Voorbeeld van Mid-Chip soldeerballen (solder balls/beads).
In de IPC-A-610H staat dat soldeerballen aanvaardbaar zijn voor alle productklassen mits ze vastzitten of ingekapseld zijn bv. in no-clean fluxresten, onder een laklaag, gesoldeerd op een metalen oppervlak, ingesloten onder het soldeermasker of onder een component.
Voorbeeld van soldeerbal die vastzit op een metalen oppervlak (spoor).
Soldeerballen die los kunnen trillen in hun gebruiksomgeving, die niet ingekapseld zijn of loszitten zijn een defect voor alle productklassen. Ze moeten verwijdert worden omdat er anders kortsluiting kan ontstaan.
Voorbeeld van een kortsluiting veroorzaakt door een soldeerbal.
Nu ontstaat de volgende vraag: hoe vast is vast?
Hiervoor moeten we kijken naar de gebruiksomgeving. Een laptop zal waarschijnlijk minder trillingen ondervinden dan een ponsmachine. De beste keuze is om alle zichtbare ballen te verwijderen (met een ESD-veilige borstel, of voorzichtig met een pincet). Als alternatief kun je de printplaat ook met een beschermlak (conformal coating) afdekken. Hierdoor kunnen de soldeerballen niet meer lostrillen.
Oplossing is dus soldeerballen verwijderen of bedekken met lak!
Waardoor ontstaan soldeerballen?
- Slechte soldeerpasta. Soldeerpasta wordt normaal opgeslagen in een koelkast (ca. 7°C), vervolgens als hij uit de koelkast komt moet de soldeerpasta nog acclimatiseren, gemixt worden en vervolgens kan de soldeerpasta worden gebruikt om te stencilen. Als de pasta niet lang genoeg acclimatiseert, kan het zijn dat er nog te veel oplosmiddelen in de soldeerpasta zitten waardoor de pasta te vochtig is. Soldeerballen ontstaan meestal door vochtigheid (lucht of water, opgesloten in soldeerpasta), damp die uit de pasta ontsnapt en in vloeistof verandert. Als de damp in soldeerpasta te snel ontsnapt, wordt er een kleine hoeveelheid vloeibaar soldeer uit de soldeerverbinding gespoten (denk hierbij aan een vulkaaneruptie) en ontstaat er een soldeerbal als deze afkoelt. Zie video: https://youtu.be/utam625DQpo
Soldeerballen door te “verse” (slecht gemixte soldeerpasta).
- Designfout, verkeerde afstand tussen de pads waardoor de pasta onder het component wordt gedrukt en hierdoor aan de zijkant blijft hangen. Dit kan ook komen door te grote stencilopeningen waardoor er teveel soldeerpasta op (naast) het pad komt.
- Printplaten bevatten water, vooral als deze opgeslagen worden in een vochtige omgeving en niet gedroogd worden voor het assembleren. Dit kan ook optreden als printplaten te nieuw zijn en niet voldoende gedroogd zijn. De doorgemetalliseerde gaten zijn nooit 100% luchtdicht, er kan dus vochtigheid via de gatwand in de soldeerverbinding komen waardoor er luchtbellen ontstaan die kunnen resulteren in soldeerballen (denk aan een vulkaaneruptie).
- Er zit te veel flux in de soldeerpasta of er wordt teveel flux aangebracht voor/tijdens het solderen.
- De voorverwarmtemperatuur is niet hoog genoeg, dus de flux is er niet in geslaagd om effectief te verdampen;
- Een printprobleem met soldeerpasta doordat het stencil niet schoon is, waardoor de soldeerpasta op onverwachte plekken blijft plakken.
- Slecht soldeermasker, de soldeerballen blijven na het golfsolderen aan het oppervlak van het soldeermasker hangen.
Hoe kun je soldeerballen voorkomen?
- Ontwerp de juiste pad-geometrie en afstanden volgens de aanbeveling in de datasheet.
- Reflow-profiel – verhoog indien nodig de voorverwarmtemperatuur. (ramp-up)
- Temper de printplaat voor het stencil printen in een oven zodat alle vochtigheid kan ontsnappen.
- PCB-kwaliteit — De wanddikte van het koper in het doorgemetalliseerde gaten is groter dan 25 µm om te voorkomen dat er water in de printplaat blijft zitten.
- Hot-air-knife (hete lucht mes) na het golfsolderen, de ballen worden door de hete lucht weggeblazen.
