Expertstrategieën om niet-wettende defecten in PCB-productie te elimineren

Spring naar: Wat is een niet-wettend defect? | Waarom het belangrijk is om niet-wettende defecten op te lossen | Veelvoorkomende oorzaken van niet-wettende defecten | Hoe niet-wettende defecten te corrigeren | Partner met Millennium Circuits voor kwalitatieve PCB's

Het productieproces voor gedrukte printplaten (PCB's) omvat meestal een procedure genaamd reflow-solderen, of reflow. Reflow houdt in dat het oppervlak van de PCB bedekt wordt met soldeerpasta om de tijdelijke bevestiging van de duizenden minuscule componenten van de printplaat op hun PCB-pads te vergemakkelijken. De soldeerpasta stabiliseert de componenten lang genoeg voor een toepassing van hoge hitte. De hoge hitte laat het soldeer reflowen - dat wil zeggen, het verandert de pasta in een vloeibare stof die over de printplaat vloeit - waardoor permanente soldeerverbindingen ontstaan die de componenten stevig op hun plaats cementeren.

Reflow-solderen is een nuttige techniek, maar net als bij veel productieprocessen, met name die met massen van kleine onderdelen, is er altijd de potentiële fout. Onder de reflow-solderdefecten in PCB's is niet-wetten niet ongebruikelijk, en het kan ernstige gevolgen hebben voor de structurele integriteit en prestaties van de defecte printplaten. Gelukkig is het mogelijk om voorzorgsmaatregelen te nemen om het benatten van de printplaat te verbeteren en dit defect te voorkomen.

In deze gids bespreken we het solderdefect dat bekend is als niet-wetten, leggen we de frequente oorzaken en mogelijke oplossingen uit, en bieden we afbeeldingen van solderdefecten zodat u een duidelijke visuele voorstelling heeft van wat er mis kan gaan en hoe u het goed kunt maken.

Wat is een niet-wettend defect?

Een niet-wettend defect is een solderdefect dat optreedt wanneer gesmolten soldeer niet bindt met het basismetaal op de printplaat. Wanneer deze binding niet tot stand komt, kan het soldeer mogelijk niet hechten aan de terminalen van de componenten of de PCB-pads, zodat ze niet veilig aan elkaar vastzitten. Het oppervlaktemateriaal van de printplaat blijft blootgesteld, en het soldeer zelf kan korrelig of mat ogen. Niet-wetten leidt ook direct tot voiding - de creatie van gaten binnen een soldeerverbinding die soldeermateriaal missen.

Niet-wetten vs. Dewetten

Een niet-wettend defect verschilt van dewetting. Wat is de betekenis van soldeer-dewetting?

Dewetting treedt op wanneer het gesmolten soldeer de componentterminals en PCB-pads wel initieel bedekt, maar vervolgens terugtrekt van deze onderdelen, waardoor er dunne gebieden met soldeer op het basismetaal en onregelmatige, dikke klonters achterblijven. Het oppervlaktemateriaal van de printplaat blijft meestal niet blootgesteld. Wanneer dewetting optreedt, beïnvloedt het meestal soldeerverbindingen en de kwaliteit van hun fillet.

Niet-wettende defecten treden vaak, hoewel niet altijd, op met loodvrije solders zoals tin-zilver-koper solders. Sommige metalen zijn gevoeliger voor niet-wetten dan anderen, omdat verschillende metallisaties verschillende wicking- en spreidingseigenschappen hebben. Onbehandelde koperen printplaten voorzien van een organische solderbaarheidsbehoudmiddel (OSP) zijn vaak vatbaar voor niet-wetten van de PCB-pads, met name als ze meer dan één thermische cyclus hebben doorgemaakt. Zuiver tin daarentegen spreidt goed en vermindert niet-wetten, net als zilver-immersieafwerkingen. Nikkel-goudlegeringen solderen ook goed en minimaliseren niet-wetten, mits ze geen verontreinigingen bevatten.

Waarom het belangrijk is om niet-wettende defecten op te lossen

Waarom is het zo essentieel om niet-wettende defecten op PCB's aan te pakken? Niet-wetten kan ernstige structurele problemen veroorzaken die de functie en prestaties van een printplaat belemmeren.

Niet-wetten op een PCB creëert instabiele soldeerverbindingen. Wanneer verbindingen op een printplaat instabiel zijn, kunnen ze breken of slechte elektrische geleiding bieden. En wanneer soldeer niet hecht aan het basismetaal, zullen componenten en PCB-pads niet stevig op de printplaat worden bevestigd. Ze kunnen los zitten en slechte verbindingen vormen, of ze kunnen eraf vallen, hetzij onmiddellijk, hetzij wanneer ze aan spanning worden blootgesteld. Zonder de juiste componenten stevig op hun plaats bevestigd, zal de PCB niet correct functioneren.

Veelvoorkomende oorzaken van niet-wettende defecten

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

1. Onvoldoende PCB-afwerking

De afwerking op een gedrukte printplaat gaat een lange weg in het bepalen hoe goed het soldeer zal reflowen en hoeveel benatting zal optreden. Als de afwerking ontoereikend is en een groot deel van de kaale printplaat blootgesteld blijft, zal het soldeer moeilijker reflowen en slecht aan de PCB hechten.

2. Onjuiste pin-beplating

Als de koperen pennen op een PCB onvoldoende koperen beplating ontvangen voordat ze tin/lood-beplating ondergaan, kunnen ze gevoelig worden voor niet-wetten. De reden is dat voldoende koperen beplating essentieel is om te voorkomen dat zink de tin/lood-beplating beïnvloedt en het soldeer ervan weerhoudt correct te hechten.

3. Verslechterde flux

Oude en verslechterde flux - het chemische reinigingsmiddel dat voor en na het solderen wordt gebruikt - kan snel leiden tot niet-wetten. Flux verslechtert snel in een open verpakking. Zelfs als de vaste stofinhoud constant blijft, zal de prestatie aanzienlijk afnemen. Regelmatige fluxvervanging helpt dit probleem te voorkomen.

4. Verkeerd type flux

Het type flux dat voor reiniging wordt gebruikt, kan ook bepalen of niet-wetten op een PCB optreedt. In het algemeen leiden fluxes met een hoge activiteit tot goede solderbaarheid en een kleiner risico op niet-wetten. Omgekeerd kunnen fluxes met lage activiteit en lage residu slechte solderbaarheid en een verhoogde kans op niet-wetten veroorzaken. Een flux met lage activiteit zal onvoldoende zijn om oxiden van het oppervlak van de PCB te verwijderen, en de oxiden zullen de benatting belemmeren.

5. Onjuiste tin/lood-dikte

Wanneer printplaten een te dunne beplating van tin en lood bevatten, leidt de onjuiste dikte tot slechte solderbaarheid en niet-wetten. Een dunne coating heeft een kortere houdbaarheid en kan niet duren tot het solderen plaatsvindt.

6. Lange opslagtijden

Als de printplaat te lang in opslag blijft, wordt effectief solderen moeilijker, en stijgt de kans op niet-wetten. Zoals we hebben gezien, correspondeert solderbaarheid doorgaans direct met de plattingsdikte. Gedurende een lange opslagperiode kan de voor goede solderbaarheid benodigde beplating afbreken. Een PCB die een jaar of langer wordt opgeslagen, kan een verhoogd risico lopen op slechte solderbaarheid en niet-wetten.

7. Slecht aangebracht bordhars

Als het hars op een PCB smeert, kan dit het solderen belemmeren en niet-wetten veroorzaken. Bijvoorbeeld, bordhars kan op de hoeken van een pin smeeren en niet-wetten in die gebieden veroorzaken.

8. Problemen met het bad

In sommige gevallen kan niet-wetten over de gehele printplaatcoating optreden. Een goudoppervlaktecoating op een PCB kan bijvoorbeeld niet-wetten over het hele oppervlak veroorzaken door onbalansen in het elektrolytische goudbad.

9. Oxidatie

Oxidatie op het oppervlak dat gesoldeerd moet worden, kan vaak leiden tot niet-wetten. De oxiden treden tussen het soldeer en het basismetaal en voorkomen goede hechting. Wanneer dit gebeurt, kan niet-wetten over elk deel van het geoxideerde oppervlak optreden.

10. Onvoldoende soldeerpasta

Een laag volume aan soldeerpasta veroorzaakt vaak niet-wetten, omdat een adequate spreiding van soldeerpasta nodig is voor stabiele soldeerverbindingen. Wanneer PCB-assembly te weinig soldeerpasta gebruikt, kan de juiste hechting tussen het soldeer en het basismetaaloppervlak van de printplaat niet optreden. Gelukkig resulteert een voldoende toepassing van soldeerpasta vaak in 100% benatting van een PCB.

11. Slechte keuze van soldeerpasta

Sommige soldeerpasta's presteren beter om niet-wetten te voorkomen dan andere. In het algemeen, net als bij fluxes, zal een soldeerpasta met hoge activiteit effectiever zijn dan een soldeerpasta met lage activiteit. Het verbetert de solderbaarheid en minimaliseert het risico op niet-wetten.

12. Verlopen soldeerpasta

Als de op de printplaat gebruikte soldeerpasta de vervaldatum heeft overschreden, bevat het niet voldoende sterke flux. De flux zal niet actief genoeg zijn om oxiden van de printplaat te verwijderen en goede solderbaarheid en benatting toe te staan.

13. Onvoldoende solderingtemperaturen

Solderingtemperaturen die te laag zijn, bevorderen niet-wetten op een printplaat. Soldeer vereist een bepaalde thermische drempel om goed te binden met het basismetaal. Als de temperatuur tijdens het solderen die drempel niet bereikt, zal het soldeer niet correct hechten aan de componenten of de PCB-pads. Deze moeilijkheid is met name veelvoorkomend bij loodvrije legeringen, die hogere smeltpunten hebben dan tin/lood-legeringen.

14. Inconsistente solderingtemperaturen

Inconsistente of wisselende solderingtemperaturen kunnen leiden tot niet-wetten op een PCB, omdat ze de flux niet activeren en slechte hechting van het soldeer in bepaalde gebieden bevorderen. Als specifieke probleemgebieden op de PCB geen warmte ontvangen die de activatietemperatuur van de flux bereikt, zal het soldeer niet aan die regio's hechten zoals het hoort.

15. Te korte dooittijd

De lengte van de tijd dat het soldeer op de printplaat blijft, beïnvloedt direct de vermogen om te binden met het basismetaal van het PCB-oppervlak. Als het soldeer niet genoeg tijd heeft om correct te hechten, is niet-wetten waarschijnlijk in bepaalde locaties of over de hele printplaat.

16. Te lange dooittijd

Als het soldeer te lang op de printplaat blijft tijdens het reflow-proces, kan de uitgebreide tijd de flux uithollen voordat het solderen kan plaatsvinden. Als de flux door de lange dooittijd inactief wordt, stijgt de kans op niet-wetten aanzienlijk.

17. Mismatch tussen soldeerpasta en beplatingsmateriaal

Als het type soldeerpasta en het beplatingslaagmateriaal op de printplaat incompatibel zijn, zal de soldeerpasta oneffectief zijn in het mogelijk maken van verbindingen tussen de oppervlaktecomponenten en de pads op de printplaat.

18. Kleinere chips

Kleinere chips bevatten noodzakelijkerwijs een dunner laagje soldeerpasta. In deze gevallen kan de laag soldeerpasta onvoldoende zijn om een juiste benatting van de hele PCB toe te staan.

19. Gecontamineerde flux of soldeerpasta

Gecontamineerde flux of soldeerpasta zal de printplaat niet effectief reinigen of componenten verbinden en adequate benatting toestaan. Verontreinigingen kunnen ook ongewenste residuen op de PCB achterlaten die de soldeerstroom belemmeren en niet-wetten veroorzaken.

Hoe niet-wettende defecten te corrigeren

Om deze defecten te corrigeren, kunt u een paar verschillende stappen ondernemen om goede benatting te bevorderen of niet-wetten aan te pakken als het ondanks uw beste inspanningen optreedt.

1. Oxidatie reduceren

Oxidatie is een van de meest voorkomende oorzaken van niet-wettende defecten in PCB's. Het reduceren van oxidatie in het soldeerpoeder, componentenpennen en PCB-pads vóór reflow kan de potentiële kans op slechte benatting van de printplaat aanzienlijk verlagen.

2. Het reflow-profiel aanpassen

Om niet-wettende defecten te voorkomen, kunt u beginnen met het aanpassen van uw reflow-profiel om temperatuursverschillen te minimaliseren. U kunt het reflow-profiel aanpassen en optimaliseren door de dooizone te veranderen om de juiste temperatuursopbouw en blootstelling te bieden en defecten te voorkomen.

3. Totale warmte-invoer reduceren

Omdat een te steile temperatuursopbouw tijdens reflow defecten als brugvorming, soldeerbalvorming, tombstoning en microkrakken kan veroorzaken, verhogen fabrikanten vaak het algehele warmteprofiel om de temperatuursopbouw gematigder te maken. Echter, te veel warmte te vroeg kan niet-wetten veroorzaken, evenals andere ernstige problemen zoals printplaat-delaminatie en componentenverbranding. Te hoge warmte-invoer kan ook de fluxactiviteit van de soldeerpasta verminderen als de pasta een beperkte oxidatietolerantie heeft, wat weer leidt tot slechte benatting.

4. Piektemperatuur reflow verhogen

Hoewel de totale warmte-invoer niet te hoog mag zijn, moet de piektemperatuur van de reflow een bepaalde drempel bereiken. Als de reflow-temperatuur nooit genoeg warm wordt, kan geen juiste benatting optreden, dus faciliteiten moeten hun piek-reflowtemperatuur zorgvuldig monitoren.

5. Profileringstijd verkorten

Het verkorten van de dooittijd tijdens reflow is vaak gunstig voor het verminderen van niet-wetten over de PCB. Het verkorten van de dooittijd helpt ervoor te zorgen dat de flux actief blijft, oxiden verwijdert en juiste benatting vergemakkelijkt.

6. De juiste opslagomgeving handhaven

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

7. Let op opslagtijden

Zelfs als uw opslagruimte aan de vereisten voldoet, is het het beste om geen PCB te gebruiken die langer dan een jaar in opslag is geweest zonder een beschermende dekladje. Een printplaat die zo lang is opgeslagen, kan een gedegradeerde beplating hebben, wat leidt tot slechte solderbaarheid en een hoge waarschijnlijkheid van niet-wettende defecten.

8. Controleer de versheid van soldeerpasta

Zoals we hebben gezien, heeft de kwaliteit van de op een PCB gebruikte soldeerpasta een direct effect op de solderbaarheid en de potentiële niet-wetting. Als uw soldeerpasta veroudert of verlopen is, zoek dan naar versere pasta die voldoende benatting over de printplaat toestaat.

9. Gebruik hoogwaardige metaaloppervlakteafwerkingen

Omdat sommige niet-wettende defecten ontstaan door inferieure metaaloppervlakteafwerkingen op de PCB, is het letten op de kwaliteit van de afwerking cruciaal. Het gebruik van een hoge-temperatuurbestendige OSP is één mogelijkheid - een andere is het gebruik van elektrolytisch nikkel-immersiegoud (ENIG).

10. Gebruik zwavelzuur

Als niet-wetten al heeft plaatsgevonden, gebruikt u zwavelzuur om soldeer en oxiden te verwijderen. Bereid een zwavelzuuroplossing van ongeveer 2% concentratie voor en dompel elk defecte bord er enkele minuten in. De zwavelzuur zal het slecht benatte soldeer en eventuele tin-oxiden of tin-migratiegebieden op de printplaat wegeten. Nadat u dit heeft gedaan, is het bord schoon en klaar voor een tweede reflow en opnieuw solderen.

Partner met Millennium Circuits voor kwalitatieve PCB's

Nu u verschillende potentiële oorzaken en oplossingen voor niet-wettende defecten in gedrukte printplaten kent, wilt u PCB's kopen die zorgvuldig zijn geselecteerd op hun kwaliteit, juiste benatting en hoge prestaties in elektrische toepassingen.

Om hoogwaardige PCB's voor uw projecten te verkrijgen, kunt u een partnership aangaan met Millennium Circuits. Wij kunnen premium eenzijdige en tweezijdige PCB's leveren - inclusief aluminium PCB's, zware koper PCB's, flexibele PCB's en high-speed digitale PCB's. En wij bespreken graag uw projectbehoeften om u te helpen de printplaten te vinden die het beste passen bij uw unieke engineering-eisen.

Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie.