Was sind diese schwarzen Flecken in diesen bleifreien Lötstellen?

Ich habe gerade auf bleifreies Lot umgestellt (ich verwende jetzt Chip Quiks "SMDSWLF.031", ein Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5-Lot mit 2,2% No-Clean-Flussmittel), bin mir aber nicht sicher, was Ich sehe, wenn ich meine Bretter inspiziere.

Die folgenden Bilder zeigen ein Beispiel: Das erste wurde nach dem Löten aufgenommen und ich denke, der gelbe Rückstand um die Verbindung ist Flussmittel, aber ich weiß nicht, was diese schwarzen Flecken auf dem Lot sind. Der zweite wurde nach dem Reinigen der Platte mit Isopropylalkohol genommen und der gelbe Rückstand ist verschwunden, aber die schwarzen Flecken sind immer noch da.

Meine Lötstation ist normalerweise zwischen 350 und 375 Grad Celsius eingestellt (normalerweise die spätere seit dem Wechsel zu bleifreiem Lot), aber es scheint, dass die Temperatureinstellungen keinen Einfluss auf das Erscheinungsbild der schwarzen Flecken haben.

Was ich sehe ist, dass die schwarzen Flecken in größeren Pads häufiger auftreten. Ich frage mich, ob es daran liegt, dass ich den Lötkolben mehr Zeit gelassen habe, um das Lot zu erhitzen, und das Flussmittel verbrannt hat.

Bei Verwendung von bleihaltigem Lot wurden diese schwarzen Flecken nie gesehen (und die Verbindungen sahen besser aus). Ich kann jedoch nicht wieder bleihaltiges Lot verwenden (gesetzliche Anforderung).

Meine Frage ist also, was ist das für ein schwarzer Rückstand? Und als Nebenfrage: Ist das ein Zeichen für eine schlechte Verbindung oder vielleicht eine schlechte Löttechnik?

Zusätzliche Informationen: Bei den meisten von mir verwendeten Komponenten sind die Kabel verzinnt. Die PCB-Pads sind HASL-fertig (bleifrei).

Update : Ich habe mit Leiterplatten eines anderen Anbieters getestet (ich vermutete etwas im HASL-Finish der Leiterplatten-Pads) und sogar nackte Kupfer-Prototyp-Leiterplatten ausprobiert, aber die schwarzen Flecken waren immer noch da. Ich habe auch versucht, den Lötdraht vor dem Löten zu reinigen, da ich den Lötdraht der Originalrolle nicht verwende, aber er wurde von Hand in kleinere Kunststoffröhrchen verpackt (wobei der Verdacht besteht, dass die Hände der Person, die das Umpacken durchführt, Rückstände aufweisen). Ich habe auch versucht, eine niedrigere Temperatur von bis zu 275 Grad Celsius zu verwenden (danke an @metacollin für den Vorschlag) und die Lötkolbenspitze gewechselt. Trotzdem waren die schwarzen Flecken immer noch da.

Dann habe ich die Lötstellen mit einer anderen Lichtquelle überprüft. Es ist jetzt offensichtlich, dass diese schwarzen Flecken keine Rückstände sind, sondern kleine Vertiefungen oder Vertiefungen in der Lötoberfläche. Jetzt inspiziere ich die Bretter mit einer anderen Lampe, weil die, die ich zuvor verwendet habe, diese harten Schatten wirft.

Nebenbei bemerkt, das Verringern der Temperatur auf 275-300 Grad Celsius hat das Löten wirklich verbessert. Ich bin überrascht, dass eine höhere Temperatur das Schmelzen des bleifreien Lots tatsächlich langsamer machte. Ich denke, das Flussmittel wurde zu schnell verbrannt und das machte es bei höheren Temperaturen noch schlimmer.

Ich habe auch den Lötmittelhersteller kontaktiert, der vorgeschlagen hat, mit verschiedenen Leiterplatten zu testen, um etwas in der Oberfläche des Pads auszuschließen.

Der Liquidus des Lots von Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5 beträgt 217 ° C, und der eutektische Punkt des guten alten 63/37 beträgt 189 ° C. Also ja, Sie haben die Temperatur viel zu heiß eingestellt. Die meisten Teile sind für 260 ° C für maximal 10 Sekunden ausgelegt. Das Löten bei den von Ihnen verwendeten Temperaturen kann möglicherweise Komponenten beschädigen. Es hat den Klebstoff unter jedem Pad, das Sie löten, geschwächt (das Kupfer wird auf den FR4 geklebt) und es entstehen erheblich gefährlichere Dämpfe, was bei bleifreien Loten bereits gefährlicher ist und tut im Allgemeinen nichts Gutes.

Ich glaube, ich weiß, warum du dein Eisen so hoch gestellt hast. Wenn es sich um ein beschissenes Eisen oder sogar ein gutes Eisen mit einer beschissenen Spitze handelt und keine Straftat beabsichtigt ist, müssen Sie es auf eine viel höhere Temperatur als normal einstellen, um den beschissenen Wärmewiderstand der beschissenen Spitze zu überwinden und eine Verbindung herzustellen. Sobald die Verbindung die Spitze jedoch fest benetzt, sinkt der Wärmewiderstand erheblich, und die Verbindung erfährt diese zu hohen Temperaturen mit voller Kraft. Selbst wenn es so aussieht, als ob dies die Temperatur ist, die benötigt wird, um mit dem Schmelzen des Lots in angemessener Zeit zu beginnen, kann es nach dem Schmelzen viel zu heiß werden.

Tatsächlich hatte ich ein Hakko-Bügeleisen mit einer beschissenen falschen Spitze und ich ließ es ständig auf den genauen Temperaturbereich einstellen, den Sie zum bleifreien Löten verwenden, zumindest bis ich merkte, was los war. Manchmal habe ich es sogar auf 400 ° C gebracht, was ich jetzt weiß, war eine schlechte Idee.

Es gibt eine sehr einfache Möglichkeit, festzustellen, ob die Spitze Ihres Bügeleisens eine gute ist oder eine, die Sie nicht für echte Elektronikarbeiten verwenden sollten. Nehmen Sie es vom Bügeleisen und verwenden Sie einen Magneten, um zu sehen, wie magnetisch es ist. Es sollte überhaupt nicht magnetisch oder vielleicht sehr, sehr schwach magnetisch sein. Gute Spitzen haben Kupferkerne und möglicherweise einen dünnen Stahlmantel oder eine Unterlegscheibe im Inneren, aber ansonsten keine nennenswerte Menge an ferromagnetischem Material. Bei schlechten Tipps wird Stahl / Eisen verwendet, da es viel billiger ist. Leider führt dies auch zu einer Spitze mit dem 6-fachen des Wärmewiderstands, was wirklich nicht in Ordnung ist.

OK, jetzt kann ich endlich deine Frage beantworten!

Diese dunklen Flecken sind Reste des Flussmittels auf Harzbasis. No-Clean-Flussmittel werden häufig aus wasserlöslichen Harzen (gegenüber Kolophonium) hergestellt, und während des Erhitzens verdunstet das meiste davon. Normalerweise sind jedoch noch einige inerte Feststoffe übrig, und hohe Temperaturen führen dazu, dass sie oxidieren (oder etwas anderes) und braun bis schwarz werden. Diese Feststoffe sind genau das Gegenteil von dem, was das Lot benetzen möchte, so dass es verklumpt und auf die Oberfläche der geschmolzenen Lötstelle gedrückt wird. Es sollte sich aber wahrscheinlich nur mit etwas grobem Schaben lösen, wie mit einer Drahtbürste. Soweit ich weiß, sollte dies keinen bedeutenden Einfluss auf die Verbindung haben. Wenn Sie dies jedoch vermeiden möchten, empfehle ich, die Eisentemperatur zu senken (und möglicherweise eine neue Spitze und / oder ein neues Eisen zu erhalten, damit das Löten effektiv ist niedrigere Temperatur), Dies kann das Problem jedoch möglicherweise nicht vollständig lösen. Manchmal gibt es nur einige inerte Verunreinigungen in einer bestimmten Charge von Lötflussmittel. Es ist in Ordnung, solange es aus der Fuge an die Oberfläche gedrückt wird, was es fast immer ist.

Oh, eine letzte Sache: Kein sauberes Flussmittel ist es nicht. Es sollte als "keine dringende Reinigung" bezeichnet werden, aber die meisten Flussmittel, die nicht gereinigt wurden, hinterlassen mit Sicherheit einen Film oder Rückstände, und während sie das Kupfer einer Spur nicht vollständig wegfressen, wenn sie einige Tage auf dem Brett verbleiben oder mehr, ich habe gehört, dass sie nicht immer so träge sind, wie die Leute zu denken scheinen. Es könnte immer noch Probleme verursachen, wenn auch in einem viel längeren Zeitraum (Monate). Aber das meiste in diesem Absatz sind einfach Dinge, die ich von anderen Ingenieuren gehört habe, denen ich vertraue, aber ich habe keine tatsächlichen Daten, um sie zu sichern. Bringen Sie also eine Tüte Salz usw. mit.