EN
SMD-thermistoren: waarom elk onderdeel uniek is
Verschillen in thermische massa en solderingsgevoeligheid van NTC- en PTC-thermistoren
Het grootste verschil tussen NTC- en PTC-thermistoren is hun reactie op temperatuur: de weerstand van NTC’s neemt af en die van PTC’s neemt toe. Dit bepaalt het belangrijkste verschil in hun thermische respons tijdens het solderen. NTC- en PTC-thermistoren in kleinere behuizingen, zoals de 0402- en 0603-behuizingen, warmen zeer snel op en zijn gevoelig voor thermische schokken tijdens het solderen. De 0805-behuizing en grotere behuizingen bieden meer thermische massa, maar absorberen warmte langzamer en kunnen langzamere, minder extreme thermische profielen verdragen. Let op: NTC-ceramische thermistoren bestaan en vereisen dat de piektemperatuur tijdens het solderen onder de 260 °C blijft. Solderen boven deze temperatuur kan leiden tot microscheurtjes, die pas zichtbaar worden wanneer de thermistoren in gebruik zijn. PTC-polymeerthermistoren degraderen boven de 230 °C, waardoor de keuze van de solderingsmethode cruciaal wordt. Volgens het IPC-rapport over soldeerfouten uit 2023 was bij 42 % van de SMD-thermistoren een onjuist soldeerprofiel de directe oorzaak van de fout.
SMD-thermistoren: effecten van ESD-gevoeligheid en hun impact op het thermistorontwerp
De zeer hoge temperatuur keramische substraatmateriaal en micrometer-elektroden van SMD-thermistoren leiden tot een zeer hoge gevoeligheid voor elektrostatische ontlading (ESD). Een ESD-stoot van 100 V, die ver onder de ESD-drempelwaarde voor de mens ligt, kan de levensduur verminderen met wel 30%. Een dergelijke ESD-drempelwaarde vereist het gebruik van ESD-veilige apparatuur, zoals pincet, geaarde werkstations en geïoniseerde luchtstromen. De integratie ervan in uiterst laagvermogende circuits, vaak met een bedrijfsstroom van minder dan 1 mA, creëert behoefte aan gecontroleerde fluxtoevoer. Te veel flux leidt tot ongewenste geleidende residuen die circuitopen randen kunnen overbruggen of een pad kunnen vormen voor lekstroom, wat kan resulteren in ongewenste circuitstoringen en onnauwkeurigheden. Deze beperkingen hebben ertoe geleid dat de fabrikant een maximale refluxtemperatuur van 250 °C ± 10 °C heeft vastgesteld voor het solderen, om onder de gemiddelde bedrijfstemperatuur te blijven én tegelijkertijd een referentiepunt te bieden voor de integriteit van de soldeerverbindingen, teneinde het risico op scheiding van binnenlagen te minimaliseren. De validatie van de assemblage door de fabrikant toonde een stijging van thermistordefecten met 60%.
Het perfectioneren van gereedschappen en opstellingen voor precisie-solderen van SMD-thermistors
Het kiezen en aanpassen van heetluchtstations en micro-tip-soldeerbouten voor pakketten van 0402–0805
Bij het solderen van thermistors in 0402–0805-formaat kan een heetluchtstation met fijnmazige luchtstroom (±2 °C) en micro-tip-soldeerbouten met tips van ≤0,8 mm worden gebruikt om gesoldeerde verbindingen te scheiden, terwijl soldeerbouten helpen bij het overbruggen. Maandelijkse kalibratie en traceerbare thermische sensoren worden gebruikt om de solderapparatuur te verbeteren; aanzienlijke temperatuurdalingen van ±5 °C verhogen de vorming van koude soldeerverbindingen. Bij handmatig solderen worden de bouttips gehandhaafd tussen 350 en 380 °C, terwijl het solderen met heetlucht maximaal 280 °C mag bedragen met een maximale solderingsramp rate van 2 °C/s.
Het kiezen van flux, de toepassing van flux en thermische profielen bij het solderen van SMD-thermistors
No-Clean-fluxen met een lage resthoeveelheid en zonder halogenen zijn het beste voor de vorming van kwalitatief hoogwaardige soldeerverbindingen in passieve elektronica en voor arbeidsduur, aangezien deze fluxen vrij zijn van harsen en oplosmiddelen. De flux moet specifiek worden aangebracht en mag niet op het thermistorlichaam worden aangebracht om carbonisatie van het kopermateriaal en de isolatieweerstand te voorkomen. Voor het solderen dient een reflow-solderprofiel te worden gebruikt waarbij eerst wordt voorgewarmd tot 150–180 °C gedurende 60 tot 90 seconden, gevolgd door een ‘soak’-fase bij 180–200 °C gedurende 60 tot 120 seconden, een piekreflowtemperatuur van 220–250 °C gedurende 45 tot 60 seconden boven het eutectische punt, en een gecontroleerde afkoeling met een snelheid van minder dan 4 °C/seconde. Het reflow-solderprofiel dient te worden geverifieerd met behulp van een gekalibreerd thermisch profiel naast een systeemthermisch signatuur dat overeenkomt met de soldeerverbinding.
Het solderen van SMD-thermistoren kan worden onderverdeeld in vier belangrijke stappen: gecontroleerd tinneerproces, nauwkeurige plaatsing, dual-heat reflow en real-time thermische monitoring.
Om de thermische massa en hysteresis die optreden bij metingen te compenseren, dient slechts zoveel soldeerpasta te worden aangebracht dat er een dunne, continue hoekvulling ontstaat. Om een juiste plaatsing binnen ±0,1 mm te bereiken, moeten thermistors worden opgepakt en geplaatst met ESD-veilige, anti-magnetische pincetters met 10× vergroting. Combineer voorverwarming van de printplaat tot 150 °C met verwarming van de aansluitingen door gebruik te maken van een micro-tip-soldeerbout ingesteld op 280 °C, waarbij de soldeerbout maximaal 3 seconden in aanraking blijft met de aansluiting. Er dient diagonaal te worden gesoldeerd, waarbij de micro-tip-soldeerbout geen contact mag maken met het keramische lichaam van de thermistor. Bij soldeerprocedures dient de aansluitingstemperatuur te worden geregeld op 200 °C met behulp van een draagbare infrarood (IR) soldeeroven met twee temperatuurzones. De kwaliteit van het soldeerproces dient te worden gecontroleerd op een aanvaardbaar niveau, waarna röntgeninspectie wordt gebruikt om de soldeerverbindingen van de thermistors te onderzoeken. De drempelwaarde voor holtes dient te worden ingesteld op 15 %. Dwarsdoorsneden van de holtes dienen in combinatie met thermische drift te worden geanalyseerd om de resultaten van de holtes volledig te correleren met de NTC- en PTC-apparaten.
Koude verbindingen, soldeerverbindingen en padoplifting bij het solderen van SMD-thermistors
Koude verbindingen zien er dof of poreus uit, met weinig of geen soldeermateriaal. Dit wordt meestal veroorzaakt door onvoldoende soldeermateriaal of door te veel of te weinig soldeermateriaal. Dunne draden soldeermateriaal die zich bij de verbindingen ophopen, in combinatie met een slechte kogelvorming, kunnen leiden tot een slechte soldeerverbinding. Ze kunnen opnieuw worden gesoldeerd met vers, reinigingsvrij soldeerflux en verwarmd worden met een micro-tiptoepassing bij een temperatuur tussen 230 en 250 graden. Één of twee cycli is optimaal. Te veel soldeermateriaal of verkeerde uitlijning van de soldeerstencil leidt bijna altijd tot een soldeerverbinding (solder bridge). Dit resulteert in slechte soldeercontrole en belast de andere aansluitingen in de buurt van de soldeerverbinding, waardoor de soldeerverbinding wordt verwijderd met desoldeerbrei bij maximaal 280 graden om thermische kortsluitingen tot een minimum te beperken. Padlifting treedt op wanneer de verbinding duidelijk loskomt van de substraatbasis, meestal als gevolg van een te lange padverwarmingsduur of onvoldoende padondersteuning. Het wordt verergerd door onvoldoende padondersteuning. Geoxideerde oppervlakken worden schoongemaakt met isopropylalcohol (IPA), waardoor verse oppervlakken blootkomen en deze worden versterkt met geleidende zilver-epoxy, die doorgaans het pad heeft verbonden via thermische cycli van -40 tot +125 graden. Valideer de reparatie altijd met 50 cycli tussen de operationele uitersten om mechanische en elektrische veiligheid te bevestigen.
Vragen & Antwoorden
Wat is het belangrijkste verschil tussen NTC- en PTC-thermistoren?
NTC-thermistoren verlagen hun weerstand wanneer warmte wordt toegevoerd, terwijl PTC-thermistoren het tegenovergestelde gedrag vertonen. Dit verschil heeft een grote invloed op zowel de soldeer- als de bedrijfsparameters van deze componenten.
Wat is de meest optimale manier om ESD te verminderen bij het monteren van SMD-thermistoren?
De beste methoden om dit doel te bereiken zijn het gebruik van ESD-veilige pincetjes die ook geaard zijn, een geaarde werkplek en het gebruik van een geaarde geïoniseerde luchtstroom die bij een lage spanning kan ontladen. Gebruik de apparatuur op zo’n manier dat zelfs de kleinste ontladingen die tot ESD kunnen leiden volledig worden afgevoerd, zodat de werking van de thermistor niet wordt beïnvloed en de thermistor beter functioneert in modulaire toepassingen.
Welke soldeertoestellen zijn het geschiktst voor het solderen van thermistoren met een dergelijk klein formaat, zoals 0402 en 0603?
De beste apparaten voor dergelijke werkzaamheden maken gebruik van een hete-luchtstation met een nauwkeurige temperatuurregeling in combinatie met een micro-tip soldeerbout met een diameter van minder dan 0,8 millimeter. Om de gewenste resultaten te bereiken, dient periodieke kalibratie plaats te vinden met een interval van maximaal 1 maand.
Waarom is de keuze van flux belangrijk bij het solderen van SMD-thermistors?
Omdat de verkeerde flux residuen kan achterlaten die een lekkagekring veroorzaken of de thermistorlagen isoleren, waardoor uw circuit slecht functioneert. Voor hoogwaardig precisiewerk gebruikt u een ‘no-clean’-flux zonder halogenen.
Wat is de oorzaak van het loskomen van een solderpad en hoe worden dergelijke reparaties uitgevoerd?
Het loskomen van een solderpad wordt meestal veroorzaakt door een onvoldoende padontwerp of door het aanbrengen van te veel warmte. Een lichte afscheiding kan worden gerepareerd met geleidende zilver-epoxy na reiniging van geoxideerde lagen.
