EN
SMD-termostater: Varför varje komponent är unik
Skillnader i termisk massa och lödkänslighet hos NTC- och PTC-termostater
Den största skillnaden mellan NTC- och PTC-termistorer är deras reaktion på temperatur: NTC-termistorernas resistans minskar medan PTC-termistorernas ökar. Detta utgör den främsta skillnaden i deras termiska svar vid lödning. NTC- och PTC-termistorer i mindre paket, till exempel 0402- och 0603-paket, uppvärms mycket snabbt och är känsliga för termiska chockbelastningar vid lödning. Paket i storlek 0805 och större har större termisk massa, men absorberar värme långsammare och kan uthärda mildare, långsammare termiska belastningar. Observera att keramiska NTC-termistorer finns och kräver att spetslödningstemperaturen hålls under 260 °C. Lödning ovanför detta intervall orsakar mikrospänningsrissningar, vilka kanske inte blir uppenbara förrän termistorerna är i drift. En PTC-polymertermistor försämras vid temperaturer över 230 °C, vilket gör att valet av lödningsmetod blir avgörande. Enligt IPC:s rapport om lödfel från 2023 var 42 % av SMD-termistorerna direkt orsak till felaktiga lödprofiler.
SMD-thermistorer: Effekter av ESD-känslighet och deras inverkan på thermistordesign
De mycket höga temperaturerna hos keramiska substrat och mikrometerstora elektroder i SMD-termistorer leder till mycket hög känslighet för statisk elektricitet (ESD). En ESD-stöt på 100 V – långt under den mänskliga kroppens ESD-tröskel – kan minska livslängden med upp till 30 %. En sådan ESD-tröskel gör det nödvändigt att använda ESD-säker utrustning, t.ex. pincett, jordade arbetsstationer och joniserad luftström. När dessa komponenter integreras i ultra-lågströmskretsar – ofta med en driftström på <1 mA – uppstår ett behov av kontrollerad flödesmängd. Överdriven flödesmängd leder till oönskade ledande restprodukter som kan kortsluta öppna kretskanter eller skapa en väg för läckström, vilket kan orsaka oönskade kretsfel och mätosäkerheter. Dessa begränsningar resulterade i tillverkarens rekommenderade maximala återlutningstemperatur för lödning på 250 °C ± 10 °C, för att hålla sig under genomsnittlig driftstemperatur samt säkerställa lödanslutningens integritet och minimera risken för separation mellan inre lager. Tillverkarens monteringsvalidering visade en 60 % ökning av termistordefekter.
Förbättra verktyg och anordningar för precisionslödning av SMD-thermistorer
Val och justering av varmluftsstationer och mikrospetslödböglar för paket i storlek 0402–0805
Vid lödning av thermistorer i storlek 0402–0805 kan en varmluftsstation med finfördelad luftström (±2 °C) och mikrospetslödböglar med spetsar ≤0,8 mm användas för att separera lödade anslutningar, medan lödböglar stödjer vid övergångar. Månadsvis kalibrering och spårbara termiska sensorer används för att förbättra lödutrustningen, eftersom betydande temperaturfall på ±5 °C ökar risken för kalla lödförbindelser. Vid manuell lödning hålls lödspetsens temperatur mellan 350 och 380 °C, medan varmlufts-lödning bör hållas under 280 °C med en maximal uppvärmningshastighet på 2 °C/s.
Val av flussmedel, applicering av flussmedel och termiska profiler vid lödning av SMD-thermistorer
Fluxmedel utan rengöring, med låg resthalt och fria från halogener är bäst för kvalitetsfull bildning av lödningar för passiva elektronikkomponenter samt för att minska arbetsinsatsen, eftersom fluxmedlen är fria från harpiks och löslighet. Fluxmedel ska appliceras specifikt och inte appliceras på termistorkroppen, för att undvika ökad karbonisering av kopparmaterial och ökad isoleringsimpedans. För lödning ska en reflow-lödningsprofil användas med förvärmning till 150–180 °C i 60–90 sekunder, en såkallad "soak"-fas vid 180–200 °C i 60–120 sekunder, en toppreflow vid 220–250 °C i 45–60 sekunder ovanför eutektisk temperatur samt en kontrollerad kylning med en hastighet lägre än 4 °C/sekund. Reflow-lödningsprofilen ska verifieras med en kalibrerad termisk profil intill en systemtermisk signatur vid lödningsfogen.
Processen för lödning av SMD-termistorer kan delas upp i fyra nyckelsteg: Kontrollerad tinning, exakt placering, dubbelvärme-reflow och realtids termisk övervakning.
För att motverka den termiska massan och hysteresen som observeras vid mätningar bör endast så mycket lödmedelssmält användas att en tunn, sammanhängande fillet bildas. För att uppnå korrekt placering inom ±0,1 mm bör termistorer plockas upp och placeras med ESD-säkra, antimagnetiska pincett med 10× förstoring. Kombinera förvärmning av kretskortet till 150 °C med värme på anslutningarna genom att använda en mikrospetslöttång inställd på 280 °C och applicera löttången i högst 3 sekunder. Diagonal omlödning bör utföras, där mikrospetslöttången inte får komma i kontakt med termistorns keramiska kropp. Vid omlödningsförfaranden ska anslutningens temperatur regleras till 200 °C med hjälp av en båda-zons infraröd (IR) portabel omlödugn. Kvaliteten på omlödningen bör kontrolleras till en acceptabel nivå, varefter röntgeninspektion bör användas för att undersöka termistornas lödanslutningar. Gränsen för tomrum bör sättas till 15 %. Tvärsnitt av tomrummen bör analyseras tillsammans med termisk driftdrift för att fullständigt korrelatera resultaten av tomrummen till NTC- och PTC-enheter.
Kalla lödningar, lödbryggor och lossnade kontaktflätor vid lödning av SMD-termostat
Kalla lödningar ser matta eller porösa ut med lite eller ingen lödmetall. Detta beror vanligtvis på för lite lödmetall eller för mycket respektive för lite värme. Tunnare lödtrådar som samlas vid anslutningarna i kombination med dålig perlbildning kan leda till en dålig lödning. De kan återlödas med ny, renlödande lödfluss och värmas med en mikrospets vid en temperatur mellan 230 och 250 grader. En eller två cykler är optimalt. Överdriven deposition eller felaktig justering av lödstencilen orsakar nästan alltid en lödbrygga. Detta leder till dålig lödkontroll och påverkar negativt andra anslutningar i närheten av lödningsstället, så lödbryggan tas bort med avlödningsspets (desoldering braid) vid maximalt 280 grader för att minimera termiska kortslutningar. Padlyft uppstår när anslutningen tydligt lossnar från substratets bas, vanligtvis på grund av för lång varvtid på paden eller otillräcklig padstöd. Det förvärras av otillräckligt padstöd. Oxiderade ytor rengörs med isopropylalkohol (IPA), vilket avslöjar färska ytor och förstärker dem med ledande silverepoxy som vanligtvis har kopplat paden genom termiska cykler mellan -40 och +125 grader. Validera alltid reparationen med 50 cykler mellan driftgränserna för att bekräfta mekanisk och elektrisk säkerhet.
Frågor och svar
Vad är den avgörande skillnaden mellan NTC- och PTC-thermistorer?
NTC-thermistorer minskar motståndet när värme tillförs, medan PTC-thermistorer har motsatt beteende. Denna skillnad påverkar i hög grad både lödnings- och driftparametrarna för dessa komponenter.
Vilket är det mest optimala sättet att minska ESD vid montering av SMD-thermistorer?
De bästa metoderna för att uppnå detta mål är att använda ESD-säkra pincett som också är jordade, en jordad arbetsyta samt en jordad joniserad luftström som kan urladda vid låg spänning. Använd utrustningen så att även de minsta urladdningarna, som kan orsaka ESD, helt avleds, vilket säkerställer att thermistorns funktion inte påverkas och att thermistornas modulära drift förbättras.
Vilka är de bästa verktygen för att löda thermistorer med så små format som 0402 och 0603?
De bästa enheterna för sådan lötning är en varmluftsstation med nödvändig fin temperaturkontroll i kombination med en mikrospetslöttång med en diameter som är mindre än 0,8 millimeter. För att uppnå önskade resultat används periodisk kalibrering med intervall på högst en månad.
Varför är valet av flussmedel viktigt vid lödning av SMD-termistorer?
Eftersom felaktigt flussmedel kan lämna efterprodukter som skapar en läckströmskrets eller isolerar termistorlagren, vilket leder till dålig funktion hos kretsen. För högprecisionarbete används flussmedel som inte kräver rengöring och är halogentfritt.
Vad är orsaken till att en loddplatta lyfts upp och hur utförs sådana reparationer?
Upplyftning av loddplattor beror vanligtvis på bristfällig plattkonstruktion eller tillämpning av för mycket värme. En mindre upplyftning kan repareras genom att använda ledande silverepoxy efter att oxiderade lager har rengjorts.
