Quais são esses pontos negros nessas juntas de solda sem chumbo?

Acabei de mudar para solda sem chumbo (agora estou usando o SMDSWLF.031 da Chip Quik, uma solda Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5 com fluxo não limpo de 2,2%), mas não tenho certeza do que Estou vendo quando inspeciono minhas pranchas.

As figuras a seguir mostram um exemplo: a primeira foi tirada após a soldagem e acho que o resíduo amarelo ao redor da junta é de fluxo, mas não sei quais são essas manchas pretas na solda; o segundo foi tirado após a limpeza da placa com álcool isopropílico e o resíduo amarelo desapareceu, mas as manchas pretas ainda estão lá.

Minha estação de solda geralmente fica entre 350 e 375 Celsius (geralmente depois da mudança para solda sem chumbo), mas parece que as configurações de temperatura não fazem diferença na aparência das manchas pretas.

O que vejo é que as manchas pretas aparecem com mais frequência em blocos maiores. Gostaria de saber se foi porque deixei o ferro de soldar mais tempo aquecendo a solda e isso queimou o fluxo.

Quando usada, a solda com chumbo nunca viu esses pontos pretos (e as juntas pareciam melhores). No entanto, não posso voltar a usar solda com chumbo (requisito de regulamentação).

Então, minha pergunta é o que é esse resíduo preto? E como questão secundária: isso é sinal de uma má articulação ou talvez de uma técnica de solda ruim?

Informações adicionais: a maioria dos componentes que estou usando possui seus terminais em estanho. As placas de circuito impresso têm acabamento HASL (sem chumbo).

Atualização : testei com PCBs de um fornecedor diferente (suspeitando de algo no acabamento HASL dos blocos de PCB) e até tentei placas de protótipo de cobre, mas os pontos negros ainda estavam lá. Também tentei limpar o fio de solda antes de soldar, porque não uso o fio de solda do rolo original, mas ele foi reembalado manualmente em tubos de plástico menores (suspeitando de resíduos das mãos da pessoa que está realizando a reembalagem). Eu também tentei usar uma temperatura mais baixa, até 275 graus Celsius (obrigado à @metacollin por sugerir isso), e mudei a ponta do ferro de solda. No entanto, as manchas pretas ainda estavam lá.

Depois, verifiquei novamente as juntas de solda com uma fonte de luz diferente. Agora é evidente que essas manchas pretas não são resíduos, mas pequenas depressões ou cavidades na superfície da solda. Então agora estou inspecionando as placas com uma lâmpada diferente, porque a que usei anteriormente projeta essas sombras duras.

Como uma observação lateral, abaixar a temperatura para 275-300 Celsius realmente melhorou a solda. Estou surpreso ao usar uma temperatura mais alta, na verdade, tornou o derretimento da solda sem chumbo mais lento. Eu acho que o fluxo estava sendo queimado muito rápido e isso piorou com a temperatura mais alta.

Também entrei em contato com o fabricante da solda, eles sugeriram testar com diferentes PCBs para descartar algo no acabamento do bloco.

O liquido da solda Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5 é de 217 ° C, e o bom ponto eutético do velho 63/37 é de 189 ° C. Portanto, sim, a temperatura aumentou muito. A maioria das peças tem classificação de 260 ° C por 10 segundos no máximo. A soldagem às temperaturas que você está usando pode potencialmente danificar os componentes, enfraquecendo a cola em todas as almofadas que você solda (o cobre é colado ao FR4), produzindo vapores significativamente mais perigosos, algo que já é mais perigoso com soldas sem chumbo e geralmente não faz nada de bom.

Acho que sei por que seu ferro está tão alto. Se for, e sem intenção de ofender, um ferro de baixa qualidade ou mesmo um bom ferro com uma ponta de baixa qualidade, será necessário aumentá-lo para uma temperatura muito mais alta que o normal para superar a resistência térmica de baixa qualidade da ponta de baixa qualidade para iniciar uma junta. No entanto, uma vez que a junta molhe solidamente a ponta, a resistência térmica cai significativamente e a junta experimenta essas temperaturas muito altas com força total. Portanto, mesmo que pareça que seja a temperatura necessária para começar a derreter a solda em um período de tempo razoável, uma vez que esteja derretendo, pode ficar muito quente.

Na verdade, eu tinha um ferro Hakko com uma ponta falsa ruim e constantemente o definia na faixa exata de temperatura que você está usando para solda sem chumbo, pelo menos até eu perceber o que estava acontecendo. Às vezes eu até batia até 400 ° C. O que agora eu sei que era uma má idéia.

Existe uma maneira muito simples de saber se a ponta do seu ferro é boa ou que você não deveria usar para trabalhos eletrônicos reais. Retire-o do ferro e use um ímã para ver como ele é magnético. Não deve ser magnético, ou talvez muito, muito fracamente magnético. Boas dicas têm núcleos de cobre e talvez uma jaqueta de aço fina ou calço interno, mas, de outra forma, nenhuma quantidade significativa de material ferromagnético. Dicas ruins usarão aço / ferro, pois é muito mais barato. Infelizmente, isso também resultará em uma gorjeta da ordem de 6 vezes a resistência térmica, o que não é realmente bom.

OK, agora posso finalmente responder sua pergunta!

Essas manchas escuras são as sobras do fluxo à base de resina. Fluxos não limpos geralmente são feitos de resinas solúveis em água (vs resina) e durante o aquecimento, a maioria evapora. Normalmente, existem alguns sólidos inertes, no entanto, e altas temperaturas farão com que se oxidem (ou algo assim) e fiquem marrons em pretos. Esses sólidos são exatamente o oposto do que a solda deseja molhar, por isso serão agrupados e empurrados para a superfície da junta de solda derretida. Deve sair, mas provavelmente apenas com algumas raspagens grosseiras, como com uma escova de arame. Até onde eu sei, não deve ter um impacto significativo na junta, mas se você quiser evitar isso, sugiro diminuir a temperatura do ferro (e possivelmente obter uma nova ponta e / ou ferro dependendo, para que a solda seja eficaz) temperatura mais baixa), embora isso possa não resolver totalmente o problema. Às vezes, existem apenas algumas impurezas inertes em um determinado lote de fluxo de solda. Tudo bem, desde que seja empurrado para fora da articulação para a superfície, o que quase sempre é.

Oh, uma última coisa: nenhum fluxo limpo não é. Deveria ser chamado de "sem limpeza urgente", mas a maioria dos fluxos sem limpeza certamente deixará um filme ou resíduo para trás e, embora não corram completamente o cobre de um traço, se deixados no quadro por alguns dias ou mais, ouvi dizer que eles nem sempre são tão inertes quanto as pessoas pensam. Ainda pode causar problemas, embora em uma escala de tempo muito mais longa (meses). Mas, a maior parte do conteúdo deste parágrafo são simplesmente coisas que ouvi de outros engenheiros em quem confio, mas não tenho dados reais para fazer o backup, portanto, traga um saco de sal etc.