1 Project technologie elektronica-ict 1 Soldeertechnieken... 2 1.1 De soldeerkarakteristiek... 2 1.2 Soldeerdraad (soldeer)... 4 1.2.1 Dikte:... 5 1.2.2 Legeringen:... 5 1.2.3 Soorten vloeimiddel (flux):... 5 1.2.4 Hoeveelheid vloeimiddel (flux):... 5 1.2.5 Fluxkanalen:... 6 1.3 Gedrag van het soldeer in functie van de temperatuur... 6 1.3.1 Hel smelttraject van een soldeer... 7 1.3.2 De werktemperatuur van een soldeer... 7 1.3.3 De bevochtigingstemperatuur... 7 1.3.4 De bindtemperatuur van een soldeer... 8 1.3.5 De werktemperatuur van het vloeimiddel... 9 1.4 Vloeimiddel (soldeer flux)... 9 1.4.1 De tin voldoende uitvloeit:... 9 1.4.2 De oxidaties worden verwijderd:... 9 1.4.3 Verwijderen van het fluxresidu na het solderen... 10 1.5 De soldeerbout... 11 1.5.1 Niet regelbare Soldeerbouten... 11 1.5.2 Regelbare Soldeerstations... 12 1.5.3 Autonome soldeerbouten op gas... 12 1.6 Soldeerpunten(stiften)... 12 1.7 Soldeerspons... 13 1.8 Manueel solderen... 13 1.8.1 ALGEMENE SOLDEERTECHNIEK... 15 1.8.2 Solderen op enkelzijdige printen... 19 1.8.3 Solderen van een draadverbinding... 21 1.8.4 Solderen op dubbelzijdige printen met doormetallisatie... 23 1.8.5 SMD solderen... 25 1.8.6 Soldeerpasta... 28 1.8.7 Solderen met hete lucht... 28 1.9 Desolderen... 29 1.9.1 Desolderen met een desoldeerwick... 29 1.9.2 Desolderen met een vacuümpompje... 30 1.9.3 Desolderen met een desoldeerstation... 31
2 1 Soldeertechnieken 1.1 De soldeerkarakteristiek Bij het solderen worden metalen delen verbonden door er een ander, vloeibaar metaal (=soldeer) tussen te laten vloeien en dit vervolgens te laten stollen. Kenmerkend is dus dat het soldeer een lager smeltpunt heeft dan de te verbinden delen. Het vloeien van het soldeer gebeurt spontaan als het soldeer de vaste metaaldelen bevochtigt. De contactvlakken van de te verbinden onderdelen worden niet tot smelten gebracht doch er ontstaat een "metallisch" contact. Vergelijk hierbij het verschil tussen lijmen, solderen en lassen. Onderstaande tabel vergelijkt drie verbindingstechnieken met elkaar waaronder: lassen, solderen en lijmen. lijmen solderen lassen (laser) temperatuur/ tijd laag/lang afhankelijk van lijmsoort alles op temp. hoog/kort ±230 C/ 2 s soms alles, soms lokaal zeer hoog/kort 1500 C/0,5 s lokaal uitzetting van de te verbinden delen opvangen in de lijm (flexibel) minder starre verbinding star corrosie goed matig goed elektrisch afhankelijk van verbinding (druk) metallisch contact (± l mohm) goed < 1mOhm) voorbehandeling ontvetten opruwen schoonmaken schoonhouden schoonmaken problemen doseren van lijm schoon oppervlak hoge temperatuur Besluit: In deze tabel zien we dat een soldeerverbinding tot stand komt bij relatief lage temperaturen en dat de weerstand van de verbinding zeer laag is.
3 Figuur 1 geeft het toestandsdiagram weer van een lood-tin legering. Figuur 1 Op de verticale as staat de temperatuur in C aangegeven. Op de horizontale as staat de verhouding in procenten tin en lood. Links 0% tin en 100% lood, rechts 100% tin en 0% lood. Je kan op deze twee lijnen reeds de smelttemperatuur van lood en tin aflezen in de punten P (lood= 327 C) en S (tin=232 C ). Het verloop van de smelttemperatuur in de tabel tussen de punten P en S mag je dus niet zomaar met een rechte lijn verbinden.
4 Er is namelijk een bepaalde verhouding die het laagste smeltpunt geeft dat heel wat lager ligt dan het smeltpunt van lood. Dit smeltpunt noemt men het "eutecticum". De eutectische legering van twee metalen is de legering met die verhouding die het laagste smeltpunt oplevert van alle legeringsverhoudingen. Voor de tin-lood-legering is het eutectisch punt ± 183 C. De eutectische legering verhoudt zich als volgt: 62% tin en 38% lood. In figuur 1 staat dit aangegeven met het punt E. Boven de lijn P, E, S zijn de tin-lood legeringen volledig gesmolten. Onder de lijn D, E, G zijn alle legeringen vast. De in de elektronica meest gebruikte soldeer heet zachtsoldeer en bestaat uit ±60% tin en ±40% lood. In soldeer worden nog enkele andere restmaterialen toegevoegd aan de legering: Antimoon 0,12% verhoogt de mechanische sterkte Bismut 0,10% verlaagt het smeltpunt IJzer 0,02% verhoogt de mechanische sterkte Arseen 0,01% verlaagt het smeltpunt Zink 0,002% verlaagt het smeltpunt Aluminium 0,002% verlaagt het smeltpunt Cadmium 0,002% verlaagt het smeltpunt Zilver 5% verlaagt het smeltpunt De sterkte van soldeer in vaste toestand is erg laag. Soldeer is daarom niet geschikt om permanente of wisselende belastingen op te vangen. De soldeerverbinding moet dus zo ontworpen zijn dat de optredende krachten zo laag mogelijk zijn. 1.2 Soldeerdraad (soldeer) Als je een soldeerverbinding wil maken tussen twee componenten dan moet er soldeer aan toegevoegd worden. Soldeer is te verkrijgen in verschillende vormen waaronder staven (machinaal solderen), pasta (SMT solderen) en draad (manueel solderen) Een veel voorkomende vorm is een soldeerdraad (figuur 2) die te verkrijgen is in: verschillende dikten verschillende legeringen
5 verschillende soorten vloeimiddel (flux) verschillende hoeveelheden vloeimiddel (flux) positie en hoeveelheid van de fluxkanalen Figuur 2 1.2.1 Dikte: De meest gebruikte dikten van soldeerdraad bevinden zich tussen 0,4 mm en 2,5 mm. Afhankelijk van de te solderen materialen (afmetingen)kies je een dikte. voor het solderen op printen: 0,8 mm of 1 mm voor het solderen van draden: 1,5 mm of 2,5mm voor het solderen van SMT: 0,4 mm of 0,8mm 1.2.2 Legeringen: Meest gebruikte verhouding is Sn60Pb of met een toevoeging van een derde materiaal, afhankelijk van de toepassing. Vb: SN60PbCu2 1.2.3 Soorten vloeimiddel (flux): Iedere fabrikant heeft zijn specifieke chemische samenstelling. Kies je flux in functie van het achterlaten van residu en/of de nodige effectiviteit. 1.2.4 Hoeveelheid vloeimiddel (flux): Deze wordt in procenten t.o.v. de draad uitgedrukt. Voor een gebruikelijke draad gaat dit van 1 tot 3%. Kies de hoeveelheid in functie van de te maken verbinding.
6 1.2.5 Fluxkanalen: Het aantal varieert van 1 tot 20, afhankelijk van de fabrikant. Meerdere kanalen geeft een betere spreiding van de flux tijdens het solderen 1.3 Gedrag van het soldeer in functie van de temperatuur Figuur 3 laat de verschillende fases van het soldeer zien tijdens het opwarmen. Je ziet dat soldeer zeer specifieke eigenschappen vertoont bij de verschillende temperaturen. Het soldeergebied met temperaturen die een goede soldeerverbinding toelaten, is echter klein. Het is daarom van belang de karakteristieke temperaturen van soldeer te kennen. Het smelttraject van het soldeer De werktemperatuur van het soldeer De bevochtigingtemperatuur De bindtemperatuur van het soldeer De werktemperatuur van het vloeimiddel
7 Figuur 3 De bij het solderen karakteristieke temperaturen die hierin worden beschreven, moet je tijdens het solderen ook aanhouden. 1.3.1 Hel smelttraject van een soldeer Het smelttraject van een soldeer is het temperatuurgebied van het begin van het smelten (solidustemperatuur) tot het volledig gesmolten zijn (liquidustemperatuur) Het begrip 'smelttraject' van een soldeer wordt in een aantal normen genoemd, en in gegevens van soldeerfabrikanten vermeld. Het smelttraject van een soldeer ligt tussen zijn solidus- en zijn liquidustemperatuur. 1.3.2 De werktemperatuur van een soldeer Onder werktemperatuur verstaan we de laagste oppervlaktetemperatuur op de soldeerplaats van het werkstuk, waarbij het soldeer zich daarover kan verspreiden en zich aan het basismateriaal kan hechten. De werktemperatuur kan bij toepassing van geschikte flux als een soldeerconstante beschouwd worden. De werktemperatuur is altijd hoger dan de solidustemperatuur van het soldeer, en kan zowel onder als boven de liquidustemperatuur liggen, of er mee samenvallen. Voor de praktijk van het solderen heb je aan het 'smelttraject' en de 'werktemperatuur' niet genoeg. Je moet namelijk ook de hoogste temperatuur kennen, waarop het werkstuk en het soldeer maximaal verwarmd mogen worden. Daartoe is het begrip 'maximale soldeertemperatuur' ingevoerd. In de meeste gevallen wordt de maximale soldeertemperatuur door het te solderen werkstuk bepaald. Ga je over deze maximale temperatuur dan wordt het soldeer en zijn toegevoegde flux onbruikbaar 1.3.3 De bevochtigingstemperatuur Een optimale bevochtiging vereist een metallisch schoon oppervlak, en soldeer op de werktemperatuur.
8 Het bevochtigende, vloeibare soldeer gedraagt zich in een capillair op dezelfde wijze als andere vloeistoffen. Het vult zowel horizontale als verticale nauwe soldeerspleten. De bevochtigingtemperatuur is de laagste temperatuur, waarbij een soldeer het basismateriaal nog goed bevochtigt. 1.3.4 De bindtemperatuur van een soldeer Onder het begrip 'bindtemperatuur' verstaat men de laagste bevochtigingtemperatuur. Dit is dus de laagste temperatuur waarbij een soldeerverbinding nog mogelijk is. In de praktijk van het solderen met hardsoldeer wordt het basismateriaal plaatselijk verwarmd tot een temperatuur die lager is dan de werktemperatuur. Op het aldus verwarmde basismateriaal brengt men nu een gesmolten oververhitte druppel soldeer. Deze druppel soldeer geeft zijn overschot aan warmte plaatselijk af, zodat de contactplaats tussen het soldeer en het basismateriaal op de werktemperatuur komt. Deze gang van zaken wordt als verklaring van de bindtemperatuur gebruikt. Vaak meent men een zeer laagsmeltend hardsoldeer gekocht te hebben, wanneer dit wordt aangeboden voor een 'bindtemperatuur' van 550 "C. Dit is echter hetzelfde hardsoldeer dat een 'werktemperatuur' van 610 C heeft; het is technisch namelijk in het geheel niet mogelijk, een laagsmeltend hardsoldeer voor zware metalen te maken. Hel begrip 'bindtemperatuur' wordt op de desbetreffende normbladen niet genoemd, wél echter het begrip 'werktemperatuur'. Daar echter enige soldeerfabrikanten de 'bindtemperatuur' vermelden, moet men er attent op zijn de begrippen 'werktemperatuur' en 'bindtemperatuur' nauwkeurig uit elkaar te houden. Onder de 'bindtemperatuur' verstaat men de laagste temperatuur van het basismateriaal, waaraan een oververhitte druppel soldeer zijn overtollige warmte nog afstaat en waarbij dan hel contactvlak van hel soldeer en het basismateriaal de voor hel solderen vereiste werktemperatuur krijgt. De bindtemperatuur is dus altijd lager dan de werktemperatuur.
9 1.3.5 De werktemperatuur van het vloeimiddel Het begrip 'werktemperatuur' omvat het temperatuurgebied, waarin een vloeimiddel het bevochtigen van werkstukken door vloeibaar soldeer mogelijk maakt. Het werktemperatuur gebied van een vloeimiddel dat bij een bepaald soldeer past, ligt altijd ongeveer 50 tot 100 C lager dan de werktemperatuur van het daarbij behorende soldeer. De indeling van de soldeervloeimiddelen geschiedt hoofdzakelijk volgens hun werktemperatuurgebieden. Onder het begrip 'werktemperatuur van het vloeimiddel' verstaat men het temperatuurgebied, waarin een soldeer vloeimiddel, samen met het toegepaste soldeer kan werken. Bij temperaturen boven en onder dit gebied werkt het vloeimiddel niet meer. 1.4 Vloeimiddel (soldeer flux) Zonder een vloeimiddel kan je niet solderen. De kern van elke soldeerdraad is voorzien van een flux die als doel heeft het soldeeroppervlak te bevochtigen waardoor: De tin voldoende uitvloeit De oxidaties wordt verwijderd 1.4.1 De tin voldoende uitvloeit: Een goede soldeerverbinding wordt bepaald door de vorm van de verbinding. Om een kwalitatieve goede verbinding te verkrijgen moet de tin elk te solderen oppervlak bedekken. Het vloeimiddel dat een capillaire eigenschap heeft, zorgt hier voor. 1.4.2 De oxidaties worden verwijderd: Metalen blootgesteld aan zuurstof oxideren. Deze oxidatie vormt een microfilm op de te solderen oppervakken waardoor we geen metallische verbinding kunnen maken. Het vloeimiddel verwijdert deze film.
10 Samenstelling van het vloeimiddel een chemisch werkzame stof om de oxiden op de metaaloppervlakken aan te tasten. een stof die de chemisch werkzame stof in contact houdt met het metaaloppervlak, de aangetaste oxiden opneemt en bovendien het metaal tegen hernieuwde oxidatie beschermt. een oplosmiddel, waaraan soms een bevochtigingmiddel wordt toegevoegd, zodat de werkzame stof gemakkelijk kan worden gedoseerd en verspreid. Keuze van het vloeimiddel Effectiviteit = de sterkte van de werking van een vloeimiddel Corrosieviteit = de mate van corrosie Beide eigenschappen staan diametraal tegenover elkaar. Hoe effectiever de flux hoe groter de kans op corrosie. De corrosie is een lange termijn effect, dat schadelijke gevolgen voor de verbinding kan veroorzaken. Eigenschappen van het vloeimiddel is in vaste toestand niet corrosief heeft in vaste toestand gunstige isolatie eigenschappen is in staat om in vloeibare toestand het metaaloppervlak te bevochtigen is in staat om in vloeibare toestand een beperkt aantal metaaloxiden aan te tasten en op te nemen beschermt de metalen tegen hernieuwde oxidatie tijdens het soldeerproces na het solderen blijft het als een goed hechtende laag op het oppervlak achter 1.4.3 Verwijderen van het fluxresidu na het solderen Sommige resten zijn plakkerig waardoor stukjes draad blijven hangen die op hun beurt een sluiting kunnen veroorzaken.
11 Gemakkelijker te controleren De print geeft heeft een meer afgewerkt uitzicht Flux is los te verkrijgen in vloeibare vorm of als gel. 1.5 De soldeerbout Figuur 4 Figuur 4 laat de soldeerbout zien in zijn elementaire vorm. Het verwarmingselement zorgt voor de warmte, de warmtebuffer zorgt voor een constante temperatuur en de punt brengt de warmte naar het te solderen oppervlak. Uiteraard zijn de huidige soldeerstations heel wat complexer maar het basisprincipe blijft hetzelfde. Soldeerbouten kan je thuisbrengen in drie groepen namelijk: 1.5.1 Niet regelbare Soldeerbouten Deze soldeerbouten kan je voor het standaard soldeerwerk gebruiken.
12 Voor het solderen op printen met kleine elektronische componenten is een bout van 30W voldoende. Naarmate de te solderen oppervlakken groter worden is een hoger vermogen vereist. De punttemperatuur van deze soldeerbouten ligt rond de 400. 1.5.2 Regelbare Soldeerstations Met deze soldeerbouten kan je de punttemperatuur regelen hetgeen je tijdens het solderen een groter procesvenster geeft. Omdat deze soldeerbouten in de professionele omgeving het meest gebruikt worden, zijn er ook meer soorten soldeerpunten beschikbaar. 1.5.3 Autonome soldeerbouten op gas Meestal gebruikt op plaatsen waar geen netspanning voorzien is of voor een zeer sporadische soldering. Soldeer je veel en is je soldeerwerk nogal uiteenlopend, dan is een regelbare soldeerbout die duurder is in aankoop, een gerechtvaardige aankoop. Indien je een professioneel soldeerstation koopt, dan is de kans groot dat je hiermee heel wat jaren kan solderen. Meestal kan je ook van elk onderdeel reserveonderdelen kopen. 1.6 Soldeerpunten(stiften) De soldeerpunt bepaald de kwaliteit van de soldering. De keuze en het onderhoud van de punt zijn hierin essentieel. Voor professioneel gebruik is dan ook een soldeerstation de beste keuze. Het voordeel van een goed station is een uitgebreide reeks punten die snel vervangen kunnen worden. In figuur 5 staan enkele modellen van punten. Figuur 5
13 De punten kunnen onderverdeeld worden in: vertinde koperen punten: goedkoper, sneller versleten gemetalliseerde punten(koper+metaal): duurzamer, duurder, intens gebruik Voor elke soldering is er een passende punt in dikte en vorm. Zo zijn er de conische en piramide punten die voor algemeen soldeer en reparatie werk worden gebruikt. De derde punt wordt gebruikt voor het solderen op eenzijdige printen terwijl de vierde punt voor oppervlakte (massavlakken) waar veel warmte nodig is wordt gebruikt. Praktische tips: Zorg ervoor dat de punt tijdens het solderen, vast in het soldeertoestel zit Verwijder voor een lange periode van inactiviteit de punt uit het toestel zodat er geen oxidatie tussen de contactvlakken van punt en verwarming ontstaat Maak de gemetalliseerde punten in koude toestand zuiver met staalwol en vertin ze in warme toestand Maak je tip voor elke soldering zuiver door middel van een natte soldeerspons 1.7 Soldeerspons Klein sponsje dat tijdens het solderen vochtig is en gebruikt wordt tijdens het solderen om de soldeerresten van de soldeerpunt te verwijderen. 1.8 Manueel solderen Warmte en warmteoverdracht zijn belangrijk voor het solderen. De te de solderen delen moeten zeer snel tot de juiste temperatuur worden opgewarmd. Bij het solderen met een soldeerbout bereiken we geen evenwichtssituatie (alles op gelijke temperatuur) en daarenboven wordt de opwarming snel gestopt als de soldeerverbinding tot stand is gebracht.
14 De uitlopers komen snel op temperatuur, het lichaam volgt later waardoor de uitlopers na 1 sec een temperatuur van > 200 hebben terwijl het lichaam na 4 sec nog altijd geen temperatuur van 100 heeft. Oppervlakken met veel koper kunnen best voorverwarmd worden tot 80 alvorens te solderen. Dit kan eenvoudig door warme luchtblazers of verwarmingselementen. Opmerkingen:
15 1.8.1 ALGEMENE SOLDEERTECHNIEK Kies de juiste soldeerpunt De soldeerbout is op temperatuur Plaatst de punt op de juiste plaats met als gevolg: Maximale warmteoverdracht. Maximaal zicht op het soldeervlak. Alle onderdelen worden verwarmd. Voldoende voorverwarmen: Onderdelen + soldeeroppervlak op de juiste temperatuur brengen. Tin toevoegen: Via het soldeeroppervlak. De juiste hoeveelheid. Tin wegnemen Soldeerbout wegnemen Soldering laten afkoelen Controle van de soldeerverbinding: Goede uitvloeiing. Juiste hoeveelheid tin. Gesloten en glad oppervlak.
16 Aandachtspunten voor een goede verbinding: Breng het soldeer niet aan op de soldeerpunt tijdens het solderen Verwarm kort met een hoge temperatuur Verwarm niet te lang want dan beschadig je de component Maak je punt regelmatig zuiver Een soldering moet in één keer gebeuren, hersmelten en nog wat tin toevoegen kan niet Is de verbinding niet goed, verwijder dan de tin en soldeer opnieuw Soldeer- en desoldeertips voor loodvrij solderen Het juiste gebruik van en de goede zorg voor de soldeerstift bevordert de soldeerproductie en leidt tot minder slechte soldeerverbindingen. Bijna alle soldeerstiften zijn gemaakt van koper, bekleed met ijzer. Het verkrijgen van optimale resultaten met dit materiaal begint met het zorgen voor een goede vertinning van de punt van de stift. De meeste industriële soldeerstiften zijn al door de fabrikant vertind. Door het aanbrengen van soldeer op het werkoppervlak van de stift wordt oxidatie van dat oppervlak voorkomen en de stift is klaar voor gebruik. Een van de meest gangbare oorzaken van slechte soldeerverbindingen is het verdwijnen van de beschermende tinlaag op de stift, met als gevolg dat het werkoppervlak oxideert. Men spreekt dan van 'detinning' van de stift. Een geoxideerde stift is niet meer in staat om soldeer aan te nemen en om efficiënt warmte over te brengen naar de twee metalen die met elkaar moeten worden verbonden. Een paar van de belangrijkste oorzaken van het verdwijnen van de tinlaag zijn: De stift is onvoldoende bedekt met soldeer gedurende een periode dat hij niet wordt gebruikt; Er wordt gewerkt met te hoge temperaturen - dat versnelt oxidatie. Houdt waar mogelijk de temperatuur altijd lager dan 427 "C.
17 Er wordt soldeerdraad gebruikt met een te kleine diameter. Dit bevat onvoldoende flux om de stift vertind te houden. Tekort aan flux bij het solderen. Het gebruik van 'no-clean' fluxen of 'lowresidue' fluxen. Het gebruik van soldeer meteen laag tingehalte. Reparatiewerk en het gebruik van desoldeerlitze. Het afvegen van de stift met een droge spons, een spons van niet natuurlijk materiaal, doekjes, papieren tissues of metaalwol, in plaats van een vochtige cellulosespons. Het wordt ook aanbevolen om de stift niet heen en weer te wrijven over de metalen die moeten worden verbonden, en om het soldeer niet eerst op de stift aan te brengen. Om goed te solderen moet het soldeer direct aan de verbinding worden toegevoerd. Om de prestaties van een soldeerstift optimaal te houden, wordt een simpele onderhoudsprocedure aanbevolen: Werk met de laagst mogelijke temperatuur, maximaal 427 C. Het werken met hogere temperaturen leidt tot een drastische toename van de vorming van ijzeroxiden en dat is een van de belangrijkste oorzaken van detinning. Maak voor het afvegen uitsluitend gebruik van vochtige, zwavelvrije sponsjes van puur cellulose. Breng regelmatig harskernsoldeer met een diameter (0,80 mm of meer) aan op het werkoppervlak van de stift.
18 Als de soldeerstift is geoxideerd kan dat op een aantal manieren worden hersteld: Gebruik een polijstoppervlak van polyurethaanschuim. Met een schuurmiddel kan de polyurethaanschuim worden gebruikt om het werkoppervlak van de stift te polijsten en oppervlakteoxiden te verwijderen. Vertin de stift daarna onmiddellijk met harskers soldeer. Gebruik een reinigings- en vertinningsmiddel. Het is een halidevrije soldeerpasta waarmee de stift snel wordt gereinigd en vertind. Haal de stift op normale soldeertemperatuur enkele seconden door de 'tip tinner' totdat het werkoppervlak weer helder vertind is. Het werkt snel, is acceptabel vanuit milieuoogpunt en vrij van residuen. Gebruik conventioneel soldeerdraad met harsflux en met voldoende diameter (0,80 mm of meer, met een voldoende hoog percentage flus) om de stift opnieuw te vertinnen. Bevochtig de stift regelmatig met soldeer.
19 1.8.2 Solderen op enkelzijdige printen goede verbindingen slechte verbindingen Figuur 6 Bij enkelzijdige printen zal enkel aan het oppervlak een soldeerverbinding tussen component en printoppervlak gemaakt worden. Het is dan ook belangrijk dat deze soldeerpunt goed is. Zorg dat het soldeeroppervlak voldoende groot zodat een goede soldeerverbinding wordt verkregen.
20 Figuur 7 In figuur 7 zie je een van de meest vervelende foute soldeerverbindingen. Er is geen contact tussen de draad van de component en het soldeeroppervlak. Je ziet het probleem zeer moeilijk met als gevolg dat bij het zoeken van de fout de reparatietijd behoorlijk kan oplopen. Dit probleem kan na jaren optreden. De oorzaak is meestal een slechte soldeerpunt die het gevolg is van foute soldeertechnieken.
21 1.8.3 Solderen van een draadverbinding De toepassing bepaalt de keuze van draad. Als standaard om de draaddikte aan te geven wordt meestal de Amerikaanse AWG standaard gebruikt. Onderstaande tabel laat deze draden zien met hun maximale stroomsterkte. AWG #30 0.8A AWG #28 1.1A AWG #26 1.4A AWG #24 1.9A AWG #22 2.7A AWG #20 3.5A AWG #18 5 A AWG #16 7 A De tabel laat de relatie zien tussen draaddikte, stroomsterkte en temperaturen die in de draden zullen optreden.
22 Figuur 8
23 1.8.4 Solderen op dubbelzijdige printen met doormetallisatie In tegenstelling tot enkelzijdige printen wordt de soldeerverbinding aan beide zijden en in de doormetallisatie uitgevoerd. Figuur 9 Figuur 9 laat de doorsnede zien van een soldeerverbinding. Je ziet dat de doormetallisatie wordt opgevuld met tin. Hier bepaalt de soldeerverbinding in de doormetallisatie de sterkte. De soldeereilanden zullen dan ook kleiner zijn dan de soldeereilanden bij een enkelzijdige print. Onderstaande figuren vergelijken slechte soldeerverbindingen met goede. Figuur 10
24 Figuur 11 Figuur 12 Wetted = bedekt met soldeer Dimples= de tin is niet helemaal opgetrokken
25 1.8.5 SMD solderen SMD staat voor Surface Mount Devices. Dit zijn componenten die door hun kleine afmetingen op zowel de soldeerzijde als de componentzijde van een print gesoldeerd kunnen worden. De soldeertechniek die we bespreken kan worden toegepast op componenten met een 1210, 1206, 0805, 0603, SOT23 en een MELF behuizing. Alvorens te beginnen moeten we beschikken over het juiste gereedschap. Soldeergereedschap: Indien mogelijk een soldeerstation met regelbare temperatuur en een zeer fijne soldeerpunt (figuur 13). Figuur 13 Soldeer: Ofwel gebruiken we een fijne soldeerdraad (0,5mm) of soldeerpasta in een spuitje. Figuur 14 Figuur 14
26 Pincetje: Gebruik een pincetje met fijne uiteinden waarmee we de componenten kunnen vasthouden. Soldeertechniek voor 1210, 1206, 0805, 0603 en MELF 1. Kies de juiste soldeerpunt en de juiste temperatuur 2. Breng een beetje soldeer aan op één van beide vlakken 3. Pak de component met het pincet, en plaats ze op het soldeereiland 4. Soldeer de kant met het aangebrachte soldeer 5. De component is nu vast zodat het pincet niet meer nodig is 6. Soldeer nu de andere zijde 7. Werk de eerste soldeerpunt af 8. Controleer het resultaat Figuur 15 laat deze techniek zien en een slechte en goede soldeerverbinding. Figuur 15
27 Soldeertechniek voor SOT23 1. Kies de juiste soldeerpunt en de juiste temperatuur 2. Breng een beetje soldeer aan op één van de drie vlakken 3. Pak de component met het pincet, en plaats ze op het soldeereiland 4. Soldeer de kant met het aangebrachte soldeer 5. De component is nu vast zodat het pincet niet meer nodig is 6. Soldeer nu de andere twee punten 7. Werk de eerste soldeerpunt af 8. Controleer het resultaat Figuur 16
28 1.8.6 Soldeerpasta Soldeerpasta is samengesteld uit soldeerpoeder en flux. Deze soldeerpoeder bestaat uit minuscule tinbolletjes met een diameter tussen de 25 en 150µm. Figuur 17 laat een microscopische foto van soldeerpasta zien. Figuur 17 1.8.7 Solderen met hete lucht Deze techniek wordt gebruikt om SMT componenten contactloos te solderen. Je kan zowat alle SMT componenten met een aangepaste nozzle solderen. Als soldeermiddel gebruik je best tin van 0,5mm of soldeerpasta. Gebruik je soldeerpasta, dan moet eerste de pasta op het soldeervlak van de print aangebracht worden. Dan plaats je de SMD op de print en soldeer je zonder de component aan te raken met de hete luchtstroom.
29 Voor het aanbrengen van pasta worden twee technieken gebruikt: dispensen screenprinten Gebruik het hete luchtstation om de 1206 componenten van je soldeeroefening te solderen 1.9 Desolderen Wanneer moet er gedesoldeerd worden? Verwijderen van een component (verkeerde component, defecte component) Verwijderen van een slechte soldeerverbinding Om te desolderen bestaan er verschillende technieken waaronder: Desolderen met een desoldeerwick Desolderen met een vacuümpompje Desolderen met een desoldeerstation 1.9.1 Desolderen met een desoldeerwick Desoldeerwick is een koperen gevlochten draad voorzien met flux. Techniek: Plaats de wick tegen de te verwijderen soldeerverbinding (figuur 18) Verwarm de wick met de soldeerbout waardoor de tin van de soldeerverbinding wordt opgenomen door de wick. Zorg ervoor dat je een kwalitatief goede wick gebruikt. Er moet dus voldoende flux in de koperen gevlochten draad aanwezig zijn om het capillair effect te laten plaatsvinden.
30 Opgelet: Wanneer de wick verzadigd (vol met tin) is kan hij niet meer worden gebruikt en moet worden afgeknipt. Flux extra bij wanneer de tin moeilijk wordt opgenomen. Het kan dat de flux in de wick onvoldoende actief is Figuur 18 1.9.2 Desolderen met een vacuümpompje Manueel pompje dat de vloeibare tin opzuigt. Techniek: 1. Plaats de pomp zo kort mogelijk bij de soldeerverbinding 2. Niet tegen de te verwarmen oppervlakken. 3. Hersmelt de soldeerverbinding met een soldeerbout 4. Breng de pomp in de gesmolten tin en zuig de vloeibare tin op met het pompje 5. Verhinder contact tussen de soldeerpunt en de meestal in kunststof uitgevoerde desoldeerpunt. 6. Reinig regelmatig de ruimte van je pompje waar zich de harde tinresten bevinden.
31 Figuur 19 1.9.3 Desolderen met een desoldeerstation Professioneel toestel dat uitvoerig wordt besproken en gebruikt tijdens de werkzittingen.
32 Preventief onderhoud van het station is fundamenteel voor een goede werking Maak het desoldeerstation zuiver voor en na gebruik. Gebruik tijdens het onderhoud het juiste gereedschap. Verwijder de tinresten na elke desoldeerbeurt uit het glazen opvangbuisje. Maak de punt voor het desolderen zuiver met het natte sponsje. Controleer tijdens het desolderen de zuigkracht. Vervang regelmatig de filters. Tip voor het solderen van TH en SMC Een soldeervlak dat verbonden is met een groot kopervlak heeft een grotere warmteoverdracht nodig om de smelttemperatuur te bereiken. Bij een professionele soldeerbout wordt de smelttemperatuur snel gehaald. in tegenstelling tot een goedkoop boutje waarbij het veel te lang duurt. Dit heeft als gevolg dat door de afgegeven warmte van de soldeerbout de te solderen component te lang te warm wordt. Voorbeeld: Een vlakje van een 1206 is verbonden met het massavlak van de print. Dit massavlak kan behoorlijk groot zijn, afhankelijk van het pcb ontwerp. Om de 1206 te positioneren wordt best het vlakje genomen dat niet met het massavlak is verbonden. Op die manier kan je beter en sneller een SMD een 1206 positioneren.
33