Soldeermaterialen 101

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

Je zou kunnen denken dat soldeer het enige is wat wordt verbruikt. Maar er zijn verschillende andere items essentieel voor het voltooien van de klus en deze raken in het proces op.

We zullen ook enkele gereedschappen introduceren waarvan je misschien niet wist dat ze nodig waren. We beginnen met soldeer en vloeimiddel (flux). Daarna gaan we over op de minder bekende zaken zoals desoldeerlint, reinigingsmiddelen voor vloeimiddel, soldeertape en vervangende soldeerboutpunten.

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

De soldeerlegering hecht, wanneer gesmolten, aan de te verbinden items als deze schoon zijn en verwarmd worden boven het smeltpunt van het soldeer. Hoewel bijna alle soldeer bedoeld voor elektronisch gebruik een kern van vloeimiddel bevat, kun je (en moet je) indien nodig extra vloeimiddel toevoegen om het resultaat te verbeteren.

Er zijn twee hoofdtypen soldeerlegeringen: met lood en loodvrij. Soldeer met lood bevochtigt en vloeit gemakkelijker, vereist minder warmte 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 soldeer gecreëerd als een veiliger alternatief.

Loodvrij soldeer heeft soldeer met lood grotendeels vervangen in de elektronica-productie, vooral sinds wetgeving die de vermindering van gevaarlijke stoffen voorschrijft begin jaren 2000 van kracht werd. Er zijn echter nog steeds industrieën en toepassingen waar soldeer met lood wordt gebruikt, omdat de verbindingen die loodvrij soldeer creëert zwakker zijn tegen externe krachten. Voor het solderen van consumentenelektronica heeft loodvrij soldeer de voorkeur.[/note]

Loodvrij soldeer is vaak een legering van tin (symbool Sn), zilver (Ag) en koper (Cu). Een veelgebruikte mix staat bekend als SAC of 305. Deze bevat 3% zilver. Het smelt bij een hogere temperatuur (ongeveer 215-220°C) dan soldeer met lood (183°C) en is iets moeilijker om mee te werken, vooral 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 bevochtigend vermogen.

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

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

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

Andere legeringen die worden gebruikt bij het solderen van elektronica zijn legeringen op basis van bismut (Bi) en indium (In) legeringen. Beide typen zijn voor toepassingen met een lage temperatuur. De cijfers geven de percentages van elk metaal in de legering aan.

Over het algemeen kom je deze legeringen tegen bij het solderen van surface mount-componenten (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.

Soldeer met indium-metaal is 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. Alternatief zijn ze ook verkrijgbaar als pasta's en als bolletjes.

De meest voorkomende vorm is een draad met vloeimiddel als centrale kern. De draad is verkrijgbaar in een breed scala 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 juiste diameter.

Veel soldeerpasta's, gemaakt van kleine soldeerbolletjes in een vloeimiddelbasis, kunnen met een spuit worden aangebracht. Het wordt meestal gebruikt voor het solderen van surface mount-componenten.

Dit zijn kleine bolletjes van uniform formaat soldeer die worden gebruikt voor speciale doeleinden, zoals het vernieuwen van het soldeer op chips met ball grid array (BGA)-verbindingen.

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

Soldeervloeimiddel is een chemische verbinding, meestal bestaande uit hars (afgeleid van dennenhars) en een reactieve component die bekend staat als een activator. Het voornaamste doel is het verwijderen van oxidatie, wat helpt om aan andere oppervlakken te hechten en de oppervlaktespanning van gesmolten soldeer te verminderen.

Omdat soldeer niet hecht aan metaal met een oxidelaag, en omdat oxidelagen gemakkelijker vormen wanneer ze heet zijn, dient vloeimiddel zowel om de te verbinden oppervlakken te reinigen als te beschermen. Het vloeimiddel moet tot de activatietemperatuur (ongeveer 140°C) worden verhit om deze oxidelaag te reinigen en de verbinding te coaten, zodat deze niet opnieuw oxideert.

Vloeimiddel bevordert ook bevochtiging, waardoor soldeer gemakkelijker in de kleine ruimtes 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 soldeer in een meer pasteuze consistentie smelt, is het toevoegen van meer vloeimiddel waarschijnlijk de oplossing om je soldeer in een vloeibaardere staat te krijgen.

Hars is de meest voorkomende vloeimiddelbasis die je zult tegenkomen. Er zijn ook synthetische harsvloeimiddelen waarmee andere eigenschappen van het vloeimiddel op maat kunnen worden gemaakt.

Veelvoorkomende activatoren zijn abietinezuur (van nature aanwezig in dennenhars), halides en aminen, die zowel zuur als basisch kunnen zijn. Hun voornaamste doel is een chemische reactie aan te gaan met het geoxideerde metaal dat zich op het oppervlak van de componenten vormt die aan lucht worden blootgesteld. Deze activatoren verminderen metaaloxiden terug tot puur metaal, of vormen oplosbare metaalchloriden of metaalzouten, 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 soldeer een verbinding kan creëren.

Kleverige/gelvloeimiddelen zijn gemakkelijk aan te brengen, blijven goed zitten en worden vaak gebruikt voor het solderen van surface mount-componenten. Het is 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 opruimen, maar je kunt niet zomaar een soldeerverbinding van goede kwaliteit maken 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 vloeibaar (laagste gehalte aan vaste stoffen).

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

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

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

Vloeimiddel heeft verschillende kenmerken die worden vermeld in beschrijvende typeaanduidingen. Onder deze:

• Vloeimiddelbasis of drager (wat het hoofdingrediënt is)
  • Hars (R) Zeer goed materiaal voor algemeen gebruik. Voornamelijk gebruikt voor rework/reparatie.
  • Resin (RE of RES) Alternatief voor hars.
  • In water oplosbaar - Meestal agressiever en moet bijna altijd worden gereinigd na aanbrenging.
    • Anorganisch (IN)
    • Organisch (OR)
• Activatie is de mate waarin een vloeimiddel agressief oxide verwijdert; te veel is niet noodzakelijkerwijs beter, aangezien corrosie meestal toeneemt met activatie. De activator doet het reinigingswerk. Sommige dragers, zoals hars, hebben ingebouwde zure activatoren.
  • Laag/Geen (L)
  • Medium/Mild geactiveerd (M)
  • Hoog/Geactiveerd (H)
• Halide - Dit helpt bij het verwijderen van oxide maar draagt bij aan de toxiciteit van de rook en dampen en vereist ook reiniging. Steeds minder vloeimiddelen bevatten tegenwoordig halides.
  • Geen halide (0) aan het einde van de aanduiding.
  • Halide (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 punt dat wordt geëvalueerd in 'clean'/'no-clean'-aanduidingen. Vloeimiddelresidu kan nog steeds geleidend zijn. Vaak wordt de hoeveelheid vloeimiddelbasis in de 'no-clean' variant verminderd, zodat er minder potentieel geleidend residu achterblijft.

Wanneer printplaten dichtbevolkt zijn met componenten en bijna onmogelijk te reinigen zijn, is 'no-clean' een voordeel. Soms doe je een reparatie en is de 'no-clean' ook een grote hulp. Toch ben je er over het algemeen beter aan toe om het vloeimiddelresidu van de kaart te reinigen, of het nu 'no-clean' is of niet.

Het belangrijkste verbruiksartikel is koperen desoldeerlint. Het is gemaakt van zeer fijne koperdraden die in elkaar zijn gevlochten om een lintachtige vorm te krijgen. Meestal is er al droog vloeimiddel aangebracht. Wanneer je het tegen een verbinding houdt en verhit, zal het soldeer uit de verbinding in het lint trekken en kunnen componenten 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 zou altijd wat desoldeerlint bij de hand moeten hebben. Het is verkrijgbaar in verschillende breedtes en kan zelfs al vloeimiddel in het lint hebben. Fouten gebeuren en desoldeerlint is een handige manier om ze ongedaan te maken.

Hoewel niet strikt een verbruiksartikel, is een soldeerpomp (vacuüm-desoldeerder) handig voor het verwijderen van grotere componenten die mogelijk met grotere hoeveelheden soldeer zijn bevestigd.

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

• 91-99% isopropylalcohol is de beste keuze als een bijna universeel vloeimiddel-oplosmiddel. Het is het meest gebruikt omdat het gemakkelijk verkrijgbaar is.
• Vloeimiddelverwijderaar (flux remover) 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 hardnekkig vuil kun je aceton gebruiken, maar wees voorzichtig. 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 kaart gaat zwellen 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 reinigen kun je wattenstaafjes (het type op lange houten stokjes, niet de gewone soort voor het reinigen van oren) of pluisvrije doekjes gebruiken. Wees hier niet te zuinig mee.

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

1. Ze stellen je in staat om van punt te wisselen, 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 punten te vervangen.

De meeste soldeerbouten hebben een met ijzer geplateerde koperen punt. Punten verslijten voornamelijk omdat oververhitting leidt tot oxidatie die de ijzeren plating beschadigt. Zodra de plating is beschadigd, 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 temperaturen, zoals het op zijn plaats houden van through-hole componenten of als lichte hittebescherming.
• Polyimide tape (vaak Kapton™ genoemd) voor hittebescherming wanneer je alleen een bepaald gebied wilt verwarmen. De gebruikelijke bovengrens is 260°C, maar het kan zelfs tot 400°C werken.
• Aluminiumfolietape kan ook werken als hitteschild en de dikte maakt het duurzaam.

De hoofdfunctie van deze tapes is bescherming.

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

Soldering Glossary of Terms

Hoe te solderen en verbindingen te desolderen

Soldeerbout smelt het soldeer niet

Soldeerbout wordt niet heet

Beste werkwijzen voor solderen

Soldeerboutpunten

Meer informatie over vloeimiddel-goede leesvoer

Meer informatie over loodvrij soldeer - Goede stof

Meer informatie over soldeer met lood