’ont pas à sacrifier la précision des mesures pour réduire la taille des composants. Ces thermistances présentent une conception uniforme et peuvent être placées à proximité immédiate d’une source de chaleur ou d’un circuit intégré, à seulement moins de 0,5 mm de distance. Cela permet aux concepteurs d’augmenter, dans le même espace qu’auparavant avec les versions à montage traversant, le nombre de capteurs de température d’un facteur cinq, tout en conservant des performances fiables sans nécessiter de recalibrages fréquents.
Les thermistances à faible épaisseur, à réponse thermique (SMD), réagissent aux fluctuations de température en moins d’une seconde, surpassant ainsi les modèles traditionnels à billes ou à disque d’un facteur 10 ! Une masse thermique réduite ainsi qu’un transfert thermique amélioré contribuent à ce temps de réponse rapide. Par exemple, les substrats céramiques et les surfaces de barrière/contrôle thermique en nickel dominent les performances thermiques. Les capteurs réagissent aux variations de température et sont encapsulés dans une gaine protectrice en résine afin d’atténuer l’effet de l’humidité et de préserver la précision de détection malgré l’accumulation d’humidité et/ou la formation de condensat. Un temps de réponse rapide est essentiel pour éviter la surchauffe des batteries lithium-ion et/ou la limitation de la puissance des processeurs. Des essais démontrent que ces capteurs fonctionnent typiquement pendant plus de 500 000 cycles thermiques, ce qui explique leur capacité à supporter des sollicitations thermiques permanentes (5G) dans les capteurs environnementaux des systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) automobiles.
Excellence manufacturière : thermistances SMD dans la production automatisée SMT
Compatibilité complète avec les systèmes de prise-et-placement, de reflow et d’inspection optique automatique (AOI)
Les thermistances à montage en surface sont entièrement compatibles avec toutes les automatisations SMT. La production en volume n'est pas affectée, car les outils de prise sous vide peuvent placer ces composants dans les emplacements les plus exigus, y compris autour et même sous les BGA à pas de 0,4 mm. Aucun effet néfaste, tel que décollement, fissuration ou modification des caractéristiques électriques, ne se produit sur les thermistances à montage en surface lors du brasage sans plomb, où les composants sont soumis à un préchauffage et à des températures de pointe comprises entre 240 et 260 degrés Celsius, suivis d’un refroidissement contrôlé jusqu’à la température ambiante. L’inspection visuelle automatisée (IVA) peut évaluer les thermistances, grâce à leur surface plane, mate et régulière, de forme parallélépipédique. Les thermistances n’entravent pas non plus l’inspection de la coplanéité des composants, du volume de soudure et de l’écoulement de la soudure. Une station d’inspection peut effectuer plus de 25 000 inspections par heure. L’intégration entièrement autonome à chaque étape du processus de fabrication permet d’économiser environ 30 % des coûts d’assemblage, et, avec des taux de défaut restant inférieurs à 50 ppm, les normes de défauts de fabrication répondent aux spécifications IPC-A-610 classe 3 et au-delà.
Fiabilité et facilité d’entretien : pourquoi les thermistances CMS sont les meilleurs choix pour les applications réelles de montage en surface (SMT)
Résilience éprouvée aux cycles thermiques (norme IPC-9701A) et intégrité des joints de soudure adaptée à la reprise
Les thermistances à montage en surface présentent une dérive de résistance inférieure à 1 % lorsqu’elles sont soumises au test de cyclage thermique IPC-9701A, même après 1 000 cycles allant de -55 à +150 degrés. Les thermistances permettent des mesures précises dans des environnements de travail exigeants, tels que les moteurs, où les variations de température peuvent provoquer une séparation des différents matériaux constitutifs de la thermistance. Elles sont moins sujettes aux fissurations que les thermistances et céramiques traditionnelles. Les thermistances peuvent être utilisées pour monter des pinces à air chaud ; pendant l’intervention, le technicien peut retirer une thermistance sans perturber la piste de circuit de 0,3 mm, les composants miniatures ni même les composants à pas très fin situés à proximité. Cette technique de reprise peut permettre d’économiser jusqu’à 22 % des cartes de circuits imprimés sur le terrain. La thermistance conserve intacte sa réactivité thermique, sa continuité électrique ainsi que sa bonne liaison soudée aux bornes, même après de nombreuses opérations de soudage.
FAQ
Quelles sont les formes et dimensions courantes des thermistances de type CMS ?
Les thermistances CMS existent sous forme rectangulaire et cylindrique. Les dimensions courantes de ces thermistances sont 0402 (environ 1 × 0,5 mm) et 1206 (environ 3,2 × 1,6 mm).
Quelles sont les différences fonctionnelles entre les thermistances CMS NTC et PTC ?
Lorsque la température augmente, la résistance des thermistances NTC diminue. C’est ce qui les rend utiles pour la surveillance de la température. En revanche, les thermistances PTC voient leur résistance augmenter dans certaines plages de température, ce qui permet de les utiliser dans la protection des circuits, en tant que fusibles réarmables.
Quel est l’avantage d’utiliser des thermistances CMS dans les électroniques hautes performances ?
Les thermistances CMS occupent peu d’espace et peuvent donc être intégrées dans des espaces restreints. Leur faible masse thermique leur confère des temps de réponse rapides, une réponse précise aux variations de température et une stabilité de leur précision.
Pourquoi les thermistances CMS constituent-elles le meilleur choix pour la production automatisée par montage en surface (SMT) ?
Les thermistances CMS ont également été produites de manière à les rendre optimales pour ces procédés. La fabrication est rationalisée, car les thermistances CMS sont positionnées avec précision, peuvent être facilement inspectées et sont aisément soudables.
Quelles sont les performances en cyclage thermique des thermistances CMS ?
Les thermistances CMS offrent une fiabilité accrue à haute température, car elles réussissent les essais de cyclage thermique avec une dérive de résistance inférieure à 1 % selon la norme IPC-9701A.
