|
|
LötenLöten in der Elektronik ist eine praktisch-handwerkliche Tätigkeit und erfordert daher neben entsprechendem Geschick in erster Linie ... viel Übung!
[Bearbeiten] GrundlagenLöten ist ein Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung zwischen zwei Materialien mit höherem Schmelzpunkt durch ein drittes Material mit niedrigerem Schmelzpunkt. Das verbindende Material (Lot) wird dabei kurzfristig geschmolzen, so dass eine haftschlüssige und meist auch formschlüssige Verbindung entsteht. Die Verbindung entsteht dabei durch Diffusion des Lots in die Oberfläche der zu verbindenden Metallteile. Daher ist es wichtig, dass die zu verbindenden Partner sauber und oxidfrei sind und vom Lot gut benetzt werden können. Um dieses Verhalten zu verbessern, wird ein Flussmittel benutzt. Neben dem im weiteren ausschließlich betrachteten Weichlöten gibt es auch sogenanntes Hartlöten. Als Lot dienen dabei Legierungen aus Silber, Kupfer und Zink (Silberhartlot), Kupfer und Zink (Messinghartlot) oder reines Kupfer; Flussmittel basieren in der Regel auf Natriumtetraborat (Borax). Durch die hohe Festigkeit der benutzten Lote sowie die aus der höheren Temperatur resultierende größere Diffusionstiefe werden dabei beachtliche Festigkeiten der Verbindungen erreicht, die mit Weichlöten nicht erreichbar sind. In der Elektronik, wo es in der Regel um elektrisch leitfähige Verbindung geht, kann z. B. durch Lötzinn, welches an der etwa 300 Grad heißen Spitze eines Lötkolbens geschmolzen(*1) wird, ein Silberdraht mit der Kupfer-Leiterbahn einer Platine verbunden werden. Eine solche Verbindung ist
Lötverfahren sind gut maschinell durchzuführen und automatisierbar (Lötbäder), für Testaufbauten, Kleinst-Stückzahlen, zu Reparaturzwecken usw. wird aber häufig auch Löten per Hand notwendig sein. hoi
[Bearbeiten] VoraussetzungenWichtigste Voraussetzungen für das Löten in der Elektronik sind
Alles muss natürlich für Elektronik geeignet sein. Lötzinn für die Elektronik ist beispielsweise im Inneren mit einem Flussmittel gefüllt, welches eine leichte Oberflächenkorrosion beseitigt, die anderfalls das Anhaften des Lötzinns auf den zu verlötenden Oberflächen verhindern würde. Ausserdem schützt das Flussmittel die Lötstelle während des Lötens vor Oxidation, welche durch die hohen Temperaturen in Sekundenbruchteilen entstehen würde. Lötfett oder gar Lötwasser (Salzsäure) hat im Elektronikbereich nichts zu suchen, diese aggressiven Stoffe greifen Bauteile und Leiterbahnen an. [Bearbeiten] VorsichtsmaßnahmenDa man es beim Löten in der Elektronik mit über 300 Grad heißen Metallen (fest und flüssig) zu tun hat, ist die Notwendigkeit einiger Schutzmaßnahmen so naheliegend, dass man sie nicht weiter erklären muss. Niemand wird einen Lötkolben freiwillig an der heißen Spitze anfassen, aber dennoch und aus der Praxis heraus:
[Bearbeiten] Grundlegende VorgehensweiseBeim Löten gilt:
Eine geringe(!) Menge Lötzinn, die vor dem ersten Schritt auf die heiße Spitze des Lötkolbens aufgetragen wird, dient vor allem dazu, den Wärmeübergang auf die zu verlötenden Teile zu verbessern und damit die Dauer des ersten Schritts kurz zu halten. Bei sauberen Flächen, richtiger Löttemperatur und ausreichend grosser Lötspitze dauert eine Lötung kaum mehr als eine Sekunde! [Bearbeiten] Typische FehlerquellenAnfänger machen beim Löten eine Reihe typischer Fehler, welche die Qualität der hergestellten Verbindung beeinträchtigen. Das heißt, die elektrische Verbindung ist schlecht (Wackelkontakt, kalte Lötstelle) und die mechanische Festigkeit gering (Gefahr des Abreißens).
[Bearbeiten] Arten von LötverbindungenFür den Anfänger sind bestimmte Arten von Lötverbindungen einfacher herzustellen als andere, beim Üben empfiehlt es sich entsprechend, "vom Einfachen zum Schwierigen" zu trainieren. [Bearbeiten] Löten auf vergoldeten OberflächenVergoldete Oberflächen sollten grundsätzlich nicht gelötet werden, da das Gold schmilzt, sich mit dem Lot vermischt und eine geringere mechanische Stabilität zur Folge hat. Darum sollte die Oberfläche stets 'entgoldet' werden. Eine Goldauflage < 1µm kann mit einem weißen Radiergummi oder einem Radierstift entfernt werden, dickere Vergoldung kann durch verzinnen (2..3 Sekunden bei 250..280°C) und anschließend vollständiges Entfernen der Zinn-Goldmischung erfolgen. Die Lötstelle sollte auf jeden Fall verzinnt sein. Die Bedeutung der Golddicke beim Löten vergoldeter Oberflächen: Beim Löten einer vergoldeten Oberfläche spielt die Dicke des Goldes eine wichtige Rolle. Wenn die Goldauflage dicker als ca. 1 bis 1,25 Mikrometer ist, wird das Lot sehr wahrscheinlich nicht das gesamte Gold auflösen und abbinden. Das Lot sieht stumpf aus, und bei einem Goldanteil von mehr als 5 % im Lot wird die Lötstelle brüchig. Wenn das Gold relativ dünn ist (weniger als ca. 0,5 Mikrometer), löst es sich problemlos im Lot auf, und die Lötstelle sieht körnig aus. Wenn das Metall unter der Goldauflage nicht oxidiert ist, geht das mit Gold verunreinigte Lot eine Verbindung mit dem Metall ein. Da Goldauflagen in der Regel eine säulenförmige Struktur haben, muss das Gold mindestens 0,25 Mikrometer dick sein, damit das Basismetall (in den meisten Fällen Nickel) vor dem Oxidieren geschützt ist. [Bearbeiten] Einfaches Verlöten von DrähtenRecht einfach zu verlöten sind zwei Drähte, die man zuvor miteinander verdrillt hat. Bei starren Drähten empfiehlt sich in der Regel ein vorheriges "Verzinnen" (= der Draht wird mit einer Oberfläche aus Lötzinn versehen), da sich dann das beim Zusammenlöten aufgetragene Lötzinn besser verteilt. Bei dünnen Litzen kann auf das Verzinnen meist verzichtet werden, da durch die Kapillarwirkung das Lötzinn quasi "aufgesogen" wird. Bei dicken Litzen (Querschnitt 1 Quadratmillimeter und mehr) ist vorheriges Verzinnen meist nicht ratsam, weil ansonsten die Verdrillung nicht mehr so gut gelingt. Da das Flussmittel im Lötzinn in dicke, verdrillte Litzenverbindungen oft nicht ausreichend eindringen kann, empfiehlt es sich hier, die Litzenenden vor dem Verlöten nochmal gesondert mit Flussmittel zu behandeln. In Umgebungen, in denen es häufige oder gar permanente Vibrationen gibt (z. B. Auto), sollten Litzenenden allerdings immer verzinnt werden (auch beim Einlöten in Durchbohrungen gedruckter Schaltungen - siehe nächster Punkt). Die Verzinnung darf dabei nicht unter die Isolierung reichen (leicht zu kontrollieren durch die Biegbarkeit), andernfalls brechen Litzen oft genau an der Stelle, an der die Isolierung endet, da diese Stelle (mechanisch) die stärkste Last aufnehmen muss. Den Kapillareffekt, der das Zinn unter die Isolierung 'zieht' nennt man 'wicking' und sollte auf jeden Fall vermieden werden. Dies kann durch Wärmeableitklemmen direkt vor der Isolierung erreicht werden. [Bearbeiten] Einlöten von Bauteilen in PlatinenbohrungenAuch dies gelingt dem Anfänger nach einiger Übung meist ganz gut (vorausgesetzt die obigen Tips und Richtlinien werden befolgt). Die Bauteile sollten allerdings nicht "lose" sondern - durch festklemmen des Bauteils mit z. B. einer Kreuzpinzette (öffnet beim Zusammendrücken) - die Anschlussdrähte senkrecht und mittig in den Platinenbohrungen sitzen. Dies verhindert das "Wackeln" beim Wegnehmen des Lötkolbens und erleichtert ein späteres Auslöten bei Reparaturen. Die Anschlussdrähte sollten vor dem Löten auf ca. 1.5mm abgeschnitten werden. Was hier aber ggf. berücksichtigt werden muss, ist die Wärmeempfindlichkeit.
[Bearbeiten] Löten von SMD-BauteilenEigener Artikel: SMD Löten [Bearbeiten] EntlötenUnter Entlöten versteht man das Trennen einer Lötverbindung. In der Theorie ist das einfach, weil ja "nur" das Lötzinn erwärmt werden muss und dann (z. B. bei in Platinen eingelöteten Bauteilen) der Draht aus der Bohrung gezogen werden kann. In der Praxis besteht die Schwierigkeit jedoch darin, dass typische Bauteile mindestens zwei, oft aber drei oder noch mehr verlötete Anschlüsse haben und man die Lötstellen nicht alle gleichzeitig erwärmen kann. Es ist auf alle Fälle vorteilhaft, wenn man zunächst an jedem einzelnen Anschluss versucht, so viel Lötzinn wie möglich zu entfernen (z. B. mit Absaugpumpe oder Entlötlitze). Dennoch werden sich insbesondere Bohrungen in gedruckten Schaltungen so nicht völlig von Lötzinn befreien lassen. [Bearbeiten] Bauteile mit zwei AnschlussdrähtenSofern sich das Bauteil "kippen" lässt, erst die eine, dann die andere Seite ablöten.
[Bearbeiten] Bauteile mit drei AnschlussdrähtenBei einem Transistor kommt man mit der "Kipptechnik" oft auch noch weiter, wenn die Lötpunkte im Dreieck angeordnet sind. Man hat dann immer eine Richtung zum Kippen, bei der sich der Draht in der momentan erwärmten Lötstelle ein Stück herausziehen lässt. Notfalls muss man sich schrittweise vorarbeiten (d.h. beim ersten Mal wird man den ersten Draht nicht vollständig aus der Bohrung herausbekommen, aber nachdem man einmal "reihum" ist, sitzt das Bauteil schon ein Stück weiter draußen). Bei drei Anschlußdrähten "in einer Reihe" funktioniert die Kipptechnik nicht, evtl. kann man hier versuchen, mit dem Lötkolben zwei Lötstellen gleichzeitig zu erwärmen. (Aber Vorsicht, dass nach dem Auslöten und Wiedereinlöten eines neuen Bauteils keine feine Lötzinnbrücke stehen bleibt und einen Kurzschluss verursacht!) [Bearbeiten] Bauteile mit vielen AnschlussdrähtenDas Auslöten von ICs ist ohne spezielle Werkzeuge (z. B. spezieller Lötkolbenaufsatz) meist unmöglich. Wenn man nicht beides - IC und Platine - "retten" will oder muss, kann man es so versuchen:
Manchmal kann man auch mit einem einfachen Heißluftgebläse versuchen, die Platinenunterseite zu erhitzen und dann den IC rauszuziehen. Mit etwas Übung und richtiger Hitze eine recht schnelle und effektive Arbeitsweise. Ein Trick, der gerade bei SubD-Steckern und Bauteilen mit ähnlich vielen eng beieinanderliegenden Beinchen funktioniert: Alle Beinchen mit Lötzinn untereinander verbinden. Quasi einen riesigen Klecks Lötzinn über alle Beinchen legen. Diesen Lötzinnklecks mit dem Lötkolben heiß machen. Irgendwann ist das gesamte Lötzinn flüssig und man kann das Bauteil (Zange nehmen, heiß) herausziehen. Danach muß man nur noch den Lötzinnklecks von der Platine bekommen. Ich halte die Platine dazu mit der Hand, so daß die Lötseite unten ist, mache den Klecks heiß und schüttel ihn ab. Reste können nach eigenem Ermessen entfernt werden. Achtung: ICs und andere temperaturempfindliche Bauteile können bei dieser Hauruckmethode den Hitzetod sterben. Tipp im Forum: ICs entlöten http://www.mikrocontroller.net/topic/21885#162117 [Bearbeiten] Freimachen von DurchbohrungenAllgemein gilt, dass man bei einem Bauteil, welches mit Sicherheit defekt ist, meist besser erst alle Drähtchen abzwickt und dann nur diese Reste "entlötet". Kurze Drähtchenreste sind allerdings oft schwer aus Platinenbohrungen zu entfernen, da sie von der Kapillarwirkung der Bohrung auf das Lötzinn praktisch "angesogen" und in der Bohrung festgehalten werden. Ein alter Praktiker-Trick ist hier, nach Erwärmen des Lötzinns die Bohrung mit einem gut gespitzten Bleistift zu durchstoßen. (Das Lötzinn wird vom Graphit der Mine praktisch "abgestoßen".) Besser geeignet als die Bleistift-Methode ist es, eine dünne Injektionsnadel zu verwenden. Die Nadeln bestehen aus Edelstahl und nehmen Lötzinn kaum an. Des weiteren sind die Nadeln wesentlich stabiler als die Minen. Passende Nadeln bekommt man in der Apotheke. Und Zuguterletzt: Wenn beim erfolgreichen Auslöten eines Bauteils die Bohrung in der Platine gleich lötzinnfrei ist, sollte man sich nicht zu früh freuen: Bei doppelseitigen "durchkontaktierten" Platinen kann so unbemerkt auch die Durchkontaktierungshülse herausgerissen worden sein. Vor dem Einlöten von Ersatz sollte man evtl. Nachmessen (Ohmmeter) und im Schadensfall (oder zur Sicherheit auch immer) das neu eingesetzte Bauteil auf beiden Seiten der Platine anlöten. Bei Multi-Layer-Platinen wird auch das den Erfolg nicht garantieren, aber Reparaturen mit Lötkolbeneinsatz sind an solchen Platinen ohnehin oft ein Glücksspiel [Bearbeiten] Bleifreies LötenBleifreies Löten hat ohne eine einigermaßen gut geregelte Lötstation keinen Zweck. Außerdem müssen die Spitzen dafür geeignet sein, insbesondere dürfen sie keinen zu hohen Wärmewiderstand haben, sonst reicht die Temperatur an der Spitze selbst beim Löten dann einfach nicht mehr aus. [1] Mit einer Lötstation mit ordentlicher Regelung und passenden Spitzen ist bleifreies Löten jedoch auch im Hobbybereich kein Problem. Die Station wird auf (350...370) °C eingestellt (zum Vergleich: bei bleihaltigem Zinn lötet man mit (300...330) °C). Kurze, dick ausgeführte Spitzen sind sinnvoll, um die Wärme ausreichend zur Lötstelle leiten zu können und der Temperaturregelung eine Chance zu geben, den Wärmebedarf beim Löten schnell genug nachregeln zu können. Wichtig bei bleifreiem Löten ist die Verwendung von ausreichend Flussmittel, welches ausdrücklich als für bleifreies Löten benutzbar deklariert sein muss, damit es bei der benutzten Temperatur nicht sofort verbrennt. Durch die höhere Temperatur tendieren die Spitzen auch schneller zur Belagbildung, müssen also häufiger beim Arbeiten gereinigt werden (feuchter Schwamm oder Metallwolle). Da mehr und teilweise aggressivere Flussmitteldämpfe entstehen als beim Löten mit bleihaltigem Zinn, sollte mehr Wert auf eine Abfuhr dieser Dämpfe gelegt werden. Absaugen ist technisch schwieriger als Wegblasen (z. B. mit einem alten CPU-Lüfter). Dabei werden die Dämpfe nur im Raum verteilt, aber die unmittelbare Einwirkung auf Nase und Schleimhäute dennoch gut reduziert. Den Raum kann man dann auf normalem Weg reichlich lüften. Wenn abgesaugt werden soll, dann so nah wie möglich von der Lötstelle weg (mit einem "Schnorchel"), mit einem Luftdurchsatz, der dem eines normalen Staubsaugers entspricht. Ein 10 cm entfernt stehender Kleinleistungslüfter hilft wenig. Das aktuell am meisten empfohlene Lot für bleifreies Löten ist Amasan BF32-3, siehe Thread: Vergleich Lötzinne: Felder EL Sn100Ni+ und Amasan BF32-3. Gefolgt wird dies von Legierungen mit geringen Anteilen von Nickel oder Germanium (Markennamen sind beispielsweise Sn100Ni+ oder SN100C). Die Legierungen aus der Anfangszeit der bleifreien Lote (auch mit ähnlichen Systemen, in der Regel bestehend aus Zinn, Silber, Kupfer [Sn, Ag, Cu, daher auch als SAC bezeichnet]) sind aus heutiger Sicht weniger zu empfehlen, da deren Benetzungs- und Verarbeitungsverhalten oft schlechter war als das heutiger Legierungen. [Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Weblinks
|