Hoe u niet-bevochtigende defecten kunt voorkomen?

Spring naar: Wat is een niet-bevochtigend defect? | Waarom het belangrijk is om niet-bevochtigende defecten op te lossen | Veelvoorkomende oorzaken van niet-bevochtigende defecten | Hoe u niet-bevochtigende defecten corrigeert | Partner met Millennium Circuits voor hoogwaardige PCB's

Het fabricageproces voor printplaten (PCB's) omvat meestal een procedure die bekend staat als reflow-solderen of reflow. Reflow houdt in dat het oppervlak van de PCB wordt bedekt met soldeerpasta om de tijdelijke bevestiging van de duizenden minuscule componenten van het bord aan hun PCB-pads te vergemakkelijken. De soldeerpasta stabiliseert de componenten lang genoeg voor een toepassing van hoge hitte. Door de hoge hitte stroomt het soldeer terug - dat wil zeggen, het verandert de pasta in een gesmolten substantie die over het bord stroomt - waardoor permanente soldeerverbindingen ontstaan ​​die de componenten stevig op hun plaats cementeren.

Reflow-solderen is een nuttige techniek, maar zoals bij veel fabricageprocessen, vooral die waarbij massa's kleine onderdelen betrokken zijn, bestaat er altijd de kans dat er een fout optreedt. Onder reflow-soldeerdefecten in PCB's is niet-bevochtiging niet ongewoon, en het kan ernstige gevolgen hebben voor de structurele integriteit en prestaties van de defecte boards. Gelukkig is het mogelijk om voorzorgsmaatregelen te nemen om de bevochtiging van het board te verbeteren en dit defect te voorkomen.

In deze gids bespreken we het soldeerdefect dat bekend staat als niet-bevochtiging, leggen we de veelvoorkomende oorzaken en mogelijke oplossingen uit, en geven we foto's van soldeerdefecten, zodat u een duidelijke visuele weergave hebt van wat er mis kan gaan en hoe u dit kunt verhelpen.

Wat is een niet-bevochtigend defect?

Een niet-bevochtigend defect is een soldeerfout die optreedt wanneer gesmolten soldeer niet hecht aan het basismetaal op het bord. Wanneer deze verbinding niet tot stand komt, hecht het soldeer mogelijk niet aan de aansluitingen van de componenten of de PCB-pads zodat ze stevig aan elkaar kunnen kleven. Het oppervlaktemateriaal van het bord blijft zichtbaar en het soldeer zelf kan er korrelig of glansloos uitzien. Niet-bevochtiging leidt ook rechtstreeks tot lediging - het creëren van gaten in een soldeerverbinding zonder soldeermateriaal.

Niet-bevochtigen versus ontvochtigen

Een niet-bevochtigend defect is iets anders dan ontvochtigen. Wat is de betekenis van soldeerontvochtiging?

Ontvochtiging treedt op wanneer het gesmolten soldeer in eerste instantie de componentterminals en PCB-pads bedekt, maar zich vervolgens van deze delen terugtrekt, waardoor enkele dunne soldeergebieden op het basismetaal en enkele onregelmatige, dikke klonten achterblijven. Het oppervlaktemateriaal van de plaat blijft meestal niet zichtbaar. Wanneer ontvochtiging optreedt, heeft dit meestal invloed op de soldeerverbindingen en de kwaliteit van hun afronding.

Niet-bevochtigende defecten treden vaak, maar niet altijd, op bij loodvrij soldeer zoals tin-zilver-koper soldeer. Sommige metalen zijn meer vatbaar voor niet-bevochtiging dan andere omdat verschillende metallisaties verschillende opzuig- en verspreidingseigenschappen hebben. Kale koperen platen gecoat met organische soldeerbaarheid conserveermiddel (OSP) zijn vaak gevoelig voor niet-bevochtiging van de PCB-pads, vooral als ze meer dan één thermische cyclus hebben ondergaan. Aan de andere kant heeft puur tin de neiging zich goed te verspreiden en niet-bevochtiging te verminderen, net als afwerkingen met zilveren onderdompeling. Nikkel-en-goudlegeringen hebben ook de neiging om goed te solderen en niet-bevochtiging te minimaliseren, zolang ze geen onzuiverheden bevatten.

Waarom het belangrijk is om niet-bevochtigende defecten te verhelpen

Waarom is het zo essentieel om niet-bevochtigende defecten op PCB's aan te pakken? Niet-bevochtiging kan ernstige structurele problemen veroorzaken die de functie en prestaties van een bord aantasten.

Niet-bevochtiging op een PCB zorgt voor onstabiele soldeerverbindingen. Wanneer verbindingen op een printplaat onstabiel zijn, kunnen ze breken of een slechte elektrische geleiding veroorzaken. En wanneer soldeer niet hecht aan het basismetaal, zullen componenten en PCB-pads niet stevig op het bord worden bevestigd. Ze kunnen los zitten en slechte verbindingen vormen, of ze kunnen eraf vallen, hetzij onmiddellijk, hetzij wanneer ze onderhevig zijn aan stress. Zonder de juiste componenten die stevig op hun plaats zijn bevestigd, zal de PCB niet correct functioneren.

Veelvoorkomende oorzaken van niet-bevochtigende defecten

Niet-bevochtigende defecten hebben verschillende veelvoorkomende oorzaken. Hieronder staan ​​veel redenen waarom niet-bevochtiging kan optreden op een PCB:

1. Onvoldoende PCB-afwerking

De afwerking op een printplaat bepaalt in grote mate hoe goed het soldeer zal vloeien en hoeveel bevochtiging zal optreden. Als de afwerking onvoldoende is en een groot deel van het kale bord zichtbaar blijft, zal het soldeer moeilijker terugvloeien en slecht aan de print hechten.

2. Onjuiste Pin Plating

Als de koperen pinnen op een PCB onvoldoende koper worden geplateerd voordat ze worden geplateerd met tin/lood, kunnen ze vatbaar worden voor niet-bevochtiging. De reden is dat voldoende koperlaag essentieel is om te voorkomen dat zink de tin/loodlaag verstoort en om te voorkomen dat het soldeer correct hecht.

3. Gedegradeerde flux

Oude en aangetaste flux - het chemische reinigingsmiddel dat voor en na het solderen wordt gebruikt - kan snel leiden tot niet-bevochtiging. Flux degradeert snel in een open container. Zelfs als het gehalte aan vaste stoffen constant blijft, zullen de prestaties aanzienlijk verminderen. Regelmatige wijzigingen in de stroom helpen dit probleem te voorkomen.

4. Verkeerd type flux

Het type flux dat wordt gebruikt voor het reinigen, kan ook bepalen of niet-bevochtiging optreedt op een PCB. In het algemeen leiden hoogactieve vloeimiddelen tot een goede soldeerbaarheid en een kleiner risico op niet-bevochtiging. Omgekeerd kunnen vloeimiddelen met een lage activiteit en weinig residu een slechte soldeerbaarheid en een grotere kans op niet-bevochtiging veroorzaken. Een flux met lage activiteit zal onvoldoende zijn om oxiden van het oppervlak van de PCB te verwijderen, en de oxiden zullen bevochtiging belemmeren.

5. Onjuiste tin/looddikte

Wanneer platen een te dunne beplating van tin en lood bevatten, leidt de verkeerde dikte tot slechte soldeerbaarheid en niet-bevochtiging. Een dunnere coating heeft een kortere houdbaarheid en duurt mogelijk niet totdat het solderen plaatsvindt.

6. Lange opslagtijden

Als het bord te lang in opslag blijft, wordt effectief solderen moeilijker en neemt de kans op niet-bevochtiging toe. Zoals we hebben gezien, komt de soldeerbaarheid over het algemeen rechtstreeks overeen met de plaatdikte. Bij een lange opslagperiode kan de voor een goede soldeerbaarheid noodzakelijke beplating kapot gaan. Een PCB die een jaar of langer wordt bewaard, loopt mogelijk een verhoogd risico op slechte soldeerbaarheid en niet-bevochtiging.

7. Slecht aangebrachte plaathars

Als de hars op een printplaat uitsmeert, kan dit het solderen verstoren en niet-bevochtiging veroorzaken. Bordhars kan bijvoorbeeld op de hoeken van een speld smeren en in die gebieden niet-bevochtiging veroorzaken.

8. Problemen met het bad

In sommige gevallen kan niet-bevochtiging optreden over de coating van de printplaat. Een gouden oppervlaktecoating op een PCB kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat het hele oppervlak niet nat wordt vanwege onevenwichtigheden in het stroomloze goudbad.

9. Oxidatie

Oxidatie op het oppervlak waarop wordt gesoldeerd, kan vaak leiden tot niet-bevochtiging. De oxiden grijpen in tussen het soldeer en het basismetaal en verhinderen een goede hechting. Wanneer dit gebeurt, kan niet-bevochtiging optreden over elk deel van het oppervlak dat is geoxideerd.

10. Onvoldoende soldeerpasta

Een laag volume soldeerpasta veroorzaakt vaak niet-bevochtiging omdat een voldoende verspreiding van soldeerpasta noodzakelijk is om stabiele soldeerverbindingen te garanderen. Wanneer PCB-assemblage te weinig soldeerpasta gebruikt, kan er geen goede hechting tussen het soldeer en het basismetaaloppervlak van het bord plaatsvinden. Gelukkig resulteert een voldoende aanbrengen van soldeerpasta vaak in 100% bevochtiging van een PCB.

11. Slechte keuze van soldeerpasta

Sommige soldeerpasta's presteren beter om niet-bevochtigen te voorkomen dan andere. In het algemeen zal, net als bij vloeimiddelen, een hoogactieve soldeerpasta effectiever zijn dan een laagactieve soldeerpasta. Het verbetert de soldeerbaarheid en minimaliseert het risico van niet-bevochtiging.

12. Verlopen soldeerpasta

Als de soldeerpasta die op het bord wordt gebruikt, de houdbaarheidsdatum heeft overschreden, bevat deze niet sterk genoeg vloeimiddel. De flux is niet actief genoeg om oxiden van het bord te verwijderen en zorgt voor een goede soldeerbaarheid en bevochtiging.

13. Onvoldoende soldeertemperaturen

Te lage soldeertemperaturen hebben de neiging om niet-bevochtiging op een printplaat te bevorderen. Soldeer vereist een bepaalde thermische drempel om goed te hechten aan het basismetaal. Als de temperatuur tijdens het solderen die drempel niet bereikt, zal het soldeer niet goed hechten aan de componenten of de printplaten. Dit probleem doet zich vooral voor bij loodvrije legeringen, die doorgaans hogere smeltpunten hebben dan tin/loodlegeringen.

14. Inconsistente soldeertemperaturen

Inconsistente of fluctuerende soldeertemperaturen kunnen leiden tot niet-bevochtiging van een PCB omdat ze de flux niet activeren en een slechte hechting van het soldeer in bepaalde gebieden bevorderen. Als specifieke probleempunten op de PCB geen warmte ontvangen die de activeringstemperatuur van de flux bereikt, zal het soldeer niet aan die gebieden blijven kleven zoals het zou moeten.

15. Te korte inweektijd

De tijd dat het soldeer op het bord blijft, heeft een directe invloed op het vermogen om te hechten aan het basismetaal van het PCB-oppervlak. Als het soldeer niet genoeg tijd heeft om goed te hechten, zal er waarschijnlijk geen bevochtiging optreden op bepaalde locaties of over de hele linie.

16. Te lange inweektijd

Als alternatief, als het soldeer te lang op het bord blijft tijdens het reflow-proces, kan de lange tijd de flux uitputten voordat het solderen kan plaatsvinden. Als de flux inactief wordt vanwege de lange inweektijd, neemt de kans op niet-bevochtiging aanzienlijk toe.

17. Soldeerpasta en plaatmateriaal komen niet overeen

Als het type soldeerpasta en het materiaal van de bekledingslaag op het bord niet compatibel zijn, zal de soldeerpasta niet effectief zijn in het mogelijk maken van verbindingen tussen de oppervlaktecomponenten en de pads op het bord.

18. Kleinere fiches

Kleinere chips bevatten noodzakelijkerwijs een dunnere laag soldeerpasta. In deze gevallen kan de laag soldeerpasta onvoldoende zijn om de gehele printplaat goed te bevochtigen.

19. Verontreinigde vloeimiddel of soldeerpasta

Verontreinigd vloeimiddel of soldeerpasta zal het bord niet reinigen of componenten niet effectief verbinden en zorgen voor voldoende bevochtiging. Verontreinigingen kunnen ook ongewenste resten op de printplaat achterlaten die de soldeerstroom verstoren en niet-bevochtiging veroorzaken.

Hoe niet-bevochtigende defecten te corrigeren

Om deze defecten te corrigeren, kunt u een aantal verschillende stappen ondernemen om een ​​goede bevochtiging te bevorderen of om niet-bevochtiging aan te pakken als dit ondanks uw inspanningen toch optreedt.

1. Oxidatie verminderen

Oxidatie is een van de meest voorkomende oorzaken van niet-bevochtigende defecten in PCB's. Het verminderen van oxidatie in het soldeerpoeder, componentkabels en PCB-pads vóór reflow kan de kans op slechte bevochtiging van het bord aanzienlijk verminderen.

2. Pas het verloopprofiel aan

Om niet-bevochtigende defecten te voorkomen, kunt u beginnen met het aanpassen van uw reflow-profiel om temperatuurverschillen te minimaliseren. U kunt het reflow-profiel aanpassen en optimaliseren door de weekzone te wijzigen om de juiste temperatuurstijging en belichting te bieden en defecten te voorkomen.

3. Totale warmte-inbreng verminderen

Omdat een te steile temperatuurstijging tijdens reflow defecten kan veroorzaken zoals brugvorming, soldeerballing, tombstones en microscheuren, verhogen fabrikanten vaak het algehele warmteprofiel om de temperatuurstijging gematigder te maken. Te vroeg te veel hitte kan echter niet-bevochtiging veroorzaken, evenals andere ernstige problemen zoals delaminatie van de plaat en het verbranden van componenten. Een te hoge warmte-inbreng kan ook de fluxactiviteit van de soldeerpasta verminderen als de pasta een beperkte oxidatietolerantie heeft, wat weer leidt tot een slechte bevochtiging.

4. Verhoog de piekterugvloeitemperatuur

Hoewel de totale warmte-inbreng niet te hoog mag zijn, moet de piek-reflow-temperatuur een bepaalde drempel bereiken. Als de reflow-temperatuur nooit hoog genoeg wordt, kan er geen goede bevochtiging plaatsvinden, dus faciliteiten moeten hun piekreflow-temperatuur zorgvuldig bewaken.

5. Verminder de profileringstijd

Het verminderen van de inweektijd tijdens reflow is vaak gunstig voor het verminderen van niet-bevochtiging over de PCB. Het verkorten van de inweektijd helpt ervoor te zorgen dat de flux actief blijft, verwijdert oxiden en vergemakkelijkt een goede bevochtiging.

6. Zorg voor de juiste opslagomgeving

Zorg ervoor dat de opslagomgeving voor uw PCB's ideaal is om hun kwaliteit in de loop van de tijd te behouden. Als de temperatuur en vochtigheid in de opslagruimte niet voldoen aan de normen voor langdurige opslag van PCB's, overweeg dan om aanpassingen te doen of een andere opslaglocatie te kiezen.

7. Let op opslagtijden

Zelfs als uw opslagruimte aan de vereiste normen voldoet, kunt u het beste geen printplaat gebruiken die meer dan een jaar in opslag heeft gelegen zonder een beschermende afdekplaat. Een bord dat zo lang is bewaard, kan een verslechterde beplating hebben, wat zal leiden tot een slechte soldeerbaarheid en een grote kans op niet-bevochtigende defecten.

8. Controleer de versheid van de soldeerpasta

Zoals we hebben gezien, heeft de kwaliteit van de soldeerpasta die op een PCB wordt gebruikt een direct effect op de soldeerbaarheid en het potentieel voor niet-bevochtiging. Als uw soldeerpasta verouderd of verlopen is, zoek dan naar versere pasta die voldoende bevochtiging over de hele linie mogelijk maakt.

9. Gebruik hoogwaardige metalen oppervlakteafwerkingen

Omdat sommige niet-bevochtigende defecten optreden als gevolg van inferieure metalen oppervlakteafwerking op de PCB, is het van cruciaal belang om de kwaliteit van de afwerking te bewaken. Het gebruik van een hittebestendige OSP is één mogelijkheid — een andere mogelijkheid is het gebruik van stroomloos nikkel-immersiegoud (ENIG).

10. Gebruik zwavelzuur

Als er al geen bevochtiging is opgetreden, gebruik dan zwavelzuur om soldeer en oxiden te verwijderen. Maak een zwavelzuuroplossing met een concentratie van ongeveer 2% en dompel elke defecte plaat er een paar minuten in. Het zwavelzuur zal het slecht bevochtigde soldeer en eventuele tinoxiden of tinmigratiegebieden op het bord wegvreten. Zodra je dit hebt gedaan, is het bord schoon en klaar voor een tweede reflow en opnieuw solderen.

Partner met Millennium Circuits voor hoogwaardige PCB's

Nu u verschillende mogelijke oorzaken en oplossingen kent voor niet-bevochtigende defecten in printplaten, wilt u PCB's aanschaffen die zorgvuldig zijn geselecteerd op hun kwaliteit, goede bevochtiging en hoge prestaties in elektrische toepassingen.

Om hoogwaardige PCB's voor uw projecten te verkrijgen, werkt u samen met Millennium Circuits. We kunnen hoogwaardige enkelzijdige en dubbelzijdige PCB's leveren - inclusief aluminium PCB's, zwaar koperen PCB's, flexibele PCB's en high-speed digitale PCB's. En we bespreken graag uw projectbehoeften om u te helpen de platen te vinden die het beste passen bij uw unieke technische vereisten.

Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie.