Strategi Ahli untuk Mengatasi Defek Non-Wetting dalam Produksi PCB
Lompat ke: Apa Itu Defek Non-Wetting? | Mengapa Memperbaiki Defek Non-Wetting Penting | Penyebab Umum Defek Non-Wetting | Cara Memperbaiki Defek Non-Wetting | Bekerja sama dengan Millennium Circuits untuk PCB Berkualitas
Proses manufaktur papan sirkuit cetak (PCB) biasanya mencakup prosedur yang dikenal sebagai reflow soldering, atau reflow. Reflow melibatkan penutupan permukaan PCB dengan pasta solder untuk memfasilitasi pasangan sementara ribuan komponen kecil pada papan dengan pad PCB mereka. Pasta solder menstabilkan komponen cukup lama untuk aplikasi panas tinggi. Panas tinggi mereflow solder — artinya, mengubah pasta menjadi cairan yang mengalir di seluruh papan — menciptakan joint solder permanen yang menyegel komponen dengan kuat.
Reflow soldering adalah teknik yang berguna, namun seperti banyak proses manufaktur, terutama yang melibatkan ribuan bagian kecil, selalu ada potensi kesalahan. Di antara defek reflow soldering pada PCB, non-wetting tidak jarang terjadi dan dapat memiliki implikasi serius bagi integritas struktural dan kinerja papan yang cacat. Untungnya, mungkin untuk mengambil langkah pencegahan untuk meningkatkan wetting papan dan mencegah defek ini.
Dalam panduan ini, kita membahas defek pengelasan yang dikenal sebagai non-wetting, menjelaskan penyebab yang sering terjadi dan potensi solusinya, serta menyediakan gambar defek pengelasan sehingga Anda akan memiliki representasi visual yang jelas tentang apa yang bisa salah dan cara memperbaikinya.
Apa Itu Defek Non-Wetting?
Defek non-wetting adalah defek pengelasan yang terjadi ketika solder cair tidak berhasil melekat pada logam dasar pada papan. ketika ikatan ini tidak terbentuk, solder mungkin tidak menempel pada terminal komponen atau pad PCB untuk memungkinkan mereka menempel satu sama lain dengan aman. Permukaan bahan papan akan tetap terbuka, dan solder sendiri mungkin terlihat berbutir atau kusam. Non-wetting juga langsung menyebabkan voiding — pembentukan lubang dalam joint solder yang tidak memiliki materi solder.
Non-wetting vs. Dewetting
Defek non-wetting berbeda dari dewetting. Apa arti solder dewetting?
Dewetting terjadi ketika solder cair awalnya melapisi terminal komponen dan pad PCB tetapi kemudian menyusut dari bagian-bagian ini, sehingga meninggalkan beberapa area tipis solder pada logam dasar dan beberapa gerumpel tebal yang tidak teratur. Bahan permukaan papan biasanya tidak tetap terbuka. Ketika dewetting terjadi, biasanya mempengaruhi joint solder dan kualitas fillet mereka.
Defek non-wetting sering, meskipun tidak selalu, terjadi pada solder bebas timbal seperti solder timbal-perak-tembaga. Beberapa logam lebih rentan terhadap non-wetting dari yang lain karena berbagai metalisasi memiliki karakteristik wicking dan spread yang berbeda. Papan tembaga bulat yang dilapisi dengan organic solderability preservative (OSP) sering rentan terhadap non-wetting pada pad PCB, terutama jika telah melalui lebih dari satu siklus termal. Di sisi lain, timbal murni cenderung menyebar dengan baik dan mengurangi non-wetting, seperti juga finishing perak immersion. Nikel-dan-aloi emas juga cenderung dapat di solder dengan baik dan meminimalkan non-wetting asalkan tidak mengandung kotoran.
Mengapa Memperbaiki Defek Non-Wetting Penting
Mengapa begitu penting untuk mengatasi defek non-wetting pada PCB? Non-wetting dapat menyebabkan masalah struktural serius yang mengganggu fungsi dan kinerja papan.
Non-wetting pada PCB menciptakan joint solder yang tidak stabil. Ketika joint pada papan sirkuit tidak stabil, mereka dapat pecah atau memberikan konduktivitas listrik yang buruk. Dan ketika solder tidak melekat pada logam dasar, komponen dan pad PCB tidak akan dipasang dengan kuat pada papan. Mereka mungkin longgar dan membentuk koneksi yang buruk, atau mereka dapat lepas, baik segera atau saat dikenai beban. Tanpa komponen yang sesuai dipasang dengan kuat di tempatnya, PCB tidak akan berfungsi dengan benar.
Penyebab Umum Defek Non-Wetting
Defek non-wetting memiliki beberapa penyebab umum. Berikut adalah banyak alasan non-wetting dapat terjadi pada PCB:
1. Finishing PCB yang Tidak Cukup
Finishing pada papan sirkuit cetak berperan besar dalam menentukan seberapa baik solder akan reflow dan seberapa banyak wetting yang akan terjadi. Jika finishing tidak cukup dan sebagian besar papan bulat tetap terbuka, solder akan reflow dengan lebih sulit dan melekat dengan buruk pada PCB.
2. Plating Pin yang Tidak Tepat
Jika pin tembaga pada PCB menerima plating tembaga yang tidak cukup sebelum melalui plating timbal/timah, mereka mungkin menjadi rentan terhadap non-wetting. Alasannya adalah plating tembaga yang cukup esensial untuk mencegah seng mengganggu plating timbal/timah dan mencegah solder melekat dengan benar.
3. Flux yang Rusak
Flux lama dan rusak — agen pembersih kimia yang digunakan sebelum dan setelah pengelasan — dapat dengan cepat menyebabkan non-wetting. Flux rusak dengan cepat dalam wadah terbuka. Bahkan jika kandungan padanya tetap konstan, performanya akan menurun secara substansial. Penggantian flux secara teratur membantu mencegah masalah ini.
4. Jenis Flux yang Salah
Jenis flux yang digunakan untuk pembersihan juga dapat menentukan apakah non-wetting terjadi pada PCB. Secara umum, flux dengan aktivitas tinggi menghasilkan solderability yang baik dan risiko non-wetting yang lebih kecil. Sebaliknya, flux dengan aktivitas rendah dan residu rendah dapat menyebabkan solderability yang buruk dan probabilitas non-wetting yang meningkat. Flux dengan aktivitas rendah tidak cukup untuk menghapus oksida dari permukaan PCB, dan oksida akan menghambat wetting.
5. Ketebalan Timbal/Timah yang Salah
Ketika papan mengandung plating timbal dan timah yang terlalu tipis, ketebalan yang salah menyebabkan solderability yang buruk dan non-wetting. Lapisan yang lebih tipis memiliki umur simpan yang lebih pendek dan mungkin tidak bertahan hingga pengelasan dilakukan.
6. Waktu Penyimpanan yang Lama
Jika papan tetap disimpan terlalu lama, pengelasan yang efektif menjadi lebih sulit, dan kemungkinan non-wetting meningkat. Seperti yang telah kita lihat, solderability umumnya berbanding lurus dengan ketebalan plating. Selama periode penyimpanan yang lama, plating yang diperlukan untuk solderability yang baik dapat hancur. PCB yang disimpan selama satu tahun atau lebih mungkin berisiko lebih tinggi terhadap solderability yang buruk dan defek non-wetting.
7. Penerapan Resin Papan yang Buruk
Jika resin pada PCB menyear, itu dapat mengganggu pengelasan dan menyebabkan non-wetting. Misalnya, resin papan dapat menyear ke sudut pin dan menyebabkan non-wetting di area-area tersebut.
8. Masalah dengan Bak
Beberapa kasus, non-wetting dapat terjadi di seluruh lapisan papan cetak. Misalnya, lapisan permukaan emas pada PCB mungkin menyebabkan non-wetting di seluruh permukaannya karena ketidakseimbangan dalam bak emas electroless.
9. Oksidasi
Oksidasi pada permukaan yang menerima pengelasan seringkali dapat menyebabkan non-wetting. Oksida intervient antara solder dan logam dasar dan mencegah pelekat yang tepat. Ketika ini terjadi, non-wetting dapat terjadi di setiap bagian permukaan yang telah oksidasi.
10. Pasta Solder Tidak Cukup
Volume rendah pasta solder sering menyebabkan non-wetting karena spread pasta solder yang memadai diperlukan untuk memastikan joint solder yang stabil. Ketika assembly PCB menggunakan terlalu sedikit pasta solder, pelekat yang tepat antara solder dan permukaan logam dasar papan tidak dapat terjadi. Untungnya, aplikasi pasta solder yang cukup sering menghasilkan wetting 100% dari PCB.
11. Pemilihan Pasta Solder yang Tidak Tepat
Beberapa pasta solder berperforma lebih baik untuk mencegah non-wetting dari yang lain. Secara umum, seperti flux, pasta solder dengan aktivitas tinggi akan lebih efektif daripada pasta solder dengan aktivitas rendah. Ini akan meningkatkan solderability dan meminimalkan risiko non-wetting.
12. Pasta Solder Kadaluarsa
Jika pasta solder yang digunakan pada papan telah melewati tanggal kedaluwarsa, ia tidak akan mengandung flux yang cukup kuat. Flux tidak akan cukup aktif untuk menghapus oksida dari papan dan memungkinkan solderability dan wetting yang baik.
13. Suhu Pengelasan Tidak Cukup
Suhu pengelasan yang terlalu rendah cenderung mempromosikan non-wetting pada papan sirkuit. Solder memerlukan ambang panas tertentu untuk melekat dengan benar pada logam dasar. Jika suhu selama pengelasan tidak mencapai ambang tersebut, solder tidak akan melekat dengan benar pada komponen atau pad PCB. Kesulitan ini terutama umum pada aloi bebas timbal, yang cenderung memiliki titik leleh yang lebih tinggi dari aloi timbal/timah.
14. Suhu Pengelasan yang Tidak Konsisten
Suhu pengelasan yang tidak konsisten atau berfluktuasi dapat menyebabkan non-wetting pada PCB karena gagal mengaktifkan flux dan mempromosikan pelekat solder yang buruk di beberapa area. Jika titik masalah spesifik pada PCB tidak menerima panas yang mencapai suhu aktivasi flux, solder tidak akan menempel pada daerah tersebut seperti yang seharusnya.
15. Waktu Soak Terlalu Pendek
Lama waktu solder tetap pada papan secara langsung mempengaruhi kemampuannya untuk melekat pada logam dasar permukaan PCB. Jika solder tidak memiliki waktu cukup untuk melekat dengan benar, non-wetting cenderung terjadi di lokasi tertentu atau di seluruh papan.
16. Waktu Soak Terlalu Lama
Secara alternatif, jika solder tetap pada papan terlalu lama selama proses reflow, waktu yang ekstensif dapat menghabiskan flux sebelum pengelasan dapat dilakukan. Jika flux menjadi tidak aktif karena waktu soak yang lama, kemungkinan non-wetting meningkat secara substansial.
17. Ketidakcocokan Pasta Solder dan Bahan Plating
Jika jenis pasta solder dan lapisan plating pada papan tidak kompatibel, pasta solder tidak efektif dalam memungkinkan koneksi antara komponen permukaan dan pad pada papan.
18. Chip yang Lebih Kecil
Chip yang lebih kecil tentu mengandung lapisan pasta solder yang lebih tipis. Dalam kasus ini, lapisan pasta solder mungkin tidak cukup untuk memungkinkan wetting yang tepat dari seluruh PCB.
19. Flux atau Pasta Solder yang Terkontaminasi
Flux atau pasta solder yang terkontaminasi tidak akan membersihkan papan atau menghubungkan komponen secara efektif dan memungkinkan wetting yang memadai. Kotoran juga dapat meninggalkan residu yang tidak diinginkan pada PCB yang mengganggu aliran solder dan menyebabkan non-wetting.
Cara Memperbaiki Defek Non-Wetting
Untuk memperbaiki defek ini, Anda dapat mengambil beberapa langkah berbeda untuk mempromosikan wetting yang baik atau mengatasi non-wetting jika terjadi nonostante upaya terbaik Anda.
1. Kurangi Oksidasi
Oksidasi adalah salah satu penyebab paling umum defek non-wetting pada PCB. Mengurangi oksidasi pada serbuk solder, pin komponen, dan pad PCB sebelum reflow dapat secara signifikan menurunkan potensi wetting buruk pada papan.
2. Sesuaikan Profil Reflow
Untuk mencegah defek non-wetting, Anda mungkin ingin mulai dengan menyesuaikan profil reflow Anda untuk meminimalkan perbedaan suhu. Anda dapat menyesuaikan dan mengoptimalkan profil reflow dengan mengubah zona soaking untuk memberikan peningkatan suhu dan papan yang tepat dan mencegah defek.
3. Kurangi Input Kalor Keseluruhan
Karena peningkatan suhu yang terlalu curam selama reflow dapat menyebabkan defek seperti bridging, solder balling, tombstoning, dan microcracking, produsen sering meningkatkan profil kalor keseluruhan untuk membuat peningkatan suhu lebih moderat. Namun, terlalu banyak panas terlalu awal dapat menyebabkan non-wetting, serta masalah serius lain seperti delaminasi papan dan pembakaran komponen. Input kalor yang terlalu tinggi juga dapat mengurangi aktivitas flux pasta solder jika pasta memiliki toleransi oksidasi yang terbatas, yang berakibat pada wetting buruk.
4. Tingkatkan Suhu Reflow Puncak
Meskipun input kalor keseluruhan tidak boleh terlalu tinggi, suhu reflow puncak perlu mencapai ambang tertentu. Jika suhu reflow tidak pernah menjadi cukup panas, wetting yang tepat tidak dapat terjadi, jadi fasilitas harus memantau suhu reflow puncak mereka dengan hati-hati.
5. Kurangi Waktu Profiling
Mengurangi waktu soaking selama reflow sering bermanfaat untuk mengurangi non-wetting di seluruh PCB. Mengurangi waktu soak membantu memastikan flux tetap aktif, menghapus oksida, dan memfasilitasi wetting yang tepat.
6. Jaga Lingkungan Penyimpanan yang Tepat
Pastikan lingkungan penyimpanan PCB Anda ideal untuk mempertahankan kualitas mereka seiring waktu. Jika suhu dan kelembaban di area penyimpanan tidak memenuhi standar untuk penyimpanan jangka panjang PCB, pertimbangkan untuk melakukan penyesuaian atau memilih lokasi penyimpanan lain.
7. Perhatikan Waktu Penyimpanan
Bahkan jika area penyimpanan Anda memenuhi standar yang diperlukan, sebaiknya jangan menggunakan PCB yang telah disimpan selama lebih dari satu tahun tanpa pelindung pelat. Papan yang disimpan selama waktu itu mungkin memiliki plating yang rusak, yang akan menyebabkan solderability yang buruk dan kemungkinan tinggi defek non-wetting.
8. Periksa Segarnya Pasta Solder
Seperti yang telah kita lihat, kualitas pasta solder yang digunakan pada PCB memiliki efek langsung pada solderability dan potensi non-wetting. Jika pasta solder Anda tua atau kadaluarsa, cari pasta yang lebih segar yang akan memungkinkan wetting yang cukup di seluruh papan.
9. Gunakan Finishing Permukaan Logam Berkualitas Tinggi
Karena beberapa defek non-wetting terjadi karena finishing permukaan logam yang inferior pada PCB, memperhatikan kualitas finishing sangat penting. Menggunakan OSP tahan suhu tinggi adalah satu kemungkinan — yang lain adalah menggunakan electroless nickel immersion gold (ENIG).
10. Gunakan Asam Sulfat
Jika non-wetting telah terjadi, gunakan asam sulfat untuk menghapus solder dan oksida. Siapkan larutan asam sulfat dengan konsentrasi sekitar 2% dan celupkan setiap papan cacat ke dalamnya selama beberapa menit. Asam sulfat akan melarutkan solder yang tidak terbasahi dengan baik dan area oksida timah atau migrasi timah pada papan. Setelah Anda melakukannya, papan akan bersih dan siap untuk reflow kedua dan resoldering.
Sekarang setelah Anda mengetahui beberapa penyebab dan solusi potensial untuk defek non-wetting pada papan sirkuit cetak, Anda akan ingin membeli PCB yang dipilih dengan hati-hati untuk kualitasnya, wetting yang tepat, dan kinerja tinggi dalam aplikasi listrik.
Untuk mendapatkan PCB berkualitas tinggi untuk proyek Anda, bekerjasama dengan Millennium Circuits. Kami dapat menyediakan PCB satu sisi dan dua sisi premium — termasuk PCB aluminium, PCB tembaga tebal, PCB fleksibel, dan PCB digital kecepatan tinggi. Dan kami senang membahas kebutuhan proyek Anda untuk membantu Anda menemukan papan yang paling cocok dengan persyaratan rekayasa unik Anda.
Hubungi kami hari ini untuk mengetahui lebih lanjut.
