1, efekt zanurzenia w cynie

Gdy gorący płynny lut rozpuszcza się i wnika w metalową powierzchnię PCB podczas lutowania nazywa się to spajaniem metali lub spajaniem metali. Cząsteczki mieszaniny lutu i miedzi tworzą nowy stop, który jest częściowo miedzią, a częściowo lutem. To działanie rozpuszczalnika nazywa się wiązaniem cyny. Tworzy wiązanie międzycząsteczkowe między różnymi częściami PCB, tworząc związek stopu metalu. Tworzenie dobrych wiązań międzycząsteczkowych jest rdzeniem procesu spawania PCB, który decyduje o wytrzymałości i jakości punktów zgrzewania PCB. Barwienie cyny możliwe jest tylko wtedy, gdy powierzchnia miedzi jest wolna od zanieczyszczeń i warstwy tlenków powstałej w wyniku kontaktu PCB z powietrzem, a lut i powierzchnia robocza muszą osiągnąć odpowiednią temperaturę.

2. Napięcie powierzchniowe

Każdy zna napięcie powierzchniowe wody, siłę, która utrzymuje kuliste kropelki zimnej wody na natłuszczonej metalowej płytce PCB, ponieważ w tym przypadku adhezja, która ma tendencję do dyfuzji cieczy na powierzchni stałej, jest mniejsza niż jej kohezja. Umyć ciepłą wodą z detergentem, aby zmniejszyć napięcie powierzchniowe. Woda nasyci natłuszczoną płytkę metalową PCB i wypłynie na zewnątrz, tworząc cienką warstwę, która pojawia się, gdy przyczepność jest większa niż kohezja.

Lut cynowo-ołowiowy jest jeszcze bardziej spójny niż woda, dzięki czemu lut jest kulisty, aby zminimalizować jego powierzchnię (przy tej samej objętości kula ma najmniejszą powierzchnię w porównaniu do innych geometrii, aby spełnić wymagania najniższego stanu energetycznego). Działanie topnika jest podobne do działania detergentu na metalową płytkę PCB pokrytą smarem. Ponadto napięcie powierzchniowe jest również silnie zależne od czystości i temperatury powierzchni PCB. Tylko wtedy, gdy energia adhezji jest znacznie większa niż energia powierzchniowa (kohezja), PCB może mieć idealną adhezję cyny.

3, z cyną Kąt

Menisk tworzy się, gdy kropla lutu zostanie umieszczona na powierzchni gorącej, pokrytej topnikiem płytki drukowanej około 35°C powyżej punktu eutektycznego lutowia. Do pewnego stopnia zdolność metalowej powierzchni PCB do przyklejania cyny można ocenić na podstawie kształtu menisku. Metal nie nadaje się do lutowania, jeśli menisk ma wyraźne nacięcie na dole, wygląda jak krople wody na natłuszczonej metalowej płytce PCB, a nawet ma tendencję do kulistości. Tylko łąkotka rozciągnęła się do rozmiaru mniejszego niż 30. Mały kąt ma dobrą spawalność.

4. Generowanie związków stopów metali

Wiązania międzymetaliczne miedzi i cyny tworzą ziarna, których kształt i wielkość zależą od czasu trwania i wytrzymałości temperatury, w której są zgrzewane. Mniej ciepła podczas spawania może tworzyć drobną strukturę krystaliczną, co sprawia, że ​​PCB tworzy doskonałe miejsce spawania o najlepszej wytrzymałości. Zbyt długi czas reakcji, czy to ze względu na zbyt długi czas spawania PCB, zbyt wysoką temperaturę, czy oba te czynniki, spowoduje powstanie szorstkiej struktury krystalicznej, która jest żwirowa i krucha o niskiej wytrzymałości na ścinanie.Miedź jest używana jako metalowy materiał bazowy PCB, a cyna-ołów jest używany jako stop lutowniczy. Ołów i miedź nie tworzą żadnych związków stopów metali, ale cyna może wnikać w miedź. Wiązanie międzycząsteczkowe między cyną i miedzią tworzy związki stopów metali Cu3Sn i Cu6Sn5 na styku lutowia i metalu.

Warstwa stopu metalu (faza n + ε) musi być bardzo cienka. W spawaniu laserowym PCB grubość warstwy stopu metalu wynosi 0.1 mm w klasie liczbowej. W lutowaniu na fali i lutowaniu ręcznym grubość wiązania międzymetalicznego dobrych punktów zgrzewania PCB wynosi ponad 0.5 μm. Ponieważ wytrzymałość na ścinanie spoin PCB zmniejsza się wraz ze wzrostem grubości warstwy stopu metalu, często próbuje się utrzymać grubość warstwy stopu metalu poniżej 1 μm poprzez możliwie najkrótszy czas spawania.

Grubość warstwy stopu metalu zależy od temperatury i czasu powstawania zgrzeiny. Idealnie spawanie powinno być zakończone w około 220 t 2s. W tych warunkach w wyniku chemicznej reakcji dyfuzji miedzi i cyny powstają odpowiednie spoiwa ze stopów metali Cu3Sn i Cu6Sn5 o grubości około 0.5 μm. Niewystarczające wiązanie międzymetaliczne jest powszechne w zimnych połączeniach lutowanych lub połączeniach lutowanych, które nie są rozgrzewane do odpowiedniej temperatury podczas spawania i mogą prowadzić do odcięcia powierzchni spoiny PCB. W przeciwieństwie do tego, zbyt grube warstwy stopów metali, często spotykane w przegrzanych lub spawanych złączach przez zbyt długi czas, będą skutkować bardzo słabą wytrzymałością na rozciąganie złączy PCB.