## Soldeerpasta Toepassing: De basis van betrouwbare verbindingen
Solder paste, a critical element in PCB assembly, is a finely engineered mixture of solder particles and flux. This paste is applied with high precision to designated areas on the printed circuit board, typically the copper pads, which will later form electrical connections with the components. The primary goal of solder paste application is to ensure that the correct amount of solder is deposited in the exact location, facilitating a strong and reliable solder joint during the reflow soldering process Bron: CHUXIN-SMT.
De meest gebruikte applicatiemethode is via een stencil. Een stencil is een dunne plaat metaal, meestal roestvrij staal, met precies uitgesneden openingen (diafragma's) die overeenkomen met de aansluitpinnen voor componenten op de printplaat. Het stencil wordt over de printplaat uitgelijnd en soldeerpasta wordt over het oppervlak verspreid met een rakel. De pasta wordt door de openingen in het stencil geperst en precies op de onderliggende aansluitpinnen aangebracht. De dikte van het stencil dicteert het volume soldeerpasta dat wordt aangebracht en het ontwerp van de opening bepaalt de vorm en de oppervlakte van de afzetting. Deze methode maakt gelijktijdige aanbrenging op meerdere pads mogelijk, waardoor de efficiëntie en consistentie bij productie in grote volumes aanzienlijk toenemen. Bron: CHUXIN-SMT.
Verschillende factoren zijn cruciaal voor het succesvol aanbrengen van soldeerpasta. De viscositeit en de deeltjesgrootte van de soldeerpasta moeten geschikt zijn voor de gekozen applicatiemethode en het sjabloonontwerp. De juiste uitlijning tussen de sjabloon en de PCB is van het grootste belang om brugvorming of onvolledige dekking te voorkomen. Bovendien is de zuiverheid van zowel de PCB als de sjabloon essentieel, aangezien verontreinigingen kunnen leiden tot soldeerdefecten. Na het aanbrengen blijft de pasta in een halfvaste toestand tot hij wordt verhit tijdens het reflowproces, waar het soldeer smelt en de verbinding vormt. Bron: CHUXIN-SMT.
Een goed uitgevoerde soldeerpasta-applicatie is van fundamenteel belang voor robuuste elektronische assemblages. Defecten in dit stadium, zoals onvoldoende pasta (wat leidt tot zwakke verbindingen) of te veel pasta (wat soldeerbruggen veroorzaakt tussen aangrenzende pads), kunnen de betrouwbaarheid en functionaliteit van het hele apparaat in gevaar brengen. Daarom zijn nauwgezette aandacht voor detail, de juiste kalibratie van de apparatuur en strenge kwaliteitscontrolemaatregelen van vitaal belang tijdens deze eerste fase van de PCB-assemblage.
### De rol van de pick-and-place-machine
De pick-and-place machine, ook wel SMT-machine (surface-mount technology) genoemd, is een essentieel onderdeel van het assemblageproces van printplaten. Het automatiseert de plaatsing van elektronische componenten op de printplaat (PCB). Deze uiterst nauwkeurige bewerking houdt in dat de machine minuscule onderdelen opneemt van toevoerbanden of -laden en ze nauwkeurig plaatst op specifieke locaties op de printplaat die vooraf zijn gedeponeerd met soldeerpasta. De nauwkeurigheid van deze stap is van het grootste belang, want zelfs kleine afwijkingen kunnen leiden tot slechte verbindingen of defecte componenten. [Bron: Chuxin SMT].
Deze machines maken gebruik van geavanceerde vision-systemen en snelle robotarmen om ervoor te zorgen dat elk onderdeel correct wordt geplaatst en georiënteerd volgens de ontwerpspecificaties. Het proces begint met het invoeren van de printplaat in de machine, waar deze nauwkeurig wordt gepositioneerd. Vervolgens pakt de pick-and-place-kop, uitgerust met vacuümmondstukken, een component op. Een camerasysteem inspecteert het onderdeel op defecten en de juiste oriëntatie voordat het op de soldeerpasta op de printplaat wordt geplaatst. De soldeerpasta werkt als een kleefmiddel en houdt het onderdeel op zijn plaats tot de reflow soldeerfase. De efficiëntie en nauwkeurigheid van pick-and-place machines hebben een aanzienlijke invloed op de algemene snelheid en kwaliteit van PCB-productie.
### Het thermische profiel: Stadia van Reflow-solderen
Het reflow-soldeerproces omvat een zorgvuldig gecontroleerde thermische cyclus in een reflow-oven, meestal verdeeld in vier verschillende temperatuurzones. Elke zone speelt een cruciale rol bij de vorming van sterke, betrouwbare soldeerverbindingen.
Voorverwarmingszone
In de eerste fase, de zogenaamde voorverwarmingszone, wordt de temperatuur van de hele printplaatassemblage geleidelijk verhoogd. Deze gecontroleerde opwarming is om verschillende redenen essentieel: het drijft vocht af van de flux en de printplaat en het minimaliseert thermische schokken bij de componenten door te zorgen voor een gelijkmatigere temperatuurverdeling over de printplaat. [Bron: ChuXin SMT].. Een langzame, gestage temperatuurstijging tijdens deze fase voorkomt snelle expansie, die anders zou kunnen leiden tot schade aan componenten of kromtrekken van de printplaat.
Thermal Soak Zone
Na de voorverwarming handhaaft de thermische weekzone een consistente, verhoogde temperatuur voor een specifieke duur. Het belangrijkste doel hier is om de temperatuur over alle componenten en de printplaat gelijk te maken, zodat zelfs grotere of dichtere componenten dezelfde temperatuur bereiken als kleinere. [Bron: ChuXin SMT].. Deze uniformiteit is cruciaal voor het activeren van de flux en het voorbereiden van de soldeerpasta voor de reflowfase. De duur van de onderdompeling wordt bepaald door factoren zoals het gebruikte type soldeerpasta en de thermische massa van de assemblage.
Reflowzone
The reflow zone is where the solder paste actually melts and forms the solder joints. The temperature in this zone is raised above the melting point of the solder alloy, allowing the solder to wet the component leads and the PCB pads. The peak temperature and the time spent above the solder’s melting point (known as the “time above liquidus” or TAL) are critical parameters. Exceeding the recommended peak temperature can lead to component damage or the formation of brittle intermetallic compounds, while insufficient time above liquidus can result in poor wetting and incomplete joints [Bron: ChuXin SMT]..
Koelzone
The final stage is the cooling zone, where the PCB assembly is rapidly cooled. This controlled cooling process is vital for solidifying the solder joints quickly, creating a smooth, granular structure that is mechanically strong. A fast cooling rate helps prevent the formation of large, detrimental intermetallic compounds, which can compromise the joint’s reliability and ductility [Bron: ChuXin SMT].. De afkoelsnelheid moet geleidelijk genoeg zijn om thermische schokken te voorkomen, maar snel genoeg om de gewenste metallurgische eigenschappen te verkrijgen.
### Veel voorkomende Reflow-soldeerfouten en oplossingen
Reflow-solderen, een cruciale stap in de productie van elektronica, kan soms tot defecten leiden als het niet zorgvuldig gecontroleerd wordt. Inzicht in deze veel voorkomende problemen en hun oplossingen is van vitaal belang om PCB-assemblages van hoge kwaliteit te garanderen.
Grafsteen
Tombstoning doet zich voor wanneer een component, vooral een klein SMD-apparaat (surface-mount device) zoals een weerstand of condensator, aan één kant wordt opgetild en op een grafsteen lijkt. Dit gebeurt meestal wanneer soldeerpasta aan de ene kant van de component smelt en stolt vóór de andere kant, wat een onevenwicht in oppervlaktespanningskrachten veroorzaakt.
**Oorzaken:**
* Verschillen in de thermische massa of warmteabsorptie tussen de twee uiteinden van het onderdeel of de pads kunnen leiden tot differentieel smelten.
* **Soldeerpastavolume:** Een teveel aan soldeerpasta op één pad of een onvoldoende hoeveelheid op de andere pad kan een onbalans veroorzaken.
* **Plaatsing van component:** Uit het midden plaatsen van de component op de pads.
* **Board Preheat:** Onvoldoende of ongelijkmatige voorverwarming van de printplaatassemblage kan bijdragen aan differentiële verwarming.
**Oplossingen:**
* **Optimaliseer Reflow-profiel:** Zorg ervoor dat het reflow-ovenprofiel zorgt voor voldoende en gelijkmatige voorverwarming over de hele printplaat om thermische gradiënten te minimaliseren.
* **Soldeerpasta-inspectie:** Controleer het juiste volume en de gelijkmatige aanbreng van soldeerpasta op alle pads met behulp van geautomatiseerde optische inspectie (AOI).
* Nauwkeurigheid bij het plaatsen van onderdelen:** Kalibreer pick-and-place-machines om ervoor te zorgen dat onderdelen nauwkeurig en gecentreerd worden geplaatst.
* **Rekening houden met componentgrootte:** Voor zeer kleine componenten kan het helpen om een iets grotere padgrootte te gebruiken of te zorgen voor een symmetrisch padontwerp.
Soldeerbruggen
Soldeerbruggen, ook wel bridging of shorts genoemd, ontstaan wanneer soldeer per ongeluk twee of meer aangrenzende leads of pads verbindt die elektrisch geïsoleerd moeten blijven.
**Oorzaken:**
* **Excess Solder Paste:** Too much solder paste applied to the pads increases the likelihood of it flowing where it shouldn’t.
* **Soldeerpasta-overbrugging:** Soldeerpasta verspreidt zich over de openingen van het stencil, wat leidt tot onbedoelde verbindingen.
* **Componentafstand:** Onvoldoende afstand tussen componenten of pads.
* **Solder Balling:** Er vormen zich kleine bolletjes soldeer op de printplaat die later kortsluiting kunnen veroorzaken.
* **Incorrect Reflow-profiel:** Een snelle ramp-up of piektemperatuur kan overmatige soldeerspreiding veroorzaken.
**Oplossingen:**
* **Stencil diafragma ontwerp:** Zorg voor de juiste grootte en vorm van het diafragma en overweeg profilometrie om te controleren op consistente pasta depositie.
* Kwaliteit van de soldeerpasta:** Gebruik soldeerpasta van hoge kwaliteit met de juiste viscositeit en deeltjesgrootte.
* **Printing Process Control:** Zorg voor schone stencils, de juiste rakeldruk en de juiste printsnelheid.
* **Plaatsing van componenten:** Nauwkeurige plaatsing voorkomt dat leads te dicht bij aangrenzende pads komen.
* **Aanpassing reflowprofiel:** Stem het reflowprofiel nauwkeurig af om overmatige soldeerspreiding te minimaliseren en tegelijkertijd een goede verbinding te vormen. Dit kan worden bereikt door de aanloopsnelheden en piektemperaturen zorgvuldig te regelen.
Voiding
Voiding verwijst naar de aanwezigheid van lege ruimtes of pockets in een soldeerverbinding. Hoewel sommige holtes acceptabel zijn, kan overmatige voiding de mechanische sterkte en elektrische geleiding van de verbinding in gevaar brengen.
**Oorzaken:**
* **Soldeerpastaformulering:** Vluchtige componenten in de soldeerpasta die niet volledig uitgassen tijdens reflow.
* **Verontreiniging:** Verontreinigingen op de PCB-pads of componentkabels kunnen soldeerbevochtiging verhinderen en voids creëren.
* **Componentlood:** Lood met slechte soldeerbaarheid of oppervlaktevervuiling.
* **Reflowprofiel:** Snelle verwarming of onvoldoende tijd in de dampfase kan gassen vasthouden.
* **Soldeerpasta-afzetting:** Inconsistente soldeerpasta-afzetting kan leiden tot holtes.
**Oplossingen:**
* **Soldeerpasta kiezen:** Kies soldeerpasta's die geformuleerd zijn voor lage voidingeigenschappen en die compatibel zijn met het reflowproces.
* **Procescontrole:** Zorg voor schone componenten en printplaten. Controleer of de soldeerpasta goed is gedrukt en de componenten goed zijn geplaatst.
* Optimalisatie reflowprofiel:** Implementeer een reflowprofiel dat voldoende tijd bij piektemperatuur biedt om soldeerpasta te laten uitgassen en volledig te bevochtigen. Juiste temperatuurregeling is de sleutel tot goede soldeerverbindingen.
* **Boardontwerp:** Overweeg het padontwerp om de soldeerstroom te vergemakkelijken en ingesloten gassen te minimaliseren.
### De toekomst van Reflow-solderen
Reflow-solderen blijft een kritisch proces in de elektronicaproductie, waarmee robuuste elektrische verbindingen kunnen worden gemaakt door soldeer te smelten en te laten vloeien om componenten aan een substraat te bevestigen. Deze techniek is onmisbaar voor het assembleren van printplaten (PCB's), vooral door de toenemende vraag naar miniaturisatie en hogere componentdichtheden. Naarmate de technologie voortschrijdt, ondergaat het reflowproces zelf aanzienlijke vooruitgang om aan deze veranderende uitdagingen te voldoen.
Toekomstige trends in reflowtechnologie zijn vooral gericht op het verbeteren van precisie, efficiëntie en betrouwbaarheid. Innovaties in soldeerlegeringen zijn cruciaal, met voortdurend onderzoek naar materialen die betere thermische en mechanische eigenschappen bieden, lagere smeltpunten voor energie-efficiëntie en betere compatibiliteit met geavanceerde verpakkingstechnologieën. Fabrikanten van apparatuur ontwikkelen reflow-ovens met meer geavanceerde verwarmingsprofielen, een betere temperatuuruniformiteit en een hogere energie-efficiëntie, vaak met functies zoals stikstofinertie om oxidatie te voorkomen en de kwaliteit van soldeerverbindingen te verbeteren. Bron: CHUXIN SMT.
Bovendien is geavanceerde procesbesturing van het grootste belang. De miniaturisatie van componenten, zoals System-in-Package (SiP) en verpakking op waferniveau, vereist een zeer nauwkeurige regeling van temperatuur, atmosfeer en tijd. Dit omvat de ontwikkeling van intelligente reflow-systemen die gebruik maken van sensoren en real-time gegevensanalyse om het soldeerprofiel dynamisch te optimaliseren, zodat consistente en defectvrije assemblages worden gegarandeerd, zelfs met de meest kwetsbare componenten. Bron: CHUXIN SMT. Het streven naar Industrie 4.0 is ook van invloed op de reflow-technologie, met een focus op automatisering, connectiviteit en datagestuurde optimalisatie om de totale productieopbrengst en productkwaliteit te verbeteren. Bron: CHUXIN SMT.
## Bronnen
- CHUXIN SMT – The Thermal Profile: Stages of Reflow
- Chuxin SMT – Pick-and-Place Machine
- CHUXIN SMT – SMT Reflow Oven: What is it, How does it Work, and Types
- CHUXIN SMT – SMT Reflow Soldering Process Optimization and Control
- CHUXIN-SMT – Solder Paste Application
- CHUXIN-SMT – Solder Paste Application
- CHUXIN-SMT – Solder Paste Application
- CHUXIN SMT – Future Trends in Reflow Soldering
- CHUXIN SMT – Future Trends in Reflow Soldering
- CHUXIN SMT – What is Reflow Soldering?