Leiterplatte Blog - Ursachen von Kaltschweißproblemen beim PCB Reflow Löten

Was ist Kaltschweißen? PCB-Kaltschweißen ist ein Phänomen, das auftritt, wenn die erforderliche Mindestbenetzungstemperatur zwischen der elektronischen Komponente und der Leiterplatte während des Lötprozesses nicht erreicht wird. Selbst wenn lokal benetzt wird, wenn die metallurgische Reaktion unvollständig ist, führt dies auch zum Auftreten von Kaltlöten. Kaltlöten zeichnet sich durch ein dunkleres, raueres Aussehen auf der Oberfläche der Lötstelle und ein Versagen, vollständig mit dem Lötmaterial zu verschmelzen.

PCB-Kaltlöten tritt während des Lötprozesses auf, wenn die erforderliche Mindestbenetzungstemperatur zwischen der elektronischen Komponente und der Leiterplatte nicht erreicht wird, bildet die Lötstelle eine schlechte Verbindung. Selbst wenn es eine bestimmte Menge an lokaler Benetzung gibt, wie das Versagen, eine vollständige metallurgische Reaktion zu erreichen, führt dies auch zum Auftreten von Kaltschweißen. Kaltlöten zeichnet sich durch eine dunklere, rauere Oberfläche der Lötstelle aus, die nicht vollständig mit dem Lötmaterial verschmolzen werden kann.

Gründe für Kaltschweißen:

1.Unzureichende Heizung

Einer der Hauptgründe für Kaltschweißen ist, dass während des Lötprozesses die elektronischen Komponenten und PCB zwischen der minimalen Benetzungstemperatur nicht erreicht werden. Wenn die Fließlöttemperatur zu niedrig ist, kann das Lot nicht vollständig geschmolzen werden, was dazu führt, dass die Lötstellen keine starke Metallverbindung bilden.

2.Short Lötzeit

Unzureichende Lötzeit ist auch ein wichtiger Faktor, der zum Kaltlöten führt. Wenn die Durchflusslötzeit nicht ausreicht, kann das Lot nicht in der angemessenen Zeit zum vollständigen Durchfluss und Wärmeableitung sein, wird die Bildung der Lötstelle nicht stark genug sein. In diesem Fall kann die Oberfläche der Lötstelle stumpf und rau erscheinen, was die Leistung der Schaltung beeinträchtigt.

3.Oberflächenkontamination

Das Vorhandensein von Verunreinigungen auf der Lötfläche, wie Öl, Staub usw., kann die Benetzungseigenschaften des Lots beeinträchtigen, wodurch die Verbindung nicht in der Lage ist, eine gute Metallverbindung herzustellen. Selbst wenn die richtige Temperatur und Zeit angewendet werden, kann Verunreinigung immer noch zu Kaltlöten führen.

4.Unsachgemäße Temperaturregelung

Im Strömungslötenprozess ist die Ofentemperaturkurve nicht richtig eingestellt,was zu einem schnellen Anstieg oder Temperaturabfall führt, kann auch Kaltlöten auslösen. Ungleichmäßige Spannung der Lötpaste im Heizprozess kann inkohärente Lötstellen verursachen. Kaltlöten kann durch präzise Temperaturregelung effektiv reduziert werden.

5.Probleme beim Verzehr von Zinn

Kaltlöten kann auch aufgrund fehlender zinnfressender Eigenschaften der Lötstelle selbst auftreten. Wenn das Lot nicht gut auf der Schnittstelle haftet, führt dies zu einer geschwächten Lötstelle, was zum Kaltlöten führt. Daher sind die Wahl des richtigen Lots und die Sicherstellung des guten Zustandes der Lötfläche wichtige Maßnahmen, um Kaltlöten zu verhindern.

Beim FR4-PCB-Schweißen der Elektronikindustrie ist Gold aufgrund seiner ausgezeichneten Stabilität und Zuverlässigkeit zu einem der am häufigsten verwendeten Oberflächenbeschichtungsmetalle geworden. Als Verunreinigung im Lot ist Gold jedoch sehr schädlich für die Duktilität des Lots, da spröde Sn-Au (Sn-Au) intermetallische Verbindungen (hauptsächlich AuSn4) im Lot gebildet werden. Obwohl eine niedrige Konzentration von AuSn4 die mechanischen Eigenschaften vieler südkoreanischer zinnhaltiger Lote verbessern kann, werden, wenn der Goldgehalt im Lot 4%, die Zugfestigkeit und Dehnung beim Versagen schnell abnehmen. Die 1,5um dicke reine Gold- und Legierungsschicht auf dem Pad kann während des Wellenlötens vollständig in das Fusionslöt aufgelöst werden, und das gebildete AuSn4 reicht nicht aus, um die mechanischen Eigenschaften der Platte zu beschädigen. Für den Oberflächenmontageprozess ist die akzeptable Dicke der Goldbeschichtung jedoch sehr gering und erfordert eine genaue Berechnung. Glazer et al. berichteten, dass die Zuverlässigkeit der Lötstelle zwischen der Cu-Ni-Au-Metallbeschichtung auf der Kunststoff-Viereckplatte (PQFP) und FR-4 Leiterplatte nicht beschädigt wird, wenn die Goldkonzentration 3,0 W/O nicht überschreitet.

Zu viel IMC gefährdet die mechanische Festigkeit der Lötstelle aufgrund ihrer Sprödigkeit und beeinträchtigt die Bildung des Glockenlochs in der Lötstelle. Zum Beispiel kann die Lötstelle, die auf der 1.63um Goldschicht des Cu-Ni-Au Pads gebildet wird, nach dem Drucken von 7mil (175um) 91% Metallgehalt Sn63Pb37 Lötpaste auf dem Pad reflow geschweißt werden. Sn-Au Metallverbindungen werden zu Partikeln und werden in Lötstellen weit verbreitet.

Bei der Leiterplattenverarbeitung kann neben der Auswahl einer geeigneten Lötlegierung und der Kontrolle der Dicke der Goldschicht die Änderung der Zusammensetzung des goldhaltigen Basismetalls auch die Bildung intermetallischer Verbindungen reduzieren. Zum Beispiel, wenn Sn60Pb40 Lot auf Au85Ni15 geschweißt wird, gibt es keine Goldbrüchigkeit.

Beim Leiterplattenflow-Lötverfahren wird das Kaltlötverfahren normalerweise verwendet:

Visuelle Inspektion: Spezielle Inspektionskriterien sind entworfen, um das Aussehen der Lötstellen zu beobachten und auf Phänomene wie körnige Lötstellen oder nicht glatte Oberflächen zu überprüfen, die gemeinsame Merkmale des Kaltlötens sind.

Automatisierte optische Inspektion (AOI): Mithilfe automatisierter Geräte zur hochgenauen Abbildung von Lötstellen kann es potenzielle Kaltlötstellen schnell und genau identifizieren und quantitative Datenunterstützung bereitstellen.

Röntgeninspektion: Für komplexe Schaltungen, insbesondere BGA-Pakete, ist die Verwendung von Röntgenstrahlen für die innere Struktur von Lötstellen ein sehr effektives Mittel, um versteckte Kaltlötprobleme zu erkennen.

Effektive Methoden zur Vermeidung von PCB-Kaltschweißen:

1.Stellen Sie die richtige Löttemperatur sicher

Beim Reflow-Lötprozess von Leiterplatten ist die entsprechende Löttemperatur ein wichtiger Faktor, um Kaltlöten zu verhindern.Sollte auf der Größe und Dicke der Leiterplatte sowie dem Wärmekoeffizienten der Komponenten basieren, stellen Sie eine angemessene Reflow-Löttemperaturkurve ein, um sicherzustellen, dass das Löt vollständig schmelzen und das Pad benetzen kann. Die Genauigkeit der Temperaturregelung wirkt sich direkt auf die Qualität des Schweißens aus, so dass der Entwurf diesem Punkt besondere Aufmerksamkeit schenken sollte.

2.Control der Lötzeit

Lötzeitkontrolle ist ebenso wichtig, eine zu kurze Lötzeit kann dazu führen, dass das Lot nicht vollständig fließt und Adhäsion, die Bildung von Kaltlöten. Sollte sicherstellen, dass die Zeiteinstellung des Lötprozesses, um die Schmelz- und Benetzungsanforderungen des Lots zu erfüllen, in der Regel durch Anpassung der Betriebsparameter der Reflow-Lötanlage zu erreichen. Genaue Zeitkontrolle hilft, die Integrität der Lötstelle zu gewährleisten.

3.Material Auswahl und Verwendung

Die Verwendung von hochaktiven Lötpasten und geeigneten Flussmitteln kann auch helfen, Kaltlöten zu verhindern. Niedrige Lötpasten neigen dazu, zu schlechter Benetzung zu führen. Daher ist es wichtig, hochwertige Lötpasten auszuwählen und die Bedingungen für ihre Verwendung und Lagerung streng zu kontrollieren. Darüber hinaus fördert die richtige Menge an Flussmittel den Fluss des Lots und verbessert die Haftung des Lots.

4.Clean Lötfläche

Vor dem Löten ist es wichtig, dass die Lötfläche sauber ist. Jedes Öl, Staub oder Oxide verhindert einen guten Kontakt zwischen dem Lot und dem Pad, was leicht zu Kaltlöten führen kann. Daher sollten Leiterplatten und Bauteilstifte vor dem Löten gereinigt werden, um gute Lötbedingungen zu gewährleisten.

5.Behalten Sie eine stabile Komponentenposition

Bauteile sollten während des Lötprozesses in einer stabilen Position gehalten werden, um ein Wackeln oder Anheben zu vermeiden. Beim Reflow-Löten können Heben und Positionieren von Bauteilen zu einer Abnahme der Gleichmäßigkeit der Lötstelle führen, was zu Kaltlöten führen kann. Dies kann durch Sicherstellung der Steifigkeit der Leiterplatte und der richtigen Lötausrüstung erreicht werden.

Das Kaltschweißen von Leiterplatten ist ein kritisches Problem, das die Schaltungsleistung beeinflusst und hauptsächlich durch Faktoren wie unzureichende Erwärmung, kurze Lötzeit und Oberflächenkontamination verursacht wird. Es kann effektiv verhindert werden, indem die richtige Löttemperatur, Zeitkontrolle, Materialauswahl und Sauberkeit der Lötfläche sichergestellt wird. Die Konzentration auf diese vorbeugenden Maßnahmen wird die Qualität der Lötstellen erheblich verbessern und dadurch die allgemeine Zuverlässigkeit und Leistung der Platine erhöhen.