Apa itu Pasta Solder?
Pasta solder, yang juga dikenal sebagai krim solder atau pasta timah, adalah campuran yang terutama digunakan untuk menyatukan komponen logam. Pasta ini memiliki komposisi yang kompleks, terdiri dari bubuk solder, fluks, dan bahan tambahan lainnya, tergantung pada persyaratan spesifik pasta solder tersebut.
Pasta solder memiliki tingkat viskositas tertentu, sehingga dapat menempel pada komponen elektronik di lokasi tertentu. Seiring dengan meningkatnya suhu, pasta solder mengalami proses yang disebut reflow, di mana pelarut dan bahan tambahan menguap, sehingga menghasilkan sambungan permanen antara komponen elektronik dan papan sirkuit cetak (PCB).
Komposisi Pasta Solder
Pasta solder terutama terdiri dari bubuk paduan solder dan fluks, yang dicampur dan diaduk hingga merata untuk membentuk campuran pasta. Bubuk paduan solder menyumbang 85% hingga 90% dari berat total, sedangkan fluks menyumbang 10% hingga 15%.
Bubuk timah paduan
Bubuk timah paduan diproduksi dengan metode penyemprotan dalam gas inert, dan ukuran partikel bubuk ditentukan melalui proses penyortiran. Bentuk bubuk timah dibagi menjadi bulat dan tidak beraturan, dengan bentuk bulat yang cocok untuk proses pencetakan. Bubuk timah paduan yang umum digunakan terbagi menjadi dua kategori: bertimbal dan bebas timbal.
Bubuk solder bertimbal meliputi timah-timbal (Sn-Pb), timah-timbal-perak (Sn-Pb-Ag), timah-timbal-bismut (Sn-Pb-Bi), dll. Komposisi paduan yang paling umum digunakan adalah 63% Sn/37% Pb dan 62% Sn/36% Pb/2% Ag.
Bubuk timah tanpa timbal meliputi timah-perak (Sn-Ag), timah-perak-tembaga (Sn-Ag-Cu), dan sebagainya, di mana komposisi paduan yang paling umum adalah 96,5% Sn/3,5% Ag dan 93,6% Sn/4,7% Ag/1,7% Cu.
Aliran
Dalam pasta solder, bahan pengalir (flux) pasta berfungsi sebagai pembawa bubuk paduan. Komposisinya pada dasarnya sama dengan bahan pengalir serbaguna. Untuk meningkatkan hasil pencetakan dan sifat tiksotropik, terkadang ditambahkan agen tiksotropik dan pelarut. Melalui peran zat aktif dalam fluks, fluks dapat membersihkan permukaan bahan yang akan disolder serta lapisan oksida pada bubuk paduan itu sendiri, sehingga timah solder dapat menyebar dengan cepat dan menempel pada permukaan logam yang akan disolder. Komposisi fluks memiliki pengaruh besar terhadap ekspansi pasta solder, daya basah, keruntuhan, perubahan viskositas, sifat pembersihan, percikan butiran solder, dan masa simpan.
Jenis-jenis Pasta Solder
Pasta solder yang mengandung timbal dan bebas timbal
Pasta solder yang mengandung timbal terutama terdiri dari Sn dan Pb, seperti Sn5/Pb95 atau Sn10/Pb90. Pasta solder
bebas timbal terutama terdiri dari timah, perak, dan tembaga, dengan kandungan timbal di bawah 1000 ppm.
Pasta solder dengan titik leleh rendah dan tinggi
Pasta solder yang paling umum digunakan memiliki titik leleh berkisar antara 178 hingga 221°C. Tergantung pada jenis dan komposisi logam yang digunakan, titik leleh pasta solder dapat ditingkatkan hingga lebih dari 250°C atau diturunkan hingga di bawah 150°C. Titik leleh pasta solder yang berbeda dapat dipilih sesuai dengan suhu penyolderan yang dibutuhkan.
Pasta solder R, RMA, dan RA
Berdasarkan prinsip klasifikasi aktivitas aliran cairan secara umum, pasta solder dapat dibagi menjadi tiga tingkatan: non-aktif (R), agak aktif (RMA), dan aktif (RA).
Berdasarkan viskositas pasta solder
Viskositas pasta solder dapat sangat bervariasi, biasanya berkisar antara 100 hingga 600 Pa·s, dan bahkan dapat melebihi 1000 Pa·s. Pemilihan viskositas bergantung pada proses dispensing yang digunakan.
Sesuai dengan metode pembersihan pasta solder
Pasta solder dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis berdasarkan metode pembersihannya, yaitu jenis yang menggunakan pelarut organik, jenis yang larut dalam air, dan jenis yang tidak memerlukan pembersihan.
Pasta solder berbasis pelarut organik:
Selama proses penyolderan, pasta timah jenis ini menunjukkan "kecepatan pelapisan timah" yang lebih baik dan menghasilkan "hasil penyolderan" yang memuaskan. Setelah pekerjaan selesai, akan terdapat lebih banyak residu damar pada permukaan PCB. Para pekerja dapat menggunakan bahan pembersih untuk membersihkannya. PCB akan tampak mengkilap tanpa residu, sehingga menjamin resistansi isolasi yang baik dan lulus berbagai uji kinerja elektronik.
Pasta solder yang larut dalam air:
Akibat endapan yang berlebihan pada permukaan PCB yang disebabkan oleh teknik produksi pada masa awal, kualitas produk dan kinerja elektroniknya pun terganggu. Proses pembersihan yang digunakan pada masa itu sebagian besar melibatkan penggunaan CFC, yang tidak ramah lingkungan dan telah dilarang di banyak negara. Sebagai tanggapan atas hal ini, muncullah pasta solder yang larut dalam air, yang memungkinkan proses pembersihan setelah penyolderan serta mengurangi biaya produksi sekaligus memenuhi persyaratan lingkungan.
Pasta solder tanpa pembersihan:
Setelah proses penyolderan, permukaan PCB relatif halus dengan sisa-sisa yang minimal, sehingga tidak perlu dilakukan pembersihan tambahan. PCB tersebut dapat menjalani berbagai uji kinerja listrik. Pasta solder jenis ini tidak hanya menjamin kualitas penyolderan, tetapi juga mempercepat proses produksi dan meningkatkan efisiensi.
Penyimpanan dan Penggunaan Pasta Solder
Penyimpanan:
Setelah menerima pasta solder, catat waktu kedatangan, masa simpan, model, dan sebagainya, serta lakukan pemeriksaan penerimaan. Jika diperlukan, lakukan pengujian dan verifikasi sesuai dengan spesifikasi yang diberikan oleh pemasok.
Setiap batch pasta solder harus disimpan secara terpisah, dan prinsip first-in-first-out (FIFO) harus diikuti saat pengeluaran.
Pasta solder harus disimpan dalam wadah tertutup rapat pada suhu 5-10°C. Suhu tinggi dapat menyebabkan reaksi kimia antara fluks dan bubuk paduan solder, yang mengakibatkan peningkatan viskositas dan memengaruhi kemampuan pencetakan. Suhu rendah (di bawah 0°C) dapat menyebabkan kristalisasi rosin dalam fluks, sehingga merusak sifat-sifat pasta solder.
Penggunaan:
Secara umum, pasta solder sebaiknya dikeluarkan dari lemari es satu hari sebelum digunakan. Pasta solder harus dikeluarkan setidaknya 2 jam sebelumnya. Wadah pasta solder hanya boleh dibuka setelah pasta solder mencapai suhu kamar. Membukanya pada suhu rendah dapat menyebabkan penyerapan kelembapan, yang berakibat pada terbentuknya bola-bola solder selama proses reflow. Hindari menggunakan alat seperti pengering udara panas atau pendingin udara untuk mempercepat pemanasan pasta solder.
Setelah membuka pasta solder, periksa permukaannya. Jika sudah mengeras atau terjadi pemisahan fluks, diperlukan penanganan khusus, dan pasta tersebut tidak boleh digunakan. Jika permukaan pasta solder tampak normal, pasta harus diaduk perlahan dan merata menggunakan mixer atau dengan tangan sebelum digunakan. Jika pasta solder terlalu kental sehingga tidak dapat melewati lubang stensil atau dispenser kuantitatif dengan lancar, penambah yang sesuai harus ditambahkan dan dicampur secara menyeluruh sebelum digunakan.
Setelah mengambil pasta solder, pastikan untuk menutup wadah dengan rapat untuk mencegah fluks menguap.
Penggunaan Pasta Solder:
Ada tiga metode utama dalam mengaplikasikan pasta solder: dispensing dengan jarum suntik, sablon, dan pencetakan stensil. Dispensing dengan jarum suntik melibatkan penggunaan dispenser khusus atau aplikasi manual dengan pasta solder berbentuk tabung, yang cocok untuk produksi dalam jumlah kecil. Pencetakan saring menggunakan jaring yang terbuat dari nilon atau kawat baja tahan karat dengan pola yang terukir di atasnya untuk mentransfer pasta solder ke PCB. Metode ini umumnya cocok untuk perakitan dengan kepadatan rendah hingga sedang dalam produksi batch kecil hingga menengah. Metode yang paling umum digunakan adalah pencetakan stensil, yang menggunakan lembaran kuningan atau baja tahan karat dengan pola terukir untuk mengaplikasikan pasta solder ke PCB. Di sini, kita akan fokus pada metode penggunaan saat menggunakan pencetakan stensil.
- Tentukan jumlah awal pasta solder yang akan diaplikasikan ke stensil berdasarkan ukuran papan dan jumlah sambungan solder. Umumnya, mulailah dengan 200–300 g pasta solder (pastikan dapat digulung), dan tambahkan sedikit lagi setelah mencetak sebentar.
- Suhu ideal untuk pencetakan pasta solder adalah 25±3°C, dengan kelembaban relatif 60%. Suhu yang lebih tinggi dapat menyebabkan pasta solder menyerap kelembaban dan mengakibatkan terbentuknya bola solder selama proses reflow.
- Jika pasta solder tetap berada di stensil selama lebih dari 30 menit tanpa digunakan, pasta tersebut harus diaduk menggunakan fungsi pengaduk pada mesin cetak stensil sebelum diaplikasikan.
- Kunci dalam mengaplikasikan pasta solder ke PCB adalah memastikan penempatan yang akurat pada pad solder komponen. Jika aplikasi tidak akurat, pasta solder harus dibersihkan dan diaplikasikan ulang (jangan gunakan alkohol untuk membersihkan pasta solder no-clean).
Daur ulang:
Jika ada jeda waktu yang lama antara pemakaian, pasta solder harus dikembalikan ke wadahnya dan ditutup rapat hingga akan digunakan kembali. Pada dasarnya, pasta solder sebaiknya digunakan pada hari yang sama setelah dibuka. Pasta solder yang dikikis dari stensil juga harus ditutup rapat dan disimpan di dalam lemari es.
Hal-hal lain yang perlu dipertimbangkan:
Jika pasta solder pada papan sirkuit telah dicetak ulang untuk pemasangan komponen, pembersihan pasta solder harus dilakukan setelah proses pencetakan ulang. Selesaikan pemasangan komponen pada papan sirkuit sebisa mungkin dalam waktu 4 jam agar proses penyolderan reflow dapat diselesaikan. Jika papan sirkuit telah melalui proses penyolderan reflow, pembersihan harus diselesaikan pada hari yang sama untuk mencegah sisa pasta solder pada papan sirkuit menyebabkan korosi.
Bagaimana Cara Memilih Pasta Solder?
Pilihan Aktivitas Fluks
Flux merupakan salah satu komponen utama pasta solder. Pasta solder dapat menggunakan tiga jenis flux yang berbeda: flux R (flux rosin), flux RMA (flux rosin dengan aktivasi sedang), dan flux RA (flux rosin dengan aktivasi penuh). Aktivator dalam flux rosin dengan aktivitas sedang dan penuh membantu menghilangkan lapisan oksida dan kontaminan permukaan lainnya dari permukaan logam, sehingga memudahkan basahnya solder pada pad yang dipasang di permukaan serta lead atau pin komponen. Pilihan aktivitas flux bergantung pada kebersihan papan sirkuit cetak yang dipasang di permukaan dan kesegaran komponen. Secara umum, tingkat aktivitas sedang dapat dipilih, dengan opsi tingkat aktivitas tinggi atau non-aktif jika diperlukan, atau bahkan tingkat super-aktif.
Pemilihan Viskositas
Viskositas pasta solder harus dipilih berdasarkan metode aplikasi, dan viskositas pasta solder bergantung pada karakteristik proses aplikasi (seperti ukuran jaring saringan, kecepatan squeegee, dll.). Untuk pencetakan saring, kisaran viskositas yang umum adalah 100–300 Pa. Untuk pencetakan stensil, disarankan memilih viskositas yang lebih tinggi, yaitu 200–600 Pa. Untuk aplikasi dispensing, viskositas sebaiknya sekitar 100–200 Pa.
Pemilihan Kandungan Logam
Kandungan logam dalam pasta solder menentukan ukuran sambungan solder. Ukuran sambungan solder akan bertambah seiring dengan meningkatnya persentase logam. Namun, perubahan sekecil apa pun pada kandungan logam pada viskositas tertentu dapat berdampak signifikan terhadap kualitas sambungan solder. Misalnya, dengan ketebalan pasta solder yang sama, perubahan kandungan logam sebesar 10% dapat mengubah kondisi sambungan dari berlebihan menjadi tidak memadai. Secara umum, pasta solder yang digunakan untuk komponen pemasangan permukaan sebaiknya memiliki kandungan logam sebesar 88% hingga 90%.
Pemilihan Ukuran Partikel Bubuk Timah
Bentuk partikel bubuk solder menentukan kadar oksigen dan kemampuan cetak pasta solder. Partikel bubuk berbentuk bulat lebih unggul daripada yang berbentuk elips, dan partikel bulat yang lebih kecil memiliki tingkat oksidasi yang lebih rendah.
