Löten

Durch Löten wird eine nicht lösbare, stoffschlüssige und elektrisch leitende Verbindung hergestellt. Als Verbindungsmaterial dient eine schmelzbare Metalllegierung, das Lot. Mit dessen Hilfe wird eine metallische Verbindung von zwei metallischen Bauteilen erzeugt.

Das Löten wird unterschieden von anderen Verbindungstechniken des Metall- und Kunststoffsektors, z.B. dem Schweißen, dem Kleben oder dem Pressen.

Flussmittel

Damit der oben beschriebene Diffusionsprozess stattfinden kann, müssen alle Metalloberflächen blank und somit frei von Oxiden und Verschmutzungen sein.

Fast ausnahmslos werden Lötungen mit Lufteinwirkung ausgeführt. Schon während der Erwärmung der Lötstelle begünstigt der Sauerstoffanteil der Luft eine Oxidation der Oberflächen, die eine zuverlässige und damit erfolgreiche Lötung fraglich werden lassen.

Daher wird in solchen Fällen vor dem Lötvorgang ein so genanntes Flussmitte] aufgetragen. Das Flussmittel reduziert (entoxidiert) die Oberfläche beim Löten und soll die erneute Oxidbildung vor und während des Lötvorgangs verhindern, die sonst die Fließ- und Benetzungseigenschaften stark reduzieren würden, und weiterhin um Einschlüsse von Fremdstoffen zu verringern. Ein weiterer Effekt ist das Verringern der Oberflächenspannung des flüssigen Lotes.

Die Art der Flussmittel ist vom Anwendungsgebiet abhängig.

Die meisten Flussmittel müssen nach der Lötung beseitigt werden, da sie sonst korrosiv wirken.

In Spezialfällen, vor allem aus Kostengründen in der Großserienfertigung, wird unter Schutzgas und ohne zusätzliches Flussmittel gelötet. Das Schutzgas verhindert die Oxidation.

Wärmeeinbringung

Die Wärmeeinbringung erfolgt mittels eines Lötkolbens, einer (Gas)Flamme, Heißluft, Wärmestrahlung, Laser oder Induktion.

Qualität von Lötungen

Die Benetzung ist ein wichtiges Kriterium für die erfolgreiche Lötung. Der Winkel zwischen einem Tropfen des flüssigen Lotes und dem Grundwerkstoff wird von 0-30° als "vollständig bis ausreichend benetzt", von 30-90° für "teilweise benetzt" und mit ca. 180° als "nicht benetzt" eingestuft.

Lote

Als Material einer Lötverbindung werden Lote verwendet. Je nach Anwendungsfall und Beanspruchung der Verbindung werden so genannte Hart- und Weichlote verwendet.

Der Übergang von Weich- zu Hartloten bildet die Liquidustemperatur des Lotes und wurde mit 450 °C definiert.

Traditionell enthalten eine Reihe von Loten Blei. Aus Gründen des Umweltschutzes muss dieses bis 01.07.2006 im Elektronikbereich wegen seiner hohen Giftigkeit ersetzt werden. Als Ersatz werden heute zum großen Teil schon Legierungen der Gruppe Sn/Ag, Sn/Cu oder Sn/Ag/Cu erfolgreich eingesetzt. Privat dürfen weiterhin bleihaltige Lote verwendet werden.

Löten in der Elektrotechnik/Elektronik

Am weitesten verbreitet ist das Löten in der Elektrotechnik. Die Lötungen werden dort fast ausschließlich mit Weichlot ausgeführt.

Als Flussmittel werden in der Elektronik normalerweise nur so genannte säurefreie Flussmittel verwendet. Dabei bezieht sich der Begriff säurefrei auf die abgekühlte Lötstelle. Während der Lötung spielen die Zersetzungstemperaturen der aktiven Bestandteile eine entscheidende Rolle für die erforderliche und zulässige Temperatur. Auch nicht-saure Flussmittel können durchaus korrosiv wirken. Die Bezeichnung säurefreies Flussmittel ist also irreführend und darf nicht angewendet werden.

Bei großflächigen Lötungen werden die zu lötenden Gegenstände vorher typischerweise an der Fügefläche mit Weichlot "verzinnt", um Wärmebelastungen der umgebenden Bauteile zu reduzieren. Gleichzeitig begünstigt diese Vorarbeit die Benetzung.

In der Elektrotechnik wird heutzutage im großtechnischen Stil vor allem das Schwallbad-Löten, das Reflow-Löten und das Löten mit Heißluft eingesetzt. Trotz zahlreicher anderer Verbindungstechniken (Crimpen, Wire-Wrap, Schraubklemmen, Schneidklemmentechnik, Klemmen) erfreut sich das Löten einer weiterhin recht hohen Verbreitung. Die Dimensionen gehen dabei von einigen Zentimetern bis hinunter zu wenigen Zehntel Millimetern (bei SMD-Bauteilen wie Widerständen oder Halbleitern).

Lötverfahren

Kalte Lötstelle

Ein besonders beim Löten im Elektronikbereich gefürchtetes Phänomen sind die so genannten Kalten Lötstellen. Kalte Lötstellen sind leicht zu erkennen, da sie, im Gegensatz zu korrekten Lötstellen, sehr matt aussehen (bleihaltige Lote erstarren hochglänzend) und eine leicht klumpige Oberfläche aufweisen. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften einer kalten Lötstelle sind mangelhaft.

Kalte Lötstellen können mehrere Ursachen haben:

Bei Handlötung wurde ein Lot mit weiter Temperaturspanne zwischen der Liquidus- und Solidustemperatur verwendet. Innerhalb dieser Temperaturspanne ist das Lot breiig, schon leichte Erschütterungen begünstigen das Entstehen einer kalten Lötstelle.

Für Handlötungen empfiehlt sich daher ein Lot, bei der beide Temperaturen zusammenfallen, wie z.B. L-Sn63PbAg mit 178 °C Solidus- und Liquidustemperatur.

Die Löttemperatur war zu gering - die Lötstelle war zu kalt - wohl der Namensgeber. Es erfolgte keine oder keine vollständige Benetzung.
Die Löttemperatur war zu hoch. Es kommt zu Whiskerbildung. Außerdem kann sich Flussmittel zersetzen oder das Isoliermaterial der Grundplatte.
Beim Abkühlen einer Lötverbindung wurde nicht sichergestellt, das der gesamte Lötbereich zwischen der Liquidus- und Solidustemperatur erschütterungsfrei bleibt.
Das im Lot enthaltene Flussmittel befindet sich teilweise innerhalb der Lötstelle, die Lötstelle ist zwar vom Lot benetzt, das Flussmittel verhindert jedoch einen elektrischen Kontakt.

Lösen von elektrischen Lötverbindungen

Durch erneutes Erhitzen und damit Verflüssigen des Lotes lassen sich elektrische Lötverbindungen voneinander lösen. Die Lötverbindung gehört trotzdem prinzipiell zu den nichtlösbaren Verbindungen, weil sich die Materialeigenschaften ändern und die Lötstelle selbst beim Entlöten zerstört wird. Meist können aber das Bauelement und das Lötauge der gedruckten Schaltung erneut benutzt werden.

Das Lösen von Lötstellen ist manchmal zur Reparatur und Bauelementaustausch notwendig. Für das Entlöten bzw. Auseinanderlöten gibt es zum Teil spezielle Werkzeuge und Hilfsmittel wie die Lotsaugpumpe oder die Entlötlitze.

Bei starker Erwärmung während des Betriebes einer Baugruppe kann es bei falscher Dimensionierung oder Überlastung auch zu einer unbeabsichtigten Lösung der Lötstelle kommen.

Leistungswiderstand mit Sicherungslötung (unten rechts)

Einige Hochlastwiderstände sind mit einer federbelasteten Lötstelle versehen. Erhitzt sich der Widerstand wegen eines Defektes in der angeschlossenen Schaltung (Kurzschluss) stark auf, öffnet sich die Lötstelle und unterbricht den weiteren Stromfluss.

Bleifreie Elektroniklote

Wegen der Giftigkeit der Bleiverbindungen in Elektronikloten sowie der hochproblematischen Altgeräteentsorgung ist laut der EU-Richtlinie RoHS, in Kraft gesetzt am 13. Februar 2003 gemeinsam mit der Elektronikschrott-Richtlinie WEEE, die Verwendung von Blei in Elektro- und Elektronikgeräten, die ab 1. Juli 2006 neu in Verkehr gebracht werden, untersagt.

Der gravierendste Nachteil dieser Änderung ist der um ca. 10 - 30 K höhere Schmelzpunkt des Lotes. Gerade in der Bestückung bzw. Verlötung von Baugruppen mit vielen verschiedenen Bauelementen kann dieser erhöhte thermische Stress bei einigen Bauelementen stark an die Grenze der Belastung führen. Ausfälle der Bauelemente sind dann nicht auszuschließen.

Löten in der Versorgungstechnik

Löten in der Versorgungstechnik wird bei Kupferrohren angewendet. Für die Verbindung und Richtungsänderungen der gas- beziehungsweise wasserführenden Leitungen stehen eine Vielzahl von Formstücken, die sogenannten Fittings, zur Verfügung.

Je nach Einsatzzweck ist Hart- oder Weichlöten vorgeschrieben, wobei definitionsgemäß unter 450 °C eine Weichlötung und ab 450 °C eine Hartlötung erfolgt, bei der auch unterschiedliche Lote und Flussmittel verwendung finden.

Trinkwasserleitungen aus Kupfer werden einschließlich DN 25 weichgelötet und ab DN 32 hartgelötet.

Gas- und Ölversorgungsleitungen von Heizungsanlagen müssen immer hartgelötet werden.

MIG Löten im KFZ Gewerbe

Das MIG Löten im KFZ Gewerbe basiert im wesentlichen auf der Erkenntnis, das beim MIG MAG Schweißen sehr hohe Temperaturen benötigt werden, die zu einer Gefügeveränderung des Grundwerkstoffes führen können. Damit kann das mechanische Verhalten des in der Wärmeeinflusszone befindlichen Karosseriemetalls bei einem Unfall negativ beeinträchtigt werden. Zur Lösung dieses Problems wird bei einigen Fahrzeugherstellern (z.B. Opel) das MIG-Löten zwingend vorgeschrieben. Hierbei wird mit einer geringeren elektrischen Spannung durch das Karosseriemetall die Lötstelle mit dem Lot (hier eine Kupfer-Silizium Legierung) erwärmt und nur das Lot zum Schmelzen gebracht. Durch die geringere Arbeitstemperatur von ca. 1000 °C wird eine Gefügeveränderung des Karosseriemetalls weitestgehend verhindert.

Weblinks

Hinweis

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