Löten - Soldering
Löten ( AmE : / s ɒ d ər ɪ ŋ / , BrE : / s oʊ l d ər ɪ ŋ / ) ist ein Verfahren , bei dem zwei oder mehr Elemente miteinander verbunden sind , durch Schmelzen und Setzen eines Füllmetall ( Lot ) in die Verbindung, wobei das Füllmetall einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das angrenzende Metall. Im Gegensatz zum Schweißen werden beim Löten die Werkstücke nicht geschmolzen. Auch beim Hartlöten schmilzt das Werkstückmetall nicht, aber der Zusatzwerkstoff schmilzt bei einer höheren Temperatur als beim Löten. In der Vergangenheit enthielten fast alle Lote Blei , aber Umwelt- und Gesundheitsbedenken haben zunehmend die Verwendung bleifreier Legierungen für Elektronik- und Sanitärzwecke vorgeschrieben.
Ursprünge
Es gibt Hinweise darauf, dass in Mesopotamien bereits vor 5.000 Jahren Löten angewendet wurde. Es wird angenommen, dass das Löten und Hartlöten sehr früh in der Geschichte der Metallbearbeitung entstanden ist, wahrscheinlich vor 4000 v. Sumerische Schwerter von c. 3000 v. Chr. wurden durch Hartlöten zusammengebaut.
Löten wurde in der Vergangenheit zur Herstellung von Schmuck, Kochgeschirr und Kochwerkzeugen, zum Zusammenbauen von Buntglas sowie zu anderen Zwecken verwendet.
Anwendungen
Löten wird in der Sanitär-, Elektronik- und Metallverarbeitung von Blitzen bis hin zu Schmuck und Musikinstrumenten verwendet.
Löten bietet relativ dauerhafte, aber reversible Verbindungen zwischen Kupferrohren in Sanitärsystemen sowie Verbindungen in Blechgegenständen wie Lebensmitteldosen, Dacheinfassungen , Regenrinnen und Autokühlern .
Schmuckkomponenten , Werkzeugmaschinen und einige Kühl- und Sanitärkomponenten werden oft durch das Hochtemperatur-Silberlötverfahren zusammengebaut und repariert. Kleine mechanische Teile werden oft auch gelötet oder hartgelötet. Löten wird auch führen zu verbinden verwendet kam und Kupferfolie in Glasmalerei Arbeit.
Elektronisches Löten verbindet elektrische Leitungen mit Geräten und elektronische Komponenten mit Leiterplatten . Elektronische Verbindungen können mit einem Lötkolben von Hand gelötet werden. Automatisierte Verfahren wie das Wellenlöten oder die Verwendung von Öfen können viele Verbindungen auf einer komplexen Leiterplatte in einem Arbeitsgang herstellen, wodurch die Produktionskosten elektronischer Geräte erheblich gesenkt werden.
Musikinstrumente, insbesondere Blech- und Holzblasinstrumente, verwenden bei ihrer Montage eine Kombination aus Löten und Hartlöten. Messingkörper werden oft zusammengelötet, während Schlüsselwerk und Streben meistens gelötet werden.
Lötbarkeit
Die Lötbarkeit eines Substrats ist ein Maß für die Leichtigkeit, mit der eine Lötverbindung mit diesem Material hergestellt werden kann.
Einige Metalle sind leichter zu löten als andere. Kupfer, Silber und Gold sind einfach. Als nächstes sind Eisen, Baustahl und Nickel in Schwierigkeiten. Aufgrund ihrer dünnen, starken Oxidschichten sind Edelstahl und einige Aluminiumlegierungen noch schwieriger zu löten. Titan , Magnesium , Gusseisen , einige Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt , Keramik und Graphit können gelötet werden, aber es ist ein ähnlicher Prozess wie das Fügen von Karbiden: Sie werden zuerst mit einem geeigneten metallischen Element plattiert, das eine Grenzflächenbindung induziert.
Lötmittel
Lötzusatzwerkstoffe sind in vielen verschiedenen Legierungen für unterschiedliche Anwendungen erhältlich. In der Elektronikmontage ist die eutektische Legierung mit 63 % Zinn und 37 % Blei (bzw. 60/40, deren Schmelzpunkt fast identisch ist) die Legierung der Wahl. Andere Legierungen werden für Klempnerarbeiten, mechanische Montage und andere Anwendungen verwendet. Einige Beispiele für Weichlote sind Zinn-Blei für allgemeine Zwecke, Zinn-Zink zum Verbinden von Aluminium , Blei-Silber für Festigkeit bei höheren als Raumtemperatur, Cadmium-Silber für Festigkeit bei hohen Temperaturen, Zink-Aluminium für Aluminium und Korrosionsbeständigkeit, und Zinn-Silber und Zinn-Wismut für die Elektronik.
Eine eutektische Formulierung hat beim Löten Vorteile: Liquidus- und Solidustemperatur sind gleich, es gibt keine plastische Phase und einen möglichst niedrigen Schmelzpunkt. Der niedrigstmögliche Schmelzpunkt minimiert die Hitzebelastung der elektronischen Komponenten beim Löten. Das Fehlen einer plastischen Phase ermöglicht eine schnellere Benetzung beim Aufheizen des Lots und eine schnellere Einrichtung beim Abkühlen des Lots. Eine nicht-eutektische Formulierung muss still bleiben, wenn die Temperatur durch die Liquidus- und Solidustemperaturen abfällt. Jede Bewegung während der plastischen Phase kann zu Rissen und damit zu einer unzuverlässigen Verbindung führen.
Nachfolgend sind gängige Lotformulierungen auf Basis von Zinn und Blei aufgeführt. Der Anteil repräsentiert zuerst den Prozentsatz von Zinn, dann von Blei, insgesamt 100 %:
- 63/37: schmilzt bei 183 °C (361 °F) (Eutektikum: die einzige Mischung, die an einem Punkt schmilzt , statt über einen Bereich)
- 60/40: schmilzt zwischen 183–190 °C (361–374 °F)
- 50/50: schmilzt zwischen 183–215 °C (361–419 °F)
Aus Umweltgründen (und der Einführung von Vorschriften wie der europäischen RoHS ( Restriction of Hazardous Substances Directive )) werden bleifreie Lote immer häufiger verwendet. Sie werden auch überall dort empfohlen, wo kleine Kinder in Kontakt kommen können (da Kleinkinder wahrscheinlich sind). um Dinge in den Mund zu nehmen) oder für den Einsatz im Freien, wo Regen und andere Niederschläge das Blei ins Grundwasser spülen können. Leider sind die meisten bleifreien Lote keine eutektischen Formulierungen und schmelzen bei etwa 250 °C (482 °F). es schwieriger, mit ihnen zuverlässige Verbindungen herzustellen.
Andere gebräuchliche Lote sind Niedertemperatur-Formulierungen (oft Wismut enthaltend ), die oft verwendet werden, um zuvor gelötete Baugruppen zu verbinden, ohne frühere Verbindungen abzulöten, und Hochtemperatur-Formulierungen (normalerweise enthaltend Silber ), die für den Hochtemperaturbetrieb oder zum ersten Mal verwendet werden Montage von Gegenständen, die bei späteren Arbeitsgängen nicht entlötet werden dürfen. Das Legieren von Silber mit anderen Metallen verändert den Schmelzpunkt, die Haft- und Benetzungseigenschaften sowie die Zugfestigkeit. Von allen Hartloten haben Silberlote die größte Festigkeit und die breiteste Anwendung. Speziallegierungen sind mit Eigenschaften wie höherer Festigkeit, Lötfähigkeit von Aluminium, besserer elektrischer Leitfähigkeit und höherer Korrosionsbeständigkeit erhältlich.
Fluss
Der Zweck des Flusses ist die Lötprozess zu erleichtern. Eines der Hindernisse für eine erfolgreiche Lötverbindung ist eine Verunreinigung an der Stelle der Verbindung; B. Schmutz, Öl oder Oxidation . Die Verunreinigungen können durch mechanische Reinigung oder auf chemischem Wege entfernt werden, aber die erhöhten Temperaturen, die zum Schmelzen des Füllmetalls (des Lots) erforderlich sind, fördern die erneute Oxidation des Werkstücks (und des Lots). Dieser Effekt wird mit steigenden Löttemperaturen beschleunigt und kann die Verbindung des Lotes mit dem Werkstück vollständig verhindern. Eine der frühesten Flussmittelformen war Holzkohle , die als Reduktionsmittel wirkt und die Oxidation während des Lötprozesses verhindert. Einige Flussmittel gehen über die bloße Verhinderung von Oxidation hinaus und bieten auch eine Art chemischer Reinigung (Korrosion). Viele Flussmittel wirken auch als Benetzungsmittel im Lötprozess, reduzieren die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lotes und lassen es besser fließen und die Werkstücke benetzen.
Viele Jahre lang war die in der Elektronik am häufigsten verwendete Flussmittelart (Weichlöten) auf Kolophoniumbasis , wobei das Kolophonium ausgewählter Kiefern verwendet wurde . Es war nahezu ideal, da es bei normalen Temperaturen nicht korrosiv und nicht leitend war, aber bei erhöhten Löttemperaturen schwach reaktiv (korrosiv) wurde. Unter anderem in Sanitär- und Automobilanwendungen wird normalerweise ein Flussmittel auf Säurebasis ( Salzsäure ) verwendet, das eine ziemlich aggressive Reinigung der Verbindung ermöglicht. Diese Flussmittel können nicht in der Elektronik verwendet werden, da ihre Rückstände leitfähig sind, was zu unbeabsichtigten elektrischen Verbindungen führt, und weil sie schließlich Drähte mit kleinem Durchmesser auflösen. Zitronensäure ist ein ausgezeichnetes wasserlösliches Flussmittel vom Säuretyp für Kupfer und Elektronik, muss jedoch danach abgewaschen werden.
Flussmittel für Weichlot sind derzeit in drei Grundformulierungen erhältlich:
- Wasserlösliche Flussmittel – Flussmittel mit höherer Aktivität, die nach dem Löten mit Wasser entfernt werden können (keine VOCs zum Entfernen erforderlich).
- No-Clean-Flussmittel – mild genug, um aufgrund ihrer nicht leitenden und nicht korrosiven Rückstände keine Entfernung "zu erfordern". Diese Flussmittel werden als "no-clean" bezeichnet, da die nach dem Lötvorgang verbleibenden Rückstände nicht leitend sind und keine elektrischen Kurzschlüsse verursachen; dennoch hinterlassen sie einen deutlich sichtbaren weißen Rückstand, der an verdünnten Vogelkot erinnert. Nicht gereinigte Flussmittelrückstände sind auf allen 3 PCB-Klassen gemäß IPC-610 akzeptabel, vorausgesetzt, sie behindern nicht die visuelle Inspektion, den Zugang zu Testpunkten oder weisen nasse, klebrige oder übermäßige Rückstände auf, die sich auf andere Bereiche ausbreiten können. Die Anschlussflächen der Steckverbinder müssen außerdem frei von Flussmittelrückständen sein. Fingerabdrücke in No-Clean-Rückständen sind ein Fehler der Klasse 3
- Traditionelle Kolophoniumflussmittel – erhältlich in nicht aktivierten (R), mild aktivierten (RMA) und aktivierten (RA) Formulierungen. RA- und RMA-Flussmittel enthalten Kolophonium in Kombination mit einem Aktivierungsmittel, typischerweise einer Säure, das die Benetzbarkeit der Metalle erhöht, auf die es aufgetragen wird, indem vorhandene Oxide entfernt werden. Die bei der Verwendung von RA-Flussmittel anfallenden Rückstände sind korrosiv und müssen gereinigt werden. RMA-Flussmittel sind so formuliert, dass sie weniger korrosive Rückstände hinterlassen, sodass die Reinigung optional wird, jedoch normalerweise bevorzugt wird. R-Fluss ist noch weniger aktiv und noch weniger korrosiv.
Die Flussmittelleistung muss sorgfältig bewertet werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen; Ein sehr mildes „No-Clean“-Flussmittel kann für Produktionsanlagen durchaus akzeptabel sein, aber keine ausreichende Leistung für variablere Handlötvorgänge liefern.
Heizmethoden
Für spezielle Anwendungen werden verschiedene Arten von Lötwerkzeugen hergestellt. Die benötigte Wärme kann durch die Verbrennung von Brennstoff oder durch ein elektrisch betriebenes Heizelement erzeugt werden. Ein weiteres Verfahren zum Löten besteht darin, Lötmittel an den Stellen der Verbindungen in dem zu lötenden Gegenstand anzubringen und dann das gesamte Objekt in einem Ofen zu erhitzen, um das Lötmittel zu schmelzen.
Der elektrische Lötkolben wird häufig zum Handlöten verwendet. Es kann mit einer Vielzahl von Spitzen bestückt werden, von stumpf über sehr fein bis hin zu Meißelköpfen zum Heißschneiden von Kunststoffen statt zum Löten. Die einfachsten Bügeleisen haben keine Temperaturregulierung. Kleine Bügeleisen kühlen schnell ab, wenn sie beispielsweise zum Löten an ein Metallgehäuse verwendet werden, während große Bügeleisen Spitzen zu umständlich für die Arbeit an Leiterplatten (PCBs) und ähnliche Feinarbeiten haben. Ein 25-Watt-Bügeleisen liefert nicht genug Wärme für große elektrische Anschlüsse, das Verbinden von Kupferdachblechen oder große Buntglaskabel. Auf der anderen Seite kann ein 100-Watt-Bügeleisen zu viel Wärme für PCBs liefern. Temperaturgesteuerte Bügeleisen verfügen über eine Leistungsreserve und können die Temperatur über einen weiten Arbeitsbereich aufrechterhalten.
Die Lötpistole heizt schneller, hat aber einen größeren und schwereren Körper. Gasbetriebene Bügeleisen mit einer katalytischen Spitze zum leichten Erhitzen ohne Flamme werden für tragbare Anwendungen verwendet. Heißluftpistolen und Bleistifte ermöglichen die Nacharbeit von Bauteilpaketen, die mit Bügeleisen und -pistolen nicht ohne weiteres möglich sind.
Bei nicht-elektronischen Anwendungen verwenden Lötbrenner eine Flamme anstelle einer Lötspitze, um das Lot zu erhitzen. Lötbrenner werden oft mit Butan betrieben und sind in Größen erhältlich, die von sehr kleinen Butan/Sauerstoff-Einheiten reichen, die für sehr feine, aber Hochtemperatur-Schmuckarbeiten geeignet sind, bis hin zu Autogenbrennern in Originalgröße, die für viel größere Arbeiten wie Kupferrohre geeignet sind. Herkömmliche Mehrzweck-Propanbrenner, die zum Abisolieren von Farbe und Auftauen von Rohren verwendet werden, können zum Löten von Rohren und anderen größeren Objekten mit oder ohne Lötspitzenaufsatz verwendet werden; Rohre werden in der Regel mit einem Brenner durch direktes Anlegen der offenen Flamme gelötet.
Ein Lötkupfer ist ein Werkzeug mit einem großen Kupferkopf und einem langen Griff, das im Schmiedefeuer einer Schmiede erhitzt und dazu verwendet wird, Bleche zum Löten mit Hitze zu beaufschlagen. Typische Lötkupfer haben Köpfe mit einem Gewicht zwischen einem und vier Pfund. Der Kopf bietet eine große thermische Masse , um genügend Wärme zum Löten großer Flächen zu speichern, bevor sie im Feuer erneut erhitzt werden muss; je größer der kopf, desto länger die arbeitszeit. In der Vergangenheit waren Lötkupfer Standardwerkzeuge, die in der Autokarosserie verwendet wurden, obwohl das Karosserielöten größtenteils durch Punktschweißen für die mechanische Verbindung und nichtmetallische Füllstoffe für die Konturierung ersetzt wurde.
Toasteröfen und tragbare Infrarotlichter wurden von Bastlern verwendet, um Produktionslötprozesse in viel kleinerem Maßstab zu replizieren.
Während des 2. Weltkriegs und einige Zeit danach verwendeten die SOE- Truppen kleine pyrotechnische Selbstlötverbindungen, um Verbindungen für die Ferndetonation von Spreng- und Sabotagesprengstoffen herzustellen. Diese bestanden aus einem kleinen Kupferrohr, das teilweise mit Lot gefüllt war und einer langsam brennenden pyrotechnischen Zusammensetzung, die um das Rohr gewickelt war. Die zu verbindenden Drähte wurden in das Rohr eingeführt und ein kleiner Klecks Zündmasse ermöglichte es, das Gerät wie ein Streichholz zu zünden, um die Pyrotechnik zu zünden und das Rohr lange genug zu erhitzen, um das Lot zu schmelzen und die Verbindung herzustellen.
Laserlöten
Laserlöten ist eine Technik, bei der ein 30–50 W Laser verwendet wird, um eine elektrische Verbindungsstelle zu schmelzen und zu löten. Hierzu werden Diodenlasersysteme auf Basis von Halbleiterübergängen verwendet. Suzanne Jenniches patentiertes Laserlöten 1980.
Wellenlängen sind typischerweise 808 nm bis 980 nm. Der Strahl wird über einen Lichtwellenleiter zum Werkstück geführt, mit Faserdurchmessern von 800 µm und kleiner. Da der Strahl aus dem Ende der Faser schnell divergiert, werden Linsen verwendet, um bei einem geeigneten Arbeitsabstand eine geeignete Fleckgröße auf dem Werkstück zu erzeugen. Ein Drahtvorschub wird verwendet, um Lot zuzuführen.
Sowohl Blei-Zinn- als auch Silber-Zinn-Material kann gelötet werden. Die Prozessrezepturen unterscheiden sich je nach Legierungszusammensetzung . Zum Löten von 44-Pin-Chipträgern an eine Platine unter Verwendung von Lötvorformen lagen die Leistungspegel in der Größenordnung von 10 Watt und die Lötzeiten ungefähr 1 Sekunde. Niedrige Leistungsstufen können zu unvollständiger Benetzung und zur Bildung von Hohlräumen führen, was beides die Verbindung schwächen kann.
Induktionslöten
Beim Induktionslöten wird die Induktionserwärmung durch hochfrequenten Wechselstrom in einer umgebenden Kupferspule verwendet. Dadurch werden im Lötteil Ströme induziert, die aufgrund des höheren Widerstands einer Verbindung gegenüber dem umgebenden Metall Wärme erzeugen ( Widerstandserwärmung ). Diese Kupferspulen können so geformt werden, dass sie genauer zur Verbindung passen. Zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen wird ein Füllmetall (Lot) platziert, und dieses Lot schmilzt bei einer relativ niedrigen Temperatur. Beim Induktionslöten werden üblicherweise Flussmittel verwendet. Diese Technik eignet sich besonders für das kontinuierliche Löten, bei dem sich diese Spulen um einen zu lötenden Zylinder oder ein zu lötendes Rohr wickeln.
Infrarot-Löten mit Faserfokus
Das Infrarotlöten mit Faserfokus ist eine Technik, bei der viele Infrarotquellen durch Fasern geleitet und dann auf einen einzigen Punkt fokussiert werden , an dem die Verbindung gelötet wird.
Widerstandslöten
Widerstandslöten ist Löten, bei dem die zum Fließen des Lots erforderliche Wärme durch das Durchleiten eines elektrischen Stroms durch das Lot erzeugt wird. Wenn Strom durch ein Widerstandsmaterial geleitet wird, wird eine gewisse Wärme erzeugt. Durch Regulieren der Menge des geleiteten Stroms und des angetroffenen Widerstandsniveaus kann die erzeugte Wärmemenge vorherbestimmt und gesteuert werden.
Elektrischer Widerstand (normalerweise als Widerstand eines Materials gegen den Fluss eines elektrischen Stroms beschrieben) wird verwendet, um elektrische Energie in thermische Energie umzuwandeln, da ein elektrischer Strom ( I ), der durch ein Material mit einem Widerstand ( R ) geleitet wird, Leistung ( P ) gleich P . freisetzt = I 2 R , wobei P die in Watt gemessene Leistung, I der in Ampere gemessene Strom und R der in Ohm gemessene Widerstand ist.
Widerstandslöten ist anders als bei einem Konduktor, bei dem Wärme innerhalb eines Elements erzeugt und dann durch eine wärmeleitende Spitze in den Fügebereich geleitet wird. Ein kalter Lötkolben benötigt Zeit, um seine Arbeitstemperatur zu erreichen, und muss zwischen den Lötstellen heiß gehalten werden. Die Wärmeübertragung kann verhindert werden, wenn die Spitze während des Gebrauchs nicht richtig benetzt wird. Beim Widerstandslöten kann direkt im Fügebereich schnell und kontrolliert eine intensive Hitze entwickelt werden. Dies ermöglicht ein schnelleres Hochfahren auf die erforderliche Lötschmelztemperatur und minimiert den Wärmetransport weg von der Lötstelle, was dazu beiträgt, das Potenzial für thermische Schäden an Materialien oder Komponenten in der Umgebung zu minimieren. Die Wärme wird nur während der Herstellung jeder Verbindung erzeugt, was das Widerstandslöten energieeffizienter macht. Widerstandslötgeräte können im Gegensatz zu Leitungskolben für schwierige Löt- und Hartlötanwendungen verwendet werden, bei denen deutlich höhere Temperaturen erforderlich sind. Dies macht die Beständigkeit in einigen Situationen mit dem Flammlöten vergleichbar. Wenn die erforderliche Temperatur entweder durch Flammen- oder Widerstandsverfahren erreicht werden kann, ist die Widerstandswärme aufgrund des direkten Kontakts lokalisierter, während sich die Flamme ausbreitet und so einen potenziell größeren Bereich aufheizt.
Aktivlöten
Flussmittelloses Löten mit Hilfe von konventionellem Lötkolben , Ultraschalllötkolben oder speziellem Löttopf und Aktivlot, das ein aktives Element enthält, meistens Titan , Zirkonium oder Chrom . Die aktiven Elemente reagieren aufgrund der mechanischen Aktivierung mit der Oberfläche der allgemein als schwer lötbar geltenden Materialien ohne Vormetallisierung. Die Aktivlote können durch Zugabe von Seltenerdelementen mit höherer Affinität zu Sauerstoff (typischerweise Cer oder Lanthan ) gegen eine übermäßige Oxidation ihres aktiven Elements geschützt werden . Ein weiteres übliches Additiv ist Gallium – üblicherweise als Benetzungsförderer eingesetzt. Die zum Aktivlöten erforderliche mechanische Aktivierung kann durch Bürsten (zB mit Edelstahldrahtbürste oder Stahlspatel) oder Ultraschallvibration (20–60 kHz) erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass Aktivlöten keramische, Aluminium-, Titan-, Silizium-, Graphit- und Kohlenstoff-Nanoröhrchen-basierte Strukturen bei Temperaturen unter 450 °C oder unter Verwendung einer Schutzatmosphäre effektiv verbindet.
Löten vs. Hartlöten
Es gibt drei Arten des Lötens, die jeweils immer höhere Temperaturen erfordern und eine immer stärkere Verbindungsfestigkeit erzeugen:
- Weichlöten, bei dem ursprünglich eine Zinn-Blei- Legierung als Zusatzwerkstoff verwendet wurde
- Silberlöten, bei dem eine silberhaltige Legierung verwendet wird
- Hartlöten, bei dem eine Messinglegierung als Füllstoff verwendet wird
Die Legierung des Füllmetalls für jede Lötart kann angepasst werden, um die Schmelztemperatur des Füllmaterials zu modifizieren. Das Löten unterscheidet sich wesentlich vom Kleben dadurch, dass sich die Lote direkt an der Verbindungsstelle mit den Oberflächen der Werkstücke verbinden und so eine elektrisch leitfähige sowie gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung eingehen.
Weichlöten zeichnet sich durch einen Schmelzpunkt des Füllmetalls unter etwa 400 °C (752 °F) aus, während beim Silberlöten und Hartlöten höhere Temperaturen verwendet werden, die normalerweise einen Flammen- oder Kohlelichtbogenbrenner erfordern, um das Schmelzen des Füllmaterials zu erreichen. Weichlot-Füllmetalle sind typischerweise Legierungen (oft bleihaltig ), die Liquidustemperaturen unter 350 °C (662 °F) aufweisen.
Bei diesem Lötprozess wird Wärme auf die zu fügenden Teile aufgebracht, wodurch das Lot schmilzt und sich in einem Oberflächenlegierungsprozess namens Benetzung mit den Werkstücken verbindet . Bei Litzendrähten wird das Lot durch Kapillarwirkung in den Draht zwischen den Litzen gezogen, ein Prozess, der als „Dochtwirkung“ bezeichnet wird. Kapillarwirkung tritt auch auf, wenn die Werkstücke sehr nahe beieinander liegen oder sich berühren. Die Zugfestigkeit der Verbindung ist abhängig vom verwendeten Zusatzwerkstoff; Beim elektrischen Löten entsteht durch das hinzugefügte Lötmittel nur eine geringe Zugfestigkeit, weshalb empfohlen wird, die Drähte vor dem Löten zu verdrillen oder zu falten, um eine gewisse mechanische Festigkeit für eine Verbindung zu erzielen. Eine gute Lötstelle erzeugt eine elektrisch leitende, wasser- und gasdichte Verbindung.
Jede Art von Lot bietet Vor- und Nachteile. Weichlot wird so genannt wegen des weichen Bleis, das sein Hauptbestandteil ist. Weichlöten verwendet die niedrigsten Temperaturen (und belastet somit die Bauteile am wenigsten thermisch), stellt jedoch keine feste Verbindung her und ist für mechanisch tragende Anwendungen ungeeignet. Es ist auch für Hochtemperaturanwendungen ungeeignet, da es an Festigkeit verliert und schließlich schmilzt. Silberlöten, wie es von Juwelieren, Maschinisten und in einigen Klempnerarbeiten verwendet wird, erfordert die Verwendung eines Brenners oder einer anderen Hochtemperaturquelle und ist viel stärker als Weichlöten. Hartlöten bietet die stärkste der nicht geschweißten Verbindungen, erfordert aber auch die heißesten Temperaturen, um das Füllmetall zu schmelzen, was eine Taschenlampe oder eine andere Hochtemperaturquelle und eine dunkle Schutzbrille erfordert, um die Augen vor dem hellen Licht zu schützen, das durch die weißglühende Arbeit erzeugt wird. Es wird oft verwendet, um gusseiserne Gegenstände, schmiedeeiserne Möbel usw.
Lötvorgänge können mit Handwerkzeugen, eine Verbindung nach der anderen oder en masse auf einer Produktionslinie durchgeführt werden. Handlöten wird normalerweise mit einem Lötkolben , einer Lötpistole oder einem Brenner oder gelegentlich einem Heißluftstift durchgeführt . Blecharbeiten wurden traditionell mit "Lötkupfern" durchgeführt, die direkt durch eine Flamme erhitzt wurden, mit ausreichend gespeicherter Wärme in der Masse des Lötkupfers, um eine Verbindung zu vervollständigen; Bequemer sind Gasbrenner (zB Butan oder Propan) oder elektrisch beheizte Lötkolben. Alle Lötverbindungen erfordern die gleichen Elemente des Reinigens der zu verbindenden Metallteile, des Einpassens der Verbindung, des Erwärmens der Teile, des Auftragens von Flussmittel, des Auftragens des Füllmaterials, des Abführens von Wärme und des Stillhaltens der Baugruppe, bis das Füllmetall vollständig erstarrt ist. Je nach Art des verwendeten Flussmittels und der Anwendung kann eine Reinigung der Fuge nach dem Abkühlen erforderlich sein.
Jede Lotlegierung hat Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen am besten geeignet sind, insbesondere Festigkeit und Leitfähigkeit, und jede Art von Lot und Legierung hat unterschiedliche Schmelztemperaturen. Der Begriff Silberlot bezeichnet die verwendete Lotart. Einige Weichlote sind "silberhaltige" Legierungen, die zum Löten von versilberten Gegenständen verwendet werden. Bleihaltige Lote sollten auf Edelmetallen nicht verwendet werden, da das Blei das Metall auflöst und es entstellt.
Löten und Hartlöten
Die Unterscheidung zwischen Löten und Hartlöten basiert auf der Schmelztemperatur des Zusatzwerkstoffs. Als praktische Abgrenzung zwischen Löten und Löten wird üblicherweise eine Temperatur von 450 °C verwendet. Weichlöten kann mit einem beheizten Bügeleisen durchgeführt werden, während die anderen Methoden typischerweise einen Brenner mit höherer Temperatur oder einen Ofen erfordern, um das Füllmetall zu schmelzen.
Üblicherweise werden andere Geräte benötigt, da ein Lötkolben keine ausreichend hohen Temperaturen zum Hartlöten oder Hartlöten erreichen kann. Hartlot ist stärker als Silberlot, das stärker ist als Weichlot auf Bleibasis. Hartlote werden in erster Linie für die Festigkeit formuliert, Silberlot wird von Juwelieren zum Schutz des Edelmetalls und von Maschinisten und Kältetechnikern wegen seiner Zugfestigkeit, aber niedrigeren Schmelztemperatur als Hartlöten verwendet, und der Hauptvorteil von Weichlot ist die niedrige Temperatur (zu Vermeidung von Hitzeschäden an elektronischen Bauteilen und Isolierung).
Da die Verbindung mit einem Metall mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als das Werkstück hergestellt wird, wird die Verbindung geschwächt, wenn sich die Umgebungstemperatur dem Schmelzpunkt des Zusatzmetalls nähert. Aus diesem Grund erzeugen die Prozesse bei höheren Temperaturen Verbindungen, die bei höheren Temperaturen wirksam sind. Gelötete Verbindungen können sogar bei erhöhten Temperaturen so stark oder fast so stark sein wie die Teile, die sie verbinden.
Silberlöten
"Hartlöten" oder "Silberlöten" wird verwendet, um Edel- und Halbedelmetalle wie Gold, Silber, Messing und Kupfer zu verbinden. Das Lot wird normalerweise in Bezug auf seine Schmelztemperatur als leicht, mittel oder hart beschrieben, nicht aber die Festigkeit der Verbindung. Extraleichtes Lot enthält 56 % Silber und hat einen Schmelzpunkt von 618 °C (1.145 °F). Extrahartlot enthält 80 % Silber und schmilzt bei 740 °C (1.370 °F). Wenn mehrere Verbindungen benötigt werden, beginnt der Juwelier mit Hart- oder Extrahartlot und wechselt für spätere Verbindungen zu Loten mit niedrigerer Temperatur.
Silberlot wird etwas vom umgebenden Metall absorbiert, was zu einer Verbindung führt, die tatsächlich stärker ist als das zu verbindende Metall. Das zu fügende Metall muss perfekt bündig sein, da Silberlot normalerweise nicht als Füllmaterial verwendet werden kann und keine Lücken füllt.
Ein weiterer Unterschied zwischen Hartlöten und Löten besteht darin, wie das Lot aufgetragen wird. Beim Hartlöten verwendet man im Allgemeinen Stäbe, die beim Erhitzen mit der Fügestelle in Berührung kommen. Beim Silberlöten werden vor dem Erhitzen kleine Lötdrahtstücke auf das Metall gelegt. Ein Flussmittel, oft aus Borsäure und Brennspiritus, wird verwendet, um das Metall und das Lot sauber zu halten und zu verhindern, dass sich das Lot bewegt, bevor es schmilzt.
Wenn Silberlot schmilzt, neigt es dazu, in den Bereich der größten Hitze zu fließen. Juweliere können die Richtung, in die sich das Lot bewegt, etwas kontrollieren, indem sie es mit einer Taschenlampe führen; es läuft manchmal sogar gerade nach oben entlang einer Naht.
Mechanisches und Aluminiumlöten
Eine Reihe von Lotmaterialien, hauptsächlich Zinklegierungen , werden zum Löten von Aluminiummetallen und -legierungen und in geringerem Maße von Stahl und Zink verwendet. Dieses mechanische Löten ähnelt einem Niedertemperatur-Hartlöten dahingehend, dass die mechanischen Eigenschaften der Verbindung einigermaßen gut sind und es für strukturelle Reparaturen dieser Materialien verwendet werden kann.
Die American Welding Society definiert Hartlöten als die Verwendung von Loten mit Schmelzpunkten über 450 °C (842 °F) – oder nach traditioneller Definition in den Vereinigten Staaten über 800 °F (427 °C). Aluminium-Lötlegierungen haben im Allgemeinen Schmelztemperaturen um 730 °F (388 °C). Dieser Löt-/Hartlötvorgang kann eine Propanbrenner-Wärmequelle verwenden.
Diese Materialien werden oft als "Aluminiumschweißen" beworben, aber der Prozess beinhaltet kein Schmelzen des Grundmetalls und ist daher keine richtige Schweißung.
Der US-Militärstandard oder die MIL-SPEC-Spezifikation MIL-R-4208 definiert einen Standard für diese zinkbasierten Hartlote/Lötlegierungen. Eine Reihe von Produkten erfüllen diese Spezifikation. oder sehr ähnliche Leistungsstandards.
Rohrlöten
Kupferrohre oder "Rohre" werden üblicherweise durch Löten verbunden. Wenn es in den Vereinigten Staaten im Zusammenhang mit dem Klempnerhandwerk angewendet wird, wird das Löten oft als Schwitzen bezeichnet , und eine so hergestellte Schlauchverbindung wird als Schweißverbindung bezeichnet .
Außerhalb der Vereinigten Staaten bezieht sich "Schwitzen" auf das Zusammenfügen von flachen metallischen Oberflächen durch einen zweistufigen Prozess, bei dem zuerst Lot auf eine Oberfläche aufgetragen wird, dann dieses erste Teil gegen die zweite Oberfläche in Position gebracht und beide wieder erhitzt werden um die gewünschte Verbindung zu erreichen.
Kupferrohre leiten die Wärme viel schneller ab als ein herkömmlicher Handlötkolben oder eine Pistole, daher wird am häufigsten ein Propanbrenner verwendet, um die erforderliche Leistung zu liefern. für große Schlauchgrößen und Formteile eines MAPP -fueled, Acetylen -fueled oder Propylen -fueled Brenner mit atmosphärischer Luft als Oxidationsmittel verwendet wird; MAPP/Sauerstoff oder Acetylen/Sauerstoff werden selten verwendet, da die Flammentemperatur viel höher ist als der Schmelzpunkt von Kupfer. Zu viel Hitze zerstört die Härte von hartvergüteten Kupferrohren und kann das Flussmittel aus einer Verbindung herausbrennen, bevor das Lot hinzugefügt wird, was zu einer fehlerhaften Verbindung führt. Bei größeren Rohrgrößen wird ein Brenner mit verschiedenen Größen von austauschbaren Wirbeldüsen verwendet, um die erforderliche Heizleistung zu liefern. In den Händen eines erfahrenen Handwerkers ermöglicht die heißere Flamme von Acetylen, MAPP oder Propylen mehr Verbindungen pro Stunde ohne Beschädigung des Kupferanlassens.
Es ist jedoch möglich, ein Elektrowerkzeug zum Löten von Verbindungen in Kupferrohren mit einer Größe von 8 bis 22 mm ( 3 ⁄ 8 bis 7 ⁄ 8 in) zu verwenden. Zum Beispiel wird die Antex Pipemaster für den Einsatz in engen Räumen zu empfehlen, wenn offene Flammen gefährlich sind, oder von Do-it-yourself - Anwender. Die Zange -ähnlichen Werkzeug verwendet erhitzt ausgestattete Backen , die vollständig um das Rohr umschließen, so dass eine Verbindung in weniger als 10 Sekunden aufgeschmolzen werden.
Für Kupferverbindungen werden meist Lötfittings, auch Kapillarfittings genannt , verwendet. Diese Fittings sind kurze Abschnitte aus glattem Rohr, die über die Außenseite des passenden Rohres gleiten. Zu den häufig verwendeten Fittings gehören gerade Verbinder, Reduzierstücke, Bögen und T-Stücke. Es gibt zwei Arten von Lötfittings: Endzuführungsfittings , die kein Lot enthalten, und Lötringfittings (auch bekannt als Yorkshire-Fittings), bei denen sich ein Lötring in einer kleinen kreisförmigen Aussparung im Inneren des Fittings befindet.
Wie bei allen Lötstellen müssen alle zu verbindenden Teile sauber und oxidfrei sein. Für die gängigen Rohr- und Fittinggrößen stehen Innen- und Außendrahtbürsten zur Verfügung; Schmirgelleinen und Drahtwolle werden ebenfalls häufig verwendet, obwohl von Metallwolleprodukten abgeraten wird, da sie Öl enthalten können, das die Verbindung kontaminieren würde.
Wegen der Größe der beteiligten Teile und der hohen Aktivität und Verunreinigungsneigung der Flamme sind Flussmittel für Rohrleitungen typischerweise chemisch viel aktiver und oft saurer als elektronische Flussmittel. Da Klempnerverbindungen in jedem Winkel ausgeführt werden können, sogar kopfüber, werden Flussmittel im Allgemeinen als Pasten formuliert, die besser an Ort und Stelle bleiben als Flüssigkeiten. Flussmittel wird auf alle Oberflächen der Fuge aufgetragen, innen und außen. Flussmittelreste werden nach Fertigstellung der Verbindung entfernt, um Erosion und Versagen der Verbindung zu verhindern.
Es sind viele Lotformulierungen für den Sanitärbereich mit unterschiedlichen Eigenschaften erhältlich, wie beispielsweise einer höheren oder niedrigeren Schmelztemperatur, abhängig von den spezifischen Anforderungen der Aufgabe. Bauvorschriften verlangen derzeit fast überall die Verwendung von bleifreiem Lot für Trinkwasserleitungen, obwohl traditionelles Zinn-Blei-Lot immer noch erhältlich ist. Studien haben gezeigt, dass bleigelötete Sanitärrohre zu erhöhten Bleigehalten im Trinkwasser führen können.
Da Kupferrohre die Wärme schnell von einer Verbindung ableiten, muss sehr darauf geachtet werden, dass die Verbindung richtig durchgewärmt wird, um eine gute Verbindung zu erhalten. Nachdem die Verbindung richtig gereinigt, mit Flussmittel versehen und montiert wurde, wird die Brennerflamme auf den dicksten Teil der Verbindung, typischerweise das Fitting mit dem darin befindlichen Rohr, aufgebracht, wobei das Lot auf den Spalt zwischen dem Rohr und dem Fitting aufgetragen wird. Wenn alle Teile durchgewärmt sind, schmilzt das Lot und fließt durch Kapillarwirkung in die Verbindung. Möglicherweise muss der Brenner um die Fuge herum bewegt werden, um sicherzustellen, dass alle Bereiche benetzt sind. Der Installateur muss jedoch darauf achten, dass die Lötstellen nicht überhitzt werden. Wenn sich das Rohr zu verfärben beginnt, bedeutet dies, dass das Rohr überhitzt wurde und zu oxidieren beginnt, was den Fluss des Lots stoppt und dazu führt, dass die Lötstelle nicht richtig abdichtet. Vor der Oxidation folgt das geschmolzene Lot der Hitze des Brenners um die Verbindung herum. Wenn die Verbindung richtig benetzt ist, wird das Lot und dann die Hitze entfernt, und solange die Verbindung noch sehr heiß ist, wird sie normalerweise mit einem trockenen Lappen abgewischt. Dadurch werden überschüssiges Lot sowie Flussmittelrückstände entfernt, bevor es abkühlt und aushärtet. Bei einer Lötringverbindung wird die Verbindung erhitzt, bis ein Ring aus geschmolzenem Lot um den Rand des Fittings sichtbar ist und abkühlen gelassen.
Von den drei Methoden zum Verbinden von Kupferrohren erfordern Lötverbindungen die meisten Fähigkeiten, aber das Löten von Kupfer ist ein sehr zuverlässiger Prozess, sofern einige grundlegende Bedingungen erfüllt sind:
- Die Rohre und Fittings müssen bis auf blankes Metall ohne Anlaufen gereinigt werden
- Jeglicher Druck, der durch die Erwärmung des Schlauchs entsteht, muss einen Auslass haben
- Die Verbindung muss trocken sein (was bei der Reparatur von Wasserleitungen eine Herausforderung darstellen kann)
Kupfer ist nur ein Material, das auf diese Weise verbunden wird. Messingfittings werden häufig für Ventile oder als Verbindungsfitting zwischen Kupfer und anderen Metallen verwendet. Messingrohre werden auf diese Weise beim Bau von Blechblasinstrumenten und einigen Holzblasinstrumenten (Saxophon und Flöte) gelötet
Drahtbürste , Stahlwolle und Schmirgelpapier werden üblicherweise zur Herstellung von Sanitär - Verbindungen für die Verbindung verwendet. Borstenbürsten werden normalerweise verwendet, um Klempnerpastenflussmittel aufzutragen. Ein schwerer Lappen wird normalerweise verwendet, um Flussmittel aus einer Sanitärverbindung zu entfernen, bevor es abkühlt und aushärtet. Es kann auch eine Glasfaserbürste verwendet werden.
Beim Löten von Rohren, die eng mit Ventilen verbunden sind, wie z das Wasser, um das Ventil zu schützen.
Lötfehler bei Kupferrohren
Bei der Verbindung von Kupferrohren kann es zur Bildung einer „Lücke“ kommen, wenn eine Verbindung nicht richtig erhitzt und gefüllt wird. Dies ist normalerweise auf eine falsche Platzierung der Flamme zurückzuführen. Wenn die Hitze der Flamme nicht auf die Rückseite des Fittingbechers gerichtet ist und der Lötdraht schräg zur Flamme aufgebracht wird, füllt das Lot schnell die Öffnung des Fittings und fängt etwas Flussmittel in der Verbindung ein. Diese Blase aus eingeschlossenem Flussmittel ist die Leere; ein Bereich innerhalb einer Lötstelle, in dem das Lötmittel den Becher der Fittings nicht vollständig ausfüllen kann, da das Flussmittel in der Lötstelle versiegelt wurde, wodurch verhindert wird, dass das Lötmittel diesen Raum einnimmt.
Löten von Buntglas
Historisch gesehen , Buntglas wurden Lötspitzen Kupfer, erwärmt , indem in einem gelegt charcoal -burning brazier . Mehrere Spitzen wurden verwendet; Wenn eine Spitze vom Gebrauch abgekühlt war, wurde sie zurück in das Kohlenbecken gelegt und die nächste Spitze wurde verwendet.
In jüngerer Zeit werden elektrisch beheizte Lötkolben verwendet. Diese werden durch eine Spule oder ein keramisches Heizelement in der Spitze des Bügeleisens erhitzt. Es stehen verschiedene Leistungsstufen zur Verfügung und die Temperatur kann elektronisch geregelt werden. Diese Eigenschaften ermöglichen es, längere Perlen zu verarbeiten, ohne die Arbeit zum Spitzenwechsel zu unterbrechen. Lötkolben, die für den elektronischen Gebrauch entwickelt wurden, sind oft effektiv, obwohl sie manchmal wegen des schweren Kupfers und Bleis, das bei Buntglasarbeiten verwendet wird, zu schwach sind. Ölsäure ist das klassische Flussmittel, das zur Verbesserung der Lötbarkeit verwendet wurde.
Buntglas vom Tiffany-Typ wird hergestellt, indem Kupferfolie um die Kanten der Glasstücke geklebt und dann zusammengelötet wird. Dieses Verfahren ermöglicht es, dreidimensionale Glasmalereien herzustellen.
Löten von Elektronik
Handlöten
Beim Anbringen elektronischer Komponenten an einer Leiterplatte hilft die richtige Auswahl und Verwendung des Flussmittels, Oxidation während des Lötens zu verhindern; es ist für eine gute Benetzung und Wärmeübertragung unerlässlich. Die Lötkolbenspitze muss sauber und mit Lot vorverzinnt sein, um eine schnelle Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Elektronische Verbindungen werden normalerweise zwischen verzinnten Oberflächen hergestellt und erfordern selten eine mechanische Reinigung, obwohl angelaufene Bauteilleitungen und Kupferspuren mit einer dunklen Oxidpassivierungsschicht (alterungsbedingt) wie auf einem neuen Prototyping-Board, das seit Jahren im Regal stand etwa ein Jahr oder länger, müssen möglicherweise mechanisch gereinigt werden.
Um das Löten zu vereinfachen, wird Anfängern in der Regel empfohlen, den Lötkolben und das Lot getrennt auf die Lötstelle aufzutragen, anstatt das Lot direkt auf den Lötkolben aufzutragen. Wenn ausreichend Lot aufgetragen ist, wird der Lötdraht entfernt. Bei ausreichender Erwärmung der Oberflächen fließt das Lot um die Werkstücke herum. Anschließend wird das Eisen aus dem Gelenk entfernt.
Wenn alle Metalloberflächen nicht richtig gereinigt ("mit Flussmittel") oder vollständig über die Schmelztemperatur des verwendeten Lots gebracht wurden, führt dies zu einer unzuverlässigen ("kalten Lötung") Verbindung, auch wenn das Aussehen etwas anderes vermuten lässt.
Überschüssiges Lot, nicht verbrauchtes Flussmittel und Rückstände werden manchmal zwischen den Lötstellen von der Lötkolbenspitze abgewischt. Die Spitze des Bits (üblicherweise eisenbeschichtet, um Erosion zu reduzieren) wird im heißen Zustand mit Lot benetzt ("verzinnt"), um das Löten zu unterstützen und die Oxidation und Korrosion der Spitze selbst zu minimieren.
Nach dem Einsetzen eines durch ein Durchgangsloch montierten Bauteils wird das überschüssige Blei abgeschnitten, so dass eine Länge von etwa dem Radius des Pads verbleibt.
Handlöttechniken erfordern beim Fine-Pitch-Löten von oberflächenmontierten Chipgehäusen viel Geschick . Insbesondere Ball Grid Array (BGA) -Bauelemente sind notorisch schwer, wenn nicht unmöglich, von Hand zu überarbeiten.
Kalte Fugen
Beim Lötprozess können verschiedene Probleme auftreten, die zu Verbindungen führen, die entweder sofort oder nach einer Nutzungsdauer nicht mehr funktionsfähig sind.
Der häufigste Fehler beim Handlöten besteht darin, dass die zu verbindenden Teile die Liquidustemperatur des Lots nicht überschreiten, was zu einer "kalten Lötverbindung" führt. Dies ist normalerweise darauf zurückzuführen, dass der Lötkolben verwendet wird, um das Lot direkt zu erhitzen, und nicht die Teile selbst. Richtig gemacht, erhitzt das Bügeleisen die zu verbindenden Teile, die wiederum das Lot schmelzen und eine ausreichende Hitze in den Fügeteilen für eine gründliche Benetzung garantieren. Bei Verwendung von Lötdraht mit eingebettetem Flussmittelkern kann das Erhitzen des Lots zuerst dazu führen, dass das Flussmittel verdampft, bevor es die zu lötenden Oberflächen reinigt.
Eine Kaltlötstelle leitet möglicherweise überhaupt nicht oder nur zeitweise. Kaltlötverbindungen kommen auch in der Massenproduktion vor und sind eine häufige Ursache dafür, dass Geräte zwar Tests bestehen, aber nach manchmal jahrelangem Betrieb Fehlfunktionen aufweisen.
Trockene Fugen
Eine "trockene Verbindung" entsteht, wenn das kühlende Lot bewegt wird. Da nichteutektische Lotlegierungen einen kleinen plastischen Bereich haben, darf die Verbindung erst bewegt werden, wenn das Lot sowohl durch die Liquidus- als auch durch die Solidustemperatur abgekühlt ist. Trockene Verbindungen treten häufig auf, weil sich die Verbindung bewegt, wenn der Lötkolben von der Verbindung entfernt wird. Sie sind mechanisch schwach und elektrisch schlecht leitend.
Überhitzung von Bauteilen vermeiden
Beim Handlöten wird das Wärmequellenwerkzeug so ausgewählt, dass es für die Größe der zu vervollständigenden Verbindung ausreichend Wärme liefert. Ein 100-Watt- Lötkolben kann zu viel Wärme für Leiterplatten (PCBs) liefern, während ein 25-Watt - Lötkolben nicht genug Wärme für große elektrische Steckverbinder liefert.
Die Verwendung eines Werkzeugs mit zu hoher Temperatur kann empfindliche Bauteile beschädigen, aber auch eine längere Erwärmung durch ein zu kaltes oder zu schwaches Werkzeug kann zu Hitzeschäden führen. Übermäßiges Erhitzen einer Leiterplatte kann zu Delamination führen – die Kupferleiterbahnen können sich tatsächlich vom Substrat abheben, insbesondere bei einseitigen Leiterplatten ohne Durchkontaktierung .
Beim Handlöten kann ein Kühlkörper , wie beispielsweise eine Krokodilklemme, an den Leitungen wärmeempfindlicher Komponenten verwendet werden, um die Wärmeübertragung auf die Komponenten zu reduzieren und deren Beschädigung zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Germaniumteile .
Der Kühlkörper begrenzt die Temperatur des Bauteilkörpers, indem er Wärme aufnimmt und abführt, indem er den Wärmewiderstand zwischen Bauteil und Luft verringert. Währenddessen hält der Wärmewiderstand der Leitungen die Temperaturdifferenz zwischen dem zu lötenden Teil der Leitungen und dem Komponentenkörper aufrecht. Somit werden die Leitungen heiß genug, um das Lot zu schmelzen, während der Komponentenkörper kühler bleibt. Der Kühlkörper bedeutet, dass mehr Wärme verwendet wird, um die Verbindung zu vervollständigen, da die vom Kühlkörper aufgenommene Wärme die Werkstücke nicht erwärmt.
Komponenten, die während des Betriebs große Wärmemengen abführen, werden manchmal über der Leiterplatte erhöht, um eine Überhitzung der Leiterplatte zu vermeiden. Bei großen Geräten können Montageclips oder -halter aus Kunststoff oder Metall verwendet werden, um die Wärmeableitung zu unterstützen und die Gelenkbelastungen zu reduzieren.
Sichtkontrolle der Fugen
Bei einer Sichtprüfung erscheint eine gute Lötstelle glatt, hell und glänzend, wobei der Umriss des Lötdrahtes deutlich sichtbar ist. Im Allgemeinen ist eine gut aussehende Lötstelle eine gute Verbindung.
Eine mattgraue Oberfläche ist ein guter Indikator für eine beim Löten bewegte Verbindung. Eine trockene Fuge hat unmittelbar nach der Fugenherstellung ein charakteristisches stumpfes oder körniges Aussehen. Dieses Aussehen wird durch Kristallisation des flüssigen Lots verursacht. Zu wenig Lot führt zu einer trockenen und unzuverlässigen Verbindung.
Kalte Lötstellen sind stumpf und manchmal rissig oder pockennarbig. Wenn die Verbindung Klumpen oder Kugeln aus ansonsten glänzendem Lot aufweist, wurde das Metall nicht richtig benetzt. Zu viel Lot (der für Anfänger bekannte "Lötklecks") ist nicht unbedingt ungesund, neigt aber zu einer schlechten Benetzung.
Ein konkaves Filet ist ideal. Die Grenze zwischen dem Lot und dem Werkstück in einer guten Verbindung hat einen kleinen Winkel. Dies weist auf eine gute Benetzung und einen minimalen Lötmittelverbrauch und damit auf eine minimale Erwärmung von wärmeempfindlichen Bauteilen hin. Eine Verbindung kann gut sein, aber wenn eine große Menge unnötiges Lot verwendet wird, war offensichtlich eine übermäßige Erwärmung erforderlich.
Bleifreie Lotformulierungen können zu einer stumpfen Oberfläche abkühlen, selbst wenn die Verbindung gut ist. Das Lot sieht im geschmolzenen Zustand glänzend aus und trübt sich beim Erstarren plötzlich ein, obwohl es beim Abkühlen nicht gestört wurde.
Flussmittelverbrauch und Rückstände
Ein falsch ausgewähltes oder aufgetragenes Flussmittel kann zum Versagen der Verbindung führen. Ohne Flussmittel ist die Verbindung möglicherweise nicht sauber oder oxidiert, was zu einer mangelhaften Verbindung führt.
Für elektronische Arbeiten wird im Allgemeinen ein Lötdraht mit Flussmittelkern verwendet, aber zusätzliches Flussmittel kann aus einem Flussmittelstift verwendet oder aus einer kleinen Flasche mit einer spritzenähnlichen Nadel abgegeben werden.
Einige Flussmittel sind so konzipiert, dass sie im kühlen Zustand stabil und inaktiv sind und nicht gereinigt werden müssen, dies jedoch auf Wunsch möglich ist. Wenn solche Flussmittel verwendet werden, kann die Reinigung lediglich eine Frage der Ästhetik sein oder die visuelle Inspektion von Verbindungen in speziellen „geschäftskritischen“ Anwendungen wie medizinischen Geräten, Militär und Luft- und Raumfahrt erleichtern. Bei Satelliten reduziert dies auch das Gewicht, leicht, aber nützlich. Da bei hoher Luftfeuchtigkeit selbst nicht korrosive Flussmittel leicht aktiv bleiben können, kann das Flussmittel entfernt werden, um die Korrosion im Laufe der Zeit zu reduzieren.
Einige Flussmittel sind korrosiv und Flussmittelrückstände müssen nach dem Löten entfernt werden. Bei unsachgemäßer Reinigung kann das Flussmittel die Verbindung oder die Leiterplatte korrodieren. Wasser, Alkohol, Aceton oder andere Lösungsmittel, die mit dem Flussmittel und den beteiligten Teilen kompatibel sind, werden üblicherweise mit Wattestäbchen oder Borstenbürsten verwendet.
Bei einigen Anwendungen kann die Leiterplatte auch mit einer Form von Schutzmaterial wie einem Lack beschichtet sein , um sie und freiliegende Lötstellen vor der Umgebung zu schützen.
Entlöten und Nachlöten
Gebrauchtes Lot enthält einen Teil der gelösten Grundmetalle und ist für die Wiederverwendung bei der Herstellung neuer Verbindungen ungeeignet. Ist die Kapazität des Lotes für das Grundmetall erreicht, verbindet es sich nicht mehr richtig mit dem Grundmetall, was in der Regel zu einer spröden kalten Lötstelle mit kristallinem Aussehen führt.
Es ist eine gute Praxis, das Lötmittel vor dem erneuten Löten von einer Verbindung zu entfernen – Entlötlitzen (oder Dochte) oder Vakuumentlötgeräte ( Lötsauger ) können verwendet werden. Entlötdochte enthalten viel Flussmittel, das die Oxidation von der Kupferspur und allen vorhandenen Gerätekabeln entfernt. Dies hinterlässt eine helle, glänzende, saubere Verbindung, die erneut gelötet werden muss.
Der niedrigere Schmelzpunkt von Lot bedeutet, dass es vom Grundmetall weggeschmolzen werden kann und es weitgehend intakt lässt, obwohl die äußere Schicht mit Lot "verzinnt" wird. Es bleibt Flussmittel zurück, das durch abrasive oder chemische Verfahren leicht entfernt werden kann. Diese verzinnte Schicht lässt das Lot auf eine neue Verbindung fließen, was zu einer neuen Verbindung führt, und lässt das neue Lot sehr schnell und einfach fließen.
Wellenlöten und Reflowlöten
Derzeit werden gedruckte Leiterplatten (PCBs) in der Massenproduktion meist wellengelötet oder reflow-gelötet , obwohl auch das Handlöten von Produktionselektronik noch weit verbreitet ist.
Beim Wellenlöten werden Bauteile vorbereitet (getrimmt oder modifiziert) und auf der Leiterplatte montiert. Um eine Bewegung zu verhindern, werden sie manchmal vorübergehend mit kleinen Klebstofftupfern an Ort und Stelle gehalten oder mit einer Halterung befestigt, dann wird die Baugruppe in einem Schüttgutbehälter über fließendes Lot geführt. Dieser Lotfluss wird gezwungen, eine stehende Welle zu erzeugen , so dass die gesamte Leiterplatte nicht in Lot getaucht, sondern nur berührt wird. Das Endergebnis ist, dass das Lot auf Pins und Pads bleibt, aber nicht auf der Platine selbst.
Reflow-Löten ist ein Prozess, bei dem eine Lotpaste (eine Mischung aus vorlegiertem Lotpulver und einem Flussmittel mit einer erdnussbutterähnlichen Konsistenz) verwendet wird, um die Komponenten auf ihre Befestigungspads zu kleben, wonach die Baugruppe durch ein Infrarotlampe, einen Heißluftstift oder, noch häufiger, durch einen sorgfältig kontrollierten Ofen.
Da unterschiedliche Komponenten am besten durch unterschiedliche Techniken zusammengebaut werden können, ist es üblich, zwei oder mehr Prozesse für eine gegebene Leiterplatte zu verwenden. Beispielsweise montierten Oberflächenteile Reflow erster, für die mit einer Welle Lötverfahren verlötet werden können , Durchgangsbohrung montierten Komponenten nächsten kommen, und sperrige Teile von Hand angelötet letzte.
Hot-Bar-Reflow
Hot-Bar-Reflow ist ein selektives Lötverfahren, bei dem zwei mit Flussmittel versehene, mit Lot beschichtete Teile mit einem Heizelement (sogenannte Thermode) auf eine Temperatur erhitzt werden, die ausreicht, um das Lot zu schmelzen.
Während des gesamten Prozesses (normalerweise 15 Sekunden) wird Druck ausgeübt, um sicherzustellen, dass die Komponenten während des Abkühlens an Ort und Stelle bleiben. Das Heizelement wird für jeden Anschluss beheizt und gekühlt. Im Heizelement können bis zu 4000 W verwendet werden, was schnelles Löten ermöglicht, gute Ergebnisse bei Verbindungen mit hohem Energiebedarf.
Umweltvorschriften und RoHS
Die Umweltgesetzgebung in vielen Ländern hat zu einer Änderung der Formulierung von Loten und Flussmitteln geführt.
Die RoHS- Richtlinien in der Europäischen Gemeinschaft verlangten bis zum 1. Juli 2006, dass viele neue elektronische Leiterplatten bleifrei sein müssen, hauptsächlich in der Konsumgüterindustrie, aber auch in einigen anderen. In Japan wurde Blei aufgrund der zusätzlichen Kosten für das Recycling von bleihaltigen Produkten vor der Gesetzgebung von den Herstellern abgeschafft.
Seit den 1980er Jahren werden zunehmend wasserlösliche Flussmittel ohne Kolophoniumbasis verwendet, um gelötete Leiterplatten mit Wasser oder wasserbasierten Reinigern zu reinigen. Dadurch werden gefährliche Lösungsmittel aus der Produktionsumgebung und aus Fabrikabwässern eliminiert.
Auch ohne Blei können beim Löten Dämpfe freigesetzt werden, die für den Menschen schädlich und/oder giftig sind. Es wird dringend empfohlen, ein Gerät zu verwenden, das die Dämpfe aus dem Arbeitsbereich entfernen kann, indem sie entweder nach außen lüften oder die Luft filtern.
Bleifrei
Bleifreies Löten erfordert höhere Löttemperaturen als Blei/Zinn-Löten. Sn Pb 63/37 eutektisches Lot schmilzt bei183 °C . SAC bleifreies Lot schmilzt bei217–220 °C . Dennoch haben sich bei diesem Unterfangen viele neue technische Herausforderungen ergeben. Um den Schmelzpunkt von Lotlegierungen auf Zinnbasis zu senken, mussten verschiedene neue Legierungen erforscht werden, mit Zusätzen von Kupfer, Silber, Wismut als typische Nebenzusätze, um den Schmelzpunkt zu senken und andere Eigenschaften zu steuern. Darüber hinaus ist Zinn ein korrosives Metall und kann schließlich zum Versagen von Lötbädern führen.
Die bleifreie Konstruktion hat sich auch auf Komponenten, Stifte und Steckverbinder ausgeweitet. Die meisten dieser Stifte verwendeten Kupferrahmen und entweder Blei, Zinn, Gold oder andere Oberflächen. Zinnoberflächen sind die beliebtesten bleifreien Oberflächen. Dies wirft jedoch die Frage auf, wie mit Zinn-Whisker umzugehen ist . Die aktuelle Bewegung bringt die Elektronikindustrie zurück zu den Problemen, die in den 1960er Jahren durch die Zugabe von Blei gelöst wurden. JEDEC hat ein Klassifizierungssystem geschaffen, um bleifreien Elektronikherstellern bei der Entscheidung zu helfen, welche Maßnahmen gegen Whisker je nach ihrer Anwendung zu treffen sind.