これらの鉛フリーはんだ接合部の黒い点は何ですか？

鉛フリーはんだに変更しました（現在、Chip Quikの「SMDSWLF.031、Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5はんだ、2.2％の無洗浄フラックスを使用しています）。ボードを検査しているときに見えます。

次の写真は例を示しています。最初の写真ははんだ付け後のもので、接合部の周りの黄色の残留物はフラックスだと思いますが、はんだの黒い斑点が何であるかわかりません。2つ目は、イソプロピルアルコールでボードを洗浄した後に撮影されたもので、黄色の残留物はなくなりましたが、黒い斑点はまだ残っています。

私のはんだステーションは通常350〜375℃に設定されています（通常、鉛フリーはんだへの変更以降は遅くなります）が、温度設定によって黒い斑点の外観に違いはないようです。

私が見るのは、黒い斑点が大きなパッドでより頻繁に現れるということです。はんだごてをはんだ付けする時間を長くして、フラックスが焼けたのではないかと思います。

有鉛はんだを使用すると、これらの黒い斑点は見られませんでした（そして、接合部はより美しく見えました）。ただし、鉛入りはんだを使用することはできません（規制要件）。

だから、私の質問はその黒い残留物は何ですか？そして副次的な質問として、それは接合不良またははんだ付け技術不良の兆候ですか？

追加情報：私が使用しているほとんどのコンポーネントのリードはすず仕上げされています。PCBパッドはHASL仕上げ（鉛フリー）です。

更新：別のプロバイダーのPCBを使用してテストし（PCBパッドのHASL仕上げに問題があると思われる）、裸の銅プロトタイプボードを試しましたが、黒い斑点がまだありました。元のロールのはんだワイヤーを使用しないので、はんだ付け前にはんだワイヤーのクリーニングも試しましたが、手で小さなプラスチックチューブに再パッケージされていました（再パッケージを行う人の手からの残留物が疑われます）。私はまた、より低い温度である275摂氏（それを示唆してくれた@metacollinに感謝）まで使用して、はんだごての先端を変更しました。まだ黒い斑点がまだありました。

次に、別の光源ではんだ接合部を再確認しました。これらの黒い斑点は、残留物ではなく、はんだ表面の小さなくぼみまたはピットであることは明らかです。だから今は別のランプでボードを検査しています。以前使っていたものはそれらのハードシャドウを投じているからです。

補足として、温度を摂氏275〜300度に下げると、はんだ付けが本当に改善されました。高温を使用すると、実際に鉛フリーはんだの溶解が遅くなったことに驚いています。フラックスの燃焼が速すぎたため、高温になるとフラックスが悪化したと思います。

私はまた、はんだの製造元に連絡しました。それらは、異なるPCBでテストして、パッドの仕上げの何かを除外することを提案したものでした。

Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5はんだの液相線は217°C、古き良き63/37の共晶点は189°Cです。そのため、温度が高くなりすぎています。ほとんどの部品の定格は、260°Cで最大10秒です。使用している温度ではんだ付けすると、コンポーネントに損傷を与える可能性があり、はんだ付けするすべてのパッドの下の接着剤が弱くなり（銅はFR4に接着されます）、非常に危険な煙が発生します。これは、鉛フリーはんだではすでに危険です。 、そして一般的に何も良いことはしません。

私はなぜあなたがあなたの鉄をそんなに高くしたのか知っていると思います。クラッピーアイロン、またはクラッピーチップの付いた良質のアイアンである場合は、ジョイントを開始するために、クラッピーチップのクラッピーな熱抵抗に打ち勝つために、通常よりもはるかに高い温度に上げる必要があります。ただし、ジョイントがチップをしっかりと濡らすと、熱抵抗が大幅に低下し、ジョイントは全力でこれらの高すぎる温度を経験します。したがって、それが妥当な時間内にはんだの溶融を開始するのに必要な温度であると思われる場合でも、はんだが溶融すると、非常に熱くなることがあります。

事実、私はチップが壊れやすい八甲アイアンを持っていて、少なくとも何が起こっているのか気付くまで、鉛フリーはんだ付けに使用している正確な温度範囲に常にそれを設定していました。時々それを400°Cに上げることさえありました。

アイロンのこて先が良いものか、実際の電子機器の作業に使用してはいけないものかを判断する非常に簡単な方法があります。それを鉄から取り除き、磁石を使用してそれがどれほど磁気的であるかを確認します。それはまったく磁性であってはならないか、あるいは非常に弱い磁性であるべきです。良いチップには銅のコアがあり、内部に薄いスチールのジャケットやシムがあるかもしれませんが、それ以外の場合は、強磁性材料はそれほど多くありません。それがはるかに安価であるため、悪いヒントは鋼/鉄を使用します。残念ながら、これは熱抵抗の約6倍のチップにもなり、これは本当に問題です。

はい、これでようやくあなたの質問に答えることができます！

これらの暗い斑点は、樹脂ベースのフラックスの残り物です。汚れのないフラックスは、水溶性樹脂（対ロジン）で作られていることが多く、加熱中にほとんどが蒸発します。通常、残された不活性固体はいくつかありますが、高温になるとそれらが酸化（または何か）し、茶色から黒になります。これらの固形物は、はんだが濡らしたいものとはまったく逆なので、固まり、溶融したはんだ接合部の表面に押し付けられます。剥がれるはずですが、ワイヤーブラシのように、多少のざらつきがある場合のみです。私の知る限り、それはジョイントに意味のある影響を与えるべきではありませんが、これを回避したい場合は、アイロンの温度を下げることをお勧めします（新しいチップやアイロンを入手する可能性があるため、はんだ付けは効果的です）低温）、ただし、これで問題が完全に解決するわけではありません。時には、はんだフラックスの特定のバッチにいくつかの不活性不純物があるだけです。ジョイントから表面に押し出される限り問題ありませんが、ほとんどの場合はそうです。

最後にもう1つ、クリーンなフラックスはそうではありません。これは「緊急洗浄なし」と呼ばれるべきですが、ほとんどのフラックスが洗浄されていない場合、確実にフィルムまたは残留物が残り、数日間ボード上に残された場合、痕跡の銅を完全に食い尽くしません。それ以上は、人々が考えるほど常に不活性であるとは限らないと聞いています。はるかに長い（数か月）時間スケールではありますが、それでも問題が発生する可能性があります。ただし、この段落の内容のほとんどは、信頼できる他のエンジニアから聞いたものですが、実際にバックアップするためのデータがないので、塩の袋などを持参してください。