Lötmaterialien 101

Was sind die wichtigsten Materialien, die benötigt werden, um eine Lötaufgabe zu erledigen?

Man könnte meinen, dass Lötzinn das Einzige ist, was verbraucht wird. Aber mehrere andere Dinge sind für den Abschluss der Arbeit unerlässlich und werden dabei verbraucht.

Wir werden auch einige Werkzeuge vorstellen, von denen du vielleicht gar nicht wusstest, dass man sie braucht. Wir beginnen mit Lötzinn und Flussmittel. Danach gehen wir zu den weniger bekannten Dingen über wie Entlötlitzen, Reinigungsmaterialien für Flussmittel, Lötklebeband und Ersatz-Lötspitzen.

Lötzinn ist das grundlegende Material einer Lötverbindung. Am häufigsten wirst du es als Spule aus Metalldraht vorfinden, der sich leicht biegen und verarbeiten lässt. Die Zusammensetzung der meisten Lötzinnarten besteht aus einer Metalllegierung (einer Mischung aus Metallen, die nicht mechanisch getrennt werden kann) mit einem niedrigen Schmelzpunkt, die einen Kern aus Flussmittel umschließt. Dies ist eine chemische Verbindung, die dem Lötzinn hilft, wie gewünscht zu benetzen und zu fließen.

Die Lötzinnlegierung haftet im geschmolzenen Zustand an den zu verbindenden Teilen, wenn diese sauber sind und über den Schmelzpunkt des Lötzinns erhitzt werden. Obwohl fast jedes für elektronische Zwecke bestimmte Lötzinn einen Kern aus Flussmittelmaterial hat, kannst und solltest du bei Bedarf dennoch zusätzliches Flussmittel hinzufügen, um das Ergebnis zu verbessern.

Es gibt zwei Hauptlegierungstypen von Lötzinn: verbleit und bleifrei. Verbleites Lötzinn benetzt und fließt leichter, benötigt weniger Hitze und gilt allgemein als einfacher zu verarbeiten. Da Blei jedoch weder für Menschen noch für die Umwelt gut ist, wurde bleifreies Lötzinn als sicherere Alternative entwickelt.

Bleifreies Lötzinn hat verbleites Lötzinn in der elektronischen Fertigung weitgehend ersetzt, insbesondere seit in den frühen 2000er Jahren Gesetze zur Reduzierung gefährlicher Stoffe in Kraft traten. Es gibt jedoch immer noch Branchen und Anwendungen, in denen verbleites Lötzinn verwendet wird, da die Verbindungen, die bleifreies Lötzinn erzeugt, anfälliger gegenüber äußeren Kräften sind. Für die Reparatur von Unterhaltungselektronik ist bleifreies Lötzinn vorzuziehen.

Bleifreies Lötzinn ist häufig eine Legierung aus Zinn (Symbol Sn), Silber (Ag) und Kupfer (Cu). Eine gängige Mischung ist als SAC oder 305 bekannt. Diese enthält 3 % Silber. Es schmilzt bei einer höheren Temperatur (etwa 215–220 °C) als verbleites Lötzinn (183 °C) und ist etwas schwieriger zu verarbeiten, vor allem weil es über einen Temperaturbereich schmilzt und Oberflächen nicht so leicht benetzt. Es gibt auch Legierungen aus reinem Zinn und Kupfer, die bei einer etwas höheren Temperatur (227 °C) schmelzen; diese haben eine noch schlechtere Benetzungsfähigkeit.

Verbleites Lötzinn enthält tatsächlich mehr Zinn als Blei. Am einfachsten zu verwenden ist Lötzinn mit 63 % Zinn und 37 % Blei, das meist als 63-37-Lötzinn bekannt ist. Dies ist das eutektische Gemisch (was bedeutet, dass es den niedrigstmöglichen Schmelzpunkt hat), das wie ein reines Metall bei einer festen Temperatur schmilzt.

Die niedrigere Schmelztemperatur (183 °C) und die überlegenen Benetzungseigenschaften machen 63-37 einfacher in der Anwendung. Dies ist die Lötlegierung der Wahl für Reparaturen. Die niedrigere Schmelztemperatur ist für benachbarte Bauteile weniger riskant. Der Nachteil ist der Bleigehalt, der giftig ist.

Eine weitere gängige Legierung ist 60-40, die bei einer etwas höheren Temperatur schmilzt und nicht ganz so glatt fließt.

Andere Legierungen, die beim elektronischen Löten verwendet werden, umfassen Legierungen auf Wismut-Basis (Bi) und Indium-Legierungen (In). Beide Typen sind für Niedrigtemperaturanwendungen bestimmt. Die Zahlen geben den Prozentsatz jedes Metalls in der Legierung an.

Im Allgemeinen wirst du diesen Legierungen beim Löten von Oberflächenmontage-Bauteilen (SMD) begegnen. Wismut-Zinn (58Bi42Sn) und Wismut-Zinn-Silber (57Bi42Sn1Ag) schmelzen bei 138–140 °C. Sie können für Niedrigtemperaturlöten verwendet werden. Manchmal werden sie in bestehende Verbindungen eingeschmolzen, um den Schmelzpunkt für einfachere Reparaturen zu senken.

Lötzinn, das Indiummetall enthält, ist ebenfalls mit sehr niedrigen Schmelzpunkten erhältlich, wie z. B. eine Indium-Zinn-Legierung (52In48Sn), die bei 118 °C schmilzt.

Die meisten Lötlegierungen sind in Drahtform mit einem Flussmittelkern erhältlich. Alternativ sind sie auch als Pasten und als Kugeln verfügbar.

Die gebräuchlichste Form ist ein Draht mit Flussmittel als Kern. Der Draht ist in einer Vielzahl von Durchmessern erhältlich, die von 0,010 Zoll (0,25 mm) bis 0,125 Zoll (3,125 mm) reichen. Die Größe der Verbindung und die verwendete Wärmequelle bestimmen den geeigneten Durchmesser.

Bestehend aus kleinen Lötzinnkugeln in einer Flussmittelbasis, können viele Lötpasten mit einer Spritze aufgetragen werden. Sie wird üblicherweise zum Löten von Oberflächenmontage-Bauteilen verwendet.

Dies sind winzige Kügelchen aus Lötzinn in einheitlicher Größe, die für spezielle Zwecke verwendet werden, wie z. B. die Erneuerung des Lötzinns auf Chips mit Ball-Grid-Array-Anschlüssen (BGA).

Während das Lötzinn das Material ist, das die Verbindung herstellt, ist Flussmittel unerlässlich, damit das Lötzinn fließt und haftet.

Lötflussmittel ist eine chemische Verbindung, die typischerweise aus Kolophonium (gewonnen aus Kiefernsaft) und einer reaktiven Komponente, dem Aktivator, besteht. Sein Hauptzweck ist das Entfernen von Oxidation, was dazu beiträgt, dass es auf anderen Oberflächen haftet und die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötzinns verringert.

Da Lötzinn nicht an Metall haftet, das eine Oxidschicht aufweist, und da sich Oxidschichten in der Hitze leichter bilden, dient das Flussmittel sowohl dazu, die zu verbindenden Oberflächen zu reinigen als auch zu schützen. Das Flussmittel muss auf seine Aktivierungstemperatur von etwa 140 °C erhitzt werden, um diese Oxidschicht zu reinigen und die Verbindung zu beschichten, damit sie nicht erneut oxidiert.

Flussmittel fördert auch die Benetzung, sodass Lötzinn leichter in die kleinen Lücken zwischen den Bauteilen fließen kann. Dies schafft Verbindungen mit mehr Oberfläche, die dadurch stärker und leitfähiger sind. Wenn du jemals das Problem hattest, dass dein Lötzinn zu einer eher pastösen Konsistenz schmolz, ist das Hinzufügen von mehr Flussmittel wahrscheinlich die Lösung, um das Lötzinn in einen flüssigeren Zustand zu bringen.

Kolophonium ist die gebräuchlichste Flussmittelbasis, der du begegnen wirst. Es gibt auch Kunstharz-Flussmittel, die es ermöglichen, andere Flussmitteleigenschaften maßzuschneidern.

Übliche Aktivatoren sind Abietinsäure (natürlich in Kiefernsaft vorkommend), Halogenide und Amine, die entweder sauer oder basisch sein können. Ihr Hauptzweck ist eine chemische Reaktion mit dem oxidierten Metall, das sich auf der Oberfläche der Bauteile bildet, die der Luft ausgesetzt sind. Diese Aktivatoren reduzieren entweder Metalloxide zurück zu reinem Metall oder bilden lösliche Metallchloride oder Metallsalze, die vom Flussmittel gelöst oder absorbiert werden können. Das Flussmittel dient dann als Schutzbarriere zwischen Metall und Luft, um weitere Oxidation zu verhindern, bevor das Lötzinn eine Verbindung herstellen kann.

Klebrige Flussmittel bzw. Gel-Flussmittel sind einfach aufzutragen, bleiben an Ort und Stelle und werden häufig zum Löten von Oberflächenmontage-Bauteilen verwendet. Sie sind eine gute Allround-Flussmittelform für die Herstellung von Lötverbindungen.

Denke daran: Zu viel Flussmittel ist fast immer besser als zu wenig. Überschüssiges Flussmittel kannst du entfernen, aber eine qualitativ hochwertige Lötverbindung lässt sich mit zu wenig Flussmittel kaum erzielen.

Flussmittel gibt es in Pasten-, Gel- (klebrig) und Flüssigform. Sie sind auch als Kerne in Lötzinndraht enthalten. Der Feststoffgehalt korreliert normalerweise umgekehrt mit der Fließfähigkeit. Paste (höchster Feststoffgehalt), dann Gel/klebrig, dann flüssig (niedrigster Feststoffgehalt).

Einige Pasten können mit einem steifen Pinsel aufgetragen werden.

Klebrige Flussmittel werden oft mit einer Spritze aufgetragen und können verwendet werden, um kleine Bauteile für den Lötvorgang in Position zu halten (daher der Name klebrig).

Flüssige Flussmittel werden mit einem weichen Pinsel oder einem Flussmittelstift aufgetragen und lassen sich leicht auf mehrere Verbindungen gleichzeitig aufbringen.

Flussmittel haben mehrere Eigenschaften, die in beschreibenden Typenbezeichnungen vermerkt sind. Unter diesen sind:

• Flussmittelbasis oder Trägermaterial (was der Hauptbestandteil ist)
  • Kolophonium (R) Sehr gutes Allzweckmaterial. Wird hauptsächlich für Nacharbeiten/Reparaturen verwendet.
  • Harz (RE oder RES) Alternative zu Kolophonium.
  • Wasserlöslich – Normalerweise aggressiver und erfordert nach der Anwendung fast immer eine Reinigung.
    • Anorganisch (IN)
    • Organisch (OR)
• Aktivierung ist der Grad, in dem ein Flussmittel aggressiv Oxide entfernt; zu viel ist nicht unbedingt besser, da Korrosion mit der Aktivierung normalerweise zunimmt. Der Aktivator übernimmt die Reinigung. Einige Träger, wie Kolophonium, haben eingebaute saure Aktivatoren.
  • Niedrig/Keine (L)
  • Mittel/Mild aktiviert (M)
  • Hoch/Aktiviert (H)
• Halogenid – Dies hilft bei der Oxidbeseitigung, trägt aber zur Toxizität der Dämpfe bei und erfordert eine Reinigung. Immer weniger Flussmittel enthalten Halogenide.
  • Kein Halogenid (0) am Ende der Bezeichnung.
  • Halogenid (1) am Ende der Bezeichnung.

Ein Flussmittelstift mit No-Clean-Flussmittel

Du siehst vielleicht, dass Flussmittel als "No-Clean" (keine Reinigung erforderlich) gekennzeichnet ist. Dies ist keine andere Art von Flussmittel, sondern bezieht sich auf den Rückstand, den das Flussmittel nach dem Lötvorgang hinterlässt. No-Clean bedeutet, dass der vom Flussmittel hinterlassene Rückstand wahrscheinlich keine Probleme mit den Bauteilen auf einer Leiterplatte verursacht.

Korrosion ist der Hauptpunkt, der bei Clean/No-Clean-Bezeichnungen bewertet wird. Flussmittelrückstände können dennoch leitfähig sein. Häufig ist die Menge an Flussmittelbasis im No-Clean reduziert, sodass weniger potenziell leitfähiger Rückstand zurückbleibt.

Wenn Leiterplatten dicht mit Bauteilen bestückt sind und eine Reinigung fast unmöglich ist, ist No-Clean ein Vorteil. Manchmal führst du eine Reparatur durch und das No-Clean-Flussmittel ist ebenfalls eine große Hilfe. Dennoch: Wenn du kannst, bist du im Allgemeinen besser beraten, Flussmittelrückstände von der Platine zu entfernen, egal ob No-Clean oder nicht.

Das wichtigste Verbrauchsmaterial ist die Entlötlitze aus Kupfer. Sie besteht aus sehr feinen Kupferdrähten, die zu einer bandartigen Form geflochten sind. Normalerweise ist sie bereits mit Flussmittel vorbehandelt. Wenn sie gegen eine Lötverbindung gehalten und erhitzt wird, saugt sich das Lötzinn aus der Verbindung in die Litze und ermöglicht so das Entfernen von Bauteilen. Du kannst die Leistung möglicherweise verbessern, indem du etwas zusätzliches Flussmittel auf die Verbindung selbst gibst und dann die Litze verwendest.

Du solltest immer etwas Entlötlitze zur Hand haben. Es gibt sie in verschiedenen Breiten und sie kann bereits mit Flussmittel getränkt sein. Fehler passieren, und Entlötlitze ist eine bequeme Art, diese rückgängig zu machen.

Obwohl es nicht streng genommen ein Verbrauchsmaterial ist: Eine Entlötsaugpumpe ist praktisch, um größere Bauteile zu entfernen, die möglicherweise mit größeren Mengen Lötzinn befestigt sind.

Wenn du lötest, insbesondere auf Leiterplatten, solltest du das Flussmittel und Flussmittelrückstände entfernen (selbst bei "No-Clean"-Flussmitteln). Du kannst verschiedene Dinge dafür verwenden. Zum Lösen des Flussmittels:

• 91–99 % Isopropylalkohol ist so etwas wie ein fast universelles Flussmittellösungsmittel. Es ist das am häufigsten verwendete, da es leicht erhältlich ist.
• Flussmittelentferner ist wahrscheinlich die ultimative Wahl. Wenn du ihn verwendest, stelle sicher, dass du einen Flussmittelentferner benutzt, der zu deinem aktuellen Flussmittel passt.
• Für wirklich hartnäckige Verschmutzungen kannst du Aceton verwenden, aber sei vorsichtig. Aceton kann viele verschiedene Kunststoffe auflösen, die du eigentlich nicht auflösen wolltest. Es entfernt oft Markierungen auf der Leiterplatte und auf den Chips selbst, was zu Problemen führen kann. Es ist am besten, es zuerst zu testen, um zu sehen, ob die Platine aufquillt oder anderweitig beschädigt wird.
• Destilliertes oder deionisiertes Wasser ist großartig für jedes wasserlösliche Flussmittel; in den meisten Fällen funktionieren andere Reiniger bei diesen Flussmitteln nicht oder nur schlecht.

Beim Reinigen kannst du Wattestäbchen (die Sorte mit langen Holzstielen, nicht die normale Art für die Ohrenreinigung) oder fusselfreie Tücher verwenden. Spare hier nicht am falschen Ende.

Hier geht es nicht darum, wie du deinen Lötkolben effektiver benutzt. Die Spitzen deines Lötkolbens sind austauschbar, sofern der Lötkolben nicht sehr billig ist. Die austauschbaren Spitzen erfüllen zwei Zwecke.

1. Sie ermöglichen es dir, die Spitzen zu wechseln, damit du eine Lötspitzenform verwenden kannst, die am besten für die Arbeit geeignet ist, falls andere Formen verfügbar sind.
2. Sie ermöglichen es dir, abgenutzte Spitzen zu ersetzen.

Die meisten Lötkolben haben eine eisenplattierte Kupferspitze. Spitzen nutzen sich hauptsächlich deshalb ab, weil Überhitzung zu Oxidation führt, welche die Eisenplattierung beschädigt. Sobald die Plattierung beschädigt ist, muss die Spitze entsorgt werden. Leider muss das gesamte Gerät entsorgt werden, wenn dein Lötkolben keine austauschbaren Spitzen hat.

Wenn möglich, solltest du zwei bis drei Arten von Klebeband zur Hand haben.

• Malerkrepp ist sehr nützlich für Arbeiten mit niedriger Hitze, wie z. B. zum Fixieren von Durchsteck-Bauteilen oder als Hitzeschild für leichte Aufgaben.
• Polyimid-Klebeband (oft Kapton™ genannt) für Hitzeschutz, wenn du nur einen bestimmten Bereich erwärmen willst. Die übliche Obergrenze liegt bei 260 °C, aber es kann sogar bis 400 °C funktionieren.
• Aluminiumfolienklebeband kann ebenfalls als Hitzeschild dienen und ist aufgrund seiner Dicke robust.

Die Hauptfunktion dieser Klebebänder ist der Schutz.

• Sie helfen dir, das Schmelzen von Dingen zu vermeiden, die nicht schmelzen sollen, wie z. B. Kunststoffstecker oder andere Bauteile.
• Sie können hitzeempfindliche Bauteile wie integrierte Schaltkreise schützen.

Löt-Glossar

Löten und Entlöten von Verbindungen

Lötkolben schmilzt kein Lötzinn

Lötkolben wird nicht heiß

Best Practices beim Löten

Lötspitzen

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