Veelvoorkomende soldeerfouten op printplaten: oorzaken, soorten en preventie

Introductie

Inzicht in veelvoorkomende soldeerfouten op printplaten helpt u bij het bouwen van betrouwbare circuits en het beoordelen van geassembleerde printplaten. Soldeerproblemen op printplaten komen vaker voor naarmate componenten kleiner worden. Of u nu handmatig soldeert of gebruikmaakt van geautomatiseerde SMT- en through-hole-productie , het is cruciaal om schone verbindingsoppervlakken te behouden. Deze handleiding helpt u bij het identificeren van de verschillende soorten soldeerfouten die u op een printplaat kunt tegenkomen.

Ideale soldeerverbindingen

Een perfecte soldeerverbinding zorgt voor een sterke mechanische verbinding en een ideale elektrische verbinding. Inzicht in dergelijke ideale verbindingen is essentieel voor het analyseren en optimaliseren van uw productieproces. Een perfecte verbinding moet er glanzend, helder en perfect bevochtigd uitzien. Het herkennen van deze kenmerken vereenvoudigt de detectie van eventuele soldeerfouten op de printplaat.

De ideale doorsteeksoldeerverbinding

Een perfecte doorsteeksoldeerverbinding heeft een gladde, glanzende en gelijkmatig verdeelde concave soldeerlaag. Deze moet zowel de draad als het contactvlak volledig bevochtigen. Het herkennen van deze perfecte vorm kan helpen om kostbare soldeerfouten te voorkomen . De ideale soldeerlaag vormt een juiste bevochtigingshoek van 40° tot 70°. De verbinding wordt betrouwbaar gemaakt door de juiste temperaturen toe te passen en de oxidatielagen op de printplaatcontacten te verwijderen.

De ideale soldeerverbinding voor oppervlaktemontage

Een ideale SMT-soldeerverbinding heeft een gladde, concave rand die volledig bevochtigd is aan de basis van het component. Het kennen van de ideale vorm helpt u problemen met SMT-solderen tijdens de assemblage te voorkomen. Zorg ervoor dat het soldeer de componentpad gelijkmatig bedekt. ​​Het is ook belangrijk dat de verbindingen tijdens het hele proces glanzend en schoon blijven. Door een goede bevochtiging creëert u een uitstekende mechanische verbinding.

Soorten PCB-soldeerdefecten

Soldeerbruggen

Het soldeerbrugdefect treedt op wanneer soldeer onbedoeld twee geïsoleerde contactvlakken met elkaar verbindt, waardoor een kortsluiting ontstaat. Dit kan gemakkelijk leiden tot kortsluitingen op IC-pinnen, vooral in compacte, componentrijke lay-outs. Deze microscopische bruggetjes ontstaan ​​meestal wanneer er te veel soldeer wordt gebruikt, een te grote soldeerboutpunt wordt gebruikt of de soldeerbout verkeerd wordt teruggetrokken. Als de kortsluiting niet wordt opgemerkt, kan deze gemakkelijk de printplaat beschadigen.

Gelukkig is het eenvoudig om soldeerbruggen te verhelpen. Je hoeft alleen maar een hete soldeerbout in het midden van de brug te plaatsen, waardoor de verbinding smelt en loskomt. Bij grotere soldeerklodders kun je het overtollige soldeer gemakkelijk wegzuigen met een soldeerafzuiger. Door in je eerste PCB-ontwerp betere draadlengtes en padgroottes te specificeren, kun je deze bruggen helemaal voorkomen.

Overmatig soldeer

Een te dikke soldeerverbinding vormt een omvangrijke, ronde klomp wanneer er te veel materiaal op een pin wordt aangebracht. Dit defect verbergt een onjuiste bevochtiging en verhoogt het risico op kortsluiting op de printplaat. Het wordt voornamelijk veroorzaakt door overmatige soldeerpasta-afzetting of onjuiste controle van het soldeervolume bij massaproductie. Je zou kunnen denken dat het toevoegen van meer materiaal de verbinding versterkt, maar in werkelijkheid verspilt deze dikke ophoping soldeer. Het maskeert bovendien kritieke verbindingsfouten onder de massa.

Om dit probleem op te lossen, kunt u het overtollige materiaal verwijderen met een soldeerafzuiger. U moet de timing van het afzuigen van het soldeer goed in de gaten houden om het proces volledig te stoppen. U hebt slechts voldoende materiaal nodig om de pin en het soldeerpad grondig te bevochtigen. Het is belangrijk dat er een gladde, concave soldeerverbinding ontstaat, zodat visuele inspecties op soldeerfouten eenvoudig kunnen worden uitgevoerd.

Soldeerballen

Soldeerbolletjes ontstaan ​​wanneer er kleine metalen bolletjes op de printplaat verschijnen, wat kortsluiting veroorzaakt. Deze bolletjes ontstaan ​​meestal tijdens het golf- of reflow-solderen. De belangrijkste oorzaken van soldeerbolletjes zijn ingesloten vocht dat als stoom door de gaten ontsnapt of overtollige flux die op gesmolten metaal spat.

Fouten en oorzaken van golfsolderen kunnen worden voorkomen door kale printplaten te bakken om ingesloten vocht te verwijderen vóór de assemblage. Voor effectieve probleemoplossing bij reflow-solderen is het belangrijk om de voorverwarmingstemperatuur te optimaliseren en de fluxtoepassing nauwkeurig te controleren.

Koude Joint

Een koude soldeerverbinding is een defect op een printplaat dat zich kenmerkt door een dof, bobbelig oppervlak, wat resulteert in een slechte geleidbaarheid en een gebrek aan mechanische sterkte. Deze verborgen defecten doorstaan ​​vaak de eerste kwaliteitscontroles, maar leiden later in het veld tot ernstige productstoringen. Dit probleem ontstaat wanneer er onvoldoende warmte de soldeerpad bereikt om het metaal volledig te smelten. Onvoldoende warmte vergroot de kans op koude verbindingen bij loodvrije soldeerprocessen vanwege het hogere smeltpunt. Om dit te voorkomen, is het essentieel om de thermische profielen van soldeerpasta voor hoge en lage temperaturen te begrijpen , zodat u het juiste materiaal kunt selecteren dat aansluit bij uw reflow-mogelijkheden.

Een koude soldeerverbinding herken je aan een bobbelige, doffe afwerking in plaats van een gladde soldeerverbinding. Om het defect te repareren, verwarm je de verbinding eenvoudigweg opnieuw met een goed verhitte soldeerbout totdat het metaal goed vloeit. Om dit probleem volledig te voorkomen, moet je je soldeerapparatuur voldoende tijd geven om op te warmen. Je moet er ook voor zorgen dat je engineeringteam soldeerpunten ontwerpt met voldoende thermische ontlasting om warmteverlies te voorkomen.

Oververhitte verbinding

Wanneer een soldeerverbinding oververhit raakt, ontstaat er een ruw en dof oppervlak zonder metaalglans. Dit probleem doet zich voor wanneer je op een zeer hoge temperatuur soldeert of de soldeerpad gedurende lange tijd verhit. Oxidelagen blokkeren vaak de warmteoverdracht, waardoor de verbinding overbelast raakt. Bij intense verhitting van de printplaat beschadigt de oververhitting het substraatmateriaal en neemt het risico op loslatende soldeerpads aanzienlijk toe.

Om het probleem op te lossen, verwijdert u zorgvuldig al het aangebrande materiaal en soldeert u de betreffende verbinding opnieuw. Donkere soldeerverbindingen worden voorkomen door uw soldeerbout op de exacte smelttemperatuur in te stellen. Breng altijd flux aan op schone soldeerpunten vóór de montage. Met deze eenvoudige voorbereiding vloeit het metaal gemakkelijk, waardoor de printplaat geen kostbare reparaties nodig heeft.

Grafstenen

Tijdens SMT-assemblage treedt het 'tombstoning'-defect op wanneer een SMD-component loskomt van een van de soldeerpunten op de printplaat en rechtop gaat staan. Ongelijkmatige smelting van de soldeerpasta op twee soldeerpunten leidt tot een thermisch onevenwicht en veroorzaakt tombstoning. Als één kant sneller opwarmt, trekt de oppervlaktespanning de component weg van de juiste positie. Bovendien kan de fysieke kracht van een binnenkomende soldeergolf grotere componenten in deze rechtopstaande positie duwen.

U kunt dit probleem voorkomen door uw initiële PCB-ontwerp te optimaliseren. Om een ​​gelijkmatige verwarming tijdens het reflow-proces te garanderen, moet u thermische ontlastingen aanbrengen en een evenwichtige spoordikte creëren. Bij golfassemblage moeten uw lay-outontwerpers de componenten correct uitlijnen met de inkomende golfrichting. Als u deze ontwerpfouten vroegtijdig elimineert, hoeft u geen kostbare handmatige herstelwerkzaamheden uit te voeren.

Onvoldoende bevochtiging (doorvoergat)

Het defect 'niet-bevochtigend solderen' treedt op wanneer het soldeer niet volledig vloeit en hecht tussen de pin en de pad. Hierdoor blijven er openingen open, wat leidt tot intermitterende stroomuitval in uw producten. Dit probleem ontstaat meestal door het niet gelijkmatig verwarmen van zowel de pin als de pad. Oppervlakteverontreinigingen, oxidatielagen of vlekken op het soldeermasker kunnen er ook voor zorgen dat het gesmolten metaal niet goed kan vloeien.

Bij het herwerken van SMT-componenten breng je plaatselijk flux aan op de pad en soldeer je de verbinding vervolgens opnieuw met behulp van een hetelucht soldeerstation of een nauwkeurig thermisch SMT-gereedschap. Als de hoeveelheid soldeer te laag is, voeg je de benodigde hoeveelheid fijn soldeerdraad of soldeerpasta toe voor een volledige bevochtiging van de componentaansluiting en het contactvlak.

Onvoldoende bevochtiging (oppervlaktemontage)

Onvoldoende bevochtiging treedt op wanneer soldeer niet goed hecht aan de pad op de printplaat. Dit soldeerdefect zorgt ervoor dat uw component los komt te zitten. U ziet dan wel soldeer op de pin, maar niet op de pad. Dit gebeurt wanneer u de pin verwarmt in plaats van de pad. Deze SMT-soldeerdefecten veroorzaken verbindingsproblemen.

Om het probleem op te lossen, verwarmt u het soldeerpad opnieuw en brengt u verse soldeer aan. Plaats om te beginnen de soldeerboutpunt direct op het soldeerpad. Breng vervolgens wat extra soldeer aan op de verwarmde plek. Observeer hoe de soldeer smelt en in de pin vloeit.

Soldeer overslaat

Een soldeerfout is een niet-bevochtigde soldeerverbinding die een onderbreking in het circuit veroorzaakt, waardoor de printplaat niet meer functioneert. Je ziet dan een duidelijke opening waar de hoge oppervlaktespanning het gesmolten soldeer van de componentaansluiting heeft weggedrukt.

Deze soldeerfouten kunnen worden voorkomen door overal in het ontwerp uniforme padgroottes te gebruiken. U dient uw fabrikant ook te vragen de juiste golfhoogte in te stellen tijdens de assemblage. Door op deze details te letten, kunt u veelvoorkomende soldeerfouten op printplaten voorkomen.

Opgeheven kussentjes

Wanneer een koperen pad volledig loslaat van de printplaat, is er sprake van een soldeerfout. Meestal ontstaat deze schade door te veel hitte toe te passen of door aan blinde componenten te trekken tijdens een reparatie. De soldeerproblemen op deze printplaat maken de pad extreem zwak en gemakkelijk los te trekken van de printbaan.

U moet het losse soldeerpunt stevig terug op de printplaat plakken voordat u gaat solderen. Om soldeerfouten zoals deze te voorkomen, wordt epoxy op het soldeerpunt gebruikt om het circuit te beschermen.

Soldeer uitgehongerd

Een defect dat bekend staat als onvoldoende soldeerwerk treedt op wanneer er niet genoeg soldeer in de soldeerverbinding aanwezig is om een ​​elektrische verbinding te vormen. Bij onvoldoende warmte, het ontbreken van vloeimiddel of een te korte soldeertijd ontstaat een oneffen oppervlak. Deze verbindingen zullen uiteindelijk barsten en bezwijken.

Met een korte opwarmbeurt en wat extra soldeer is dit probleem eenvoudig op te lossen.

Soldeerspatten/webben

Soldeerwebben en -spatten verwijzen naar onregelmatige spatten op het soldeermasker die gevaarlijke kortsluitingen kunnen veroorzaken. Deze fabricagefouten in printplaten ontstaan ​​door onvoldoende flux, oppervlakteverontreinigingen of instabiele soldeerbouttemperaturen.

U kunt deze defecten bij golfsolderen voorkomen door uw materialen en apparatuur aan te passen. Verlaag om te beginnen de hoeveelheid hars in uw soldeerdraad en gebruik een soldeerbout met een nauwkeurige temperatuurregeling. Zorg er ten slotte voor dat de oppervlakken van uw printplaat volledig schoon zijn voordat u gaat monteren.

Speldgaatjes en blaasgaten

Pinhole- en blaasgaten zijn zichtbare holtes die op de lange termijn elektrische storingen kunnen veroorzaken. Je ziet kleine of grote gaten waar ingesloten vocht tijdens het verhitten als gas is ontsnapt. Deze defecten in doorsteeksoldeerverbindingen beschadigen de verbinding ernstig.

Je kunt gaatjes en luchtbellen in golfsolderen voorkomen door je printplaten van tevoren te bakken.

Hoe voorkom je soldeerfouten op printplaten?

Optimaliseer het ontwerp van het soldeermasker en de soldeerpads.

Het optimaliseren van je lay-out is de eerste stap om soldeerfouten op printplaten te voorkomen. Het is noodzakelijk om een ​​geschikte soldeermaskerlaag tussen de pads aan te brengen om soldeerbruggen bij dicht op elkaar geplaatste IC's te voorkomen. Daarnaast moeten er nauwkeurige referentiepunten aanwezig zijn. Deze referentiepunten stellen machines in staat om componenten correct uit te lijnen. Een goed ontwerp voorkomt uitlijnfouten.

Nauwkeurige applicatie van soldeerpasta en stencilontwerp

Nauwkeurig aanbrengen van soldeerpasta voorkomt problemen zoals soldeerbruggen en slechte soldeerverbindingen. Het is essentieel om een ​​hoogwaardig stencil met de juiste opening te gebruiken. Dit garandeert dat er een gelijkmatige hoeveelheid pasta op de pads wordt aangebracht. Ook de juiste druk en snelheid van de rakel zijn belangrijk. Door dit proces te beheersen, worden sterke SMD-verbindingen gegarandeerd.

Correct onderhoud van de soldeerbout

Goed onderhoud van het gereedschap voorkomt vaak soldeerfouten en de bijbehorende oplossingen. Om een ​​optimale warmteoverdracht te garanderen, moet de soldeerboutpunt regelmatig worden gereinigd en vertind. Veeg de punt vóór gebruik af op het reinigingskussen. Breng vervolgens een laagje verse soldeer aan om schadelijke oxidatie te voorkomen. Regelmatig onderhoud verlengt de levensduur van het gereedschap.

Regel het reflowprofiel en de temperatuur.

Een nauwkeurig reflowprofiel is essentieel om het soldeer te smelten zonder de componenten te beschadigen. U moet de voorverwarming, het reflowproces en de afkoeling zorgvuldig controleren. Problemen zoals tombstones of koude soldeerverbindingen worden veroorzaakt door onjuiste temperaturen. Regelmatige kalibratie van uw oven zorgt voor een perfecte bevochtiging. Temperatuurregeling voorkomt zwakke mechanische verbindingen.

Zorg voor hygiëne en behoud van materiaalkwaliteit.

Het gebruik van schone printplaten en verse materialen voorkomt defecten door soldeerfluxresten en een slechte bevochtiging. Bak de printplaat altijd eerst in de oven om ingesloten vocht te verwijderen. Gebruik bovendien uitsluitend hoogwaardige, niet-verlopen soldeerpasta. Door oppervlakteverontreinigingen te verwijderen, zorgt u voor een schone stroom van gesmolten soldeer naar de koperen contactvlakken.

Implementeer geautomatiseerde inspectie

Geautomatiseerde inspectie spoort verborgen fouten op voordat ze storingen in het veld veroorzaken. Gebruik geautomatiseerde optische inspectie (AOI) om snel ontbrekende componenten of slechte soldeerverbindingen te identificeren. Voor complexe BGA-componenten is röntgeninspectie belangrijk voor het detecteren van PCB-defecten. Röntgenstralen onthullen interne holtes en kortsluitingen onder de behuizing.

Volg de IPC-normen

Het naleven van IPC-normen garandeert dat uw PCB-assemblage voldoet aan strenge wereldwijde kwaliteitseisen. Uw team moet getraind zijn in J-STD-001 en IPC-A-610 om consistentie te waarborgen. Deze richtlijnen helpen bij de snelle identificatie en classificatie van soldeerfouten volgens IPC A-610. Het gebruik van deze handleiding voor defecten in PCB-assemblage minimaliseert productiefouten.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de belangrijkste oorzaken van slechte soldeerverbindingen op een printplaat?

Wanneer de warmte tijdens de assemblage onvoldoende is, ontstaat er een defect in de printplaat door een koude soldeerverbinding. Omdat er niet genoeg warmte is, kan het soldeer niet smelten en de soldeerpad niet goed verbinden. Dit probleem kan ook ontstaan ​​door snelle afkoeling en onreine oppervlakken. U moet ervoor zorgen dat uw apparatuur de juiste temperatuur bereikt om een ​​sterke verbinding te garanderen.

Welke invloed hebben soldeerbruggen op de betrouwbaarheid van printplaten met een hoge componentdichtheid?

Een soldeerverbinding die ontstaat door een kortsluiting, ondermijnt de betrouwbaarheid doordat er gevaarlijke kortsluitingen ontstaan ​​tussen componenten die dicht op elkaar zitten. Dit gebeurt wanneer overtollig soldeer onbedoeld twee nabijgelegen pads met elkaar verbindt. Het zal uw chips onmiddellijk beschadigen of zelfs leiden tot een totale systeemstoring. Om dit in krappe ruimtes te voorkomen, moet u de hoeveelheid soldeerpasta nauwkeurig doseren.

Waarom is onvoldoende soldeerwerk een probleem voor de duurzaamheid van printplaten?

Wanneer er te weinig soldeer wordt gebruikt, kan dit leiden tot een zwakke verbinding die door trillingen en temperatuurschommelingen loslaat. Zonder voldoende soldeer hebben uw componenten geen voldoende sterke mechanische hechting op de printplaat. De oorzaak hiervan is meestal een onjuiste soldeerpasta of vervuilde soldeerpunten. U moet de juiste hoeveelheid soldeer aanbrengen om een ​​lange levensduur te garanderen.

Hoe kunnen soldeerholtes in printplaatassemblage worden opgespoord en geminimaliseerd?

Röntgenonderzoek naar defecten op printplaten is essentieel om verborgen soldeerholtes onder uw componenten te identificeren. Deze holtes bestaan ​​uit ingesloten gasbellen die de verbinding verzwakken en warmte vasthouden. Dit kan worden geminimaliseerd door het reflow-profiel van de oven te optimaliseren en hoogwaardige flux te gebruiken. Dit voorkomt dat het gas vast komt te zitten tijdens het afkoelen van het soldeer.

Conclusie

Door samen te werken met een professionele assemblagefabrikant bent u ervan verzekerd dat uw printplaten vrij blijven van veelvoorkomende soldeerfouten. PCBTok beschikt over 8 SMT- en THT-productielijnen en zet goed opgeleide professionals in voor gestandaardiseerde assemblage. We voldoen strikt aan de IPC Klasse 2- en Klasse 3-productienormen in al onze productieprocessen, waardoor het aantal soldeerfouten effectief is verminderd. Wij bieden hoogwaardige assemblagediensten op maat voor uw specifieke projectvereisten.

Stuur vandaag nog uw Gerber-bestanden in voor een gratis DFM-controle en een snelle offerte.