Löten im Elektronikbereich

Löten ist die Verbindung zweier Metalle mittels Lötzinn. Im Gegensatz zum Schweißen werden die beiden zu verbindenen Metalle nicht angeschmolzen. Grundsätzlich kann zwischen Weichlöten und Hartlöten unterschieden werden. Während Verbindungen, die einer mechanischen Belastung ausgesetzt sind, vorzugsweise Hartgelötet werden, und daher auch das Lot härter ist und höhere Temperaturen (>450°C) verlangt, wird beim Weichlöten Lötzinn eingesetzt, dass bei Temperaturen unter 450°C verarbeitet werden kann. In der Elektronik ist das Löten die wichtigste Verbindung zweier Metalle.

Das Lot (Lötzinn)

Lot, oder, im Elektronikbereich auch umgangssprachlich Lötzinn, ist meistens eine Legierung, d.h. eine Mischung aus mehreren Metallen. Üblicherweise werden zur Identifizierung die chemische Kurzbezeichnung und der Gewichtsanteil der Bestandteile aneinandergereiht. So bedeutet z.B. L-Sn95,5Ag3,8Cu0,7, das dieses Lot (L) aus 95,5% Zinn (Sn95,5), 3,8% Silber (Ag3,8) und 0,7% Kupfer (Cu0,7) besteht.

Ziel der (Lot-) Legierung ist es, den Schmelzpunkt herabzusetzen, so dass er unter dem der einzelnen Metalle liegt. Es entsteht ein Material, das einen Schmelzbereich hat, innerhalb dessen ein Brei aus festen und flüssigen Bestandteilen existiert. Er beginnt mit der Solidustemperatur, unterhalb der die Legierung vollständig erstarrt ist und endet mit der Liquidustemperatur, oberhalb der alle Bestandteile flüssig sind. Idealerweise wird eine Mischung angestrebt, bei dem Solidus- und Liquidustemperatur zusammenfallen. Eine solche Legierung wird als Eutektikum oder eutektische Legierung bezeichnet und verhält sich bezüglich des Schmelzpunktes wie ein reines Material. Eine solche Legierung wäre z.B. Sn62Pb38. Allerdings ist dieses Lötzinn bleihaltig und darf i.d.R. nicht mehr verwendet werden.

Lot zur Anwendung in der Elektronik für Lötkolben enthält oft bereits Flussmittel. Der Lötdraht ist als Rohr gefertigt, das mit Flussmittel gefüllt ist und auch als Lot mit Flussmittelseele bezeichnet wird.

Eine Alternative zu Lötzinn stellt Lötpaste dar, eine Mischung aus Lotmetallpulver und Flussmittel, die zwar vorwiegend zum Löten oberflächenmontierbarer Bauteile (SMD) in der Elektronikfertigung mittels Reflow-Löten dient, aber auch anders eingesetzt werden kann.

Flussmittel

Flussmittel haben die Aufgabe, Metalloxid-Schichten auf den Lötflächen aufzulösen und Oberflächenfilme zu beseitigen, die verhindern, dass sich während der Erwärmung neue Oxidschichten bilden. Ausserdem verbessern sie die Fließeigenschaften des Lots, damit das geschmolzene Lötzinn die zu verbindenden Teile richtig benetzt.

Diese Aufgaben können durch die unterschiedlichsten Zusammensetzungen des Flussmittels erreicht werden. Für Lötarbeiten im Elektronikbereich ist jedoch Flussmittel auf Basis von Kolophonium, das aus Baumharz gewonnen wird, eventuell mit Zusätzen, die erste Wahl. Es kann auf der Lötstelle verbleiben, weil die darin enthaltenen Säuren erst bei hohen Temperaturen aktiviert werden. Der im Zusammenhang mit Flussmittel verwendete Begriff säurefrei bezieht sich auf die erkaltete Lötstelle. Die Auflösung von Oxidschichten (durch Reduktion) ohne Säure ist nur schwer möglich.

Für die Herstellung elektronischer Bauruppen ist bei die Verwendung von Lötfett oder Lötwasser Vorsicht geboten, da hier Substanzen enthalten sein können, die auch nach dem Erkalten der Lötstelle korrosiv wirken.

Der Lötkolben oder die Lötstation

Der Lötkolben ist das klassische Werkzeug, das zum Löten von gedruckten Schaltungen verwendet wird. Es handelt sich dabei um einen Griff mit einem Kabel auf der einen und einer metallischen Lötspitze auf der anderen Seite. Das Kabel steckt entweder in der Steckdose oder in einer regelbaren Lötstation. Die Spitzen sollten auswechselbar sein.

Ein ungeregelter Lötkolben sollte eine maximale Leistung von 40W haben.

Die optimale Lösung ist eine Lötstation, bei der die Temperatur der Lötspitze geregelt werden kann. Sie sollte idealerweise einen Transformator besitzen und den Lötkolben mit 12 oder 24V versorgen. Die Leistung sollte mindestens ca. 50W betragen, damit genug Reserve da ist, um die Temperatur an der Lötspitze konstant zu halten, auch wenn große Bauteile gelötet werden, die aufgeheizt werden müssen.

Das Löten von elektrostatisch empfindlichen Bauteilen ist nur mit einer Lötstation möglich.

Das Löten - Der Lötvorgang

Einige Tipps zum Löten

Löten

Voraussetzungen für eine einwandfreie Lötstelle sind saubere, blanke und fettfreie Metallteile. Nicht umsonst werden Platinen dshalb nach dem Ätzen gereinigt und mit einem Schutzlack überzogen, meist Lötlack oder in Spiritus gelöstem Kolophonium.

Beim Löten werden die beiden zu verbindenden Metalle an der Lötstelle gleichzeitig mit einem Lötkolben erhitzt und möglichst zügig das Lötzinn auf beide Metalle (nicht auf die Lötkolbenspitze) gebracht. Ist die Lötstelle heiß, verläuft das Lötzinn. Die Lötspitze wird dann möglichst schnell wieder von der Lötstelle entfernt. Während das Lötzinn erkaltet (1-2 Sekunden), darf die Lötstelle nicht bewegt werden, da sonst eine "kalte Lötstelle" entsteht.

Da die Lötstelle selbst warm werden muss, damit das Lot an der zu verlötenden Stelle sauber fließt, ist ein guter Wärmeübergang zwischen Lötspitze und Lötstelle nötig und wird durch das zugeführte Lot hergestellt. Ist die Lötspitze nicht verzinnt, oxidiert sie und das Lot perlt von der Lötspitze ab, wodurch der Wärmeübergang zur Lötstelle nicht ausreichend gegeben ist.

Das zur Reinigung der Lötstelle erforderliche Flussmittel befindet sich oft als Füllung in der Mitte des Elektronik-Lötzinns.

Andere Reinigungsmittel wie z.B. Salmiakstein, Lötfett, Lötpaste o.ä. sollten mit großer Vorsicht verwendet werden und Rückstände müssen hinterher gründlich entfernt werden, da sie mit der Zeit die Lötstelle zerfressen und die Schaltung zerstören. Die in diesen Flussmitteln enthaltenen Säuren greifen auch die Lötkolbenspitze an, die dann schneller verschleißt.

Ist die Lötung nicht gelungen, ist es erforderlich, das Zinn der Lötstelle erneut zu schmelzen und zu entfernen, z.B. mittels Entlötpumpe, Entlötlitze oder Entlötkolben und Eentlötstation. Die Lötstelle kann dann mit neuem, frischem Zinn erneut gelötet werden.

Beseitigung unbeabsichter Lötbrücken

Das wird am besten dadurch bewerkstelligt, durch Einsatz einer Entlötpumpe, mit der das Lötzinn abgesaugt wird, oder mit Entlötlitze, die das Lot aufsaugt. Eine andere Möglichkeit ist, mit dem Lötkolben, bestückt mit einer Bleistiftspitze, durch das geschmolzene Zinn zwischen den beiden Lötstellen hindurchzufahren, als wolle man einen Strich ziehen.

Reinigung

Elektrische oder chemische Notwendigkeiten für das Abwaschen der Flussmittelrückstände auf Kolophoniumbasis gibt es nicht. Sie verhalten sich neutral und greifen die Materialien nicht an. In der Serienfertigung werden Elektronikbaugruppen in der Regel nicht gereinigt.

Wenn die Flussmittelrückstände stören, kann man sie meistens mit Alkohol (Brennspiritus), Benzin, Isopropanol oder einem professionelleren Lösungsmittel auflösen. Ist z.B. Kolophonium beim Löten deutlich dunkel geworden, so sollte man es sofort entfernen, solange es noch warm ist. Eine Reinigung der Platine sollte zeitnah erfolgen, weil die Rückstände aushärten. Vor dem Waschen ist sicherzustellen, dass alle Bauelemente dicht sind und sich nichts auflösen kann. Die Platine sollte erst mit Lösemittel und dann mit Wasser mit etwas Spülmittel gereinigt werden.

Löten von Kabeln und Leitungen

Wie auch beim Platinenlöten werden zunächst die Kupferadern aufgeheizt, und anschließend das Zinn zwischen Lötspitze und Kupferader zugeführt, wobei auf gleichmäßigen Verlauf zu achten ist. Es ist wichtig, dass die Kabelisolierung nicht schmilzt und sich in die Lötstelle einmischt. Die Lötstelle wäre dann nicht dauerhaft.

Entlöten

Entlötlitze

Entlötlitze ist ein Drahtgeflecht aus Kupfer und führt in Verbindung mit der erhitzten Lötstelle zu einem abfließen des Zinns in die Litze. Dazu muss sich die Entlötlitze zwischen Lötstelle und Lötspitze des Lötgerätes befinden.

Entlötpumpe

Die Entlötpumpe besteht aus einem Rohr, das unten mit einer Spitze mit Bohrung abschließt und im inneren einen Kolben mit einer Feder hat. Sie wird gespannt auf die erhitzte und flüssige Lötstelle aufgesetzt und ausgelöst. Der Kolben im Rohr schnellt zurück und es entsteht ein Unterdruck, durch den das heisse und flüssige Lötzinn nach oben weggezogen wird. Die Lötstelle ist dann bis auf einen leichten Zinn-Rückstand frei gelegt. Die Metalle lassen sich im Regelfall voneinander lösen.

Es gibt auch Entlötpumpen mit beheizbarer Spitze. Dadurch wird das Entlöten einfacher, weil der Lötkolben nicht zum Schmelzen des Lots benötigt wird.

Entlötstation

Eine Entlötstation besteht aus einer Vakuumpume, an die mittels Schlauch der Entlötkolben mit einem Auslöser für die Pumpe angeschlossen ist. Die Spitze des Kolbens hat eine Bohrung, ist beheizt und die Temperatur kann geregelt werden. Die Handhabung ist ähnlich einer beheizten Entlötpumpe, mit dem Vorteil, dass vor dem Absaugen keine Feder gespannt werden muss.

Lötdampfabsauger

Um die beim Löten entstehenden gesundheitsschädlichen Dämpfe von den Atemwegen fernzuhalten, gibt es spezielle "Lötdampfabsorber". Es sind Lüfter, die in einem Rahmen montiert und mit einem Kohlefilter versehen auf dem Werktisch in der Nähe des Lötgeschehens stehen, und die Dämpfe absaugen und filtern.

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