1, Zinn-Eintauchen-Effekt

Wenn sich heißes flüssiges Lot auflöst und in die Metalloberfläche des PCB beim Löten spricht man von Metallbonden oder Metallbonden. Die Moleküle des Lot-Kupfer-Gemischs bilden eine neue Legierung, die teils Kupfer und teils Lot ist. Diese Lösungsmittelwirkung wird als Zinnbindung bezeichnet. Es bildet eine intermolekulare Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen der Leiterplatte, wodurch eine Metalllegierungsverbindung entsteht. Die Ausbildung guter intermolekularer Verbindungen ist der Kern des PCB-Schweißprozesses, der die Festigkeit und Qualität von PCB-Schweißpunkten bestimmt. Zinn kann nur verfärbt werden, wenn die Kupferoberfläche frei von Verunreinigungen und Oxidfilmen ist, die durch Lufteinwirkung der Leiterplatte gebildet wurden und das Lot und die Arbeitsoberfläche die entsprechende Temperatur erreichen müssen.

2. Oberflächenspannung

Jeder kennt die Oberflächenspannung von Wasser, die Kraft, die kalte Wassertropfen auf einer gefetteten Leiterplatten-Metallplatte kugelförmig hält, denn in diesem Fall ist die Haftung, die dazu neigt, die Flüssigkeit auf einer festen Oberfläche zu diffundieren, geringer als ihr Zusammenhalt. Mit warmem Wasser und Reinigungsmittel waschen, um die Oberflächenspannung zu verringern. Das Wasser sättigt die gefettete PCB-Metallplatte und fließt nach außen, um eine dünne Schicht zu bilden, die auftritt, wenn die Haftung größer als die Kohäsion ist.

Zinn-Blei-Lot ist noch kohäsiver als Wasser, wodurch das Lot kugelförmig wird, um seine Oberfläche zu minimieren (bei gleichem Volumen hat die Kugel die kleinste Oberfläche im Vergleich zu anderen Geometrien, um die Anforderungen des niedrigsten Energiezustands zu erfüllen). Die Wirkung des Flussmittels ist der von Reinigungsmitteln auf der mit Fett beschichteten Leiterplatten-Metallplatte ähnlich. Darüber hinaus hängt die Oberflächenspannung auch stark von der Sauberkeit und Temperatur der Leiterplattenoberfläche ab. Nur wenn die Adhäsionsenergie viel größer ist als die Oberflächenenergie (Kohäsion), kann die Leiterplatte die ideale Zinnhaftung aufweisen.

3, mit Zinnwinkel

Ein Meniskus entsteht, wenn ein Lottropfen auf die Oberfläche einer heißen, flussmittelbeschichteten Leiterplatte etwa 35 °C über dem eutektischen Punkt des Lots aufgebracht wird. Bis zu einem gewissen Grad kann die Fähigkeit der Metalloberfläche einer PCB, Zinn zu kleben, anhand der Form des Meniskus bewertet werden. Das Metall ist nicht lötbar, wenn der Meniskus einen klaren Bodenschnitt hat, wie Wassertropfen auf einer gefetteten Leiterplatten-Metallplatte aussieht oder sogar zur Kugelform neigt. Nur der Meniskus dehnte sich auf eine Größe von weniger als 30 aus. Der kleine Winkel hat eine gute Schweißbarkeit.

4. Die Erzeugung von Metalllegierungsverbindungen

Die intermetallischen Bindungen von Kupfer und Zinn bilden Körner, deren Form und Größe von der Dauer und Festigkeit der Schweißtemperatur abhängt. Weniger Hitze beim Schweißen kann eine feine Kristallstruktur bilden, wodurch die Leiterplatte einen hervorragenden Schweißpunkt mit bester Festigkeit bildet. Eine zu lange Reaktionszeit, sei es durch zu lange PCB-Schweißzeit, zu hohe Temperatur oder beides, führt zu einer rauen kristallinen Struktur, die kiesig und spröde mit geringer Scherfestigkeit ist.Kupfer wird als metallisches Grundmaterial von PCB verwendet und Zinn-Blei wird als Lotlegierung verwendet. Blei und Kupfer bilden keine Metalllegierungsverbindungen, Zinn kann jedoch in Kupfer eindringen. Die intermolekulare Verbindung zwischen Zinn und Kupfer bildet an der Löt- und Metallverbindung die Metalllegierungsverbindungen Cu3Sn und Cu6Sn5.

Die Metalllegierungsschicht (n + -Phase) muss sehr dünn sein. Beim PCB-Laserschweißen beträgt die Dicke der Metalllegierungsschicht 0.1 mm in der Nummernklasse. Beim Wellenlöten und Handlöten beträgt die Dicke der Zwischenmetallverbindung von guten Schweißpunkten der Leiterplatte mehr als 0.5 μm. Da die Scherfestigkeit von PCB-Schweißnähten mit zunehmender Metalllegierungsschichtdicke abnimmt, wird oft versucht, die Metalllegierungsschichtdicke durch möglichst kurze Schweißzeiten unter 1 µm zu halten.

Die Dicke der Metalllegierungsschicht hängt von der Temperatur und der Zeit der Bildung des Schweißpunktes ab. Idealerweise sollte das Schweißen in ca. 220 t 2s abgeschlossen sein. Unter diesen Bedingungen erzeugt die chemische Diffusionsreaktion von Kupfer und Zinn geeignete Metalllegierungs-Bindematerialien Cu3Sn und Cu6Sn5 mit einer Dicke von etwa 0.5 µm. Bei kalten Lötstellen oder Lötstellen, die beim Schweißen nicht auf die entsprechende Temperatur gebracht werden, kommt es häufig zu einer unzureichenden intermetallischen Verbindung, die zu einem Abschneiden der Leiterplattenschweißfläche führen kann. Im Gegensatz dazu führen zu dicke Metalllegierungsschichten, die bei überhitzten oder zu lange geschweißten Verbindungen üblich sind, zu einer sehr geringen Zugfestigkeit von PCB-Verbindungen.