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温度冲击条件下贴片电阻的选用指南


  
1、常用温度冲击试验方法
 
 
 
  由于装备、汽车的应用环境温度要求相对较高,研发工程师在设计时需考虑高低温冲击对元器件造成的影响,质量员常通过温度冲击试验检查元器件质量是否符合应用要求。
 
 
  不同领域采用不同的试验方法:在国内军用领域,贴片电阻常执行国家军用标准、国家标准,如GJB 1432B-2009,一般按照GJB 360B-2009的方法107开展温度冲击试验;在国外军用领域,贴片电阻常执行美军标,如MIL-PRF-32159,应用MIL-STD-202的方法107;在汽车电子领域,贴片电阻主要执行AEC-Q200。
 
 
  标准类型标准试验条件:
 
 
  国家军用标准:GJB 1432B-2009按照GJB 360B-2009的方法107,条件F,进行试验:低温设定在-65℃,高温设定在150℃,极限温度下试验时间不小于15分钟,温度切换时间间隔小于5分钟,一共要做180次循环,高低温冲击完成后测试阻值并与测试前的初始阻值对比,观察阻值的变化量。
 
 
  美国军用标准:MIL-PRF-32159按照MIL-STD-202的方法107,条件F,进行试验:低温设定在-65℃,高温设定在150℃,极限温度下试验时间不小于15分钟,温度切换时间间隔小于5分钟,一共要做180次循环。
 
 
  汽车行业标准:AEC-Q200低温设定在-55℃,高温设定在125℃,在每个温度下保持30分钟,温度切换时间间隔要小于1分钟,一共要做1000次的循环。
 
 
  2、温度冲击对贴片电阻的影响
 
 
  当设备在温度冲击试验或实际工程应用中,工作在温度剧烈变化的环境下,系统控制板上的贴片电阻,阻值变化率可能不大,但因不同部件的热膨胀系数的差异,出现焊锡开裂现象。
 
 
  典型的FR4层压板的CTE(热膨胀系数)约13~18ppm/℃,铜箔CTE约 5~20ppm/℃,陶瓷基板CTE约6~8ppm/℃。但温度剧烈变化时,FR4底板的伸缩远大于陶瓷基板的伸缩量,多次反复伸缩易造成焊锡材料疲劳,导致开裂现象,见下图。
 
 
  引起贴片电阻焊锡裂纹的主要原因包括:
 
 
  1)贴片电阻的陶瓷基板边缘的转角约90度,使焊接处局部的应力增加;
 
  2)陶瓷基板的热膨胀系数较低,焊锡热膨胀系数较高,贴片电阻电极层厚度很薄,无法起到缓冲作用;
 
  3)焊锡层厚度比较薄,基本上没有吸收温度冲击对材料造成的应力;
 
  4)电阻两个电极间的距离比较长,温度冲击对电阻造成的伸缩幅度比较大。
 
 
  3、贴片电阻的选用
 
 
  在温度冲击试验要求较高的情况下,建议考虑以下措施:
 
 
  1)尽量选用封装1206及以下电阻,或长边电极电阻,以缩短电极间的距离,减少高低温冲击对体积变化的影响;
 
  2)若必须选用大功率贴片电阻器,选用封装大于1206以上的,可以考虑使用倒装贴片电阻,有利于焊锡层有效吸收高低温冲击造成的应力;
 
  3)对于大功率电阻的选用, 也可以考虑圆柱型MELF电阻,圆弧型的转角有效避免了局部应力的增加,焊接结构上有体量较多的焊锡支撑,可有效的吸收温度冲击带来的应力。
 
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