Löten

Seit Jahrtausenden bearbeitet der Mensch Metalle. Und genauso alt ist auch der Wunsch, diese Metalle dauerhaft miteinander verbinden zu können. So wurde bereits ca. 5000 v.Chr. Metalle wie Kupfer, Silber und Gold zu Schmuck oder Kultgegenständen zusammengefügt. Als Lot diente damals eine Legierung aus Kupfer und Gold bzw. Kupfer und Silber. Mit der Entdeckung des Zinns als Lötmetall blühte die Löttechnik zunehmend auf. Bereits im alten Rom wurden vor ca. 4000 Jahren Wasserleitungen aus Bleirohren zusammengelötet.

Stoffschlüssige Verbindungen:

Eine Schweissverbindung ist zwar wesentlich stabiler als eine Lötverbindung. Allerdings ist das Schweissen deutlich aufwendiger und es ist eine umfangreiche Schutzausrüstung erforderlich. Außerdem halten nicht alle Materialien oder Verbindungspunkte den hohen Temperaturen beim Schweißen stand. In diesem Fall muss dann gelötet werden.

Das Lot beim Hartlöten verflüssigt sich bereits bei einer Temperatur von unter 1000 °C. Beim Gasschmelzschweißen hingegen weist die Sauerstoff/Acetylen-Flamme eine Temperatur von fast 3000 °C auf.

Beim Schweißen werden die zu verbindenden Materialien im Nahtstellenbereich verflüssigt. Der zugeführte Schweißdraht dient zum Auffüllen von Lücken und kann die Eigenschaften der Schmelze beeinflussen. Beim Löten werden die Materialien nur soweit erhitzt, dass sie eine oberflächige Verbindung mit dem Lot eingehen. Ein Verschmelzen der Werkstücke wie beim Schweissen findet nicht statt.

Grundsätzlich lässt sich feststellen: Je höher die Temperatur beim Verbinden, desto größer ist die Haltbarkeit bzw. Festigkeit der Verbindung. Demzufolge weist eine Schweißverbindung eine größere Festigkeit auf als eine Lötverbindung. Und eine Hartlötverbindung ist fester als eine Weichlötverbindung.

Beim Weichlöten findet die Erwärmung punktuell statt. Wenn eine Lötverbindung oberhalb von 450 °C ausgeführt wird, spricht man vom Hartlöten, dieses geschieht vor allem aber grossflächig und erfolgt bis knapp 1000 °C mit dem Lötbrenner.

 

Weichlöten wird in erster Linie in der Elektrotechnik genutzt, um z.B. Bauteile elektrisch leitend mit einer Platine zu verbinden. Diese Technik bietet viele Vorteile:

  • Der Arbeitstemperaturbereich liegt zwischen 180 – 250 °C wodurch die zu verbindenden Bauteile thermisch nicht überlastet werden.
  • Die Lötverbindung bietet eine ausreichende mechanische Festigkeit, damit auch grössere Bauteile sicher gehalten werden.
  • Der Lötkolben erhitzt das Material nur punktuell, wodurch der Lötvorgang schnell durchgeführt werden kann.
  • Ausser einer Lötrauchabsaugung sind keine besonderen Schutzmassnahmen erforderlich.

Metalle und Legierungen

Im Prinzip können viele Metalle und Legierungen miteinander verlötet werden. Mit universellen Loten und Flussmitteln können folgende Werkstoffe problemlos miteinander verlötet werden:

Bei anderen Metallen wie z.B. Aluminium (Al), Zinn, Zink, Blei oder Edelstahl sind spezielle Lote oder Flussmittel erforderlich.

Lötzinn

Die Hauptaufgabe des Lötzinns ist es, den Raum zwischen den zu verlötenden Werkstücken zu füllen. Zudem ist es sowohl eine mechanische als auch eine elektrisch leitfähige Verbindung. Deshalb hat das Lot generell einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Metalle, die damit verbunden werden.

 

Lötzinn ist ein Gemisch (Legierung) aus unterschiedlichen Metallen. Da Zinn (Sn) der Hauptbestandteil des Lots ist, hat sich der Name Lötzinn eingebürgert. Weitere Materialien, die dem Lötzinn in unterschiedlichen Mengen beigemischt werden sind z.B. Blei (Pb), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au) oder auch Bismut (Bi). Je nach Zugabe und Mischungsverhältnis ändern sich die Eigenschaften des Lötzinns. Somit kann es optimal auf die unterschiedlichen Anforderungen beim Löten abgestimmt werden.

Arten:
Über Jahrzehnte war bleihaltiges Lötzinn das perfekte Lot zum Weichlöten. Das Lötzinn mit der Bezeichnung Sn60Pb40 bestand aus 60% Zinn und 40% Blei und war weit verbreitet. Bei einer Temperatur von 183 °C geht es vom festen in einem „breiartigen“ Zustand über, bis es bei 191 °C flüssig wird. Das Lötzinn hat sehr gute Fliesseigenschaften und erzeugt metallisch glänzende Lötstellen. Allerdings entstehen auch sehr schnell kalte Lötstellen, wenn die Bauteile in der Abkühlphase erschüttert oder bewegt werden.

Alternativ dazu ist das Lötzinn SN63Pb37 eutekisch. Das bedeutet, dass dieses Lot bei 183 °C schlagartig vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Wird die Temperatur unterschritten, wechselt es ebenso schnell wieder vom flüssigen in den festen Zustand. Nach der EU-Richtlinie 2011/65/EU (RoHS = Restriction of Hazadours Substances) ist die Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe beschränkt. Dazu zählt auch das giftige Schwermetall Blei. Aus diesem Grund wird seit einigen Jahren bei der Produktion von Elektro- und Elektronik-Geräten auf Blei im Lötzinn verzichtet.

Der grösste Unterschied von bleifreiem zu bleihaltigem Lötzinn liegt in der erhöhten Schmelztemperatur, die bei 218 – 230 °C liegt. Bleifreie Lote bestehen zum größten Teil aus Zinn (Sn), dem Silber (Ag), Gold (Au) oder auch Kupfer (Cu) beigemengt werden. Leider sind das Fliessverhalten und die Oberflächenqualität bei bleifreiem Lötzinn deutlich schlechter als bei bleihaltigem Lötzinn.

 

Sn Zinn

Pb Blei

Cu Kupfer

Au Gold

Ag Silber

Bi Bismut


Flussmittel

Das Flussmittel wird benötigt, damit beim Löten die Werkstücke durch das Lot optimal benetzt werden. Durch eine chemische Reaktion werden die vorhanden Oxide auf den Werkstückoberflächen entfernt bzw. die Bildung von neuen Oxiden beim Lötvorgang verhindert. Zudem wird die Oberflächenspannung des flüssigen Lotes reduziert, damit das Lot sauber an den Werkstücken anliegen kann.

 

Praktischerweise wird das Flussmittel zusammen mit dem Lötzinn der Lötstelle zugeführt. Dazu wird das Lötzinn rohrförmig aufgebaut und das Flussmittel innen eingebettet. Ansonsten muss das Flussmittel zuvor im Bereich der Lötstelle manuell auf die Blechteile aufgetragen werden. Dazu gibt es unterschiedliche Produkte, die unter den Namen Lötwasser, Lötfett oder auch Löthonig angeboten werden.

 

 

 

Die Typenbezeichnung F-SW-23 definiert nach DIN 8511, für welche Materialien das Flussmittel geeignet ist und wie stark die Rückstände korrosiv sind:

 

F = Bezeichnung für Flussmittel (Flux)

S = Lötbarer Werkstoff (S steht für Schwermetall, L steht für Leichtmetall)

H = Lötverfahren (H steht für Hartlöten, W steht für Weichlöten)

 

11 – 13 (stark korrosiv - Flussmittelrückstände müssen entfernt werden)

21 – 28 (schwach korrosiv - Flussmittelrückstände müssen entfernt werden)

 

31 – 34 (nicht korrosiv - Flussmittelrückstände müssen nicht entfernt werden)


Der ganze Lötvorgang sollte je nach Grösse der Lötstelle 2 bis 5 Sekunden dauern. Geht das Lötzinn nach 5 Sekunden immer noch nicht in die Fliessphase, muss der Lötvorgang abgebrochen und ein leistungsstärkerer Lötkolben verwendet werden.

Bei einem erfolgreichen Lötvorgang hat die Lötstelle eine metallisch glänzende Oberfläche und die Kontaktflächen sind komplett vom Lot umschlossen. Bei der Verwendung von bleifreiem Lötzinn können die Oberflächen der Lötstelle auch stumpf statt glänzend sein.

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