Referat LÖttechnik - sicherheitsaspekte beim lÖten

Löttechnik

Unter dem Begriff löten  versteht man den Vorgang mit Hilfe von geschmolzenen Bindemitteln - dem Lot - metallische Werkstücke zu verbinden. Im Rahmen der Elektronik wird das Löten dazu benutzt, elektronische Bauteile auf Platinen Ströme leitend zu befestigen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Weichlöten.

Die Fähigkeit Metalle durch löten zu verbinden liegt in der Tatsache begründet, daß der Schmelzpunkt des Lotes niedriger ist, als der, der zu verbindenden Metalle. Bei dem oben erwähnten Weichlöten werden die Nahtstellen zwischen den zu verbindenden Metallen - also dem elektronischen Bauteil und dem Lötauge auf der Platine - mit Lötzinn gefüllt. Das Lötzinn besitzt das Charakteristikum sich mit dem Fremdmetall zu vereinigen. Ein reines Haften auf der Oberfläche wäre nicht hilfreich, weil hierdurch keine dauerhafte Verbindung geschaffen würde.

In der Praxis sieht der Lötvorgang - hier erklärt an einem einfachen Bauteil (z.B. einem Widerstand) folgendermaßen aus:

Das einzulötende Bauteil wird der Einbaulage entsprechend vorbereitet. Hier unterscheidet man z.B. zwischen stehender (radialer) und liegender (axialer) Einbauform. Am Beispiel des Widerstandes würde dies bedeuten, daß der Widerstandskörper einmal senkrecht auf der Platine steht und das eine Anschlußbein um 180° gebogen zurück zur Platine geführt wird. Im zweiten Fall, befindet sich der Körper des Halbleiters parallel zur Platinenoberfläche und jedes Bein ist um 90° zum Anschluß auf der Leiterplatte abgewinkelt. Welche Einbauform gewählt wird, ist von dem zur Verfügung stehendem Platz auf der Platine abhängig und nicht zuletzt von dem Gesichtspunkt der optimalen Kühlung des Bauelementes im Betrieb der fertigen Schaltung. Ist das Bauteil nun in die für es vorgesehenen Lötaugen eingeführt worden, so kann der eigentliche Lötvorgang  beginnen. An der Platinenseite, wo die Anschlußbeine des elektronischen Bauelementes herausschauen, wird der durch einem im Inneren befindlichen Heizkörper auf ca. 350-450 °C erhitzte Lötkolben angehalten. Unmittelbar danach wird das Lötzinn zugeführt. Sobald die gewünschte Menge Lötzinn auf dem Lötauge ist, entfernt man zuerst das Lötzinn und dann den Lötkolben. Durch die Unterbrechung der Wärmezufuhr, erstarrt das Lot auf dem Lötauge. Beim Einlöten werden die Halbleiterbauelemente wärmemäßig stark belastet. Das Löten sollte deshalb möglichst schnell vor sich gehen, damit die Halbleiterkristalle nicht unzulässig stark erwärmt werden. Trotz der gegebenen Eile ist eine saubere, bzw. einwandfreie Lötstelle für die fehlerfreie Funktion des Bauteiles wichtig. In erster Linie ist hierfür die richtige Löttemperatur ausschlaggebend.

Das in der Elektrotechnik verwendete Weichlot besteht aus einer Legierung aus Zinn und Blei. Beiden Werkstoffe sind im Verhältnis von 62% Zinn  (Sn von Stannum) zu 38% Blei (Pb von Plumbum) gemischt. Diese Legierung besitzt bei Ihrem Schmelzpunkt von 183° C ein Eutektikum. Hiermit ist die Fähigkeit beschrieben, ein feines kristallines Gemisch zweier (oder mehrerer) im festen Aggregatzustand unmischbaren Stoffe zu erzeugen. Dieses Blei-Zinn-Gemisch hat im Innern einen Kern aus Flußmittel, dem sogenannten Flux. Es dient dem Lot zur gleichmäßigen Verteilung an der Lötstelle. Bei der oben erwähnten Schmelztemperatur der Blei-Zinn-Mischung ist die optimale Temperatur erreicht, bei der das Lötzinn flüssig ist. Geringe Temperaturänderungen oder auch Anderungen an der Lotzusammensetzung hätten zur Folge, daß das Lot nicht mehr flüssig wäre sondern in einen teigigen Zustand wechseln würde.

Die Zusammensetzungen der Lote können mit weiteren Zusatzstoffen variieren, um z.B. den Schmelzpunkt zu beeinflussen. Fügt man Silberanteile bei, so erhöht sich der Arbeitspunkt auf bis zu 300° C. Wird hingegen eine Schmelzpunktsenkung in Betracht gezogen, so ist mit Wismut und Cadmium ein Arbeitspunkt von unter 100° C zu erreichen.

Die Lötstelle selbst sollte von dem Lot gleichermaßen umflossen worden sein, so daß sich ein Kelch um den Anschlußdraht bildet. Abschließend kürzt man mit einem feinen Seidenschneider die überstehenden Anschlußbeine des Halbleiters soweit, daß sie gerade noch aus dem Lötkelch herausschauen. Beim Ablängen darf man nicht das Lot schneiden, da dies die Lötstelle beschädigen würde, was zu ungewollten Ausfällen im Betrieb führen kann.

Sicherheitsaspekte beim Löten

Beim Löten gibt es einige Aspekte, welche im Sinne von Gesundheit und Umwelt einzuhalten sind.

Da die Aufnahme von Metallen - insbesondere von Blei - und die durch das Flußmittel entstandenen Lötdämpfe der Gesundheit in starker Weise schadet, sind folgende Verhaltensregeln bindend:

Da die Atemzone unmittelbar nahe dem Lötgeschehen ist, sollen Flußmitteldämpfe durch Absaugen ferngehalten werden.

Durch die Berührung des Lötzinnes mit den Händen, sollte man darauf verzichten, mit ungereinigten Händen Speisen und Getränke zu konsumieren, da so an den Händen haftende Bleispuren in den Körperkreislauf aufgenommen werden können.

Regelmäßiges Lüften der Arbeitsräume trägt zu gesünderem und besserem Arbeiten bei.

In Hinblick auf unsere Umwelt ist es wichtig zu wissen, daß Lötabfälle - wie alle Elektronikbauteile im Falle einer Entsorgung - Sondermüll und kein Hausmüll sind.

In Zusammenhang mit der Sicherheit ist auch der ordnungsgemäße Zustand des Lötwerkzeuges wichtig , um Verletzungen durch Strom prophylaktisch entgegenzuwirken.