Gids voor golfsoldeerproblemen voor PCB's

Spring naar: Wat is golfsolderen? | Golfsoldeerfouten en oplossingen

Wat is golfsolderen?

Golfsolderen is een type soldeerproces dat wordt gebruikt tijdens de bulkproductie van printplaten of PCB's. Dankzij het golfsoldeerproces kunnen fabrikanten snel en betrouwbaar grote printplaten solderen. Het proces dankt zijn naam aan de soldeergolf die elk bord wordt gepasseerd. Het gebruik van een golf soldeer in tegenstelling tot individuele soldeerpunten produceert soldeerverbindingen die mechanisch en elektrisch betrouwbaar zijn.

Het golfsoldeerproces is effectief voor zowel de conventionele methode van PCB-assemblage als de nieuwere methode voor oppervlaktemontage.

Dus wat zit er in een golfsoldeermachine en hoe werkt het proces?

In de kern begint een standaard golfsoldeermachine met één component:een verwarmde tank soldeer die op de vereiste temperatuur wordt gehouden voor het specifieke soldeerproces dat plaatsvindt. In de tank zet de technicus een soldeergolf op en voert vervolgens elke PCB door de tank, zodat de bovenkant van de soldeergolf net contact maakt met de onderkant van de PCB.

Ontwerpers moeten zich bewust zijn van twee belangrijke problemen als het gaat om het ontwerpen van printplaten die gegolfd worden gesoldeerd.

• Padafstand: Als de te solderen pads te dicht bij elkaar staan, kan er vloeibaar soldeer tussen vloeien. Kortsluiting van niet alleen de twee aangesloten pads, maar mogelijk de hele PCB is het gevolg.

• Soldeerweerstand: Het hebben van een laag soldeerresist op de printplaat is niet zo'n groot probleem als in het verleden, aangezien een soldeerresistlaag standaard in de blauwdruk zit. Toch is het altijd een goede zaak om te controleren of een soldeermasker of soldeerresistlaag deel uitmaakt van de blauwdruk van uw PCB, en dit helpt ongelukkige ongelukken te voorkomen.

Nadat het te solderen bord is gecontroleerd op padafstand en een laag soldeerresist, is het tijd om flux aan te brengen. Flux zorgt ervoor dat de te solderen delen van het bord schoon en vrij van oxidatie zijn. Er zijn twee verschillende manieren om flux toe te passen, afhankelijk van de omstandigheden.

• Spuitvloeimiddel, dat kan worden aangebracht als een fijne nevel en gevolgd door een straal perslucht om overtollig product te verwijderen.
• Foam flux, die op het bord wordt aangebracht vanuit een tank met reguliere flux. Een plastic cilinder met kleine gaatjes is ondergedompeld in de tank met flux. Zodra de cilinder goed en echt is ondergedompeld, kan er een metalen schoorsteen over worden geplaatst. Lucht kan dan door de cilinder worden geperst om schuim door de schoorsteen te laten opstijgen. De onderkant van de print kan dan worden gecoat met deze schuimflux.

Nadat je de onderkant van het bord met vloeimiddel hebt behandeld, is het tijd om het bord voor te verwarmen. Vanwege de manier waarop soldeer wordt toegepast als onderdeel van het golfsoldeerproces, worden printplaten die zijn gegolfd gesoldeerd, blootgesteld aan enorme hoeveelheden hitte - veel meer dan wanneer ze handmatig waren gesoldeerd. Zonder voorverwarmen kunnen printplaten allerlei soorten soldeerfouten krijgen - allemaal als gevolg van thermische schokken.

Om de kans op thermische schokken te minimaliseren, moeten boards die gegolfd moeten worden gesoldeerd langzaam worden verwarmd tot de vereiste temperatuur.

Wat zijn enkele van de defecten die kunnen gebeuren met golfgesoldeerde platen als ze niet voorverwarmd zijn?

Defecten en oplossingen voor golfsolderen

Alleen omdat er machines bij het golfsoldeerproces betrokken zijn, betekent niet dat het minder vatbaar is voor fouten dan het met de hand solderen van elke verbinding. Of je nu een soldeertank of een strijkijzer gebruikt, je moet solderen behandelen als de exacte wetenschap die het is, waarbij je zorgvuldig controleert waar en wat je soldeert.

Anders krijg je een van de verschillende soldeerfouten zoals hieronder vermeld:

1. Onvoldoende vulling van gaten

Onvoldoende gatvulling is een probleem dat optreedt bij printplaten met voorgeboorde gaten voor componenten die op de print moeten worden gemonteerd. In wezen treedt onvoldoende vulling van de gaten op wanneer een onvoldoende hoeveelheid soldeer de gaten voor de componenten heeft gevuld, wat betekent dat soldeer niet aan de printplaat blijft kleven zodra deze is afgekoeld. Er zijn verschillende redenen voor onvoldoende opvulling van de gaten:

• Het vloeimiddel is verkeerd aangebracht en drong niet door het bord, wat betekent dat het soldeer niet was geactiveerd en de componenten niet goed kon binden.

• De temperatuur van de bovenkant van het bord is niet hoog genoeg om het soldeer gesmolten te laten worden, zodat het door de gaten kan stijgen.

• Er was niet genoeg van het bord in de golf van het soldeer. Als er niet genoeg van het bord contact maakt met de golf, wordt er te weinig soldeer in de doorgaande gaten geduwd.

De beste manier om deze problemen op te lossen, is door nog een reeks pre-soldeercontroles uit te voeren. Controleer het type flux dat u gebruikt en zorg ervoor dat er voldoende volume is om de hele PCB te bedekken. Deze stap helpt ook bij het tweede probleem:onvoldoende voorverwarmen.

Omdat soldeer naar warmte stroomt, zal het soldeer niet zo goed vloeien als de doorgaande gaten van je PCB niet op de juiste temperatuur zijn. Hoewel de "juiste" temperatuur afhankelijk is van de bedrijfsnormen van uw bedrijf, is de algemene vuistregel tussen 300 en 340 graden Fahrenheit, of ongeveer 150 tot 170 graden Celsius.

Het hele samenstel moet deze temperatuur voor . bereiken het board maakt contact met de golf. Als je niet zeker weet of je doorlopende gaten de juiste temperatuur bereiken, neem dan een profiel van het golfsoldeerproces - het moet er precies hetzelfde uitzien of erg lijken op de reflow-processen van je bord.

Terwijl u een profiel maakt van het golfsoldeerproces, kunt u ook uw bordhoogte controleren - dat wil zeggen, hoeveel van het bord op enig moment aan de golf wordt blootgesteld. Probeer op elk moment ten minste de helft van de plaatdikte in de soldeergolf te laten lopen, waardoor de hydrostatische druk van de golf het soldeer in het doorgaande gat kan duwen.

2. Opgeheven onderdelen

Opgeheven componenten, ook wel grafstenen genoemd, zijn componenten die tijdens het soldeerproces uit het bord zijn gekomen. Er zijn verschillende veelvoorkomende oorzaken van grafstenen, waaronder:

• Onjuiste kabellengtes, waardoor componenten van het bord kunnen worden opgetild wanneer ze in het soldeerbad komen.
• Poging om golfsolderen uit te voeren op een flexibele PCB, die zal buigen terwijl de rest van de componenten plat blijven, waardoor ze van het bord komen.
• Gebruik van componenten met verschillende vereisten voor soldeertype en temperatuur.

Om de verkeerde leadlengtes te corrigeren, moet u kijken welke leads u gebruikt. Als uw leads te lang zijn, kan het raken van het soldeerbad ze uit het doorgaande gat duwen. Om dit op te lossen, kunt u de onderdompelingstijd in de golf verlengen, wat de thermische vraag naar de leidingen zou moeten verminderen en ze zou moeten laten bezinken.

Om doorbuiging van de PCB of andere flexgerelateerde problemen te corrigeren, moet u nogmaals controleren wat voor soort PCB u gebruikt en wat de thermische toleranties zijn. Board flexing is gebruikelijk op grote connectoren en op grote IC-pakketten of sockets. PCB's die vanaf het begin buigen, zoals plastic, mogen niet gegolfd worden gesoldeerd, omdat de golf van soldeer ervoor kan zorgen dat het plastic buigt en de componenten weg van het bord worden getild.

Als u ten slotte de thermische toleranties van uw bord hebt gecontroleerd, controleert u de thermische toleranties van al uw componenten. Componenten met verschillende temperatuurvereisten of soldeerbaarheidstemperaturen van lood kunnen ook omhoog gaan bij contact met de golf, omdat sommige componenten vastsolderen, terwijl overtollige hitte andere weg duwt. Zorg ervoor dat alle componenten die u gebruikt dezelfde vereisten hebben, wat dit soort problemen zou moeten helpen voorkomen.

3. Overmatig soldeer

Overmatig soldeer is het resultaat van het feit dat uw bord een opeenhoping van soldeer opneemt wanneer het door een golfsoldeertank gaat. Hoewel dit uiteindelijk nog steeds een elektrische verbinding tot stand brengt tussen het bord en het onderdeel in kwestie, zal het voor jou of iemand anders die naar het bord kijkt moeilijk zijn om precies te vertellen wat er zich in het soldeer zelf afspeelt.

Er kunnen verschillende redenen zijn waarom u te veel soldeer op uw verbindingen heeft:

• Dezelfde soorten componenten hebben verschillende richtingen
• Onjuiste leadlengtes gebruiken als het gaat om uw ontwerpprocessen
• U loopt te snel met uw transportband

De eerste oorzaak is een gemakkelijke oplossing. Zorg ervoor dat al uw componenten van één enkel type - bijvoorbeeld al uw batterijen - dezelfde kant op wijzen wanneer ze in de golftank gaan. Dus als een onderdeel "weg" van de tank is gericht wanneer het naar binnen gaat, moeten alle andere componenten van dat type ook die kant op zijn gericht.

Het repareren van uitsteeksels van de lood - die worden veroorzaakt door onjuiste kabellengtes in het ontwerpproces - kan ook helpen om overmatig soldeer te voorkomen. Als het snoer te lang is, kan het soldeer zich er tegenaan verzamelen en overmatig worden. Om dit op te lossen, moet u een snoerlengte kiezen die niet te ver buiten uw padoppervlakken uitsteekt. NASA gebruikt bijvoorbeeld een kabellengte van 2,29 mm - net lang genoeg om voorbij de pad te blijven om te solderen.

Als uw componenten allemaal dezelfde kant op zijn gericht en uw soldeerlengten precies zijn, moet u mogelijk uw transportband vertragen. Een transportband die te snel gaat, kan golf na golf soldeer op de componenten van uw bord dumpen als ze door de soldeertank gaan. De eenvoudigste oplossing voor dit probleem is om met uw projectmanager te praten over acceptabele transportbandsnelheden.

4. Soldeerballen

Soldeerballing kan optreden wanneer kleine stukjes soldeer zich opnieuw hechten aan de PCB - met name in de buurt van de leads - terwijl het door het golfsoldeerproces gaat. Veelvoorkomende oorzaken van soldeerballen kunnen zijn:

• De temperatuur van het soldeer in de tank is te hoog.
• Soldeer valt terug in de golf als het loskomt van het bord, waardoor het overtollige soldeer terug op het bord kan spatten.
• Gassen die vrijkomen door verhitte flux kunnen ervoor zorgen dat vloeibaar soldeer terug op het bord komt.

De beste manier om algemene soldeerballingproblemen op te lossen, is in het ontwerp van de PCB zelf. Als het tijd is om het soldeermasker te kiezen dat u in uw PCB-ontwerp gebruikt, probeer er dan een te vinden die de minste kans heeft om soldeer eraan te laten hechten. Door het beste soldeermasker voor uw ontwerp te kiezen, kunt u uw bordontwerp robuuster maken.

Soldeerballen veroorzaakt door gassen van verwarmde flux komen meestal voort uit een overmatige terugstroming in de lucht rond uw golfsoldeertank, of een daling van de stikstof in de omgeving. Controleer hoeveel lucht er in de soldeertank stroomt, evenals de hoeveelheid stikstof die aanwezig is in de omgeving van uw soldeertank. Als u deze beide goed in de gaten houdt, kunt u problemen met soldeerballen, veroorzaakt door terugkaatsing van verwarmde flux, verminderen.

Er zijn verschillende redenen waarom soldeer terug kan vallen in de golf:of er nog vluchtig materiaal in de flux zit, hoe hoog de soldeergolf is, enz. De beste manier om een ​​kraal bij de wortel van het probleem te krijgen, is door uw soldeergolf te laten lopen met een witte kaart over de top van de golf, maar zonder enige bordverwerking. Voer dezelfde test uit met een paar testborden die door de golf gaan en vergelijk de resultaten.

5. Soldeervlaggen

Soldeervlaggen zijn kleine uitsteeksels soldeer die uit de uiteinden van uw leads steken. Hoewel ze je nog steeds in staat stellen om een ​​goede elektrische verbinding te maken met de andere componenten op het bord, geven ze zowel een onjuiste toepassing van de flux aan als problemen met de manier waarop het soldeer uit je bord wegvloeit.

Veelvoorkomende oorzaken van soldeervlaggen zijn:

• Langzame afvoer van het soldeer uit de golfsoldeermachine, waardoor er een overmatige hoeveelheid soldeer op de draad achterblijft, die naar één kant zal "vlaggen" als deze leegloopt.

• Soldeersporen die op snorharen lijken - meestal het gevolg van onjuist aangebracht vloeimiddel.

• Onjuiste opslag van uw soldeerkabels, die oxidatie kan veroorzaken waar uw soldeer zich niet gemakkelijk aan kan hechten.

Trage drainage wordt meestal veroorzaakt door een slechte controle tussen de scheiding van de soldeergolf en het bord. In de meeste gevallen is dit omdat de terugstroom van de soldeergolf niet correct is ingesteld - zorg ervoor dat de jouwe is ingesteld voor een "lambda"-achtige golf. Als de terugstroom van uw soldeergolf correct is ingesteld, zal het soldeer met dezelfde snelheid en in dezelfde richting stromen als het bord wanneer het van de golf scheidt. Als het nodig is, kunt u het iets sneller uitvoeren. Als u het echter langzaam of helemaal niet laat lopen, zullen de soldeervlaggen/spikes toenemen.

Oxidatie kan het gevolg zijn van onjuist gesneden of opgeslagen leads. Als uw leads niet in-house worden gesneden, neem dan contact op met uw leverancier om te zien hoe zij hun leads afsnijden. Kale uiteinden kunnen ervoor zorgen dat uw leads oxideren, vooral als ze voor een lange tijd worden bewaard. Als uw winkel leads in-house snijdt, heeft u meer controle over hoe ze worden gesneden en opgeslagen, en hoe lang ze in de opslag blijven. Al deze drie factoren zorgen ervoor dat het lood vatbaar is voor oxidatie, waardoor het veel moeilijker is om het met soldeer te bevochtigen als het tijd is om het door de golf te laten lopen.

Hulp nodig bij PCB-ontwerp? Vertrouw op Millennium Circuits Limited

Als u op zoek bent naar ontwerphulp bij uw volgende PCB-project, hoeft u niet verder te zoeken dan Millennium Circuits Limited. Stuur ons uw PCB-bestanden en we zullen een volledig ontwerp voor fabricagecontrole uitvoeren om te zoeken naar defecten of problemen die tijdens de productie kunnen optreden. Voordelen van onze PCB-bestandscontroleservice zijn onder meer:

• Eenvoudig te lezen rapporten tonen defecten en fouten vóór fabricage.
• Zorgt ervoor dat je over de gegevens en benodigde bestanden beschikt om je boards te bouwen.
• Helpt vertragingen te voorkomen nadat u uw bestelling heeft geplaatst.
• Een PCB-prijsopgave met het rapport.

Als u klaar bent om uw bestanden ter controle in te dienen, vult u gewoon ons PCB-bestandscontroleformulier in. Weet u niet zeker wat u nu moet doen? Neem gerust contact met ons op:onze ondersteuningsmedewerkers zullen graag al uw vragen bespreken.