Tips voor solderen van electronica

Dankzij de populariteit van bordjes zoals de Raspberry Pi en de Arduino, blijft zelf knutselen aan elektronica nog altijd een populaire bezigheid voor velen. De componenten kosten een habbekrats, en op internet worden schema’s en zelfs complete projectbeschrijvingen gretig uitgewisseld. Loop je ergens mee vast, dan zijn er talloze fora met hulpvaardige types die enthousiast hun kennis en kunde met je willen delen. Het is, kortom, een geweldige tijd voor elektronica-hobbyisten.

01 Zelf bedenken of hergebruiken?

Bij aanvang van zo’n project sta je al meteen voor de keuze of je de schakeling helemaal zelf moet bedenken of dat iemand het al heeft uitgevonden. In verreweg de meeste gevallen kun je met wat aanpassingen werk van iemand anders hergebruiken.

Voor de nodige aanpassingen en voor projecten die je van de grond af moet opbouwen, is het breadboard een onmisbaar hulpmiddel. Prik de componenten erin, verbind ze met jumperdraden en je hebt binnen een paar minuten een eerste versie van de schakeling.

Doordat de code in veel gevallen componenten overbodig maakt – denk aan combinaties van condensatoren en weerstanden voor oscillatoren en timers – worden schakelingen steeds eenvoudiger en zitten fouten eerder in de code dan in de hardware. Als het spul op het breadboard staat, gaat de meeste tijd uit naar het debuggen van de code. En als de software eenmaal werkt, is de basis van het elektronische gedeelte van het project af.

Dat is het moment waarop het echte werk kan beginnen: het inbouwen van de schakeling, zodat je project daadwerkelijk te gebruiken is. Het verhuizen van de componenten van het breadboard naar een printplaat is dan de eerstvolgende stap.

02 Experimenteerprintplaat

Voor de meeste meet- en regelschakelingen volstaat een experimenteerprintplaat prima (ook wel protoboard of stripboard genoemd). Stukken goedkoper en het scheelt het zelf ontwerpen van een printplaatlay-out, een te lastige stap voor de hobbyist. Bij het kiezen van het meest geschikte plaatje zijn de afmetingen niet eens het belangrijkste: printplaatmateriaal is makkelijk met een ijzerzaagje op maat te maken. Veel belangrijker is de wijze waarop de koperbaantjes op de printplaat zijn verdeeld. Die variëren van uitsluitend losse eilandjes tot over de volle lengte doorgetrokken banen. Een kwestie van smaak, maar wij vinden plaatjes met groepjes doorverbonden eilandjes ideaal, onder andere te koop bij www.conrad.nl. Kosten: afhankelijk van de afmeting minder dan één euro tot ca. tien euro.

03 Bestukken

Voor het plaatsen van de componenten wordt een verbastering van het Duitse bestücken (voorzien van) gebruikt: bestukken. Anders dan bij industriële serieproductie gaat het bij hobbyisten meestal om componenten waarvan de pootjes of pinnen door de printplaat heen gaan om ze aan de onderkant te solderen. De industrie is al in de jaren 90 overgestapt op smd-componenten (surface-mounted device), die veel kleiner zijn en volledig geautomatiseerd worden aangebracht (zie kader ‘Surface-mounted devices’).

Bij experimenteerprintplaten moet je bij het bestukken goed nadenken over de plaats van de componenten. Onderdelen waartussen veel verbindingen lopen, kun je logischerwijs beter dicht bij elkaar zetten.

Het plaatsen zelf is een secuur werkje. Het is het efficiëntst om eerst alle componenten aan te brengen en pas daarna te solderen. Dat lijkt wellicht lastig, want om te solderen moet je de printplaat ondersteboven houden en zonder maatregelen vallen de componenten dan van de printplaat af. Om dat te voorkomen buig je van iedere component die je aanbrengt ten minste twee uitstekende pootjes een stukje om, in tegengestelde richting. Zo blijft die component hangen als je de printplaat omdraait. Knip met een kleine zijkniptang de uiteinden van alle (dus ook de niet gebogen) pootjes af op een lengte van ongeveer twee millimeter. Plaats dan de volgende component enzovoort.

Let er bij het plaatsen van iedere component op dat alle pootjes of pinnen op een eigen eilandje zitten, anders verbind je ze immers met elkaar. Integrated circuits en controllers kunnen daardoor vaak maar op één manier worden aangebracht: over de breedte van het printplaatje.

Surface-mounted devices

04 Welke soldeerbout?

Het belangrijkste gereedschap is uiteraard de soldeerbout. De prijs ervan loopt uiteen van een tientje tot honderden euro’s, waarbij die laatste groep absoluut te duur is voor gebruik voor hobbyprojecten. Dat zijn soldeerstations die tot op de graad nauwkeurig zijn in te stellen en dat is voor dit handwerk zwaar overdreven. Met een soldeerstation van enkele tientjes is namelijk prima te werken. Bij Conrad zijn er al leuke modellen van rond de 25 euro te vinden. Zo’n station bestaat uit een voeding, de temperatuurregeling en een houder voor de soldeerbout. Een losse soldeerbout is niet aan te raden, tenzij je het een goed idee vindt om een stuk metaal van tegen de 400 graden los op je bureau te hebben liggen. Plaats hem altijd in een houder, die biedt bovendien ruimte aan een vochtige spons, waaraan je de soldeerstift kunt schoonvegen.

05 Kwaliteit soldeerstift

De soldeerstift is het gedeelte waarmee je daadwerkelijk soldeert en dat is dan ook bepalend voor de kwaliteit van de soldeerbout. De samenstelling en de daarmee samenhangende hardheid van het materiaal bepalen de warmteoverdracht van de stift. En hoelang die meegaat, want corrosie ligt altijd op de loer in een vijandige omgeving van gesmolten tin en sterk wisselende temperaturen. Ook de vorm is van belang: voor fijne elektronica heb je weinig aan de grove punt van een typische bouwmarkt-bout. Voor elektronica is er een brede selectie, variërend van beitel- of schroevendraaiermodel tot een kegelvormige punt in diverse lengtes. De keuze voor een stift hangt af van de specifieke toepassing, een vaste hand en persoonlijke voorkeur.

06 Temperatuur

En tweede kwaliteitscriterium is het verwarmingselement en dan specifiek het vermogen ervan. Om te voorkomen dat het soldeer niet goed smelt of te vroeg stolt, mag de temperatuur van de stift niet te veel dalen tijdens het solderen. Door de veel lagere temperatuur van de te solderen onderdelen (kamertemperatuur) daalt de tempartuur van de stift scherp zodra je die tegen de onderdelen aan houdt en dat moet het verwarmingselement direct kunnen compenseren. Gebruik om die reden dan ook een soldeerbout van minimaal 30 watt, zelfs voor fijne elektronica. Dat is dan ook meteen de reden om een temperatuurgeregelde soldeerbout te kiezen: boven de 400 graden gaan de meeste onderdelen snel kapot, dus een verwarmingselement moet uitgeschakeld worden bij het bereiken van een bepaalde temperatuur. In de praktijk werkt een temperatuur van net onder de 400 graden dan ook prima, ook voor loodvrije legeringen.

07 Soldeertin: wel of geen lood?

Tot iets meer dan tien jaar geleden gebruikte iedereen een legering van lood en tin om elektronica te solderen. Voor apparatuur die binnen de EU wordt verkocht, mag sinds 2006 geen loodhoudende soldeer meer gebruikt worden. Om gezondheidsredenen wordt aangeraden zelf ook te werken met loodvrije soldeer, die bestaat uit legeringen van tin en koper en/of zilver. Het nadeel van de loodvrije alternatieven is een hoger smeltpunt en doffe verbindingen. Dat betekent solderen op iets (ongeveer 40 graden) hogere temperaturen, dus een iets hoger risico op beschadiging van gevoelige componenten. Belangrijker is dat je de kwaliteit van de verbinding moeilijker kunt bepalen, een doffe verbinding is bij lood-tin-soldeer een indicatie voor een slechte las. Wie met lood-tin wil solderen, kan dat nog wel gewoon kopen.

08 Harskernsoldeer

Welke legering je ook kiest, het type soldeer waarover het hier gaat is zogenoemde harskernsoldeer. Dat bestaat uit een holle draad van de tinlegering, waarbinnen een vloeimiddel (ook wel flux genoemd) is aangebracht. Dit vloeimiddel (hars) zorgt voor gelijkmatiger vloeien van het soldeer en gaat tegelijk oxidatie van de tinlegering tegen. Dat laatste gebeurt namelijk direct bij verwarming van het soldeer en maakt solderen zonder vloeimiddel onmogelijk: het laagje oxide verhindert hechting aan de printplaat en de componenten.

Harskernsoldeer is in diverse diktes verkrijgbaar als klos, in een cilindervormige houder, of in kleine hoeveelheden gewikkeld om een kartonnetje. De prijs voor soldeertin loopt uiteen van een paar tot tientallen euro’s (afhankelijk van de dikte en hoeveelheid meter). Maar om een voorbeeld te geven: de spoel waar wij in de jaren 90 mee zijn begonnen zijn, is nog lang niet op.

09 De praktijk

Hoewel de meeste mensen weleens een soldeerbout hebben gebruikt, blijkt dat met name het fijnere werk vaak wordt onderschat. Afgaande op de kwaliteit van wat je zoal online voorbij ziet komen, kunnen wat simpele tips nooit kwaad. Het is namelijk niet ingewikkeld om deugdelijke soldeerverbindingen te maken, maar je moet er wel even echt voor gaan zitten. Het begint bij de soldeerbout, specifiek de soldeerstift. Zorg dat deze goed rondom vertind is, door wat soldeer erop te laten smelten. Veeg de stift goed af aan een vochtig sponsje of andere soldeerpuntreiniger, zodat er geen druppels tin meer te zien zijn. Nu pas is de soldeerbout klaar voor gebruik.

Leg nu de printplaat omgekeerd op het werkblad van je bureau (zorg voor een ondergrond die vies mag worden) en druk de soldeerstift zowel tegen het koperen eilandje op de printplaat als tegen het pootje van de te solderen component. Met je andere hand houd je het uiteinde van het soldeer op korte afstand van de soldeerstift tegen het koper. Dat vergt misschien enige oefening, aangezien je de soldeerbout vasthebt in je schrijfhand. Afhankelijk van de motoriek van je andere hand kan het positioneren van het soldeer best lastig zijn. De meeste instructies schrijven voor dat je met het soldeer niet de soldeerstift raakt, omdat een deel van het soldeer dan aan de stift blijft plakken en dus niet op je werkstuk belandt. Maar doe daar vooral niet al te krampachtig over! Het smelten gaat echt een stuk makkelijker door het soldeer wel degelijk heel kort tegen de punt van de stift te houden. Kijk uitsluitend naar het pootje en het koperen eilandje en zorg dat daar voldoende tin op terechtkomt.

10 Concentreer je op je werkstuk

Doordat het vloeimiddel gaat koken en deels verbrandt, vormt zich direct een rookwolkje boven je werkstuk. Laat je daardoor niet afleiden: dat hoort er nu eenmaal bij. Als je goed blijft kijken naar de punt van de bout, zie je dat pas na ongeveer een halve seconde het soldeer begint uit te vloeien en na ongeveer een paar seconden zijn uiteindelijke vorm heeft. Haal de stift zeker nooit binnen die tijd al weg, dat uitvloeien is essentieel voor een goede soldeerverbinding! Afhankelijk van het type component en de dikte van het pootje is tussen de één en vijf seconden over het algemeen een goede richtlijn voor het maken van een goede verbinding.

De hoeveelheid soldeer die je gebruikt, hangt af van de dikte van het pootje en de diameter van het doorvoergat in de printplaat. In de tijd die het uitvloeien duurt, kun je prima zien of er soldeer bij moet, dus begin rustig. Tin erbij is nu eenmaal een stuk eenvoudiger dan tin eraf (zie paragraaf ‘Teveel soldeer’). Veeg tussen het maken van twee verbindingen telkens de stift rondom af aan de vochtige spons. Zo blijft de stift goed vertind en schoon, zonder overtollige druppels en restanten verbrande hars.

11 Veelgemaakte fouten

Niet goed gevloeide soldeer is waarschijnlijk de meest gemaakte fout en de oorzaak van niet (goed) werkende schakelingen. Veel raadselachtige storingen zijn erdoor te verklaren, logisch als een pinnetje de ene keer wel en de andere keer geen contact maakt. De soldeerstift pas weghalen als het soldeer helemaal is uitgevloeid is de eenvoudige remedie. Vloeit er niets meer, maar zit de tin niet op de gewenste plek, voeg dan voorzichtig wat meer soldeer toe. Doordat er dan ook vloeimiddel bij komt, zul je zien dat de boel weer gaat bewegen. Sommige prutsers schijnen soldeer op de stift te smeren en het daarna proberen over te brengen op de printplaat, zonder daar soldeer aan toe te voegen. Het behoeft geen toelichting dat dat geen goede verbindingen oplevert.

12 Teveel soldeer

Een ander probleem kan ontstaan als je toch net teveel soldeer ineens toevoegt, of het uiteinde ervan net op de verkeerde plek komt. Er kan dan soldeer tussen twee printbaantjes terechtkomen, waardoor die baantjes onbedoeld elektrisch worden verbonden. Hoewel dat eenvoudig is te verhelpen met een desoldeerpomp (zie kader ‘Accessoires’) is er een trucje waarmee je je de aanschaf daarvan kunt besparen. Voeg op de per ongeluk verbonden plek juist wat extra soldeer toe, zodat er een bolletje tin op de printplaat ligt. Houd met de hand waar je net de soldeertin mee vasthield de pintplaat verticaal vast en duw de schone soldeerstift ertegenaan. Op het moment dat het soldeer helemaal vloeibaar is klop je de met printplaat eenmaal op tafel. Het soldeer vliegt eraf en met een beetje geluk is de verbinding weg, wat je uiteraard goed controleert. Wel zul je hierna de wél gewenste verbinding nogmaals moeten solderen.

Accessoires

Rond solderen bestaat een hele industrietak en het zal dan ook niemand verbazen dat er ontelbare accessoires te vinden zijn. Dat loopt uiteen van ‘derde handjes’ die je werkstuk in de meest onmogelijke posities houden terwijl je je handen vrij houdt, tot complete rookafzuigsystemen voor de professionele markt. Over die laatste categorie kunnen we kort zijn: veel te duur. Met een strategisch geplaatste ventilator en een open raam kom je een heel eind.

Een derde handje is een ander verhaal, het kost slechts enkele euro’s en is dan ook zeker een aanrader. Voor wie nog niet zo’n vaste hand heeft, is een siliconen (hittebestendig) soldeermatje een leuke optie. En met een desoldeerpompje (ook wel tinzuiger genoemd) maak je je verzameling compleet. Soms worden soldeerstations compleet met deze accessoires verkocht, wat erg voordelig kan uitpakken. Iets om bij aanschaf op te letten.

13 Tot slot

Goed solderen is te leren, en met een paar aandachtspunten maak je na een paar keer oefenen betrouwbare verbindingen die jaren meegaan. Zolang het nog mag, zijn lood/tin-legeringen de betere keuze voor wie met solderen begint. Kijk naar de verbinding die je maakt en wees niet bang om het soldeer goed te laten uitvloeien. Laat je tot slot niet gek maken door al het moois dat er te koop is: voor minder dan vijf tientjes heb je een prima set om mee te kunnen beginnen. Wil je verder, dan kun je altijd nog iets kopen uit het hogere segment.