EN
SMD-термисторы: почему каждый компонент уникален
Различия в тепловой массе и чувствительности к пайке у NTC- и PTC-термисторов
Самое большое различие между термисторами NTC и PTC заключается в их реакции на температуру: сопротивление термисторов NTC уменьшается, а термисторов PTC — увеличивается. Это определяет основное различие в их тепловой реакции при пайке. Термисторы NTC и PTC в компактных корпусах, таких как 0402 и 0603, нагреваются очень быстро и подвержены тепловым ударам при пайке. Корпуса 0805 и крупнее обладают большей тепловой массой, но поглощают тепло медленнее и могут выдерживать более плавные и мягкие тепловые режимы. Обратите внимание, что керамические термисторы NTC существуют и требуют, чтобы пиковая температура пайки оставалась ниже 260 °C. Пайка при более высоких температурах вызывает образование микротрещин, которые могут не проявиться до начала эксплуатации термисторов. Полимерные термисторы PTC деградируют при температурах выше 230 °C, поэтому выбор подходящего режима пайки становится критически важным. Согласно отчёту IPC за 2023 г. о дефектах пайки, 42 % SMD-термисторов стали прямой причиной ошибок в температурном профиле пайки.
SMD-термисторы: влияние электростатического разряда (ESD) на их чувствительность и последствия для проектирования термисторов
Очень высокая температура керамических подложек и микрометровых электродов SMD-термисторов приводит к чрезвычайно высокой чувствительности к электростатическому разряду (ESD). Удар ESD напряжением 100 В, который значительно ниже порогового значения ESD для человека, способен сократить срок службы термисторов до 30 %. Такой уровень ESD-напряжения обуславливает необходимость использования оборудования, защищённого от электростатического разряда: пинцетов, заземлённых рабочих станций и установок с ионизированным воздушным потоком. Их применение в сверхнизковольтных схемах, где рабочий ток часто составляет менее 1 мА, предъявляет повышенные требования к контролю количества флюса. Избыток флюса приводит к образованию нежелательных проводящих остатков, которые могут замкнуть разрывы в цепи или создать путь для утечки тока, что, в свою очередь, вызывает непреднамеренные неисправности схемы и погрешности в её работе. Указанные ограничения привели производителя к установлению максимальной температуры припоя в процессе рефлоу на уровне 250 °C ± 10 °C — это значение находится ниже средней рабочей температуры и одновременно обеспечивает надёжное формирование паяного соединения, минимизируя риск расслоения внутренних слоёв. Проверка сборки, проведённая производителем, показала рост дефектов термисторов на 60 %.
Совершенствование инструментов и оснастки для точной пайки SMD-термисторов
Выбор и настройка станций горячего воздуха и паяльников с микро-наконечниками для корпусов 0402–0805
При пайке термисторов в корпусах 0402–0805 станция горячего воздуха с тонкой регулировкой воздушного потока (±2 °C) и паяльники с микро-наконечниками с диаметром жала ≤0,8 мм позволяют разделять паяные соединения, тогда как паяльники помогают устранять мостиковые замыкания. Для повышения точности паяльного оборудования применяется ежемесячная калибровка и термодатчики с прослеживаемой метрологической цепочкой; значительные отклонения температуры на ±5 °C увеличивают вероятность образования холодных паяных соединений. При ручной пайке температура жала паяльника поддерживается в диапазоне от 350 до 380 °C, а при пайке горячим воздухом — не выше 280 °C при максимальной скорости нагрева 2 °C/с.
Выбор флюса, способа его нанесения и температурных профилей при пайке SMD-термисторов
Флюсы без необходимости очистки, с низким остаточным содержанием и не содержащие галогенов, являются оптимальными для формирования высококачественных паяных соединений в пассивных электронных компонентах и позволяют сократить трудозатраты, поскольку такие флюсы не содержат смол и растворителей. Нанесение флюса должно быть точечным; его нельзя наносить на корпус термистора, чтобы избежать повышения степени карбонизации медного материала и увеличения сопротивления изоляции. Для пайки следует использовать профиль рефлоу-пайки: предварительный нагрев до 150–180 °C в течение 60–90 секунд, выдержка при 180–200 °C в течение 60–120 секунд, пиковая температура рефлоу 220–250 °C в течение 45–60 секунд выше эвтектической точки и контролируемое охлаждение со скоростью менее 4 °C/сек. Профиль рефлоу-пайки должен быть подтверждён калиброванным тепловым профилем, измеренным в непосредственной близости от теплового сигнала системы и соответствующим тепловому поведению паяного соединения.
Процесс пайки SMD-термисторов можно разделить на четыре ключевых этапа: контролируемое лужение, точное размещение, рефлоу-пайка с двойным нагревом и мониторинг температуры в реальном времени.
Для компенсации тепловой массы и гистерезиса, наблюдаемых при измерениях, следует наносить только такое количество паяльной пасты, которое обеспечивает формирование тонкого, непрерывного валика. Для точного размещения с допуском ±0,1 мм термисторы должны захватываться и устанавливаться с помощью антистатических, немагнитных пинцетов с 10-кратным увеличением. Следует совместно применять предварительный нагрев печатной платы до 150 °C и локальный нагрев выводов с использованием микронаконечника паяльника, установленного на температуру 280 °C, при этом время контакта паяльника с выводом не должно превышать 3 секунды. При локальной пайке необходимо применять диагональный метод, при котором микронаконечник паяльника не должен касаться керамического корпуса термистора. При выполнении операций пайки следует контролировать температуру выводов на уровне 200 °C с использованием переносной инфракрасной (ИК) паяльной печи с двумя зонами нагрева. Качество пайки должно поддерживаться на приемлемом уровне, после чего для контроля паяных соединений термисторов следует проводить рентгеновскую инспекцию. Пороговое значение доли пустот устанавливается на уровне 15 %. Анализ поперечных сечений пустот должен выполняться совместно с оценкой теплового дрейфа для полной корреляции результатов, полученных по пустотам, с характеристиками термисторов NTC и PTC.
Холодные соединения, мосты при пайке и отрыв контактных площадок при пайке SMD-термисторов
Холодные паяные соединения выглядят матовыми или пористыми, с незначительным количеством припоя или без него. Обычно это вызвано недостаточным количеством припоя либо избытком припоя. Тонкие нити припоя, скопившиеся в зоне паяного соединения в сочетании с некачественным формированием валика, могут привести к образованию ненадёжного паяного соединения. Их можно повторно расплавить, используя свежий бессмывной флюс для пайки и нагревая микронаконечником при температуре от 230 до 250 градусов Цельсия. Оптимально провести одну–две цикла перепайки. Избыточное нанесение припоя или смещение трафарета для нанесения припоя почти неизбежно приводит к образованию мостика припоя. Это ухудшает контроль за процессом пайки и создаёт повышенную термическую нагрузку на соседние выводы, расположенные вблизи паяного соединения; поэтому мостик припоя удаляют с помощью десолдерной оплётки при максимальной температуре 280 градусов Цельсия, чтобы минимизировать риск тепловых замыканий. Отслаивание контактной площадки возникает, когда паяное соединение явно отделяется от основания подложки — обычно вследствие чрезмерного времени удержания площадки при пайке или недостаточной механической поддержки площадки. Данная проблема усугубляется недостаточной поддержкой площадки. Окисленные поверхности очищаются изопропиловым спиртом (IPA), что позволяет обнажить свежие металлические поверхности и укрепить их проводящим серебросодержащим эпоксидным клеем, который обычно обеспечивает надёжное соединение площадки после прохождения термоциклов в диапазоне от −40 до +125 градусов Цельсия. Всегда проверяйте качество ремонта путём выполнения 50 циклов работы в пределах эксплуатационных температурных крайних значений, чтобы подтвердить механическую и электрическую безопасность.
Вопросы и ответы
В чем ключевое различие между термисторами NTC и PTC?
Термисторы NTC снижают своё сопротивление при повышении температуры, тогда как термисторы PTC демонстрируют противоположное поведение. Это различие существенно влияет как на параметры пайки, так и на рабочие характеристики данных устройств.
Каков наиболее оптимальный способ снижения электростатического разряда (ESD) при монтаже SMD-термисторов?
Наиболее эффективные методы включают использование антистатических пинцетов с заземлением, организацию заземлённой рабочей зоны и применение заземлённого ионизированного воздушного потока, способного осуществлять разряд при низком напряжении. Оборудование следует использовать таким образом, чтобы даже самые незначительные разряды, способные вызвать ESD, полностью рассеивались, а функционирование термистора оставалось неизменным и обеспечивалась более надёжная модульная работа термистора.
Какие устройства лучше всего подходят для пайки термисторов с такими малыми габаритами, как 0402 и 0603?
Лучшими устройствами для такой пайки являются термовоздушная станция с необходимой точной регулировкой температуры в сочетании с микропаяльником с жалом диаметром менее 0,8 мм. Для достижения требуемых результатов используйте периодический контроль в течение калибровочного интервала не более одного месяца.
Почему выбор флюса важен при пайке SMD-термисторов?
Поскольку неподходящий флюс может оставлять побочные продукты, вызывающие ток утечки или изолирующие слои термистора, что приводит к некорректной работе схемы. Для высокоточных работ используйте флюс без необходимости очистки и не содержащий галогенов.
В чём причина отрыва контактной площадки и как выполняются такие ремонты?
Отрыв контактной площадки обычно обусловлен недостатками её конструкции или чрезмерным нагревом. Незначительный отрыв можно устранить с помощью проводящего серебросодержащего эпоксидного клея после предварительной очистки окисленных слоёв.
