Wie man eine schlechte Benetzung des Lötzinns vermeidet

Eine einzige schwache Lötstelle kann eine ganze Produktionsserie ruinieren. Schlechte Lötbenetzung ist eines der häufigsten Probleme beim Lötprozess, das zu schwachen Verbindungen, defekten Bauteilen und kostspieligen Nacharbeiten führen kann. In diesem Artikel werden wir die Hauptursachen für schlechte Benetzung aufschlüsseln und praktische Maßnahmen vorstellen, mit denen Sie dies beim Löten von Leiterplatten vermeiden können.

Was ist Lötbenetzung?

Lötbenetzung ist die Fähigkeit von geschmolzenem Lot, sich über die Oberfläche von Metallteilen (z. B. Leiterplattenpads und Bauteilanschlüsse) zu verteilen und daran zu haften, wodurch eine zuverlässige metallurgische Verbindung entsteht. Um einen ordnungsgemäßen und reibungslosen Lötbenetzungsprozess zu erreichen, müssen zwei spezifische Bedingungen erfüllt sein:

• Eine saubere Kupferoberfläche ohne Oxidation oder Verunreinigungen.
• Eine geeignete Löttemperatur.

In der Regel wird die Lötbenetzung anhand des Aussehens der Lötstelle beurteilt. Eine gut benetzte Lötstelle ist glatt und glänzend, was auf einen ordnungsgemäßen Lötfluss hinweist. Der Benetzungswinkel wird ebenfalls zur Bewertung der Lötbenetzungsleistung herangezogen. Er beschreibt den Kontaktwinkel, der sich während des Lötprozesses zwischen dem geschmolzenen Lot und dem Substrat (einem Pad/einer Bauteilanschlussleitung) entwickelt. Gemäß der Norm IPC-A-610 gelten folgende Kriterien als akzeptabel:

• Benetzungswinkel < 90°: akzeptabel.
• Benetzungswinkel > 90°: schlechte Lötbenetzung, erhöhtes Potenzial für Fehlerrisiken.

Warum ist die Lötbenetzung wichtig?

Eine ordnungsgemäße Lötbenetzung ist für zuverlässige Verbindungen (sowohl elektrisch als auch mechanisch) während des PCB-Lötprozesses unerlässlich. Bei unzureichender Lötbenetzung kann das Lot möglicherweise nicht sicher am Pad oder der Bauteilanschlussleitung haften. Die gebildeten Lötstellen sind matt, porös und körnig und weisen eine schlechte Haftung auf.

Eine schlechte Lötbenetzung kann zu bestimmten häufigen Lötfehlern führen, darunter kalte Lötstellen, unvollständige Benetzung und offene Verbindungen. Mit der Zeit neigen diese schwachen Lötstellen unter dem Einfluss von Temperaturwechseln, Vibrationen und mechanischer Beanspruchung zu Rissen und Verschleiß. Sie beeinträchtigen die langfristige Zuverlässigkeit von Produkten erheblich.

Die 6 häufigsten Ursachen für eine schlechte Lötbenetzung oder Lötentwässerung

Eine schlechte Lötbenetzung kann sowohl die mechanische als auch die elektrische Integrität von Lötstellen beeinträchtigen. Um dieses Problem zu vermeiden, ist es wichtig, die Hauptursachen zu identifizieren.

1. Oberflächenverunreinigungen

Fett-, Öl- oder Flussmittelrückstände auf der Leiterplattenoberfläche können die Pads verunreinigen. Diese Verunreinigungen können eine ordnungsgemäße Verbindung zwischen Lot und Kupfer verhindern, was zu einer unvollständigen Benetzung führt.

2. Oxidation der Kupferpad-Oberfläche

Wenn Kupferpads mit Luftsauerstoff reagieren, bildet sich leicht eine Oxidschicht. Diese Oxidschicht beeinträchtigt die Benetzbarkeit des Lötzinns und ist eine der Hauptursachen für das Entlöten. Bei der Verwendung von bleifreiem Lötzinn (z. B. Sn-Ag-Cu) sind höhere Löttemperaturen erforderlich, und diese erhöhte Temperatur beschleunigt die Oxidationsrate.

3. Falscher Löttemperaturbereich

• Zu niedrige Löttemperatur – Unzureichende Fließfähigkeit des Lötzinns, unzureichender Kontakt zu den Bauteilen.
• Zu hohe Löttemperatur – Beschleunigte Lötverflüssigung, beeinträchtigte Benetzung.

4. Schlechtes PCB-Design

• Größe und Form der Kupferpads – Die Kupferpads sind zu klein oder haben eine ungeeignete Form, wodurch sich das Lot nicht richtig verteilen kann.
• Falsch definierte Lötmaske – Eine ungenaue Lötmaske kann den Fluss des Lötzinns zu den Pads behindern oder das Lötzinn an unbeabsichtigte Stellen leiten, was zu unvollständigen Lötstellen führt.
• Nicht optimiertes Schablonendesign – Die Schablonenöffnung bestimmt die Menge und die Position der aufgetragenen Lötpaste. Unzureichende Lötpaste kann zu einer teilweise schlechten Benetzung des Lötzinns führen.

5. Schlechte Lötbarkeit

• Probleme bei der Beschichtung der Kupferpads – Unsachgemäße Beschichtung oder Beschichtung der Kupferpads. Ungleichmäßige oder unzureichende Beschichtungsdicke. Beschädigungen während der Leiterplattenherstellung (Schneiden, Bohren, Ätzen).
• Qualitätsminderung der Lötpaste – Eine falsche Lagerung oder längere Lagerung der Lötpaste kann zu einer Verringerung der Lötbarkeit führen.

6. Unsachgemäße Löttechnik und -werkzeuge

• Übermäßiger Anpressdruck – Dies kann die Metallisierung des Pads oder der Bauteilanschlüsse beschädigen. Gleichzeitig wird das noch nicht vollständig aktivierte Flussmittel herausgedrückt.
• Zu lange Verweildauer der Spitze – Wenn die Lötspitze über einen längeren Zeitraum mit dem Bauteilanschluss oder dem Lötpad in Kontakt ist, steigt die lokale Temperatur kontinuierlich an, wodurch das Flussmittel vorzeitig verbrennt oder verdampft.
• Oxidierte Lötpatrone – Oxidation auf der Lötpatrone bildet eine Barriere, die den reibungslosen Fluss des Lötzinns verhindert und die Benetzbarkeit verringert. Dies tritt häufig bei Verwendung einer unbeschichteten Spitze oder bei extrem hohen Temperaturen auf.

5 Möglichkeiten, um eine schlechte Benetzung während des Lötvorgangs zu verhindern

Eine schlechte Benetzung ist in der Regel der Beginn einer schwachen Lötstelle. Hier stellen wir Ihnen 5 praktische Möglichkeiten vor, um eine schlechte Benetzung zu verhindern.

1. Optimierung des PCB-Designs

Um eine ineffiziente Benetzung des Lötzinns zu vermeiden, beginnt alles mit einem guten PCB-Design. Ein geeignetes Pad-Design trägt dazu bei, dass das Lötzinn die Pads vollständig benetzt und eine gute Verbindung herstellt. Sie sollten keine zu kleinen Pads mit unregelmäßigen Designs verwenden, die den Fluss des Lötzinns einschränken. Abgesehen davon ist es wichtig, dass die Öffnungen Ihrer Lötmaske die Pads genau freilegen. Gute Lötmaskenöffnungen leiten den Fluss des Lötzinns sicher zu den Pads und vermeiden Brückenbildung und ineffiziente Benetzung.

2. Sicherstellen der Sauberkeit der Leiterplatte vor dem Löten

Verwenden Sie Leiterplatten-Reinigungsmittel/Lösungsmitteltücher, um Verunreinigungen vollständig von der Oberfläche der Leiterplatte zu entfernen, bevor Sie mit dem Löten fortfahren. Dies ist eine wirksame Methode zur Entfernung von Fett/Schmutz, die die Benetzung des Lötzinns behindern können.

3. Auswahl des richtigen und hochwertigen Flussmittels

Flussmittel unterstützt den Fluss des Lötzinns und entfernt Oxidation. Es muss ein hochwertiges Flussmittel gewählt werden, das mit dem Lötzinn und den Pads kompatibel ist. Bei Verwendung eines geeigneten Flussmittels in der richtigen Menge benetzt das Lötzinn die Pads und Anschlüsse gleichmäßig. Es darf jedoch nicht zu viel Flussmittel aufgetragen werden, da dies Rückstände auf den Pads hinterlässt. Eine unzureichende Menge an Flussmittel würde jedoch den Benetzungsprozess behindern.

4. Auswahl einer Lötpaste mit höherer Aktivität

Die Verwendung einer Lötpaste mit höherer Flussmittelaktivität kann dazu beitragen, leicht oxidierte oder verunreinigte Pads effektiver zu benetzen. Der Grund dafür ist, dass ein hochaktives Flussmittel Oxide auf der Oberfläche der Pads entfernen kann. Dies ist besonders bei schwer zu lötenden Oberflächen wie Immersionssilber, Immersionszinn und OSP der Fall.

5. Verwendung der richtigen Techniken  

Kontrollieren Sie die Kontaktzeit zwischen der Lötspitze und den Bauteilpins oder Lötpads. Erhitzen Sie die Pads und Anschlüsse gleichmäßig auf die geeignete Löttemperatur und tragen Sie dann Lötzinn auf, damit es die Oberflächen vollständig benetzen kann. Vermeiden Sie Überhitzung und Bewegungen der Lötstelle während des Abkühlens, damit das Lötzinn auf natürliche Weise erstarren kann.

Schlusswort

Das Verständnis der Ursachen für eine schlechte Lötbenetzung und das Ergreifen geeigneter Maßnahmen können dazu beitragen, eine Entnässung des Lötzinns zu verhindern. Wenn Sie Probleme mit einer schlechten Lötbenetzung haben, brauchen Sie sich keine allzu großen Sorgen zu machen. Sie können die Lötstelle abkühlen lassen, verbleibendes Flussmittel entfernen, sie erneut erhitzen und einen zweiten Lötvorgang durchführen, um die Verbindung zu reparieren. MOKOPCB ist ein vertrauenswürdiger Leiterplattenhersteller in der Branche, der professionelle Lösungen für Leiterplatten anbietet. Bitte zögern Sie nicht, uns bei Fragen oder Wünschen zu kontaktieren.