Veel voorkomende problemen en oplossingen in PCBA-soldeerprocessen

In de wereld van elektronicaproductie is de Assemblage van printplaten (PCBA) Het soldeerproces is de hartslag van de productbetrouwbaarheid. Naarmate componenten kleiner worden en de complexiteit van printplaten toeneemt, is het echter een grote uitdaging om telkens weer een “perfecte soldeerverbinding” te maken.

Voor Europese en Amerikaanse OEM's is kwaliteit niet zomaar een metriek, het is een vereiste om toegang te krijgen tot de markt. PCBA-soldeerdefecten kunnen leiden tot kostbare terugroepacties, defecten in het veld en een beschadigde merkreputatie. Hieronder bespreken we de meest voorkomende PCBA solderen problemen en de technische oplossingen om ze te beperken.

1. Soldeerbruggen

Soldeerbruggen ontstaan wanneer soldeer twee of meer aangrenzende pads of leads met elkaar verbindt, waardoor een onbedoeld elektrisch pad (kortsluiting) ontstaat.

De onderliggende oorzaken

• Stencilontwerp: Overmatige afzetting van soldeerpasta door een onjuiste dikte van het sjabloon of de opening.

• Nauwkeurigheid bij plaatsing: Verkeerde uitlijning van componenten tijdens de pick-and-place-fase van SMT (Surface Mount Technology).

• Reflow-profiel: Een te korte inweekzone of een te snel bereikte piektemperatuur.

De oplossingen

• Diafragmareductie: Verklein de opening van de sjabloon met 5-10% in vergelijking met de padgrootte om overlopen van pasta te voorkomen.

• Geavanceerde inspectie: Gebruik Geautomatiseerde optische inspectie (AOI) en Soldeerpasta-inspectie (SPI) om overbruggingen op te vangen voordat de printplaat de reflow-oven ingaat.

• Maskeren met fijne pitch: Zorg ervoor dat er een soldeermasker van hoge kwaliteit wordt aangebracht tussen de pads om als een fysieke dam te fungeren.

2. Grafsteen

Tombstoning is een veelvoorkomend defect in kleine passieve componenten (zoals 0201 of 0402 weerstanden/condensatoren) waarbij één uiteinde van de pad afkomt, waardoor de component verticaal blijft staan als een grafsteen.

De onderliggende oorzaken

• Onbalans in bevochtiging: De ene kant van de component bereikt de liquidustemperatuur eerder dan de andere kant, waardoor een onevenwicht in oppervlaktespanning ontstaat.

• Ongelijkmatige warmteverdeling: Grote koperen vlakken die verbonden zijn met één pad kunnen fungeren als koellichaam, waardoor de verwarming van die specifieke verbinding wordt vertraagd.

De oplossingen

• Thermische ontlasting: Gebruik thermische ontlastingssporen voor pads die verbonden zijn met grote koperen gietmassa's om een gelijkmatige verwarming te garanderen.

• Profieloptimalisatie: Verleng de “soak”-tijd in het reflowprofiel zodat de hele printplaat een consistente temperatuur bereikt voordat het soldeersel smelt.

• Stikstof Milieu: Met behulp van een stikstof ($N_2$) reflow-omgeving kan de bevochtigingsconsistentie op alle pads verbeteren.

3. Soldeerkogelvorming

Soldeerbolletjes zijn kleine bolletjes soldeer die zich vasthechten aan het soldeermasker of de onderdelen. Hoewel ze misschien niet direct kortsluiting veroorzaken, kunnen ze later losraken en intermitterende storingen veroorzaken.

De onderliggende oorzaken

• Vochtverontreiniging: Vocht in de soldeerpasta zet snel uit tijdens reflow, waardoor soldeerdeeltjes “knallen” en worden verspreid.

• Overmatige druk: Te veel druk tijdens het plaatsen van onderdelen kan de pasta uit het padgebied drukken.

• Oxidatie: Verlopen of onjuist bewaarde soldeerpasta gebruiken.

De oplossingen

• Strikte opslagprotocollen: Bewaar soldeerpasta in een geklimatiseerde omgeving en laat het op een natuurlijke manier op kamertemperatuur komen voordat je het opent om condensatie te voorkomen.

• Voorbakken: Voor platen die zijn blootgesteld aan vochtigheid kan een voorbakcyclus (bijv, 120°C gedurende 4 uur) kan ingesloten vocht verwijderen.

• Geoptimaliseerde pakking: Zorg ervoor dat het stencil een perfecte afdichting (pakking) vormt tegen de printplaat tijdens het printen.