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Freitag, 31. Mai 2013, 14:24

Lötpaste und SMD-Schablone

Ein Erfahrungsbericht mit der Lötpaste CR11, von Edsyn.

Gefertigt wurden 20 Prototypen-Platinen, für einen Testaufbau mit mehreren, per RS-485 vernetzten Mikrokontrollern.

Eigenschaften der Paste (nach meiner Beobachtung):
  • Sehr gute Dosierbarkeit!
    Ich lobe da die 5ml-Spritze, mit ihrer gelungenen, konischen Dosierspitze, die eine Entnahme ohne Kraftaufwand ermöglicht, sogar ohne dass noch Material nachdrückt.
    Diese Spitze lässt sich auch ganz abschrauben (ist also nicht bloß gesteckt), um rasch eine größere Menge zu entnehmen, wie beim Einsatz von Schablonen notwendig.
  • Niedriger Schmelzpunkt.
  • Sehr gute Verstreichbarkeit. Auch wenn man mehrere Platinen verarbeitet und sich dabei Zeit lässt, gibt es keine Klumpenbildung.
  • Kapillarwirkung beim Schmelzen:
    Gelungener Kompromiss aus stark (gute Selbstausrichtung der Bauteile) und sanft (wenig Probleme mit dem Grabstein-Effekt).
  • Für eine bleifreie Paste wirklich gute Benetzung der zu lötenden Metalle beim Schmelzen.
    Kommt diesbezüglich natürlich nicht an die vorzüglichen Benetzungseigenschaften bleihaltiger Pasten heran. Für den Einsatz mit SMD-Bauteilen auf industriell gefertigter, verzinnter Platine aber wirklich zufriedenstellend.
    Direkt auf Kupfer (unverzinnte Leiterbahn) taugt sie aber nichts (wie ja generell von bleifreiem Lot gewohnt), weil sie Kupfer einfach nicht gut benetzt.
  • Bestens geeignet für Heißluftgeräte; praktisch keine Spritzneigung beim Erhitzen.

Selbst bei Lötexperimenten mit verschiedenartiger Wärmezufuhr habe ich bei meiner Kleinserie keine einzige der 20 Platinen geschrottet, was ich auf den angenehm niedrigen Schmelzpunkt zurückführe.



Zum Einsatz kamen SMDs bis herab zu 0402. Da trat zwar der berüchtigte "Grabstein-Effekt" auf, das lag aber wohl hauptsächlich an der nicht ganz optimalen Padgeometrie.

Bei 0603 und größer gab es mit Grabstein keine Probleme mehr. Meines Erachtens wegen der nicht zu hohen Kapillarwirkung.

Bei "schweren" SMDs (AVR, sonstige ICs) könnte die Kapillarwirkung gerne etws größer sein, für bessere Selbstausrichtung. Aber durch geschickten Einsatz des Heißluftgebläses, so dass die Selbstausrichtung unterstützt wird, bekommt man die Position leicht korrigiert.
Probleme mit "weggeblasenen" SMDs hatte ich nur bei Gehäusegröße 0402. Das betraf aber nur den Zeitraum bis zum Schmelzen des Lots. Einmal geschmolzen ist die Kapillarwirkung ausreichend, dass auch 0402 nicht mehr wegfliegt, vom Heißluftstrom. Die Hafteigenschaft der noch ungeschmolzenen Paste könnte also etwas höher sein.

Aufgetragen hatte ich die Paste mit Schablone und Rakel, was recht prima ging. Die Bauteile wurden dann von Hand (also ungenau) platziert.

Bei einigen AVRs war ich beim Platzieren so ungenau, dass sich Lötbrücken zwischen den Anschlüssen bildeten, die sich aber mit Entlötlitze problemlos entfernen ließen. Die Kapillarwirkung ist also nicht zu gering, für Entlötlitze.

Für mich die bislang beste Lötpaste. Und die erste, mit der ich überhaupt zufrieden bin.
Man kommt damit so lange hin und die Ergebnisse sind so überzeugend, dass sich die Mehrkosten in meinen Augen mehrfach lohnen, gegenüber billigeren Pasten. Man spart wirklich Arbeitszeit, weil man kaum nachbessern muss.


Hervorheben möchte ich den angenehm niedrigen Schmelzpunkt dieser Paste!
Die CR-11 besteht überwiegend aus Bismut, das für den tiefen Schmelzpunkt verantwortlich ist.
Bismut bildet in Verbindung mit Blei eine besonders niedrigschmelzende Legierung. Aus diesem Grund eignet sich die Paste auch für eine interessante Zweckentfremdung: Dem Entlöten schwieriger Bauteile in alten Platinen. Aber auch der Schmelzpunkt bleifreier Lote wird schon durch eine kleine Zugabe von CR-11 deutlich reduziert, wie ich beobachtet habe.

Ich habe folgenden Test gemacht:
Auf eine dicke Stahlplatte gab ich kleine Mengen verschiedener Lote und Lötpasten, als separierte "Kleckse".
Darunter gab ich jeweils einen zweiten Klecks, der eine angrenzende, kleine Menge CR-11 berührte.
Beim Erhitzen der Stahlplatte schmolz zuerst das reine CR-11. Dicht gefolgt von jenen Klecksen, die das CR-11 berührten. Man konnte deutlich sehen, wie das jeweilige Lot von der Berührstelle ausgehend schmolz.
Erst deutlich später, also bei höheren Temperaturen, schmolzen auch unkontaminierten Lotkleckse.

Wegen dieser Eigenschaft sehe ich die CR-11 als einen wunderbaren Ersatz an, für das relativ teure "Chip Quik" - einer ebenfalls bismuthaltigen Legierung zum Entlöten schwieriger Bauteile.
Während Chip Quik wirklich schlechte Flusseigenschaften hat (auch bei Einsatz der beliegenden Fluxpaste) und darüber hinaus so spröde ist, dass der Lotdraht dauernd bricht, hat man mit der CR-11 eine wundervoll handhabbare, bestens dosierbare Paste, die effektiv den gleichen Zweck erfüllt.

Angemerkt sei aber, dass manche Elektroniker davon abraten, unterschiedliche Lote zu vermengen, oder auch nur miteinander zu kontaminieren. Wirklich befriedigende Begründungen habe ich dafür bislang allerdings nicht in Erfahrung bringen können.
Bei mir hat sich die Zweckentfremdung von CR-11 als Entlöthilfe bislang bestens bewährt, ich kann jedoch keine Aussagen zu eventueller Whiskerbildung machen, unter bestimmten Bedingungen. Bei besonders kritischen Schaltungen sei daher zur Vorsicht gemahnt - man recherchiere gegebenenfalls selbst!


Abschließend sei noch erwähnt, dass mir keine Langzeiterfahrungen mit dieser Paste vorliegen.
Korrosionsbeständigkeit und Whiskerbildung kann ich folglich nicht beurteilen.
Ich bin aber auch kein Fertigungsbetrieb, sondern baue allenfalls mal Prototypen, im Rahmen der Entwicklung. Da kommt es nicht auf Langzeitbeständigkeit an, sondern auf einfache, praxisgerechte Verarbeitbarkeit.
In dieser Beziehung hat mich die CR11 wirklich überzeugt!

Bezüglich SMD-Schablonen noch ein Querverweis zu diesem Thread:
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Freitag, 31. Mai 2013, 20:34

Die SMD-Schablone, die oben zum Einsatz kam, war übrigens eine professionelle, von LeitOn.de, aus Edelstahl.
Kostete aber auch heftige 60,- EUR.
Für 'nen einzelnen Prototypen ist das schon ziemlich brutal, finde ich.

Im folgenden Link bietet der Forenuser "2bl" schneidgeplottete Schablonen aus Kunststoff an, für schlappe 12,- EUR.
Nach seinen Berichten sollen die für Prototypen mehr als ausreichen und auch mehrfaches Rakeln aushalten.

Habe gerade eine solche Folie bei ihm bestellt und werde berichten ...
[Biete] SMD Lötpasten Schablonen aus Plastikfolie
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Samstag, 8. Juni 2013, 23:31

Habe die vom User 2bl (Andre Zibell) für 12,- EUR angebotenen SMD-Schablonen inzwischen getestet und kann die ruhigen Gewissens wärmstens empfehlen!
Andre ist inzwischen auch hier Mitglied, kann also auch von hier aus kontaktiert werden.

Bild 1: Teil der Schablone, mit einem TQFP-Footprint für einen ATMega88, sowie ein paar Pads bis hinab zur Größe 0603.
Die Aufnahme des Bildes erfolgte nach dem Rakeln von 10 Platinen mit dieser Folie.
Warum das zweite, große Pad rechts oben auf dem Bild so verzerrt aussieht, weiß ich nicht. Lag beim Fotografieren vermutlich nicht ganz plan auf. Tatsächlich ist die Stelle makellos.

Mich hat überrascht, wie formstabil die Folie ist! Bei den dünnen Stegen des TQFP hatte ich doch arge Bedenken, dass diese sich beim Rakeln verbiegen. Doch der Auftrag der Paste gelang alle 10 Mal tadellos. Ich wüsste keinen Grund, warum die Folie nicht auch 100 und mehr Rakellungen überstehen sollte.

Das Layout ist übrigens tatsächlich so klein gewesen, die Formstabilität bei größeren Layouts habe ich also noch nicht getestet.

Andre hat mir das kleine Layout gleich mehrfach auf eine DIN-A4 Seite schneidgeplottet. Ich kam aber mit einem einzigen Ausschnitt davon die ganze Zeit aus.

Das erste Rakeln hat sich noch etwas sonderbar und "kratzig" angefühlt. Das kam daher, dass die Platine doppelseitig bestückt ist, ergo zwei unterschiedliche Footprints benötigt. Andre hat mir die Footprints beider Seiten zusammen auf ein Blatt geplottet, doch beim Schneidplotten wird die eine Seite der Folie etwas rau an den Schnittkanten. Bei der hier gezeigten Platinenseite war es die Rakelseite, deren Oberfläche an den Schnittkanten rau war. Die Ausgabe hätte also besser gespiegelt erfolgt.
Doch nach viermaligem Drüberziehen des Rakels (von jeder Seiten einmal) war das Problem aus der Welt und man spürte keine Unebenheiten mehr.

Beim Ausrichten der Schablone stört deren sehr hohe Transparenz etwas. Künftig würde ich versuchen, die Folie zu mattieren. Ein Schwenken in Acetondampf könnte möglicherweise helfen, wobei ich hoffe, damit keine Verforungen zu verursachen; muss halt getestet werden.
Ich gehe stark davon aus, dass der dezente Einsatz von Acetondampf auch gleich die Schnittkanten glätten würde.


Bild 2: Detailausschnitt aus der noch unbenutzten, an den Schnittkanten also noch rauen Schablone für die andere Platinenseite.
Links haben wir den Footprint eines SOT-23.
In der Mitte die beiden Pads eines 0603.
Und rechts drei Pads für einen Lötjumper mit zwei Positionen.
Man beachte, welch feine Stege da möglich sind!

In dieser starken Vergrößerung wirken die durch die Art der Belichtung verursachten Reflexionen an den noch rauen Schnittkanten übertrieben. Real sieht es besser aus; selbst rechts, bei den drei größeren Pads, mit den sehr dünnen Stegen, gelingt klar separierter Pastenauftrag einwandfrei.

Bild 3: Links der Beweis der vorigen Aussage!
Da mir die Lötpaste ausgegangen war, habe ich für diese beiden Bilder mit Graphit vermengte Zahnpasta auf die unbeschichtete Rückseite einer Platine gerakelt. Die Konsistenz war etwas dünnflüssiger, als bei Lötpaste, weswegen die Masse geringfügig verlaufen ist. Aber selbst hier gab es klar separierte Pads, sogar an den schwierigsten Stellen.

Bild 4: Der frisch gerakelte Footprint mit dem TQFP.
Einwandfreies Ergebnis!
Beide Schablonen hatten wie erwähnt bereits 10 "echte" Rakelungen mit Lötpaste hinter sich. Kein einziger Steg ist gebrochen oder ausgeleiert.
Da Lötpaste eine dickere Konsistenz hat, wird die Geometrie der Auftragungen damit sogar noch besser, rechteckiger, mit geraderen Kanten.


Alles in Allem war ich sehr zufrieden! Die Schablonen haben in jeder Hinsicht meine Erwartungen deutlich übertroffen und haben sich als überaus preiswerte und völlig taugliche Alternative zu teuren Edelstahlschablonen erwiesen.
Im Preis waren die Versandkosten inbegriffen und es gab eine ordnungsgemäße Rechnung mit ausgewiesener MwSt.

Andre braucht die Platinenendaten im Eagle- oder Gerber-Format. Die nötige Verkleinerung der Pads um 10% erledigt er selbst.
Hier der Direktlink auf seinen Folienservice:
http://led-stuebchen.de/de/SMD-Schablone…ff-Folie-DIN-A4
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Montag, 24. Juni 2013, 00:54

Test der SMD-Lötpaste BLF 03

Die mitgelieferte Spitze der BLF 03, von Conrad , ist in der Praxis zu dünn und erfordert einen sehr hohen Kraftaufwand beim Portionieren. Die konische Spitze, die bei der CR-11 mitgeliefert wird, ist da deutlich vorteilhafter.
Aber beim Einsatz in Verbindung mit einer SMD-Schablone ist das natürlich unbedeutend, weil man da ohnehin die Spitze abnimmt, um für den Rakel eine größere Menge zu entnehmen.

Die Verstreichbarkeit der Paste ist sehr gut, sehr geschmeidig.
An den Hafteigenschaften auf der Platine hatte ich nicht wirklich was auszusetzen - diese könnte generell höher sein, bei jeder Lötpaste, die ich bislang in den Fingern hatte.
Die Paste ist jedenfalls "dünnflüssiger" eingestellt, als die CR-11. Die Verarbeitungstemperatur beim Rakeln betrug 25 Grad Celsius (wie beim Test der CR-11).
Leider ist die BLF 03 sogar so dünnflüssig eingestellt, dass sie etwas zum Verlaufen neigt, wie man auf dem ersten Bild an den rundlichen Kanten sieht.



Weiterhin neigt die BLF 03 rasch nach der Entnahme aus der Spritze zum Separieren der Bestandteile, wie man auf beiden Bildern sieht (inhomogene Farbeigenschaften).



Aufgrund der Bildkomprimierung täuscht der optische Eindruck übrigens etwas.
Die Paste sieht auf den Bildern etwas grobkörnig und trocken aus, was sie aber nicht ist. Tatsächlich ist sie in der Realität sehr feinkörnig und ziemlich "feucht".
Auch sind die Farbunterschiede, bedingt durch das selbsttätige Separieren der Bestandteile nach der Entnahme, in der Realität deutlicher wahrnehmbar - sie erscheinen auf den Bildern durch die Art der Belichtung weniger stark ausgeprägt, als sie sind.

Die Haftung der platzierten Bauteile ist natürlich sehr gut, aufgrund der hohen Geschmeidigkeit der Paste.
In diesem einen Punkt ist sie in meinen Augen besser, als die CR-11, die doch trockener daher kommt, weswegen die Bauteile nicht so schön darin "versinken", beim Bestücken.

Bei der Verarbeitung, wie auch beim Bestücken, hatte ich keinerlei Probleme mit Klumpenbildung, oder schlechte Bauteilhaftung durch Eintrocknung. Die Paste blieb die ganze Zeit über schön geschmeidig.

Der hohe Flussmittelgehalt wird beim Erhitzen deutlich - da tritt das Flussmittel deutlich flüssig aus, um dann unter Blasenbildung zu verdampfen. Viel dünnflüssiger, als bei der CR-11, deren Flussmittel eher pastös wirkt. Gestört hat dieser Effekt aber nicht.

Der Schmelzpunkt ist leider deutlich höher, als bei der CR-11, bedingt durch die andersartige Legierung, die kein Bismut enthält.

Die Benetzungseigenschaften des flüssigen Lots sind OK.
Diese, und auch die Kapillareigenschaften des flüssigen Lots, würde ich als ähnlich denen der CR-11 bewerten: Nicht zu hoch, nicht zu gering.
In diesem Fall habe ich aber keine 0402 damit gelötet, sondern 0603 war meine kleinste Bauform.
Der Grabsteineffekt trat dabei nicht auf und wie bei der CR-11 würde ich mir eine etwas bessere Selbstausrichtung der Bauteile wünschen; wobei ich allerdings zugeben muss, dass die Padgeometrie meiner Eagle-Bibliothek nicht optimal war, um perfekte Selbstausrichtung zu erzielen. Dennoch bin ich überzeugt, dass ein bleihaltige Paste, die ja generell stärkere Kapillarkräfte aufbringt, eine bessere Selbstausrichtung bewirkt hätte.
Aber Blei ist ja out.

Angenehm ist der nur etwa halbe Preis, gegenüber CR-11.
Den recht geringen Preis ist die Paste wert, sofern man nur kleine Mengen benötigt. Bei größerem Mengenbedarf sind größere Gebinde (anderer Lötpasten) natürlich wesentlich preisgünstiger erhältlich, bezogen aufs Gewicht.

Insgesamt favorisiere ich allerdings die gut doppelt so teure CR-11 und halte deren Mehrpreis für gerechtfertigt.
Hauptargument für diese Bewertung ist der spürbar niedrigere Schmelzpunkt der CR-11, der Ausschuss vermeidet.
Tatsächlich habe ich zwei von 10 Platinchen (eine Seite bestückt mit einem ATMega44 im TQFP-32 Gehäuse, andere Seite bestückt mit etwas "Hühnerfutter"), beim Löten geschrottet. Das ist mir mit der CR-11 noch nie passiert.
Im Ofen, mit korrekter Temperaturkurve, wäre das sicher nicht passiert, aber ich habe hier nun mal "nach Gefühl" gelötet, mit einem Heißluftgerät, plus Unterwärme.

Zweites Argument, warum die die CR-11 bevorzuge, ist deren höhere Formstabilität nach der Auftragung. Denn die Neigung der BLR 03, nach der Auftragung etwas zu verlaufen, missfiel mir. Wenngleich der Effekt nun auch nicht so schlimm wäre, dass ich damit irgendwelche Schwierigkeiten gehabt hätte. Die Pads blieben noch separiert, liefen also nicht ineinander über. Dennoch erwarte ich ganz einfach, dass aufgetragene Paste exakt dort bleibt, wo ich sie auftrage.

Auch dieses sichtbare Separieren der Bestandteile, das durch Farbunterschiede in Erscheinung tritt, missfällt mir irgendwie, wenngleich ich beim Löten mit dem Heißluftgerät keine irgendwie spürbaren Probleme hatte.


Zum Einsatz kamen übrigens wieder die bewährten, günstigen SMD-Schablonen von Andre , die ich im vorigen Posting bereits ausführlich beschrieb.
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Montag, 2. Dezember 2013, 16:13

Entlöten mit niedrigschmelzender Lötpaste

Ich hole diesen (viel zu ignorierten) Thread mal wieder nach vorne, nur um noch mal die wirklich vorzügliche Eignung der im Startposting beschriebenen Lötpaste CR-11 in der zweckentfremdeten Anwendung zum Entlöten schwieriger Bauteile zu betonen!

Es ist wirklich erstaunlich, mit wie viel niedrigerer Temperatur man arbeiten kann, wenn man die Pins des zu entlötenden Bauteils mit etwas CR-11 benetzt.
Die Bismut-haltige Paste hat einen sehr niedrigen Schmelzpunkt. Sofort beim Schmelzen löst sie das alte Lot, mit dem das Bauteil zuvor eingelötet war, regelrecht auf, indem es mit diesem augenblicklich legiert.

Die oft defekten Power-MOSFETs auf Notebook-Mainboards sind ein vorzüglicher Anwendungsfall.
Wegen der starken Wärmeableitung der dicken Masseflächen reicht es meistens nicht, einfach von oben her die Lötanschlüsse mit dem Heißluftgerät zu erhitzen. Man kommt gegen die starke Wärmeableitung der breiten Leiterbahnflächen kaum an, so dass man oft gezwungen ist, zusätzliche Unterwärme zu verwenden; was die Aktion doch deutlich verkompliziert.

Ein dünner Strang CR-11, quer über alle Anschlusspins aufgetragen, löst das Problem im Nu!

Bislang sind mir aus meiner eigenen Praxis auch keine Probleme bekannt, bezüglich der Kontaminierung von Altlot mit dem Bismut-haltigen CR-11.
Bzw. umgekehrt: Der Kontaminierung des auch beim Einlöten des neuen Bauteils verwendeten CR-11, mit den winzigen Resten des verbliebenen Altlots.
Hat man das Altlot sorgfältig beseitigt, so dass dem optischen Eindruck nach zuletzt das nackte Kupfer der Anschlusspads frei liegt, so reden wir ohnehin nur über wenige Fremdatome.

Gegenüber dem furchtbar spröden Chip-Quik (Ent-)Lötdraht ist die praktische Handhabung der Paste zudem wesentlich besser.
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