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Weichlöten

Mit dem Weichlöten können Sie viele Metalle miteinander verbinden. Ob die Pin's an elektronischen Bauteilen, die Kupferleiter in Kabeln oder das Silber einer Kette. Wir verwenden es hauptsächlich für elektronische Schaltungen. Unsere Erfahrungen beim Einsatz sind im folgenden niedergeschrieben.

Wie wir Weichlöten und

Weichlöten mit Blei-Zinn-Lot

Das Lötzinn ist ein Eutektikum, bestehend aus einem Gemisch von 37% Blei (Pb) und 63% Zinn (Sn), dass bei diesem Gemisch die geringste Schmelztemperatur (183°C) hat. Im Reinzustand hat Blei (385°C) und Zinn (232°C) als Schmelztemperatur. Dazu kommt eine mit Flussmittel gefüllte Seele, welche das Handling beim Löten erleichtert.

Was uns zur Verfügung steht

pbsn01a1.png Abb. 01a: Nötige Voraussetzungen
Beim Löten gibt es viele Utensilien die wir brauchen oder haben sollten. In der Abbildung 1a sind die wichtigsten, wie zu sehen. Die Lötstation sollte genügend Leistung haben, um das zu lötende Material soweit zu erhitzen (>183°C), das dass Lötzinn bei Kontakt mit diesem schmilzt. Da beim Schmelzen von dem Lötzinn die Wärme verbraucht wird und damit die Temperatur bis auf 183°C sinken kann, muss dieser Wärmeverlust so schnell wie möglich wieder ausgeglichen werden.
pbsn01b1.png Abb. 01b: Hilfsmittel
In der Abbildung 1b sind unsere Hilfsmittel zu sehen, die wir benutzen, um sauber und schnell Löten zu können. Sie dienen unter anderen dazu, die Verbrennungsrückstände wie verkohltes Kolophonium und verbranntes Lötzinn an der Lötspitze zu entfernen. Dazu zählen:

Wie wir Löten

Um wie wir zu Löten, sollten sie unsere 6 Schritte befolgen.
  1. pbsn02a.png Abb. 02a: Die Lötverbindung
    Zuerst einmal müssen wir die Lötkolbenspitze auf die richtige Temperatur erhitzen, das heißt auf ca. 230°C da bei dieser Temperatur das Lötzinn am besten fliest.
  2. Jetzt fixieren wir unsere Bauteile so, das wir die zu lötenden Stellen gut erreichbar vor uns haben und wir damit genau und sauber Löten können. Wir fixieren die Bauteile, da wir in einer Hand schon den Lötkolben haben und in der anderen Hand das Lötzinn..
  3. Nun nehmen wir uns die Kolophoniumlösung und streichen es über die Lötstelle, um
    • die zu erhitzenden Bauteileanschlüsse vor der Luft zu schützen und
    • die vorhandenen Verbrennungsrückstände zu reduzieren.
  4. Ein wenig Lötzinn auf die Lötkolbenspitze schadet auch nicht und erhöht die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe an die Bauteile, da die Abgabefläche dadurch erhöht wird. Und so schneller die Löttemperatur erreicht wird.
  5. Danach gehen wir mit der erhitzten Lötkolbenspitze an die Lötstelle und erhitzen die Anschlüsse der Bauteile, die zusammen gelötet werden sollen, damit sich das Lötzinn ordentlich mit den Anschlüssen verbindet.
  6. Wenn die Lötstelle auf >185°C erhitzt wurde, da die Hitze nicht in den Bauteilkern zerstört, fügen wir das Lötzinn hinzu, warten einen kurzen Moment damit das Lötzinn zerfliesen kann und nehmen dann den Lötkolben weg. Dies sollte nicht länger als 3−5 Sekunden dauern.

Jetzt sollte ein guter Lötpunkt entstanden sein, wie im Bild 2a silbrig glänzend zu sehen ist.

Im Grundlegenden gibt es 2 Arten oder auch Techniken beim Löten. Welche von den beiden Techniken wir benutzen ist jedem selbst überlassen.

Lötfehler und deren Vermeidung

Man kann es nicht vermeiden, aber Fehler passieren auch. Selbst jemanden der schon lange lötet. Gründe dafür sind Um effektiv und sparsam zu Arbeiten, sollten wir uns die Zeit und Ruhe nehmen. Die häufigsten Fehler sind das wir Löten.

Zu kaltes Löten

pbsn03b1.png Abb. 03b: Löten mit 240°C
pbsn03c1.png Abb. 03c: Löten mit 190°C <
pbsn03d1.png Abb. 03d: Löten mit 165°C
Beim zu kalten Löten, wird das Lötzinn nicht richtig oder gar nicht erhitzt. Und somit kann das Lötzinn auch nicht Fliessen, es ist eher zäh und pampig. Das führt dazu, das sich das Lötzinn nicht richtig mit den Bauteilen verbindet.
Die 3 folgenden Abbildungen zeigen wie sich die zu niedrige Temperatur auf die Bauteile und das Lötzinn auswirkt. Wir haben dies an unserer Lötstation (30W) getestet und überprüft. Bei unserem Lötkolben und der dazu gehörigen Lötstation wird die Temperatur in der Heizpatrone und nicht an der Spitze gemessen.

240°C an der Spitze (400°C an der Station). Noch lässt sich das Lötzinn verformen. Siehe Abb. 3b.

190°C an der Spitze (350°C an der Station). Das Lötzinn lässt sich schwerer auftragen und es verbindet sich schlechter mit den Bauteilen. Siehe Abb. 3c.

165°C an der Spitze (325°C an der Station). Das Lötzinn wird nicht flüssig und somit können wir auch nicht mehr die Bauteile richtig verbinden. Dadurch können wir keine Lötstelle herstellen. Siehe Abb. 3d.

Zu heißem Löten

pbsn03a1.png Abb. 03a: Lötstelle zu heiß gelötet
Beim zu heißen Löten wird das Lötzinn so stark erhitzt, dass es anfängt zu verbrennen. Durch die Verbrennungsrückstände von Blei- und Zinnoxid beginnt es matt und grau zu werden. Da Blei- und Zinnoxidverunreinigungen unter 400°C fest sind, bildet sich dadurch nun dickflüssige Masse und es lässt sich auch nur schwerer mit den Bauteilen verbinden, weil sich die Verbrennungsrückstände nicht mit dem Bauteilkontakt verbinden.

Das heißt um so höher die Temperatur der Lötkolbenspitze, um so schneller muss gelötet werden, um die Temperatur der Lötspitze, durch das Verflüssigen des Lötzinns, auf 230°C zu senken.

Zu langem Löten

pbsn03e1.png Abb. 03e: 1,5 Sekunden,
d.h. halb solange Löten
pbsn03f1.png Abb. 03f: 10 Sekunden,
d.h. doppelt solangem Löten
pbsn03g1.png Abb. 03g: 25 Sekunden,
d.h. 5x solange erhitzt
Wenn wir zu lange Löten, d.h. länger als 3−5 Sekunden, passiert zweierlei.

Das Lötzinn verbrennt auf die Dauer, analog wie beim zu heißen löten. Und wie dort wird es grau und zähflüssig. Dadurch können wir keine ordentliche Lötverbindung herstellen.

Die Hitze fließt vom Lötzinn, über den Anschluss−Pin zum Bauteilinneren und beschädigt den Chip. Je nach Material erfolgt die Beschädigung bei Germanium mit 80°C und bei Silizium bei 123°C.

Wir haben folgende getestet.
  • 1,5 Sekunden, d.h. halb solange, erhitzt:
    Das Lötzinn kann nicht richtig greifen und verbindet sich nicht gut mit den Bauteilen, weil das Lötzinn sich nicht ordentlich verflüssigt und die Lötstelle auch nicht auf Temperatur kommt.
  • 10 Sekunden, d.h. doppelt solange:
    Das Lötzinn lässt sich schwerer auftragen. Es wird langsam dickflüssig und verbindet nicht richtig mit den Bauteilen zusammen.
  • 25 Sekunden, d.h. 5x solange erhitzt:
    Das Lötzinn wird dickflüssiger und lässt sich schlechter mit den gewünschten Bauteilen verbinden. Um so länger wir mit dem Lötzinn auf dem Kolben arbeiten, um so grauer sieht es im Endeffekt aus, da das Lötzinn verbrennt und Verklumpungen sich bilden. Schön zu sehen ist das an der spitzen Form.

Temperaturen

Tabelle 01: Material und deren Schmelztemperaturen
Material Schmelz­temperatur
Blei Pb 385°C
Blei(II)−oxid PbO 890°C
Blei(II, IV)−oxid Pb3O4 (Bleimennige) Zerfällt ab 830°C
Lötzinn PbSn 183°C
Kupfer Cu 1.083°C
Kupfer(I)−oxid Cu2O 1.232°C
Kupfer(II)−oxid CuO Zerfällt ab 1.336°C
Zinn Sn 232°C
Zinn(IV)−oxid ZnO2 1.900°C
In der Tabelle 01 sind alle die Materialien und ihre Schmelztemperatur aufgelistet, mit denen wir beim Löten in Berührung kommen. Kann das Material nicht schmelzen, dann wird die Temperatur bei der sich das Material chemisch verändert aufgelistet.
Dabei sind einige Materialien, wie Oxide, welche mit einem Lötkolben nicht zum Schmelzen gebracht werden können , da deren Schmelztemperatur >300°C ist. Erreicht der Gesamtanteil dieser Materialien die 8%−Marke, sprechen wir nicht mehr von Lötzinn! Hier gibt es zwei Möglichkeiten für die Herstellung der Lötfähigkeit:
  • Abziehen der Masse von den Lötstelle und -kolben. Und Zugabe von sauberen Lot.
  • Oder Reduzieren der Oxide zu reinen Metallen und Wasserdampf, mittel Flussmittel Kolophonium. Diese Metalle gehen dann, in das Lot wieder ein.
Tabelle 02: Basismaterial für Chips und
deren maximale Belastungsgrenze in °C
Basis­material Maximale
Belastungsgrenze
Germanium Ge 90°C
Silizium Si 127°C
Die meisten Chipsätze, siehe Tabelle 02, bestehen aus den Halbleitern Germanium und Silizium. Welche hochrein, dotiert und gebondet in den Chips sind. Wenn wir die Pins oder Chipkontakte auf einen Steckplatz löten wollen, müssen wir dafür sorgen, das wir nicht zu lange oder zu heiß Löten! Damit die übertragene Wärmemenge von der Lötstelle so gering wie möglich sind und bei deren Ausbreitung nicht am Chip die Temperatur erreicht, die diesen beschädigt.
Daher sollten wir die Pins schnell Löten. Ist dies nicht möglich, sollte wir die Wärme, zwischen Lötstelle und Chip ableiten. Z.B. durch das Halten des Pins mit einer metallischen Zange, welche die sich ausbreitende Wärme auch aufnimmt.

Viel Spaß beim üben.

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