这些无铅焊点的黑点是什么?

电器工程 焊接 通量 无铅
2022-01-19 10:48:10

我刚刚改用无铅焊料(我现在使用的是 Chip Quik 的“SMDSWLF.031,一种 Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5 焊料,含 2.2% 免清洗助焊剂),但我不确定是什么我在检查我的电路板时看到了。

下图是一个例子:第一个是焊接后拍的,我认为接头周围的黄色残留物是助焊剂,但我不知道焊点上的那些黑点是什么;第二个是在用异丙醇清洁电路板后拍摄的,黄色残留物消失了,但黑点仍然存在。

刚焊完的焊点,黄黑残留

用 IPA 清洁后的焊点,黑色残留物

我的焊台通常设置在 350 和 375 摄氏度之间(通常是在改用无铅焊料后的后期),但温度设置似乎对黑点的外观没有任何影响。

我看到的是,黑点在较大的焊盘中出现的频率更高。我想知道是不是因为我让烙铁有更多时间加热焊料而烧毁了助焊剂。

当使用含铅焊料时,从来没有看到那些黑点(而且接头看起来更好)。但是,我不能回去使用含铅焊料(监管要求)。

所以,我的问题是那个黑色残留物是什么?作为次要问题:这是不良接头或焊接技术不良的标志吗?

附加信息:我使用的大多数组件的引线都经过镀锡处理。PCB 焊盘经过喷锡处理(无铅)。

更新:我使用来自不同供应商的 PCB 进行了测试(怀疑 PCB 焊盘的 HASL 表面存在某些东西),甚至尝试了裸铜原型板,但黑点仍然存在。我还尝试在焊接前清洁焊锡丝,因为我不使用原始卷中的焊锡丝,而是用手将其重新包装在较小的塑料管中(怀疑进行重新包装的人的手上有残留物)。我还尝试使用较低的温度,降至 275 摄氏度(感谢 @metacollin 的建议),并更换了烙铁头。然而,黑点仍然存在。

然后我用不同的光源重新检查了焊点。现在很明显,这些黑点不是残留物,而是焊料表面的小凹陷或凹坑。所以现在我用不同的灯检查木板,因为我以前使用的那个会投射出那些硬阴影。

附带说明一下,将温度降低到 275-300 摄氏度确实改善了焊接。我很惊讶使用更高的温度实际上会使无铅焊料的熔化变慢。我猜助焊剂燃烧得太快了,温度越高,情况就越糟。

我还联系了焊料制造商,他们建议使用不同的 PCB 进行测试,以排除焊盘表面的某些问题。

1个回答

Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5 焊料的液相线为 217°C,而良好的旧 63/37 的共晶点为 189°C。所以是的,您的温度太高了。大多数部件的额定温度为 260 °C,最长持续 10 秒。在您一直使用的温度下焊接可能会损坏组件,削弱了您焊接的每个焊盘下方的胶水(铜粘在 FR4 上),产生更危险的烟雾,这对于无铅焊料来说已经更危险了,而且通常没有什么好处。

我想我知道为什么你的熨斗开得那么高。如果是,并且无意冒犯,一个蹩脚的熨斗,甚至是一个带有蹩脚尖端的好熨斗,您将需要将其调高到比正常水平高得多的温度,以克服蹩脚尖端的蹩脚热阻来启动接头。然而,一旦接头牢固地润湿尖端,热阻就会显着下降,并且接头将完全承受那些过高的温度。因此,即使看起来这是在合理时间内开始熔化焊料所需的温度,但一旦熔化,它可能会变得太热。

事实上,我有一个带有蹩脚的假尖头的 Hakko 熨斗,我经常将它设置在您用于无铅焊接的确切温度范围内,至少在我意识到发生了什么之前是这样。有时我什至将它提高到 400° C。我现在知道这是个坏主意。

有一种非常简单的方法可以判断您的熨斗尖端是好还是不应该用于真正的电子工作。把它从熨斗上取下来,用磁铁看看它的磁性。它根本不应该是磁性的,或者可能是非常非常弱的磁性。好的尖端有铜芯,内部可能有一个薄的钢护套或垫片,但除此之外没有大量的铁磁材料。不好的提示将使用钢/铁,因为它便宜得多。不幸的是,它也会导致尖端的热阻约为 6 倍,这确实不行。

好的,现在我终于可以回答你的问题了!

这些深色斑点是树脂助焊剂的残留物。免清洗助焊剂通常由水溶性树脂(相对于松香)制成,在加热过程中,大部分会蒸发掉。但是,通常会留下一些惰性固体,高温会导致它们氧化(或某种东西)并变成棕色变成黑色。这些固体与焊料想要润湿的完全相反,因此它们会结块并被推到熔融焊点的表面。它应该会脱落,但可能只能通过一些粗略的刮擦,比如用钢丝刷。据我所知,它不应该对接头产生有意义的影响,但如果你想避免这种情况,我建议降低你的烙铁温度(可能会得到一个新的烙铁头和/或烙铁,所以焊接是有效的较低的温度),尽管这可能无法完全解决问题。有时,特定批次的助焊剂中只有一些惰性杂质。只要将它从关节推出到表面就可以了,几乎总是这样。

哦,最后一件事:没有干净的助焊剂不是。应该叫“不加急清洗”,但大多数标记为不清洗的助焊剂肯定会留下一层薄膜或残留物,而且如果放在板上几天,它们也不会完全吃掉一丝铜。或者更多,我听说他们并不总是像人们想象的那样惰性。它仍然可能导致问题,尽管时间范围要长得多(几个月)。但是,本段中的大部分内容只是我从我信任的其他工程师那里听到的内容,但我没有任何实际数据来支持它,所以带上一袋盐等。