Lot spielt eine zentrale Rolle bei der Montage von Smartphones bis hin zu Industriesteuerungen, da es starke elektrische und mechanische Verbindungen zwischen Komponenten und Leiterplatten herstellt.
Dieser Leitfaden bietet Anfängern einen einfachen Überblick darüber, was Lot ist, was Flussmittel bewirken und welche Formen von Lot am häufigsten verwendet werden. Erfahren Sie, wie Techniker diese Materialien bei der Elektronikmontage verwenden, z. B. beim Wellenlöten, Reflow-Löten und Handlöten.
Was ist Lötzinn?
Lot ist eine Metalllegierung, die zum Verbinden von zwei oder mehr Metalloberflächen verwendet wird. Es besteht in der Regel aus einem unedlen Metall wie Zinn, kombiniert mit Silber, Kupfer, Wismut, Blei oder anderen elementaren Metallen.
Es ist so konzipiert, dass es bei einer relativ niedrigen Temperatur schmilzt und die Verbindung verschiedener Metalloberflächen ermöglicht, ohne diese Oberflächen zu schmelzen oder andere Materialien in der Nähe, wie z. B. Leiterplattenkomponenten, zu beschädigen. Nach dem Abkühlen bildet das Lot dann eine starke elektrische und mechanische Verbindung.
In der Elektronikfertigung verwenden Techniker am häufigsten Lötzinn, um Bauteile mit einer Leiterplatte (PCB) zu verbinden. Dies kann durch Wellenlöten, Hand- oder Roboterlöten oder durch Drucken von Lotpaste geschehen.
Löten in der Elektronikfertigung
Lötzinn für die Elektronikfertigung gibt es in verschiedenen Formen, die jeweils für bestimmte Verfahren ausgelegt sind. Zu den gängigsten Formen gehören:
- Lötkolben: Ein massives, rechteckiges oder barrenförmiges Stück aus einer Legierung, das in erster Linie zum Wellenlöten verwendet wird.
- Lotdrähte: Eine Drahtspule, die häufig einen Flussmittelkern für Handlöt- und Roboterlötanwendungen enthält.
- Lötpaste: Eine Mischung aus pulverförmiger Lotlegierung und einem Flussmittel mit pastenartiger Konsistenz für Anwendungen in der Oberflächenmontagetechnik (SMT).
Was ist Flux?
Im vorigen Abschnitt haben wir das Wort Flux erwähnt. Flux ist eine Substanz, die beim Lötprozess Hand in Hand mit Lötlegierungen geht. Es ist ein chemisches Reinigungsmittel, das zur Verbesserung der Qualität und Zuverlässigkeit der Lötstelle verwendet wird.
Flussmittel entfernt Oxide von Metalloberflächen und verhindert eine weitere Oxidation während des Erhitzens, indem es eine Schutzbarriere bildet. Außerdem ermöglicht es dem geschmolzenen Lot, reibungslos zu fließen und sich effektiv zu verbinden.
Es gibt drei Haupttypen von Flussmittelchemien:
- Flussmittel auf Kolophoniumbasis werden am häufigsten für Anwendungen im Militär und in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Techniker müssen in der Regel die Rückstände dieser Flussmittel nach dem Löten mit speziellen Reinigern von den Platinen entfernen.
- Auch wasserlösliche Flussmittelrückstände müssen gereinigt werden, aber sie sind so konzipiert, dass sie mit einer einfachen Wasserspülung gereinigt werden können.
- No-Clean-Flussmittel sind die beliebtesten in der Branche. Wie der Name schon sagt, müssen die von diesen Flussmitteln hinterlassenen Rückstände nicht gereinigt werden. Sie sind so konzipiert, dass sie auf der Oberfläche verbleiben können, ohne Probleme mit der elektrischen Zuverlässigkeit zu verursachen. Einige Anwender entscheiden sich jedoch dafür, die Rückstände von No-Clean-Flussmitteln zu reinigen, und es gibt spezielle Reinigungschemikalien, die auch für diesen Prozess entwickelt wurden.
Flussmittel gibt es auch in verschiedenen Formen. Zu den gängigsten Formen gehören flüssiges Flussmittel, Kernflussmittel und pastöses oder klebriges Flussmittel. Flüssiges Flussmittel wird in der Regel in Kannen geliefert und hat ein klares Aussehen. Es wird vor allem beim Wellenlöten verwendet, wo es vor dem Löten auf eine Leiterplatte aufgeschäumt oder aufgesprüht wird.
Kernflussmittel ist ein dickes, pastenartiges Flussmittel, das in der Mitte des Kernlötdrahtes verläuft. Techniker verwenden es vor allem beim Handlöten und beim Löten mit Robotern
Pastenflussmittel oder klebriges Flussmittel ist ein dickflüssiges, pastöses Flussmittel, das weißlich bis dunkel bernsteinfarben/braun sein kann. Flussmittel bilden die Grundlage für Lötpaste, sind aber auch allein erhältlich, um Bauteile während anderer Prozesse zu fixieren.
Lötstab und flüssiges Flussmittel beim Wellenlöten
Das Wellenlöten ist ein Hochgeschwindigkeitsverfahren für durchkontaktierte Baugruppen, bei dem der Wellenlötvorgang die (in die Löcher der Leiterplatte eingeführten) Bauteilanschlüsse von der Unterseite her erfolgt. Bei diesem Verfahren wird eine feste Lötstange in einem beheizten Topf geschmolzen, um eine stehende Welle aus geschmolzenem Lot zu erzeugen. Die Maschinen beschichten die Baugruppen zunächst mit flüssigem Flussmittel, das dann vorgewärmt und über die Welle geführt wird, die nur die Unterseite der Leiterplatte berührt.
Das geschmolzene Lot beschädigt weder die Leiterplatte noch die Bauteile, da der Prozess streng kontrolliert wird. Die Platine wird allmählich erwärmt, bevor sie die Welle erreicht, und die Belichtungszeit ist kurz. Das Lot haftet aufgrund der Oberflächenspannung und der Flussmittelaktivität nur an den freiliegenden Metallpads und Bauteilanschlüssen. Techniker verwenden das Wellenlöten in erster Linie für große Produktionsserien von Leiterplatten mit vielen durchkontaktierten Bauteilen, z. B. für Netzteile oder industrielle Steuerungen.
Löten mit Draht: Manuelle und automatisierte Verfahren
Lötdraht, oft mit Flussmittel ummantelt, ist eine vielseitige Form, die Techniker für die manuelle Montage, Nacharbeit oder selektive Automatisierung verwenden. Beim Handlöten bringt der Techniker den Draht mit einem erhitzten Lötkolben direkt auf die Verbindung auf und kann so genau steuern, wo und wie viel Lot aufgetragen wird. Das eingebaute Flussmittel reinigt die Oberflächen, wenn das Lot schmilzt, und hilft ihm, sich mit den Metallpads und Leitungen zu verbinden.
Beim automatisierten Drahtlöten werden programmierbare Geräte wie Roboterarme mit Lötspitzen eingesetzt, um konsistente, wiederholbare Verbindungen für die Produktion hoher oder mittlerer Stückzahlen herzustellen. Diese Methode ist ideal, wenn nur bestimmte Punkte auf einer Platine gelötet werden müssen oder wenn neben oberflächenmontierten Bauteilen auch durchkontaktierte Komponenten verwendet werden.
Das Drahtlöten bietet Flexibilität und Kontrolle, was es zur bevorzugten Methode für Prototypen, Reparaturen und komplexe oder in kleinen Stückzahlen hergestellte Produkte macht.
Löten mit Lötpaste
Die Oberflächenmontagetechnik (SMT) ist die gängigste Methode für die Montage moderner Elektronik. Anstatt Bauteile in Löcher einzuführen, werden SMT-Komponenten direkt auf Pads auf der Oberfläche der Leiterplatte platziert. Um elektrische und mechanische Verbindungen herzustellen, verwenden die Hersteller Lötpaste, eine dicke Mischung aus pulverförmiger Legierung und Flussmittel.
Die Techniker tragen die Paste mit Hilfe eines Schablonendruckverfahrens auf. Sie legen eine Edelstahlschablone mit Aussparungen, die auf die Leiterplatte ausgerichtet sind, darauf, und ein Rakel drückt die Paste darüber und füllt die Öffnungen. Wenn die Schablone entfernt wird, bleiben präzise Ablagerungen von Lotpaste auf den Pads zurück.
Mit einem Bestückungsautomaten werden die Bauteile dann auf die Paste gelegt, und die Klebrigkeit der Paste hält sie in Position. Anschließend schickt ein Techniker die Platine durch einen Reflow-Ofen. Dieser Ofen erhitzt die Baugruppe allmählich, wodurch das Lot schmilzt und beim Abkühlen dauerhafte Verbindungen entstehen. Das SMT-Löten ermöglicht kompakte, hochdichte Baugruppen mit hervorragender Wiederholbarkeit und ist für die meisten modernen Verbraucher- und Industrieelektronikgeräte unerlässlich.
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