Löten

Löten als Verbindungstechnik

Löten ist ein thermisches Verfahren bei dem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Grundwerkstoff und einem metallischen Zusatzwerkstoff (Lot) oder zwischen zwei Grundwerkstoffen hergestellt wird. Beim Fügen mit Lot geht dieses in den flüssigen Zustand über, während der Grundwerkstoff die Solidustemperatur nicht erreicht. In der Grenzschicht finden Legierungsvorgänge statt die die Stoffe miteinander verbinden.

Folgende Varianten gibt es:

Charakteristisch für das Löten ist, das die Legierungs- und Diffusionsvorgänge sich in einer kleinen Zone der Grenzschicht abspielen im Gegensatz zum Schweißen.

Voraussetzung für das Löten sind metallisch reine Oberflächen der Fügeteile. Ein mechanisches Reinigen ist notwendig reicht aber nicht aus, daher werden Flussmittel eingesetzt um die restlichen oder sich neu bildenden Oxydschichten zu beseitigen.

Beim Löten ist die Materialpaarung von Bedeutung. Sie ist unter anderem von folgenden Faktoren abhängig:

Beispiel:

Beim Löten von unbedrahteten SMD-Bauteilen, in der Elektronik, bietet sich als Alternative zum Weichlöten mit Lötkolben und Lötdraht die Verwendung einer Lötpaste an. Platinen, deren Oberflächen für eine SMD Bestückung vorgesehen sind, weisen spezielle Kontaktflächen auf. Auf ihnen sind gut dosierte Mengen von Lötpaste aufzutragen. Danach werden die seitlichen, verzinkten Kontaktflächen der surface-mounted devices (SMD-Bauteile) leicht in die Paste gedrückt und anschließend die Paste in einem speziellen Lötofen geschmolzen. Meist erfolgen diese Vorgänge maschinell. Bei richtiger Platzierung der verwendeten Bauteile entstehen so perfekte Lötstellen.

Benetzung:

Wird ein Tropfen Lot, im flüssigen Zustand, auf einen ausreichend temperierten Grundwerkstoff gegeben, verhält sich dieses wie eine Flüssigkeit.

Allgemein gilt: Eine Flüssigkeit benetzt einen festen Körper nur dann, wenn ihre Oberflächenenergie gleich oder kleiner der des festen Stoffes ist.
Voraussetzung: Eine saubere Oberfläche, frei von Fett, Staub und dergleichen.

Benetzung eines Stoffes:

Oberflächenbenetzung durch eine Flüssigkeit I = sehr-gut
II = gut
III = schlecht
IV = keine

Als Maß für die Benetzung wird der Kantenwinkel ß des Tropfens herangezogen.

Kantenwinkel am Tropfen aug einer Oberfläche ß = 0° - 20°Die Lötstelle ist Qualitativ in Ordnung
ß = 20° - 80°Die Lötstelle ist nicht optimal kann aber noch ausreichend sein.
ß > 80° Die Lötstelle ist nicht brauchbar

Kapillarwirkung:

Beim Benetzen wird das Verhalten einer Flüssigkeit (Lot) auf einer Ebene beschrieben. Da jedoch meist zwei Fügeteile miteinander verbunden werden sollen zwischen denen ein Spalt für das Lot vorgesehen ist, muss das Verhalten einer Flüssigkeit in einer Kapillare näher betrachtet werden.

Wenn die Benetzung einer Flüssigkeit auf einem festen Körper gut ist, hat diese das Bestreben sich auf der Oberfläche des Körpers zu verteilen (Adhäsion). Die innere Bindung in der Flüssigkeit (Kohäsion) wirkt diesem bestreben entgegen. Deutlich sieht man ein solches Verhalten am Rand bei einem mit Wasser gefüllten Glas. Dort ist die Adhäsionskraft größer als die Kohäsionskraft. Die Resultierende aus diesen beiden Kräften zieht den Rand der Flüssigkeit nach oben.

Wirkung Adhäsion und Kohäsion an einer Gefäßwand
Wirkung von Kohäsion und Adhäsion an einer Gefäßwand
Blau = Flüssigkeit
Grün = Gefäßwand

In einer engen Röhre, einer so genannten Kapillaren, kann der Zug so groß sein, das die Flüssigkeit nach oben steigt. Je enger der Spalt, desto höher steigt die Flüssigkeit.

Das flüssige Lot verhält sich ebenso. Dabei sollte die Spaltbreite beim Löten zwischen 0,08 ... 0,2 mm liegen um eine optimale Kapillarwirkung (Spaltfüllung) zu erreichen. Ist der Spalt zu klein kann das beim Löten verwendete Flussmittel nicht mehr an dem Lot vorbei und es entstehen Flussmitteleinschlüsse. Daher sind kleinere Spalte nur beim Löten ohne Flussmittel vorzusehen. Bei diesen Lötungen wird das Flussmittel durch Schutzgas ersetzt oder die Lötung erfolgt im Vakuum. Bei manueller Lötung kann der Spalt auch größer sein.

Entstehung von Bindungen

Die Bindungen entstehen in einer sehr kleinen Zone im Kontaktbereich der beiden Verbindungspartner. Sie beruhen auf folgenden Prozessen1:

Litertur zum Thema

zu 1: Fügetechnik von Klaus-Jürgen Matthes und Frank Riedel Fachbuchverlag Leipzig ISBN 3-446-22133-3  Ausg.2003 Seite 103/104

Autor: Uwe Koerbitz


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