Panduan Ahli: Mengatasi Masalah Pengolombaan Gelombang pada PCB

Lompat ke: Apa Itu Pengolombaan Gelombang? | Defek dan Solusi Pengolombaan Gelombang

Apa Itu Pengolombaan Gelombang?

Pengolombaan gelombang adalah jenis proses pengolombaan yang digunakan selama pembuatan massal papan sirkuit cetak, atau PCB. Proses pengolombaan gelombang memungkinkan produsen untuk menyolder papan sirkuit cetak besar dengan cepat dan andal. Proses ini mendapatkan namanya dari gelombang solder yang setiap papan dilewati. Penggunaan gelombang solder alih-alih titik solder individual menghasilkan lem solder yang secara mekanis dan listrik dapat diandalkan.

Proses pengolombaan gelombang efektif baik untuk metode perakitan PCB through-hole konvensional maupun metode surface mount yang lebih baru.

Jadi apa saja yang ada di dalam mesin pengolombaan gelombang, dan bagaimana prosesnya bekerja?

Pada intinya, mesin pengolombaan gelombang standar dimulai dengan satu komponen: tangki solder yang dipanah dan dipelihara pada suhu yang diperlukan untuk proses pengolombaan spesifik yang sedang berlangsung. Di dalam tangki, teknisi mengatur gelombang solder, lalu melewati setiap PCB melalui tangki, sehingga puncak gelombang solder hanya menyentuh dasar PCB.

Desainer perlu menyadari dua masalah besar ketika merancang papan sirkuit cetak yang akan di-wave solder.

• Jarak pad: Jika pad yang perlu disolder terlalu dekat satu sama lain, solder cair dapat mengalir di antara mereka. Rangkaian pendek dari tidak hanya dua pad yang terhubung, tetapi mungkin seluruh PCB, adalah hasilnya.

• Solder resist: Memiliki lapisan solder resist pada papan sirkuit cetak tidak lagi sebesar masalah di masa lalu, karena lapisan solder resist ada dalam cetak biru sebagai praktik standar. Masih, memeriksa dua kali bahwa lapisan solder mask atau solder resist adalah bagian dari cetak biru PCB Anda selalu hal yang baik dilakukan, dan membantu mencegah kecelakaan yang tidak diinginkan.

Setelah papan yang akan disolder diperiksa jarak pad dan lapisan solder resist, saatnya untuk menerapkan flux. Flux membantu memastikan area papan yang perlu disolder bersih dan bebas oksidasi. Ada dua cara berbeda untuk menerapkan flux, bergantung pada keadaan.

• Flux spray, yang dapat diterapkan sebagai kabut halus dan diikuti dengan jet udara terkompresi untuk menghilangkan kelebihan.
• Flux foam, yang diterapkan pada papan dari tangki flux reguler. Silinder plastik dengan lubang kecil direndam dalam tangki flux. Setelah silinder terendam dengan baik, arit logam dapat dipasang di atasnya. Udara kemudian dapat dipaksa melalui silinder untuk membuat busa naik keluar melalui arit. Dasar PCB kemudian dapat dilapisi flux busa ini.

Setelah Anda telah memperlakukan bawah papan dengan flux, saatnya untuk memanaskan papan. Karena cara solder diterapkan sebagai bagian dari proses pengolombaan gelombang, papan sirkuit cetak yang telah di-wave solder tunduk pada sejumlah panas yang sangat besar — jauh lebih banyak daripada jika mereka telah disolder secara manual. Tanpa pemanasan awal, papan sirkuit dapat akhirnya memiliki berbagai macam defek pengolombaan — semuanya karena stres termal.

Untuk membantu meminimalkan kemungkinan stres termal, papan yang perlu di-wave solder harus dipanah perlahan ke suhu yang diperlukan.

Apa saja beberapa defek yang dapat terjadi pada papan yang di-wave solder jika mereka tidak dipanah?

Defek dan Solusi Pengolombaan Gelombang

Hanya karena ada mesin yang terlibat dalam proses pengolombaan gelombang tidak berarti ia kurang rentan terhadap kesalahan daripada menyolder setiap lem dengan tangan. Baik Anda menggunakan tangki solder atau besi tangan, Anda perlu memperlakukan pengolombaan seperti ilmu yang presisi, dengan mengontrol dengan hati-hati di mana dan apa yang Anda solder.

Jika tidak, Anda akan akhirnya dengan salah satu defek pengolombaan seperti yang tercantum di bawah ini:

1. Isian Lubang Tidak Cukup

Isian lubang tidak cukup adalah masalah yang terjadi pada papan sirkuit cetak dengan lubang bor sebelumnya untuk komponen yang akan dipasang pada papan. Esensinya, isian lubang tidak cukup terjadi ketika jumlah solder yang tidak cukup telah mengisi lubang yang dibuat untuk komponen, berarti solder tidak akan menempel pada rangkaian papan setelah pendingin. Ada beberapa alasan untuk isian lubang tidak cukup:

• Flux diterapkan dengan salah dan tidak menembus melalui papan, berarti solder tidak diaktifkan dan tidak dapat mengikat komponen dengan benar.

• Suhu sisi atas papan tidak cukup tinggi untuk melelehkan solder sehingga dapat naik melalui lubang.

• Tidak cukup bagian papan dalam gelombang solder. Jika tidak cukup bagian papan yang bersentuhan dengan gelombang, terlalu sedikit solder yang dorong ke lubang melalui.

Cara terbaik untuk memperbaiki masalah ini adalah menjalankan serangkaian pemeriksaan sebelum solder. Periksa jenis flux yang Anda gunakan, dan pastikan ada volume yang cukup untuk menutupi seluruh PCB. Langkah ini juga akan membantu dengan masalah kedua: pemanasan awal yang tidak cukup.

Karena solder mengalir ke panas, solder tidak akan mengalir dengan baik jika lubang melalui PCB Anda tidak pada suhu yang benar. Meskipun suhu yang “benar” bergantung pada standar operasional perusahaan Anda, aturan umumnya antara 300 dan 340 derajat Fahrenheit, atau sekitar 150 hingga 170 derajat Celsius.

Seluruh rangkaian harus mencapai suhu ini sebelum papan bersentuhan dengan gelombang. Jika Anda tidak yakin apakah lubang melalui Anda mencapai suhu yang benar, ambil profil proses wave-solder — itu harus terlihat sama persis atau sangat mirip dengan proses reflow papan Anda.

Saat Anda mengambil profil proses wave-solder, Anda juga dapat memeriksa tinggi papan Anda — yaitu, seberapa banyak papan yang terpapar gelombang pada satu waktu. Coba untuk memiliki setidaknya separuh ketebalan papan yang berjalan dalam gelombang solder pada satu waktu, yang akan memungkinkan tekanan hidrostatis gelombang untuk mendorong solder ke atas ke lubang melalui.

2. Komponen Terangkat

Komponen terangkat, juga dikenal sebagai makam, adalah komponen yang telah terangkat dari papan selama proses pengolombaan. Ada beberapa penyebab umum dari makam, termasuk:

• Panjang plumbo yang salah, yang dapat menyebabkan komponen terangkat dari papan saat mereka memasang kolam solder.
• Mencoba melakukan pengolombaan gelombang pada papan fleksibel, yang akan membengkok sementara komponen lainnya tetap datar, menyebabkan mereka terangkat dari papan.
• Menggunakan komponen dengan persyaratan yang berbeda untuk jenis dan suhu solder.

Untuk memperbaiki panjang plumbo yang salah, lihat plumbo yang Anda gunakan. Jika plumbo Anda terlalu panjang, memukul kolam solder dapat mendorong mereka keluar dari lubang melalui. Untuk memperbaiki ini, Anda dapat meningkatkan waktu tenggelam dalam gelombang, yang seharusnya mengurangi kebutuhan termal pada plumbo dan memungkinkan mereka untuk menetap.

Untuk memperbaiki bengkok PCB atau masalah terkait bengkok lainnya, periksa dua kali jenis PCB yang Anda gunakan dan toleransi termalnya. Bengkok papan umum pada konektor besar dan pada paket IC besar atau soket. PCB yang bengkok sejak awal, seperti plastik, tidak boleh di-wave solder, karena gelombang solder dapat menyebabkan plastik membengkok dan mengangkat komponen dari papan.

Akhirnya, setelah Anda memeriksa toleransi termal papan Anda, periksa toleransi termal semua komponen Anda. Komponen yang memiliki persyaratan suhu yang berbeda atau suhu kesolderan plumbo juga dapat terangkat saat bersentuhan dengan gelombang, karena beberapa komponen disolder ke bawah, sementara panas berlebihan mendorong yang lainnya menjauh. Pastikan semua komponen yang Anda gunakan memiliki persyaratan yang sama, yang seharusnya membantu mencegah masalah tersebut.

3. Solder Berlebihan

Solder berlebihan adalah hasil papan Anda mengalami penumpukan solder saat melewati tangki pengolombaan gelombang. Meskipun ini masih akan membuat koneksi listrik antara papan dan komponen yang bersangkutan, akan sulit bagi Anda atau siapa pun yang melihat papan untuk mengatakan apa yang terjadi di dalam solder itu sendiri.

Ada beberapa alasan Anda mungkin memiliki terlalu banyak solder pada koneksi Anda:

• Memiliki jenis komponen yang sama menghadap arah yang berbeda
• Menggunakan panjang plumbo yang salah ketika berkaitan dengan proses desain Anda
• Menjalankan sabuk konveyor Anda terlalu cepat

Penyebab pertama cukup mudah diperbaiki. Pastikan semua komponen dari satu jenis tunggal — misalnya, semua baterai Anda — menghadap ke arah yang sama saat mereka memasuki tangki gelombang. Jadi, jika satu komponen menghadap “jauh” dari tangki saat memasuki, semua komponen lainnya dari jenis tersebut juga harus menghadap ke arah yang sama.

Memperbaiki plumbo yang menonjol — yang disebabkan oleh panjang plumbo yang salah dalam proses desain — juga dapat membantu mencegah solder berlebihan. Jika plumbo terlalu panjang, solder dapat mengumpulkan di sekitarnya dan menjadi berlebihan. Untuk menyelesaikan ini, tentukan panjang plumbo yang tidak terlalu jauh melampaui permukaan pad Anda. Misalnya, NASA menggunakan panjang plumbo 2,29 mm — cukup lama untuk menempel di luar pad untuk solder.

Jika komponen Anda semua menghadap ke arah yang sama dan panjang solder Anda presisi, Anda mungkin perlu memperlancar sabuk konveyor Anda. Sabuk konveyor yang terlalu cepat mungkin akhirnya membuang gelombang setelah gelombang solder pada komponen papan Anda saat mereka melewati tangki solder. Perbaikan termudah untuk masalah ini adalah berbicara dengan manajer proyek Anda tentang kecepatan sabuk konveyor yang dapat diterima.

4. Solder Balling

Solder balling dapat terjadi ketika potongan kecil solder menempel kembali pada PCB — khususnya di dekat plumbo — saat melewati proses pengolombaan gelombang. Penyebab umum solder balling dapat mencakup:

• Suhu solder dalam tangki terlalu tinggi.
• Solder jatuh kembali ke dalam gelombang saat terpisah dari papan, yang dapat menyebabkan solder berlebihan tersebut kembali ke papan.
• Gas yang dilepaskan oleh flux yang dipanah dapat menyebabkan solder cair tersembat kembali ke papan.

Cara terbaik untuk memperbaiki masalah solder balling umum adalah dalam desain PCB itu sendiri. Saat saatnya memilih solder mask yang Anda gunakan dalam desain PCB Anda, coba cari yang memiliki peluang terkecil untuk memungkinkan solder menempel padanya pada awalnya. Dengan memilih solder mask terbaik untuk desain Anda, Anda dapat membantu membuat desain papan Anda lebih tangguh.

Solder ball yang disebabkan oleh gas dari flux yang dipanah biasanya berasal dari aliran balik berlebihan di udara di sekitar tangki pengolombaan gelombang Anda, atau penurunan nitrogen yang ada di lingkungan. Periksa seberapa banyak udara yang mengalir ke tangki solder, serta jumlah nitrogen yang ada di lingkungan tangki solder Anda. Menjaga mata yang hati-hati pada keduanya akan membantu mengurangi masalah solder ball yang disebabkan oleh pantulan balik dari flux yang dipanah.

Ada beberapa alasan solder mungkin jatuh kembali ke dalam gelombang: apakah masih ada bahan volatif dalam flux, seberapa tinggi gelombang solder, dll. Cara terbaik untuk mendapatkan gambar akar masalah adalah menjalankan gelombang solder Anda dengan kartu putih di atas gelombang, tanpa papan apa pun yang diproses. Jalankan tes yang sama dengan beberapa papan tes yang melalui gelombang, dan bandingkan hasilnya.

5. Solder Flags

Solder flags adalah ujung solder kecil yang menonjol dari ujung plumbo Anda. Meskipun mereka masih akan memungkinkan Anda untuk membentuk koneksi listrik yang tepat dengan komponen lain pada papan, mereka menunjukkan penerapan flux yang salah dan masalah dengan cara solder mengalir dari papan Anda.

Penyebab umum untuk solder flags meliputi:

• Pengairan lambat dari solder dari mesin pengolombaan gelombang, yang meninggalkan jumlah solder yang berlebihan pada plumbo, yang akan “flag” ke satu sisi saat mengalir.

• Jejak solder yang terlihat seperti bulu — biasanya hasil dari penerapan flux yang tidak tepat.

• Penyimpanan yang tidak tepat dari plumbo solder Anda, yang dapat menyebabkan oksidasi yang solder Anda tidak akan dapat menempel dengan mudah.

Pengairan lambat biasanya disebabkan oleh kontrol yang buruk antara pemisahan gelombang solder dan papan. Dalam kebanyakan kasus, ini karena aliran balik gelombang solder tidak diatur dengan benar — pastikan Anda diatur untuk gelombang “lambda”. Jika aliran balik gelombang solder Anda diatur dengan benar, solder akan mengalir dengan kecepatan dan arah yang sama seperti papan saat terpisah dari gelombang. Jika perlu, Anda dapat menjalankannya sedikit lebih cepat. Namun, menjalankannya lambat, atau sama sekali tidak, akan meningkatkan solder flags/spikes.

Oksidasi dapat menjadi hasil dari plumbo yang dipotong atau disimpan dengan tidak tepat. Jika plumbo Anda tidak dipotong di dalam rumah, periksa dengan pemasok Anda untuk melihat bagaimana mereka memotong plumbo mereka. Ujung potong polos dapat menyebabkan plumbo Anda oksidasi, terutama jika disimpan untuk waktu yang lama. Jika toko Anda memotong plumbo di dalam rumah, Anda memiliki lebih banyak kontrol atas cara mereka dipotong dan disimpan, serta seberapa lama mereka tetap disimpan. Ketiga faktor ini membiarkan plumbo rentan terhadap oksidasi, membuatnya jauh lebih sulit untuk dibasahi dengan solder saat saatnya untuk menjalankannya melalui gelombang.

Butuh Bantuan Desain PCB? Percayakan Millennium Circuits Limited

Jika Anda mencari bantuan desain untuk proyek PCB berikutnya Anda, jangan cari lebih jauh dari Millennium Circuits Limited. Kirimkan berkas PCB Anda kepada kami, dan kami akan melakukan pemeriksaan desain untuk manufaktur yang lengkap untuk mencari cacat atau masalah yang mungkin muncul selama manufaktur. Manfaat layanan pemeriksaan berkas PCB kami meliputi:

• Laporan yang mudah dibaca menunjukkan cacat dan error sebelum fabrikanse.
• Memastikan Anda memiliki data dan berkas yang diperlukan untuk membangun papan Anda.
• Membantu menghindari keterlambatan setelah Anda melakukan pesanan.
• Kutipan harga PCB dengan laporan.

Jika Anda siap untuk mengajukan berkas Anda untuk pemeriksaan, cukup isi formulir Pemeriksaan Berkas PCB kami. Tidak yakin apa yang harus dilakukan selanjutnya? Jangan ragu untuk menghubungi kami: Staf dukungan kami akan senang membahas pertanyaan yang mungkin Anda miliki.