EN
SMD-термістори: чому кожен компонент унікальний
Відмінності в тепловій масі та чутливості до пайки в NTC- та PTC-термісторах
Найбільша відмінність між термісторами NTC та PTC полягає в їхній реакції на температуру: опір термісторів NTC зменшується, а опір термісторів PTC — зростає. Це визначає основну різницю в їхній тепловій поведінці під час паяння. Термістори NTC та PTC у менших корпусах, таких як 0402 і 0603, нагріваються дуже швидко й чутливі до теплових ударів під час паяння. Корпуси 0805 та більші мають більшу теплову масу, але поглинають тепло повільніше й можуть витримувати більш плавне й помірне теплове навантаження. Зверніть увагу, що керамічні термістори NTC існують і потребують, щоб піковий температурний режим паяння залишався нижче 260 °C. Паяння при температурах вище цього діапазону призводить до утворення мікротріщин, які можуть не проявлятися відразу, а стати помітними лише під час експлуатації термісторів. Полімерні термістори PTC розкладаються при температурах вище 230 °C, тому особливо важливо правильно обрати режим паяння. Згідно зі звітом IPC за 2023 рік про дефекти паяння, 42 % SMD-термісторів стали безпосередньою причиною помилок у температурному профілі паяння.
SMD-термістори: вплив чутливості до електростатичного розряду та його вплив на проектування термісторів
Дуже високотемпературні керамічні підкладки та електроди розміром у мікрометри у SMD-термісторів призводять до дуже високої чутливості до електростатичного розряду (ESD). Розряд ESD напругою 100 В, що значно нижчий за поріг ESD для людини, здатен скоротити термін служби на 30 %. Такий рівень ESD-розряду вимагає використання обладнання, стійкого до ESD, наприклад, пінцетів, заземлених робочих місць та іонізованого потоку повітря. Їх застосування в ультра-низьковольтних схемах, що працюють при струмі менше 1 мА, створює потребу в контролюваному флюсі. Надлишок флюсу призводить до небажаних провідних залишків, які можуть «замкнути» розірвані ділянки схеми або створити шлях для витоку струму, що, у свою чергу, може спричинити небажані несправності схеми та втрату точності. Ці обмеження зумовили встановлення виробником максимальної температури паяння у процесі рефлоу на рівні 250° ± 10 °C — щоб ця температура залишалася нижче середньої робочої температури та одночасно забезпечувала надійне з’єднання паяного шва, мінімізуючи ризик розшарування внутрішніх шарів. У ході валідації процесу збирання виробником було виявлено збільшення кількості дефектів термісторів на 60 %.
Досконале обладнання та організація робочого місця для точного паяння SMD-термісторів
Вибір і налаштування станцій гарячого повітря та мікро-паяльників для корпусів 0402–0805
Під час паяння термісторів у корпусах 0402–0805 станцію гарячого повітря з тонким регулюванням потоку повітря (±2 °C) та мікро-паяльні інструменти з наконечниками діаметром ≤0,8 мм можна використовувати для роз’єднання паяних з’єднань, тоді як паяльні інструменти допомагають усувати мостикування. Щомісячна калібрування та використання термосенсорів із трасуванням показників забезпечують покращення роботи паяльного обладнання; значні коливання температури (±5 °C) сприяють утворенню холодних паяних з’єднань. При ручному паянні температура наконечників паяльника підтримується в межах від 350 до 380 °C, а при паянні гарячим повітрям — не вище 280 °C з максимальною швидкістю підйому температури під час паяння 2 °C/с.
Вибір флюсу, методів його нанесення та теплових профілів при паянні SMD-термісторів
Флюси без необхідності очищення, з низьким залишком та без галогенів є найкращими для формування якісних паяних з’єднань у пасивних електронних компонентах та скорочення трудових витрат, оскільки такі флюси не містять смол і розчинників. Флюс слід наносити цільово, а не на корпус термістора, щоб уникнути посилення карбонізації мідного матеріалу та зростання опору ізоляції. Для пайки слід використовувати профіль пайки методом рефлоу: попереднє нагрівання до 150–180 °C протягом 60–90 секунд, витримка при 180–200 °C протягом 60–120 секунд, пікове нагрівання до 220–250 °C протягом 45–60 секунд вище евтектичної температури та контролюване охолодження зі швидкістю <4 °C/с. Профіль пайки методом рефлоу слід перевірити за допомогою каліброваного теплового профілю, отриманого поблизу теплового «відбитку» системи відносно паяного з’єднання.
Процес пайки SMD-термісторів можна розділити на чотири ключові етапи: контрольоване лудіння, точне розміщення, рефлоу-пайку з подвійним нагріванням та моніторинг температури в режимі реального часу.
Щоб зменшити вплив теплової маси та гістерезису, що спостерігаються під час вимірювань, слід наносити лише таку кількість паяльної пастки, яка забезпечує утворення тонкого, суцільного філету. Для забезпечення точного розміщення з точністю ±0,1 мм термістори слід захоплювати й розміщувати за допомогою електростатично безпечних, антимагнітних пінцетів із 10-кратним збільшенням. Поєднайте попереднє нагрівання плати до 150 °C із локальним нагріванням виводів за допомогою мікронаконечника, встановленого на температуру 280 °C, і тривалістю контакту не більше 3 секунд. Паяння під час процесу переплавлення слід проводити по діагоналі, при цьому мікронаконечник не повинен торкатися керамічного корпусу термістора. Під час процесу переплавлення контролюйте температуру виводів на рівні 200 °C за допомогою портативної двозонної інфрачервоної (IR) пічі для переплавлення. Якість паяння під час переплавлення має бути контрольованою на прийнятному рівні, після чого для перевірки паяних з’єднань термісторів слід використовувати рентгенівську інспекцію. Поріг для порожнин слід встановити на рівні 15 %. Перерізи порожнин слід аналізувати разом із тепловим дрейфом, щоб повністю корелювати результати щодо порожнин з характеристиками NTC- та PTC-пристроїв.
Холодні з'єднання, паяльні мостики та відшарування контактних площадок при пайці SMD-термісторів
Холодні з'єднання виглядають матовими або пористими, з незначною кількістю припою або взагалі без нього. Це зазвичай пов’язано з недостатньою кількістю припою або з надмірною його кількістю. Тонкі нитки припою, що збираються в зонах з’єднань разом із поганим формуванням краплі, можуть призвести до неякісного припоя. Їх можна повторно розплавити за допомогою свіжого безочищеного флюсу для паяння та нагріти мікронаконечником при температурі від 230 до 250 градусів. Оптимально провести один–два цикли. Надмірне нанесення або неправильне вирівнювання шаблону для нанесення припою практично завжди призводить до утворення мостика припою. Це спричиняє поганий контроль припою й створює значне термічне навантаження на інші виводи, розташовані поблизу з’єднання; тому мостик припою видаляють за допомогою десолдерувальної оплетки при максимальній температурі 280 градусів, щоб мінімізувати ризик теплових замикань. Відшарування контактної площадки виникає, коли з’єднання чітко відокремлюється від основи друкованої плати, зазвичай через надто тривалий час утримання паяльника на площадці або через недостатню підтримку площадки. Цей дефект посилюється при недостатній підтримці площадки. Окислені поверхні очищають ізопропіловим спиртом (IPA), щоб відкрити свіжі поверхні, а потім зміцнюють їх провідним срібним епоксидним клеєм, який зазвичай забезпечує з’єднання площадки під час термічних циклів у діапазоні від −40 до +125 градусів. Завжди перевіряйте якість ремонту шляхом виконання 50 циклів між граничними робочими температурами, щоб підтвердити механічну та електричну безпеку.
Питання та відповіді
Яка ключова відмінність між термісторами NTC та PTC?
Термістори NTC зменшують опір при підвищенні температури, а термістори PTC мають протилежну поведінку. Ця відмінність суттєво впливає як на параметри паяння, так і на робочі параметри цих пристроїв.
Який є найбільш оптимальним способом зниження електростатичного розряду (ESD) під час монтажу SMD-термісторів?
Найефективнішими методами досягнення цієї мети є використання пінцетів, стійких до ESD і заземлених, заземленої робочої зони та заземленого іонізованого потоку повітря, що забезпечує розряд при низькій напрузі. Обладнання слід використовувати таким чином, щоб навіть найменші розряди, які можуть спричинити ESD, повністю розсіювалися, а робота термістора залишалася незмінною й забезпечувала кращу модульну роботу термістора.
Які пристрої є найкращими для паяння термісторів з таким малим корпусом, як 0402 і 0603?
Найкращі пристрої для такого процесу — це станція гарячого повітря з необхідним точним регулюванням температури в поєднанні з мікропаяльником із жалом діаметром менше 0,8 мм. Щоб досягти бажаних результатів, використовуйте регулярний контроль у період калібрування не частіше, ніж раз на місяць.
Чому вибір флюсу є важливим під час паяння SMD-термісторів?
Оскільки неправильний флюс може залишати побічні продукти, які створюють шляхи витоку або ізолюють шари термістора, що призводить до поганої роботи схеми. Для робіт високої точності використовуйте флюс без залишків та без галогенів.
Яка причина відшарування контактної площадки та як проводять такий ремонт?
Відшарування площадки, як правило, виникає через недосконалу конструкцію площадки або надмірне нагрівання. Невелике відшарування можна відремонтувати за допомогою провідного срібного епоксидного клею після очищення оксидованих шарів.
