Soldeermaterialen 101

Wat zijn de belangrijkste materialen die nodig zijn om een soldeertaak te voltooien?

Je denkt misschien dat soldeertin het enige is dat wordt verbruikt. Maar verschillende andere items zijn essentieel om de klus te klaren en raken tijdens het proces op.

We zullen ook enkele gereedschappen introduceren waarvan je misschien niet wist dat ze nodig waren. We beginnen met soldeertin en vloeimiddel (flux). Daarna gaan we door naar de minder bekende items zoals desoldeerlint, schoonmaakmiddelen voor vloeimiddel, soldeertape en vervangende soldeerboutpunten.

Soldeertin is het basismateriaal van een gesoldeerde verbinding. Je komt het meestal tegen als een rol metalen draad die gemakkelijk te buigen en te manipuleren is. De samenstelling van de meeste soldeertin bestaat uit een metaallegering (een mengsel van metalen dat niet mechanisch gescheiden kan worden) met een laag smeltpunt, omhuld door een kern van vloeimiddel (flux), een chemische verbinding die helpt om het soldeertin naar wens te laten bevochtigen en vloeien.

De soldeerlegering zal, eenmaal gesmolten, hechten aan de te verbinden items als deze schoon zijn en boven het smeltpunt van de soldeertin worden verhit. Hoewel bijna alle soldeertin voor elektronisch gebruik een kern van vloeimiddel bevat, kun je nog steeds vloeimiddel toevoegen om het resultaat indien nodig te verbeteren.

Er zijn twee hoofdtypen soldeerlegeringen: met lood en loodvrij. Soldeertin met lood bevochtigt en vloeit gemakkelijker, vereist minder hitte en wordt over het algemeen als makkelijker beschouwd om mee te werken. Lood is echter niet goed voor mensen of het milieu, dus werd loodvrij soldeertin ontwikkeld als een veiliger alternatief.

Loodvrij soldeertin heeft loodhoudend soldeertin grotendeels vervangen in de elektronica-industrie, vooral sinds wetgeving die het terugdringen van gevaarlijke stoffen verplicht stelt, begin jaren 2000 van kracht werd. Er zijn echter nog steeds industrieën en toepassingen waar soldeertin met lood wordt gebruikt, omdat de verbindingen die loodvrij soldeertin creëert zwakker zijn tegen externe krachten. Voor het repareren van consumentenelektronica heeft loodvrij soldeertin de voorkeur.

Loodvrij soldeertin is vaak een legering van tin (symbool Sn), zilver (Ag) en koper (Cu). Een veelgebruikt mengsel staat bekend als SAC of 305. Dit bevat 3% zilver. Het smelt bij een hogere temperatuur (ongeveer 215-220°C) dan soldeertin met lood (183°C) en is iets moeilijker om mee te werken, voornamelijk omdat het over een temperatuurbereik smelt en oppervlakken minder gemakkelijk bevochtigt. Er zijn ook legeringen van alleen tin en koper die bij een iets hogere temperatuur (227°C) smelten; deze hebben een nog slechter bevochtigingsvermogen.

Soldeertin met lood bevat feitelijk meer tin dan lood. De makkelijkste in gebruik is soldeertin met 63% tin en 37% lood, meestal bekend als 63-37 soldeertin. Dit is het eutectische mengsel (wat betekent dat het het laagst mogelijke smeltpunt heeft), dat net als een puur metaal bij een vaste temperatuur smelt.

De lagere smelttemperatuur (183°C) en superieure bevochtigingseigenschappen maken 63-37 makkelijker in gebruik. Dit is de soldeerlegering bij uitstek voor het uitvoeren van reparaties. De lagere smelttemperatuur is minder riskant voor nabijgelegen componenten. Het nadeel is het loodgehalte, dat giftig is.

Een andere veelvoorkomende legering is 60-40, die bij een iets hogere temperatuur smelt en niet zo soepel vloeit.

Andere legeringen die bij het elektronisch solderen worden gebruikt, zijn legeringen op basis van bismut (Bi) en indium (In). Beide typen zijn bedoeld voor toepassingen bij lage temperaturen. De getallen geven de percentages van elk metaal in de legering aan.

Over het algemeen kom je deze legeringen tegen bij het solderen van Surface Mount-apparaten (SMD). Bismut-tin (58Bi42Sn) en bismut-tin-zilver (57Bi42Sn1Ag) smelten bij 138°-140°C. Ze kunnen worden gebruikt voor solderen bij lage temperaturen. Soms worden ze in bestaande verbindingen gesmolten om het smeltpunt te verlagen voor eenvoudigere reparatie.

Soldeertins die indium bevatten, zijn ook verkrijgbaar met zeer lage smeltpunten, zoals een indium-tin-legering (52In48Sn) die bij 118°C smelt.

De meeste soldeerlegeringen zijn verkrijgbaar in draadvorm met een vloeimiddelkern. Als alternatief zijn ze ook verkrijgbaar als pasta's en als bolletjes.

De meest voorkomende vorm is een draad met vloeimiddel als kern. De draad is verkrijgbaar in een grote variëteit aan diameters, variërend van 0,010" (0,25 mm) tot 0,125" (3,125 mm). De grootte van de verbinding en de gebruikte warmtebron bepalen de geschikte diameter.

Veel soldeerpasta's, bestaande uit kleine soldeerbolletjes in een basis van vloeimiddel, kunnen met een spuit worden aangebracht. Het wordt meestal gebruikt voor het solderen van Surface Mount-componenten.

Dit zijn kleine bolletjes van soldeertin met een uniforme grootte die worden gebruikt voor speciale doeleinden, zoals het vernieuwen van de soldeerverbindingen op chips met Ball Grid Array (BGA)-aansluitingen.

Hoewel de soldeertin het materiaal is dat de verbinding maakt, is vloeimiddel essentieel om het soldeertin te laten vloeien en hechten.

Solderingsvloeimiddel is een chemische verbinding, meestal bestaande uit hars (afgeleid van dennenhars) en een reactief onderdeel dat bekend staat als een activator. Het belangrijkste doel is het verwijderen van oxidatie, wat helpt om te hechten aan andere oppervlakken en de oppervlaktespanning van gesmolten soldeertin te verminderen.

Omdat soldeertin niet hecht aan metaal met een oxidelaag, en omdat oxidelagen gemakkelijker ontstaan bij hitte, dient vloeimiddel om de te verbinden oppervlakken zowel te reinigen als te beschermen. Het vloeimiddel moet worden verhit tot de activatietemperatuur, ongeveer 140°C, om deze oxidelaag te reinigen en de verbinding te coaten om her-oxidatie te voorkomen.

Vloeimiddel bevordert ook de bevochtiging, waardoor soldeertin gemakkelijker in de kleine openingen tussen componenten kan vloeien. Dit creëert verbindingen met meer oppervlak, die daardoor sterker en geleidender zijn. Als je ooit het probleem hebt gehad dat je soldeertin in een papperigere consistentie smolt, is het toevoegen van meer vloeimiddel waarschijnlijk de oplossing om je soldeertin in een vloeibaardere staat te krijgen.

Hars is de meest voorkomende vloeimiddelbasis die je zult tegenkomen. Er zijn ook synthetische harshoudende vloeimiddelen waarmee andere vloeimiddeleigenschappen op maat kunnen worden gemaakt.

Veelvoorkomende activatoren zijn abietinezuur (van nature aanwezig in dennenhars), halogeniden en aminen, die zowel zuur als basisch kunnen zijn. Hun belangrijkste doel is om een chemische reactie aan te gaan met het geoxideerde metaal dat zich vormt op het oppervlak van de componenten die aan lucht zijn blootgesteld. Deze activatoren zullen metaaloxiden ofwel terugbrengen tot puur metaal, of oplosbare metaalchloriden of metaalzouten vormen, die kunnen worden opgelost of geabsorbeerd door het vloeimiddel. Het vloeimiddel dient dan als een beschermende barrière tussen het metaal en de lucht om verdere oxidatie te voorkomen voordat het soldeertin een verbinding kan maken.

Kleverige/gelvloeimiddelen zijn eenvoudig aan te brengen, blijven op hun plek en worden vaak gebruikt voor het solderen van Surface Mount-componenten. Ze zijn een goede allround vloeimiddelvorm voor het maken van gesoldeerde verbindingen.

Houd er rekening mee dat te veel vloeimiddel bijna altijd beter is dan te weinig. Je kunt overtollig vloeimiddel wegvegen, maar je krijgt niet gemakkelijk een hoogwaardige soldeerverbinding met te weinig vloeimiddel.

Vloeimiddelen zijn verkrijgbaar in pasta-, kleverige (gel)- en vloeibare vorm. Ze zijn ook te vinden als kernen in soldeerdraad. Het gehalte aan vaste stoffen komt meestal omgekeerd evenredig overeen met de vloeibaarheid. Pasta (hoogste gehalte aan vaste stoffen), dan gel/kleverig, dan vloeistof (laagste gehalte aan vaste stoffen).

Sommige pasta's kunnen met een stijve kwast worden aangebracht.

Kleverige vloeimiddelen worden vaak met een spuit aangebracht en kunnen worden gebruikt om kleine componenten op hun plek te houden voor het solderen (vandaar kleverig).

Vloeibare vloeimiddelen worden aangebracht met een zachte kwast of een vloeimiddelstift en zijn eenvoudig aan te brengen op meerdere verbindingen tegelijk.

Vloeimiddel heeft verschillende kenmerken die worden vermeld in beschrijvende type-aanduidingen. Onder andere:

• Vloeimiddelbasis of drager (wat het hoofdingrediënt is)
  • Hars (R) Zeer goed materiaal voor algemeen gebruik. Voornamelijk gebruikt voor herbewerking/reparatie.
  • Harstype (RE of RES) Alternatief voor hars.
  • In water oplosbaar - Meestal agressiever en moet bijna altijd worden gereinigd na het aanbrengen.
    • Anorganisch (IN)
    • Organisch (OR)
• Activatie is de mate waarin een vloeimiddel agressief oxide verwijdert; te veel is niet noodzakelijkerwijs beter, aangezien corrosie meestal toeneemt bij activatie. De activator zorgt voor de reiniging. Sommige dragers, zoals hars, hebben ingebouwde zure activatoren.
  • Laag/Geen (L)
  • Medium/Mild geactiveerd (M)
  • Hoog/Geactiveerd (H)
• Halogenide - Dit helpt bij het verwijderen van oxide maar verhoogt de toxiciteit van de rook en dampen en vereist bovendien reiniging. Tegenwoordig bevatten minder vloeimiddelen halogeniden.
  • Geen halogenide (0) aan het einde van de aanduiding.
  • Halogenide (1) aan het einde van de aanduiding.

Een vloeimiddelstift met no-clean vloeimiddel

Je ziet vloeimiddel misschien aangeduid als 'no-clean'. Dit is geen ander type vloeimiddel, maar heeft te maken met het residu dat het vloeimiddel achterlaat na het soldeerproces. 'No-clean' betekent dat het residu dat door het vloeimiddel wordt achtergelaten, waarschijnlijk geen problemen zal veroorzaken met de componenten op een printplaat.

Corrosie is het belangrijkste item dat wordt geëvalueerd bij clean/no-clean-aanduidingen. Vloeimiddelresidu kan nog steeds geleidend zijn. Vaak is de hoeveelheid vloeimiddelbasis in de no-clean-variant verminderd, zodat er minder potentieel geleidend residu achterblijft.

Wanneer printplaten dicht bepakt zijn met componenten en bijna onmogelijk schoon te maken zijn, is no-clean een voordeel. Soms voer je een reparatie uit en is de no-clean-variant ook een grote hulp. Toch ben je er over het algemeen beter af als je het vloeimiddelresidu van de plaat schoonmaakt, of het nu no-clean is of niet.

Het belangrijkste verbruiksartikel is koperen desoldeerlint. Het is gemaakt van zeer fijne koperdraden die samen zijn gevlochten tot een lintvorm. Meestal is er al droog vloeimiddel aangebracht. Wanneer het tegen een verbinding wordt gehouden en verhit, zal de soldeertin van de verbinding in het lint trekken, waardoor componenten kunnen worden verwijderd. Je kunt de prestaties mogelijk verbeteren door wat extra vloeimiddel op de verbinding zelf aan te brengen en vervolgens het lint te gebruiken.

Je moet altijd wat desoldeerlint bij de hand hebben. Het is verkrijgbaar in verschillende breedtes en kan zelfs al vloeimiddel in het lint hebben. Er gebeuren fouten en desoldeerlint is een handige manier om ze ongedaan te maken.

Hoewel het niet strikt een verbruiksartikel is, is een soldeertinzuiger/vacuüm-desoldeerder handig voor het verwijderen van grotere componenten die mogelijk met grotere hoeveelheden soldeertin zijn bevestigd.

Wanneer je soldeert, vooral op printplaten, moet je het vloeimiddel en vloeimiddelresidu opruimen (zelfs van 'no-clean' vloeimiddelen). Je kunt hiervoor verschillende dingen gebruiken. Voor het oplossen van het vloeimiddel:

• 91-99% isopropylalcohol is de bijna universele vloeimiddeloplosser. Het is de meest gebruikte omdat het gemakkelijk verkrijgbaar is.
• Vloeimiddelverwijderaar is waarschijnlijk de ultieme keuze. Als je het gebruikt, zorg er dan voor dat je een vloeimiddelverwijderaar gebruikt die werkt met je huidige vloeimiddel.
• Voor echt hardnekkige vervuiling kun je aceton gebruiken, maar pas op. Aceton kan veel verschillende kunststoffen oplossen die je niet opgelost wilde hebben. Het verwijdert vaak markeringen op de printplaat en op de chips zelf, wat tot problemen kan leiden. Het is het beste om het eerst te testen om te zien of de printplaat opzwelt of anderszins beschadigd raakt.
• Gedestilleerd of gedeïoniseerd water is geweldig voor elk vloeimiddel dat in water oplosbaar is; in de meeste gevallen werken andere reinigingsmiddelen niet of slecht op die vloeimiddelen.

Bij het schoonmaken kun je wattenstaafjes (het type op lange houten stokjes, niet de gewone soort voor het reinigen van oren) of pluisvrije doekjes gebruiken. Bezuinig hier niet op.

Dit gaat niet over hoe je je soldeerbout effectiever gebruikt. De punten van je soldeerbout zijn vervangbaar, tenzij de soldeerbout goedkoop is. De vervangbare soldeerboutpunten dienen twee doelen.

1. Ze stellen je in staat om de punten te verwisselen, zodat je een puntvorm kunt gebruiken die het meest geschikt is voor de klus als er andere vormen beschikbaar zijn.
2. Ze stellen je in staat om versleten soldeerboutpunten te vervangen.

De meeste soldeerbouten hebben een met ijzer geplateerde koperen punt. Punten slijten voornamelijk omdat oververhitting leidt tot oxidatie die de ijzeren plating beschadigt. Zodra de plating beschadigd is, moet de punt worden weggegooid. Helaas moet het hele apparaat worden weggegooid als je soldeerbout geen vervangbare punten heeft.

Indien mogelijk moet je twee tot drie soorten tape bij de hand hebben.

• Schilderstape is erg handig voor klussen met lage hitte, zoals het op zijn plek houden van through-hole-componenten of als lichte hittebescherming.
• Polyimide-tape (vaak Kapton™ genoemd) voor hittebescherming wanneer je alleen een bepaald gebied wilt verhitten. De gebruikelijke bovengrens is 260°C, maar het kan zelfs werken tot 400°C.
• Aluminiumfolietape kan ook werken als hitteschild en de dikte maakt het duurzaam.

De belangrijkste functie van deze tapes is bescherming.

• Ze helpen je voorkomen dat dingen smelten die je niet gesmolten wilt hebben, zoals kunststof (kabel)aansluitingen of andere componenten.
• Ze kunnen hittegevoelige componenten zoals geïntegreerde schakelingen beschermen.

Soldering Glossary of Terms

Hoe te solderen en desolderen

Soldering Iron Not Melting Solder

Soldering Iron Not Heating

Soldering Best Practices

Soldering Iron Tips

Meer informatie over vloeimiddel-goede leesstof

Meer informatie over loodvrij soldeertin - Goede informatie

Meer informatie over soldeertin met lood