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Richtig löten

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                                                                                             Wels, am 2011-12-15

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~015_b_PrennIng-a_elektronik-basteln-loetkurs-richtig.loeten (xx Seiten)_1a.pdf



                      Wie lötet man richtig?

Eine Frage, die mir als Kursleiter immer wieder gestellt wird und wurde.
Mein Tip:  Übung macht den Meister.



Löten ist einfach - So wird es gemacht - Lötweisheiten in Komik-Form (8 Seiten)
300_b_fritz-x_Löten ist einfach - in Komik-Form (Lötweisheiten) DE_SolderComic_1a.pdf
http://mightyohm.com/soldercomic/




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            HOBBY-ELEKTRONIKer lernen löten.


In fast allen Bauvorschlägen und Bausatz-Beschreibungen findet man irgendwo die Stelle: ... und man lötet die Bauteile auf die Platine.
Für den Anfänger, der gerade mit dem Einstieg in dieses Hobby liebäugelt, ist das Löten nicht so selbstverständlich.
Ich habe die wichtigsten Punkte zusammengestellt, die man dabei beachten sollte.

In der Elektronik ist das grundlegende Ziel des Lötens, zwei Komponenten der Schaltung elektrisch und mechanisch miteinander zu verbinden.
Damit diese Verbindung verläßlich ist, muß das Lötmaterial, üblicherweise das Lötzinn, fähig sein, die Oberflächen der beteiligten Bauteile zu "benetzen", das heißt in der Praxis, an ihnen haften zu bleiben. Ist dies nicht der Fall, so entsteht eine "kalte Lötstelle".
Diese sieht in etwa wie eine normale Lötstelle aus, läßt sich aber oft mit geringem Kraftaufwand wieder lösen und bereitet in fast allen Fällen früher oder später Kontaktprobleme.
Damit so eine Verbindung nicht passiert, muß die Oberfläche der Bauteile sauber und frei von Schmutz, Wachs oder Öl sein.
Denn nur dann kann das Wasser die Oberfläche benetzen. Ist die Oberfläche dagegen fettig oder verschmutzt, so bildet das
flüssige Lötmaterial — ebenso wie Wasser — kleine Kügelchen, die über die Oberfläche abperlen und nicht im Stande sind sie zu benetzen.
Die meisten Erzeuger von elektronischen Bauteilen achten schon bei der Produktion darauf, daß die Anschlüsse dieser Bauteile auch leicht vom Zinn benetzt werden können.
Die Oberflächen der zumeist aus Kupfer oder Nickel-Stahl gefertigten Anschlüsse der Bauteile sind daher mit Silber, Zinn, einer Zinn-Blei-Legierung oder — in besonderen Fällen — mit Gold überzogen, um auf jeden Fall beim Löten eine sichere Kontaktierung zu gewährlei-sten.
Schmiermittel, Öle, Schmutz und Oxydationsprodukte sind die grundsätzlichen Ursachen, warum die Benetzung mit Zinn in manchen Fällen nicht funktioniert.
In gleichem Maß verändert die Alterung die Oberfläche der Anschlüsse und verhindert das Benetzen mit flüssigen Zinn dadurch, daß sich im Lauf der Lagerung auf der Metalloberfläche eine Oxydationsschicht gebildet hat.

Lötmaterial und Flußmittel
In technischer Hinsicht versteht man unter Löten die Verbindung von zwei Metallteilen durch ein geschmolzenes Metall, dessen Schmelzpunkt nicht höher als etwa 450°C liegt.
Die verschiedenen Lötmaterialien enthalten dabei Kombinationen von Zinn, Blei, Antimon, Silber, Indium und Wismuth.
Nach wie vor ist aber die gebräuchlichste Kombination eine Mischung aus Blei und Zinn.
Daher auch der Name "Lötzinn", obwohl nicht in allen Lötmaterialien wirklich Zinn enthalten ist.
Allerdings kommt es auch auf das Mischungsverhältnis an, es reicht vom reinen Zinn bis zu reinem Blei inklusive aller möglichen Mischungsverhältnisse dazwischen.

So ist beispielsweise für Spenglerarbeiten ohne weiteres ein Lötmittel von 10 % Zinn und 90 % Blei (10/90 Lötzinn) üblich.
In der Elektronik ist ein Mischungsverhältnis von etwa 60 % Zinn und 40 % Blei (60/40) üblich.

Mit diesem Mischungsverhältnis erreicht man auch den geringsten Schmelzpunkt aller möglichen Legierungen.
Er liegt dann bei etwa 200°C. Auch hat bei einem Mischungsverhältnis von exakt 63 % Zinn und 37 % Blei die Legierung einen exakten Schmelzpunkt 183°C.
 (http://www.husvedvf.de/index.php?view=article&id=149)
Alle anderen Mischungsverhältnisse beginnen zwar bei einer bestimmten Temperatur zu schmelzen, sind aber noch nicht in einem flüssigen, sondern in einem "pastösen" Zustand und werden erst ab einer zweiten höheren Temperaturgrenze wirklich flüssig.

Darunter verursacht jede physikalische Bewegung der Komponenten eine der schon oben erwähnten "kalten Lötstellen".
Das ist auch der Grund, warum in der Elektronik zumeist Lötmittel verwendet werden, die in etwa dieses Mischungsverhältnis aufweisen.

Ein weniger oft berücksichtigter Aspekt des Lötens ist das Flußmittel.
Dieses ist beim Elektronik-Lötzinn zumeist als zentraler Strang im —meist in Drahtform erhältlichen — Lötzinn enthalten und wird so gemeinsam mit diesem auf die Lötstelle aufgebracht.
Es erleichtert dem Lötzinn das Benetzen der Lötstelle und reinigt gleichzeitig eventuelle Oxydationsschichten von den Oberflächen der beteiligten Bauelemente.

In chemischer Hinsicht ist Flußmittel meist auf Säure- oder Rosin-Basis.
In der Elektronik soll man unbedingt ausschließlich Flußmittel auf Rosin-Basis beim Löten verwenden, denn durch säurehaltige Lötmittel, wie etwa "Lötwasser" (Salzsäure enthalten) — verursacht Korrosion (Grünspan) auf der Kupferoberfläche.
Noch dazu zeigt sich dieser Effekt nicht sofort nach dem Zusammenlöten, sondern erst nach einigen Monaten.
Dann aber ist es zu spät, man müßte die gesamte Platine neu anfertigen und neu bestücken.
Eine Reparatur dieses Fehlers ist nicht mehr möglich.

Die Ausrüstung
Die erforderlichen Werkzeuge, die man hierzu benötigt sind: ein guter Lötkolben mit einem Satz Ersatz-Lötspitzen, einige Flach- und Halbrund-Zangen und das nötige Werkzeug zum Absaugen von Lötzinn, etwa Lötsauglitze oder ein mechanisches Zinn-Absauge-Gerät.
Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Konstruktionstypen von Lötinstrumenten: einerseits die sogenannte »Lötpistole« und andererseits den — wohl bekannteren — Lötkolben.

Die Lötpistole — sie hat ihren Namen von der oftmals verwendeten Pistolenform — enthält in ihrem Inneren einen relativ stark dimensionierten Netztransformator, dessen Sekundärwicklung stark genug ist, die Spitze des Kolbens in etwa 10 Sekunden auf Löttemperatur aufzuheizen.
Dies wird durch das Drücken eines Kontaktes im "Abzug" der Pistole eingeschaltet. Längeres Niederhalten dieses Kontaktes kann zur Überhitzung der Lötpistole führen.

Der Lötkolben dagegen enthält ein — isoliertes — Heizelement, das zumeist direkt mit dem Netz verbunden ist.
Er benötigt bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur eine Aufheizzeit von einigen Minuten. Allerdings kann der Lötkolben immer eingeschaltet bleiben, ohne daß er sich erhitzt.

Bei der Lötpistole hingegen ist es möglich, sie durch zu langes Niederdrücken des Auslösekontaktes über die normale Löttemperatur hinaus zu überhitzen.
Das Resultat sind dann von der Platine losgelöste Kupferbahnen — also ein irreperabler Schaden auf der Platine, der nur mehr behelfsmäßig — etwa durch Anlöten von Drahtverbindungen — behoben werden kann.

Besonders in der Elektronik sind kleine, handliche Lötkolben mit einer Spitze in Bleistiftform sehr verbreitet.
Diese kleinen, handlichen Lötkolben - mit Leistungen zwischen 15 und 25 Watt — sind besonders für feinere elektronische Lötarbeiten besonders geeignet.
Einige besondere Typen unter ihnen verbergen im Griff auch einen aufladbaren Akku, mit dem es möglich ist, ohne Netzanschluß "vor Ort" zu löten.
Auch Ausführungen zum Anschluß an 6 Volt- oder 12 Volt-Batterien sind im Handel erhältlich.

Auch  Lötkolben mit Gasfüllung, der bei Bedarf mit einem Feuerzeug entzündet wird und über eine regelbare Gaszufuhr verfügt,sind  im Handel erhältlich.
Generell werden die Lötkolben vor allem durch ihre Leistungsaufnahme in Watt beschrieben.
Trotzdem erreichen alle Lötkolben, egal ob niedrigere oder höhere Wattzahl, die annähernd gleiche Spitzentemperatur.
Allerdings ist die Wärmemenge, die in der Spitze gespeichert wird, bei einem 100 Watt Lötkolben wohl zweifellos größer, man kann mit einem solchen Werkzeug auch große Metallteile wie z.B. Dachrinnenteile zusammen löten.

Für elektronische Arbeiten sind solche "Schwerkaliber" allerdings nicht geeignet.
Denn mit einem wattstarken Lötkolben ist es eher möglich, hitzeempfindliche elektronische Bauteile über ihre kritische Temperatur hinaus zu erwärmen und damit zu zerstören.
Außerdem kann sich bei einem völlig isolierten Lötkolben die Spitze elektrostatisch aufladen.
Dies führt — besonders bei hierfür anfälligen Bauteilen wie C-MOS-ICs und Feldeffekt-Transistoren zur Zerstörung des Bauteils führen.
 In diesen Fällen ist ein Lötkolben ratsam, bei dem der Metallteil mit der Schutzerde verbunden ist.
Ein solcher Lötkolben sollte, sofern er mit Netzbetrieb arbeitet, immer gewählt werden, schon auf Rücksicht auf die geltenden Sicherheitsbestimmungen (Schukostecker).
Die Wahl der richtigen Lötspitze hängt zu einem guten Teil vom persönlichen Arbeitsstil und von der Art der Arbeit ab.
Wer ständig mit extrem dicht gepackten Computer-Platinen arbeitet, wird wohl eine feinere Lötspitze wählen als jener, der vorwiegend mit (gröberen) elektronischen Leistungsbauteilen zu tun hat.
Für den Elektronik-Amateur hat sich aber die bleistiftförmige, konische Spitze am geeignetsten erwiesen.

Entlöt-Werkzeug ist auch für erfahrene Handwerker sinnvoll, um so mehr für Einsteiger und Hobbyisten, bei denen noch öfter etwas "passieren" kann.
Was die Entscheidung zwischen einem mechanischen Entlötgerät oder einer Lötsauglitze betrifft, so wird sie vor allem durch den persönlichen Arbeitsstil beeinflußt.

Löttechniken (prenninger, Vorwärmen 1-1-1 Nachwärmen)

Die beste Technik kann ganz einfach umrissen werden: zuerst muß die Spitze des Lötwerkzeuges die richtige Arbeitstemperatur erreicht haben, und sie muß sauber sein.
Sodann wird die heiße Spitze auf den Verbindungspunkt geführt, vorzugsweise auf jenen Teil der Verbindung, der die größere Masse hat.
Das Lötzinn soll erst nach etwa 0,5..1sec zugeführt werden, wenn sich die Metallteile schon soweit erhitzt haben, daß das Zinn nicht nur von der heißen Lötspitze sondern auch von den — bereits erwärmten — Metallteilen geschmolzen wird. Erst dann ist eine sichere Verbindung garantiert.
Wie lange man mit dem Zuführen des Zinns tatsächlich warten soll, hängt zum Teil auch vom verwendeten Lötkolben ab, man hat es aber nach einigen Versuchen schnell herausgefunden.
Nun wird also das Lötzinn an die Lötstelle geführt (< 1sec.) und auf die Verbindung der beiden Teile aufgebracht.
Sobald das Zinn beide Teile benetzt hat und zu einem "Tropfen" mit sauberer, glänzender Oberfläche verflossen ist, kann das Zinn entfernt werden.
Die Lötspitze sollte noch etwa 0,5..1sec. an der Lötstelle verbleiben, dann wird auch sie entfernt.

Es ist ratsam, frisch gelötete Verbindungen nicht zu bewegen, bis das Zinn vollständig erstarrt ist.
Auch hier entstehen sonst die gefürchteten "kalten Lötstellen".
Eine gute Lötstelle behält auch im abgekühlten Zustand ihre glänzende, glatte Oberfläche. Matte oder körnige Oberflächen bei Lötstellen deuten auf Mangel an Flußmittel oder auf eine »kalte Lötstelle« hin.

Praktische Hinweise
Auch wenn man weiß, daß man während der Abkühlungsphase die Elemente nicht bewegen sollte, ist es manchmal schwierig, genügend Hände aufzutreiben, um sowohl den Lötkolben und das Lötzinn als auch die Platine und den gerade gelöteten Bauteil gleichzeitig in ihrer Position zu fixieren.
Hier ist oftmals der Einsatz von ganz gewöhnlichen Wäscheklammern hilfreich, um die Bauteile in Position zu halten.
Auch 4mm Krokoklemmen, wie sie sonst zum Anklemmen eines Meßkabels an den Meßpunkt verwendet werden, leisten hier gute Dienste.

Falls ein Flußmittel auf Rosin-Basis in flüssiger oder pastöser Form (Löthonig, Elektronik-Qualität, Fa. Otto Hitzfeld, D8127 München, http://www.loethonig.de/verpackung.html) Verwendung findet, ist auch eine weitere Methode möglich:

Mit einer schmalen Pinzette wird der Bauteil auf seine Position auf der Printplatte gebracht.
Sodann wird der Löthonig an jene Stellen aufgebracht, die verlötet werden sollen.
Mit dem Lötkolben wird dann Lötzinn aufgenommen, so daß ein kleiner Zinnball auf der Spitze des Lötkolbens bleibt.
Nun wird die Spitze des Lötkolbens auf die Verbindungsstelle gelegt und hier festgehalten, bis das Zinn dort ordnungsgemäß verflossen ist.
Auch diese Methode schafft eine gute Verbindung und ist in der Praxis deswegen beliebt, weil man "nicht allzu viele Hände" dazu braucht.

Um zu erreichen, daß das Lötzinn die Lötstelle gut benetzt, sind alle Teile vorher sorgfältig zu reinigen.
Ein geeignetes Reinigungsmittel ist Isopropyl-Alkohol (auch Spiritus möglich), besonders für Schmiermittel und Öle, eine 10 %ige Lösung von Salzsäure ist geeignet um die Oxydationsprodukte von der Metalloberfläche zu entfernen.
Um auf Platinen die Oxydationsschicht vom Kupfer zu entfernen, empfiehlt sich feine Stahlwolle, wie sie in Haushalts-Topfreinigern zu finden ist.
Alle erwähnten Chemikalien sind in jeder gut sortierten Drogerie erhältlich. Es ist aber unbedingt ratsam, sich vor Gebrauch über die Handhabung mit derartigen Stoffen zu informieren.
Dazu gehört auch die Frage der Entsorgung nach erfolgter Reinigung.
Falls das Zinn nicht ordentlich fließen will, so kann dies mehrere Ursachen haben.
So kann zum Beispiel die Spitze des Lötkolbens nicht heiß genug sein, was speziell bei älteren Lötspitzen — bedingt durch eine Luftschicht zwischen Heizelement und Lötspitze — der Fall sein kann.
Eine weitere mögliche Ursache ist es, besonders bei Verwendung von Extra-Flußmittel, daß dieses in zu geringem Ausmaß verwendet wurde.
Bei einem normalen Elektronik-Lötzinn ist allerdings das Flußmittel schon im drahtförmigen Lötzinn eingearbeitet.
Es wird daher automatisch immer in ausreichender Menge zugeführt.

http://de.wikipedia.org/wiki/Flussmittel_(Löten)
Kolophonium,  Rosin

Falls es nach zwei Versuchen noch immer nicht gelungen ist, beide beteiligten Elemente mit dem Lötzinn zu benetzen, sollte man lieber nicht weiter arbeiten, sondern zunächst einmal die Reinigung des kritischen Teiles in Erwägung ziehen.
Ist dieser kritische Teil allerdings ein großer Metallteil, so kann — bedingt durch die große Wärmeabfuhr eines derartigen Bauteils — die Wärme vom Metall schneller abgeführt werden, als sie vom Lötkolben nachgeliefert werden kann.
Auf solchem Untergrund ist Löten immer problematisch. Praktiker behelfen sich in diesem Fall mit dem Bohren eines Gewindeloches, an dem —zumeist mit einer M3 Schraube — eine Messing-Lötöse befestigt wird.
Erst auf dieser wird die eigentliche Lötverbindung hergestellt.
In anderen Fällen ist es ratsam, nach einigen vergeblichen Lötversuchen vom weiteren Probieren Abstand zu nehmen, um nicht durch die Hitze einen der beiden Komponenten (zumeist die Kupferbahn auf der Platine) zu beschädigen.
In zunehmendem Maße finden auch beim Amateur ICs (integrierte Schaltungen — »integra-ted circuits«) Verwendung.
Hier ist mit besonders kleinem Werkzeug zu arbeiten. Dies betrifft sowohl die Leistungszahl des Lötkolbens - ideal sind hier etwa 15 bis 20 Watt — als auch den Durchmesser der Lötspitze und den Durchmesser des Lötzinns.
Tritt bei so kleinen Bauelementen wie ICs oder Transistoren eine schwierige Situation auf, so ist es oftmals ratsam, an den betroffenen Bauteileanschluß eine große Krokoklemme oder Pinzette anzuklemmen.
Dadurch wird die von der Lötstelle kommende Wärme durch die relativ große Metallmasse der Krokoklemme abgeleitet und verbreitet sich nicht bis zum hitzeempfindlichen Teil des Bauelements, bis zum Silizium-Substrat.

Grundsätzlich soll, nachdem eine Platine bestückt und gelötet wurde, die Lötseite penibel — falls möglich, auch mit einer starken Lupe — kontrolliert werden.
Auch auf der Lötseite überstehende Anschlußdrähte sollen unbedingt abgezwickt werden, sie könnten sich sonst umbiegen und unerwünschte Kontakte auf der Platine herstellen.
Das geeignete Werkzeug hierzu ist eine Zange mit einer Schneide auf der Seite, deshalb auch Elektronik-Seitenschneider genannt.
Notfalls läßt sich diese Arbeit allerdings auch mit einem jener Fingernagel-Trimmer (Nagelzwicker) durchführen, wie man sie üblicherweise am Schlüsselbund mit trägt.
Auch die Verwendung einer besonders hellen, gerichteten Beleuchtung (Halogen-Spots oder Lupenlampe) ist für derartige Kontrollarbeiten anzuraten.
Auch sollte man sich ein scharfes, geeignetes Werkzeug vorbereitet haben.
Mit diesem Werkzeug, etwa mit einer geeigneten starken Nadel, werden dann ungewollte Lötverbindungen (Zinnbrücken) wieder durchgekratzt (mit feiner Nadelfeile).
Auch wenn der Zwischenraum zwischen zwei Kupferbahnen nicht ganz astrein erscheint, sollte man sicherheitshalber hier einmal herum kratzen.
Ein solcher Fehler kann beispielsweise durch Fett auf der Kupferseite beim Ätzvorgang oder durch zu kurzes Verbleiben im Ätzbad hervorgerufen werden.

Falls man sichergehen will, daß man wirklich alle Lötstellen einzeln kontrolliert hat, könnte man — beispielsweise mit Nagellack — jeden kontrollierten Lötpunkt markieren.
Denn gerade beim Amateur, der in der Fehlersuche nicht immer vollständig sattelfest ist, können durch einige Minuten der Printkontrolle Stunden oder Tage der Fehlersuche vermieden werden.

Auch wenn man nicht peinlich saubere Hände hat, besonders wenn Schmiermittel oder Öle daran haften, so sollte man die Platinen so wenig wie möglich berühren — am besten gar nicht.
Und wenn das Unglück passiert ist und Fett oder Öl auf der Platine zu finden sind, sollte man unbedingt — bevor man irgend etwas anderes tut und damit das Fett auf dem Arbeitsplatz weiter verbreitet — die Platine mit Isopropyl-Alkohol reinigen.
Sollte die Reinigung einer besonders hartnäckigen Verschmutzung nur durch Anwendung von Stahlwolle möglich geworden sein, muß die ganze Platine mit einem faserfreiem Tuch von evenentuellen Rückständen der Stahlwolle gereinigt werden. Besonderes Augenmerk gilt hierbei den Ecken und Kanten der Platine.

Zusammenfassung
Grundsätzlich sind nur neue Bauteile und neue Platinen zu verwenden.
Printplatten, die jahrelang herumgelegen sind, sind nahezu mit Sicherheit ohne größere Reinigung nicht mehr brauchbar.
Als Lötzinn sollte eines mit dem Mischungsverhältnis 60/40 (60 % Zinn, 40 % Blei) Verwendung finden.
Das Flußmittel sollte, wenn irgend möglich, auf Rosin-Basis sein.
Falls nötig, kann auch zusätzliche Elektronik-Lötpaste (Fa. Otto Hitzfeld)  verwendet werden, allerdings ausschließlich dann, wenn auch sie auf Rosin-Basis arbeitet.
Der Lötkolben sollte, sowohl was die Form seiner Spitze betrifft, als auch in punkto Leistung, der verwendeten Arbeit entsprechen.
Für feine Elektronik-Lötungen sind Kolben mit einer Leistung zwischen 15 und 25 Watt am geeignetsten.
Beim Löten sollte man die richtigen Handgriffe in der richtigen Reihenfolge beherrschen (1s Spitze draufhalten, <1s Zinn zuführen, Zinn wegnehmen, 1s nachwärmen dann Lötkolben wegnehmen).

Bisher ist noch kein Meister vom Himmel gefallen.



itm-praktiker, fritz prenninger 1986-14-20  VHS-Kursleiter, Kurs  "Elektronik für Einsteiger"


495_b_praktiker-x_VHS5.6.12  Wie löte ich richtig, Temperatur-Diagramm, Eutektischer-Punkt_1a.pdf






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