Materialen voor solderen 101

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

Je denkt misschien dat soldeer het enige is dat wordt verbruikt. Maar er zijn verschillende andere items essentieel om de klus te klaren en die raken tijdens 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 door naar de minder bekende items zoals desoldeerlint, reinigingsmiddelen voor vloeimiddel, soldeertape en vervangende soldeerboutpunten.

Soldeer is het basismateriaal van een gesoldeerde verbinding. Je komt het meestal tegen als een spoel van metaaldraad 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 kan worden gescheiden) met een laag smeltpunt, omhuld door een kern van vloeimiddel (flux), een chemische verbinding die helpt om het soldeer naar wens te laten vloeien en hechten.

De soldeerlegering zal, zodra deze gesmolten is, zich hechten aan de te verbinden items als deze schoon zijn en verhit worden tot boven het smeltpunt van het soldeer. Hoewel bijna alle soldeer 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 vloeit en hecht 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 loodvrij soldeer is ontwikkeld als een veiliger alternatief.

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

Loodvrij soldeer 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 loodhoudend soldeer (183°C) en is iets moeilijker om mee te werken, vooral omdat het smelt over een temperatuurbereik en oppervlakken niet zo gemakkelijk bevochtigt. Er zijn ook legeringen van alleen tin en koper die bij een iets hogere temperatuur smelten (227°C); deze hebben een nog slechter vloeivermogen.

Loodhoudend soldeer bevat eigenlijk meer tin dan lood. Het makkelijkst te gebruiken is soldeer dat 63% tin en 37% lood bevat, meestal bekend als 63-37 soldeer. Dit is het eutectische mengsel (wat betekent dat het het laagst mogelijke smeltpunt heeft) dat smelt als een puur metaal bij een vaste temperatuur.

De lagere smelttemperatuur (183°C) en superieure vloeieigenschappen maken 63-37 gemakkelijker te gebruiken. Dit is de soldeerlegering bij uitstek voor reparaties. De lagere smelttemperatuur is minder riskant voor nabijgelegen componenten. Het nadeel is het loodgehalte, wat giftig is.

Een andere veelgebruikte legering is 60-40, die bij een iets hogere temperatuur smelt en niet zo vloeiend is.

Andere legeringen die worden gebruikt bij het elektronisch solderen 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.

Soldeertin met indiummetaal is ook beschikbaar met zeer lage smeltpunten, zoals een indium-tin-legering (52In48Sn) die smelt bij 118°C.

De meeste soldeerlegeringen zijn verkrijgbaar in draadvorm met een kern van vloeimiddel. Als alternatief zijn ze ook verkrijgbaar als pasta en als bolletjes.

De meest voorkomende vorm is een draad met vloeimiddel als centrale kern. De draad is verkrijgbaar in een grote verscheidenheid 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.

Soldeerpasta is gemaakt van kleine soldeerbolletjes in een basis van vloeimiddel en kan bij veel varianten met een spuit worden aangebracht. Het wordt meestal gebruikt voor het solderen van surface mount-componenten.

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

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

Solderen met vloeimiddel is een chemische verbinding, meestal bestaande uit hars (afgeleid van dennenhars) en een reactieve component die bekend staat als een activator. Het hoofddoel is het verwijderen van oxidatie, wat helpt bij het hechten aan andere oppervlakken en de oppervlaktespanning van gesmolten soldeer vermindert.

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

Vloeimiddel bevordert ook het bevochtigen, waardoor soldeer 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 soldeer in een meer pasta-achtige consistentie smolt, is het toevoegen van meer vloeimiddel waarschijnlijk de oplossing om je soldeer naar een vloeibaardere staat te krijgen.

Hars is de meest voorkomende basis voor vloeimiddel die je tegen zult komen. Er zijn ook synthetische harsvloeimiddelen waarmee andere eigenschappen van het vloeimiddel kunnen worden aangepast.

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

Plakkerige/gel-vloeimiddelen zijn gemakkelijk aan te brengen, blijven op hun plek zitten en worden veel gebruikt voor het solderen van surface mount-componenten. Ze zijn een goede allround vorm van vloeimiddel 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 gemakkelijk een hoogwaardige soldeerverbinding krijgen met te weinig vloeimiddel.

Vloeimiddelen zijn verkrijgbaar in pasta-, plakkerige (gel) en vloeibare vormen. Ze zitten ook als kern in soldeerdraad. Het gehalte aan vaste stoffen komt meestal omgekeerd evenredig overeen met het vloeivermogen. Pasta (hoogste gehalte aan vaste stoffen), dan gel/plakkerig, dan vloeibaar (laagste gehalte aan vaste stoffen).

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

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

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

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

• Basis van vloeimiddel of drager (wat het hoofdingrediënt is)
  • Hars (R): Zeer goed materiaal voor algemeen gebruik. Voornamelijk gebruikt voor herbewerking/reparatie.
  • Hars (RE of RES): Alternatief voor gewone hars.
  • In water oplosbaar: Meestal agressiever en moet na aanbrenging bijna altijd worden gereinigd.
    • Anorganisch (IN)
    • Organisch (OR)
• Activering is de mate waarin een vloeimiddel agressief oxide verwijdert; te veel is niet per se beter, omdat corrosie meestal toeneemt met activering. De activator doet het reinigingswerk. 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 draagt bij aan de toxiciteit van de rook en dampen en vereist ook reiniging. Minder vloeimiddelen bevatten nu halogeniden.
  • Geen halogenide (0) aan het einde van de aanduiding.
  • Halogenide (1) aan het einde van de aanduiding.

Een vloeimiddelpen met no-clean vloeimiddel

Je ziet vloeimiddel mogelijk 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 achterblijft door het vloeimiddel waarschijnlijk geen problemen veroorzaakt met de componenten op een printplaat.

Corrosie is het belangrijkste punt dat wordt geëvalueerd bij clean/no-clean-aanduidingen. Residu van vloeimiddel 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 te reinigen kunnen 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 aan toe om het residu van het vloeimiddel van de printplaat 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 gevlochten zijn tot een lintvorm. Meestal is er al droog vloeimiddel op aangebracht. Wanneer het tegen een verbinding wordt gehouden en verhit, trekt het soldeer uit de verbinding in het lint 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 het strikt genomen geen verbruiksartikel is, is een soldeerpomp / vacuüm-desoldeerder handig voor het verwijderen van grotere componenten die mogelijk zijn bevestigd met grotere hoeveelheden soldeer.

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

• 91-99% isopropylalcohol staat bovenaan als een bijna universeel oplosmiddel voor vloeimiddel. Het wordt het meest gebruikt 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 jouw type vloeimiddel.
• Voor erg hardnekkige reiniging 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 plaat 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 reinigen kun je wattenstaafjes (van het type op lange houten stokjes, niet het normale type voor oorreiniging) of pluisvrije doekjes gebruiken. Bezuinig er niet op.

Dit is niet hoe je jouw soldeerbout effectiever kunt gebruiken. De soldeerboutpunten van je soldeerbout 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, indien er andere vormen beschikbaar zijn.
2. Ze stellen je in staat om versleten soldeerboutpunten te vervangen.

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

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

• Schildersmaskeertape is erg nuttig voor klussen met lage hitte, zoals het op zijn plek houden van through-hole-componenten of lichte hitteschild-toepassingen.
• Polyimide tape (vaak Kapton™ genoemd) voor hitteschild-toepassingen wanneer je alleen een bepaald gebied wilt verwarmen. 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 hoofdfunctie van deze tapes is bescherming.

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

Woordenlijst soltermen

Hoe gesoldeerde verbindingen solderen en desolderen

Soldeerbout smelt het soldeer niet

Soldeerbout wordt niet warm

Beste werkwijzen voor solderen

Soldeerboutpunten

Meer informatie over vloeimiddel - Goed leesvoer

Meer informatie over loodvrij soldeer - Goed spul

Meer informatie over loodhoudend soldeer