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„Löten“ – Versionsunterschied

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Ljungqvist (Diskussion | Beiträge)
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K →Lötverfahren: Quelle: http://www.sonikks.de/de/Ultraschall-Anwendungen/ultraschall-loeten_ultraschallloeten
K →Geschichte des Lötens: Punkt ergänzt
 
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{{Dieser Artikel|behandelt Löten, ein thermisches Werkverfahren. Für die norwegische Kommune [[Løten]] siehe dort.}}
[[Datei:Lötstelle an einem Schalter.jpg|mini|Lötstelle zwischen einer Leitung und einer Lötfahne eines Schalters]]
 
'''Löten''' ist ein [[Wärmeübertragung|thermisches]] Verfahren zum [[Verbindungstechnik#Stoffschluss|stoffschlüssigen]] Fügen von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch [[Diffusion]] an den Grenzflächen (Diffusionslöten) entsteht. Die [[Liquidustemperatur]] der GrundwerkstoffeDabei wird nicht erreicht. Der Unterschied zumeine [[SchweißenLegierung|Oberflächenlegierung]] liegt darinerzeugt, dassdas beimWerkstück Schweißen die Liquidustemperaturin der zu verbindenden Komponenten erreicht wird und dass beim Löten die chemische Bindung zwar gleich ist,Tiefe aber dienicht Artaufgeschmolzen: derDie chemischen Zusammensetzung[[Liquidustemperatur]] der VerbindungGrundwerkstoffe sichwird unterscheidet.nicht Beim Schweißen ist die chemische Zusammensetzung als auch die Art der chemischen Zusammensetzung gleicherreicht. Nach dem Erstarren des Lotes ist wie beim Schweißen eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt.
 
Der Unterschied zum [[Schweißen]] liegt darin, dass beim Schweißen die Liquidustemperatur der zu verbindenden Komponenten erheblich überschritten wird und dass beim Löten die chemische Bindung zwar gleich sein kann, aber die Liquidustemperatur kaum oder nicht überschritten wird. Die Art der chemischen Zusammensetzung der Verbindung unterscheidet sich je nach verwendeten Hilfsmitteln (Schweißdraht beim Schweißen, Lotpaste oder Lotdraht beim Löten).
 
== Geschichte des Lötens ==
Löten ist eine sehr alte Technik, die nachweislich schon um 5000 v. Chr. und vermutlich auch schon davor bekannt war. Die damals bekannten Metalle [[Gold]], [[Silber]] und [[Kupfer]] wurden zu Kult- oder Schmuckgegenständen verarbeitet, wobei das Löten als Verbindungstechnik zum Einsatz kam. Beim sogenannten Reaktionslöten (oder auch Diffusionslöten) werden Kupfersalze in der CO-Atmosphäre des Holzkohlefeuers reduziert, und die Kupferanteile ergeben bei der chemischen Reaktion mit Gold oder Silber eine lötfähige [[Legierung]]. Das entstehende [[Eutektikum]] hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als die reinen Metalle Gold, Silber und Kupfer. Gegenüber den Schmelztemperaturen von Gold (1063 °C), Silber (961 °C) und Kupfer (ca. 1100 °C) hat eine Legierung 66,5 % Gold/(Rest-)Kupfer einen Schmelzpunkt von 889 °C. Als Basis für das Kupfersalz kam z. B. Kupferkarbonat in Form von pulverisiertem [[Malachit]], sowie Beimischungen von [[Alaun]] und [[Natriumcarbonat|Soda]]/Natron-Bindemittelgemischen als „Kleber“ zum Einsatz. Abbildungen in altägyptischen Gräbern zeigen Goldarbeiter mit Blasrohr vor einem [[Holzkohle]]feuer. Erst später kam die heute bekanntere Technik zum Einsatz, eine bereits vorhandene Legierung als Lotzugabe einzusetzen.
Beispiele für diese Lötkunst sind u. a. die ägyptische [[Totenmaske des Tutanchamun|Goldmaske]] des [[Tutanchamun]]s, der [[Hundeanhänger (Susa)|Hundeanhänger aus Susa]], ein goldener Dolch der [[Sumerer]], gefunden in [[Ur (Stadt)|Ur]] in Chaldäa am Ufer des Euphrat (2600 v. Chr.), oder eine goldene Halskette der [[Etrusker]] (6. Jh. v. Chr.).
 
== Verbindungen ==
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[[Technische Keramik|Keramik]]- und Glasbauteile können mit [[Glaslot]] oder – wenn sie vorher metallisiert wurden – mit Metalllot und Metallteilen verbunden werden.
Als Alternative zur vorherigen Metallisierung eignet sich auch das Aktivlöten, bei dem Lot ein Aktivelement zulegiert wird oder der Fügepartner selbst eine Aktivelement-Legierung ist. Aktivmetalle können beispielsweise Titan oder Indium sein. Diese sind bei erhöhten Temperaturen sauerstoffaffin und reagieren während der Lötung mit dem Sauerstoff der Oxidkeramik.
 
=== Verbindungstechniken ===
Das Löten steht neben anderen [[Verbindungstechnik]]en, z. B. dem Schweißen, dem [[Kleben]] oder formschlüssigen Verbindungen wie [[Niet]]en, [[Bördeln]], [[Aufschrumpfen]] oder Ein[[pressverbindung]]en. Löten gehörtwird zuinsbesondere für [[Verbindungstechnik (Elektrotechnik)|elektrischenelektrische VerbindungstechnikenVerbindungen]] eingesetzt.
 
Ein Kennzeichen einer Lötverbindung ist die [[Intermetallische Verbindung]]. In dieser dünnen Schicht bilden der Grundwerkstoff und das Lot eine Legierung und gehen eine feste Verbindung ein.
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== Einteilung der Lötverfahren ==
[[Datei:Einteilung der Lötverfahren nach Energieträger.svg|thumbmini|uprighthochkant=2.75|centerzentriert|Einteilung der Lötverfahren nach Energieträger]]
Entscheidend für die Einteilung ist die Liquidustemperatur des Lotes:
* bis 450 °C: Weichlöten
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Hartlötverbindungen weisen im Allgemeinen eine geringere Festigkeit auf als [[Schweißen|Schweißverbindungen]], aber fast immer eine höhere als Weichlötverbindungen.
 
== Lote == ▼
[[Datei:Weichlot.jpg|mini|hochkant|Weichlot]]
▲== Lote ==
Als Material zum Erzeugen einer Lötverbindung werden [[Lot (Metall)|Lote]] verwendet. Metalllote sind meist Legierungen, die als Lötdraht oder [[Lotpaste]] vorliegen. Sie enthalten oft bereits ein [[#Flussmittel|Flussmittel]], bei Weichloten üblicherweise in Hohlkammern eingearbeitet, bei Hartloten als äußere, zu Unterscheidungszwecken meist eingefärbte Umhüllung.
 
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Metallisierte [[Keramik]]teile sowie thermisch hoch beanspruchte Edelstähle werden häufig mit [[Silberlot]] gelötet.
 
[[Glaslot]] zum Löten von Keramik und Glas wird pastös verarbeitet, es besteht aus Pulver eines besonders niedrig schmelzenden Glases und organischen Zusatzstoffen, welche die pastöse Konsistenz einstellen. Die organischen Stoffe verdampfen bzw. pyrolysieren und verbrennen beim Löten vollständig.
 
Für Wärmetauscher in der Automobilindustrie werden meistens Aluminium-Silizium-Hartlote verwendet. Bei Massenfertigung sind vielfach angepasste, zweckdienliche Formen von Al-Si-Lote gebräuchlich, beispielsweise als [[Plattieren|Plattierung]] oder Lot-Ringe.
 
== Flussmittel ==
 
{{Hauptartikel|Flussmittel (Löten)}}
 
Damit der oben beschriebene Diffusionsprozess stattfinden kann, müssen alle Metalloberflächen blank und somit frei von Oxiden und Verschmutzungen sein.
 
Fast ausnahmslos wird unter Lufteinwirkung gelötet ([[Wellenlöten]] generell in Stickstoffatmosphäre). Schon während der Erwärmung der Lötstelle begünstigt der Sauerstoff in der Luft eine Oxidation der Oberflächen, die eine zuverlässige und damit erfolgreiche Lötung gefährdet.
 
Daher wird in solchen Fällen vor dem Lötvorgang ein Flussmittel aufgetragen. Das Flussmittel reduziert (entoxidiert) die Oberfläche beim Löten und soll die erneute [[OxidOxide|Oxidbildung]]bildung vor und während des Lötvorgangs verhindern, die sonst die Fließ- und Benetzungseigenschaften stark reduzieren würde, und weiterhin um Einschlüsse von Fremdstoffen zu verringern. Ein weiterer Effekt ist das Verringern der [[Oberflächenspannung]] des flüssigen Lotes.
 
Die Art der Flussmittel ist vom Anwendungsgebiet abhängig. Viele Flussmittel müssen nach der Lötung beseitigt werden, da sie sonst [[Korrosion|korrosiv]] wirken.
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== Löten in der Elektrotechnik/Elektronik ==
[[Datei:Desoldering.jpg|mini|Manuelles WeichlötenEntlöten mittels eines elektrischen [[Lötkolben]]s]]
[[Datei:Lotkegel.svg|mini|Lotkegel, derin sogenannteidealer [[Meniskus (Hydrostatik)|hydrostatische Meniskus]]-Form (hellgrau), hier zwischen einem elektrischenbedrahteten WiderstandsbauelementBauteil und einerder LeiterplatineLeiterplatte]]
Am weitesten verbreitet ist das Löten in der Elektrotechnik und Elektronik. Die Lötungen werden dort fast ausschließlich mit [[Lot (Metall) #Weichlote|Weichlot]] ausgeführt.
 
Als Flussmittel werden in der Elektronik normalerweise nur sogenannte ''säurefreie Flussmittel'' verwendet, beispielsweise [[Kolophonium]]. Dabei bezieht sich der Begriff ''säurefrei'' auf die abgekühlte Lötstelle.
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Bei großflächigen Lötungen werden die zu lötenden Gegenstände vorher typischerweise an der Fügefläche mit Weichlot verzinnt, um Wärmebelastungen der umgebenden Bauteile gering zu halten. Gleichzeitig begünstigt diese Vorarbeit die Benetzung.
 
In der [[Elektrotechnik]] wird heute im großtechnischen Stil vor allem das Schwallbad-Löten[[Wellenlöten]] (Schwalllöten), das [[Reflow-Löten]] und das Löten mit Heißluft eingesetzt. TrotzDas zahlreicherLöten ist neben andereranderen [[Verbindungstechnik (Elektrotechnik)|VerbindungstechnikVerbindungstechniken]]en ([[Crimpen]], [[Wire Wrap]], [[SchraubklemmeKlemme (Elektrotechnik)|Klemme]], [[SchneidklemmentechnikSchneidklemme|Schneidklemmtechnik]], Steckverbindungen, [[Klemme (Elektrotechnik)Drahtbonden|KlemmenBonden]], [[Schweißen]]) erfreut sich das Löten einerverbreitetste weiterhinVerbindungsverfahren rechtin hohender VerbreitungElektronik. Die Dimensionengeringsten gehenAbmessungen dabeider vonLötstellen einigenund Zentimeternauch bisdie hinuntergeringsten zuAbstände wenigenzwischen zehntelzwei MillimeternLötstellen (beibetragen [[Surfaceetwa Mounted Device|SMD]]-Bauteilen wie [[Widerstand (Bauelement)|Widerständen]] oder [[Halbleiter]]n)0,2 mm.
 
=== Lötverfahren ===
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* [[Amorphe Lötfolie]]
* [[Dampfphasenlöten]]
* [[Mikrolöten]]
* [[Ultraschalllöten]]
 
=== Qualität von Lötungen ===
[[Datei:SMDSurface aufgelötetMounted Device, soldered.jpg|mini|Montage durch Schwalllöten, zu erkennen sind Reste von Lötzinn auf dem Lötstopplack. Die Qualität der eigentlichen Lötstellen ist unterschiedlich.]]
 
Die Benetzung ist ein wichtiges Kriterium für die erfolgreiche Lötung. Es sollte nur so viel Lot an der Lötstelle verwendet werden, dass die Kontur der Bauteileanschlüsse im Lot sichtbar bleibt. Der Winkel zwischen einem Tropfen des flüssigen Lotes und dem Grundwerkstoff wird [[Benetzungswinkel]] genannt. Ein Benetzungswinkel von 0 bis 30° wird als „vollständig bis ausreichend benetzt“, von 30 bis 90° als „teilweise benetzt“ und über 90° als „nicht benetzt“ eingestuft. Grundsätzlich sollte der Benetzungswinkel also kleiner als 30° sein.
 
Ein weiteres Qualitätsmerkmal ist die Sauberkeit der Lötstellen, so sollten zum Beispiel keine Lotreste außerhalb der Lötstellen zu finden sein. Die Lötstellen sollten sauber und gleichmäßig sein, das gilt auch für die Durchkontaktierungen.
{{Absatz}}
 
=== Kalte Lötstelle ===
[[Datei:Cold solder joint2.jpg|mini|eineEine kalte Lötstelle]]
[[Datei:Gebrochene loetstellen.jpg|mini|gebrocheneGebrochene Lötstellen an einem [[Zeilentrafo]]]]
Ein besonders beim Löten im Elektronikbereich gefürchtetes Phänomen sind die sogenannten kalten Lötstellen. Bei einer kalten Lötstelle besteht keine stoffschlüssige Verbindung zwischen Lot und Fügepartner.
 
Kalte Lötstellen sind oft schwer zu erkennen. Im Gegensatz zu korrekten Lötstellen sehen sie eventuell matt aus (bleihaltige Lote erstarren hochglänzend, bleifreie Lote sind generell matt) oder weisen eine leicht klumpige Oberfläche auf. Weiterhin ist der fehlende [[Meniskus (Hydrostatik)|Meniskus]] einer guten Benetzung ein Indiz für eine mangelhafte Lötstelle. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften einer kalten Lötstelle sind mangelhaft. Kalte Lötstellen sind typische Ursachen für Zuverlässigkeitsprobleme in elektronischen Baugruppen.
Kalte Lötstellen sind typische Ursachen für Zuverlässigkeitsprobleme in elektronischen Baugruppen.
 
Kalte Lötstellen können viele verschiedene Ursachen haben:
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:Für Handlötungen empfiehlt sich daher ein Lot, bei dem beide Temperaturen zusammenfallen, wie z. B. L-Sn63PbAg mit 178 °C Solidus- und Liquidustemperatur.
* Die Löttemperatur war zu gering – die Lötstelle war zu kalt – wohl der Namensgeber. Es erfolgte keine oder keine vollständige Benetzung.
* Die Löttemperatur war zu hoch. Das Flussmittel hat sich zu schnell zersetzt, bzw. verdampft, bevor eine chemisch [[Reduktion (Chemie)|reduzierende]] (deoxidierende) Wirkung einsetzt. Die hohe Temperatur führt zu einer schnellen Oxidation der zu verbindenden Bereiche.
* Beim Abkühlen einer Lötverbindung wurde nicht sichergestellt, dass der gesamte Lötbereich zwischen der Liquidus- und Solidustemperatur erschütterungsfrei bleibt.
* Die zu benetzenden Oberflächen sind wegen Oxidation oder Überlagerung (Durchwachsen der intermetallischen Phase) nicht mehr benetzbar, so dass das Lot eher formschlüssig eine Art „Verklammerung“ darstellt.
 
Kalte Lötstellen verursachen oft nicht sofort eine elektrische Unterbrechung. Eine kalte Lötstelle hält jedoch nur geringen mechanischen Belastungen stand. Aufgrund dessen können sowohl kleine [[Vibration]]en oder Erschütterung der Lötstelle als auch Dehnungsbewegungen bei sich erwärmenden Bauteilen zu Funktionsstörungen beitragen. Vibrationen treten zum Beispiel an Leiterbahnen auf: Am Anfang ist die [[Leiterbahn]] bzw. der Anschlussdraht noch „fest“ in der kalten Lötstelle eingeschlossen, doch schon bald können die Vibrationen des Leiterdrahtes ein Spiel innerhalb der Lötstelle „hineinschlagen“, der Draht kann sich dann innerhalb der Lötstelle bewegen. Nun kann innerhalb der Kontaktstelle eine Relativbewegung eintreten, kleine Kontaktunterbrechungen treten als [[KontaktunterbrechungWackelkontakt]]en treten auf, es können bei höheren elektrischen Strömen auch Lichtbögen (Spannungsüberschläge) entstehen.
 
In elektronischen Geräten und Baugruppen führen Kontaktunterbrechungen und -unsicherheiten zu Funktionsstörungen. Die möglicherweise entstehenden Lichtbögen können Verbrennungen innerhalb der Lötstelle erzeugen. Diese Stellen sind dann von einer Ruß- oder Oxidschicht überzogen. Dadurch verschlechtert sich der elektrische Kontakt noch weiter.
 
Das Auffinden kalter Lötstellen ist oft schwierig, da sie bei mechanischer Bewegung eventuell zunächst wieder für einige Zeit einen Kontakt herstellen. Die Lokalisation kann durch gezielte Erschütterungen oder [[Kältespray]] erleichtert werden. Eventuell müssen mehrere unzuverlässig erscheinende Lötstellen „auf Verdacht“ nachgelötet werden.
{{Absatz}}
 
=== Lösen von elektrischen Lötverbindungen ===
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=== Bleifreie Elektroniklote ===
[[Datei:Huawei E367, O2 Surfstick Plus - Electrical connector-8493.jpg|miniatur|Kleine Platine mit der Aufschrift ''<span dir="ltr" lang="en">PB-FREE</span>'' auf der linken Seite]]
Wegen des Risikos für Gesundheit und Umwelt durch das Blei in Elektronikloten musste dieses in der [[Europäische Union|EU]] bis 1. Juli 2006 im Elektronikbereich ersetzt werden ([[RoHS-Richtlinien|RoHS]] DIR 2002/95/EG; Elektronikschrott-Richtlinie [[WEEE]] DIR 2002/96/EG). Die Verwendung von Blei und anderen Schwermetallen, wie Cadmium und Quecksilber, ist in Elektro- und Elektronikgeräten untersagt, die ab 1. Juli 2006 neu in Verkehr gebracht werden.
 
Als Ersatz werden zum Beispiel Legierungen der Gruppe [[Zinn|Sn]]/[[Silber|Ag]], Sn/[[Kupfer|Cu]] oder Sn/Ag/Cu eingesetzt. Diese haben jedoch meist einen weniger universellen Einsatzbereich und bringen z.&nbsp;T. technische Probleme wie Verspröden und [[Whisker (Kristallographie)|WhiskerWhiskerbildung]]bildung mit sich. Der gravierendste Nachteil dieser neuen Lote ist der um ca. 10&nbsp;K bis 30&nbsp;K höhere Schmelzpunkt. Gerade in der Bestückung bzw. Verlötung von Baugruppen mit vielen verschiedenen Bauelementen kann dieser erhöhte thermische Stress einige Bauelemente sehr nah an ihre Belastungsgrenze führen. Vermehrte Ausfälle als Folge dieses Fertigungsschritts sind möglich.
 
Andere Lote haben einen sehr niedrigen Schmelzpunkt, das birgtwas die Gefahr versehentlichen Schmelzens oder geringerer Lebensdauer birgt. Ein zu niedriger Schmelzpunkt kann auch auftreten, wenn sich bei Reparaturen mit herkömmlichem Lötzinn die Zusammensetzung ändert. Für unterschiedliche Zwecke müssen unterschiedliche Lote eingesetzt werden. Zum Teil werden diese technologisch schon gut beherrscht.▼
Der gravierendste Nachteil dieser neuen Lote ist der um ca. 10 bis 30 K höhere Schmelzpunkt. Gerade in der Bestückung bzw. Verlötung von Baugruppen mit vielen verschiedenen Bauelementen kann dieser erhöhte thermische Stress einige Bauelemente sehr nah an ihre Belastungsgrenze führen. Vermehrte Ausfälle als Folge dieses Fertigungsschritts sind möglich.
 
Bleihaltige Lote dürfen von Privatpersonen benutzt werden. Gewerblich dürfen sie angewendet werden, wenn besondere Zuverlässigkeit erforderlich ist. Weiterhin dürfen und sollen Geräte, die mit bleihaltigem Lot hergestellt wurden, mit ebensolchem repariert werden. Auch dürfen bleihaltige Lote zu Forschung und Entwicklung eingesetzt werden. Wie bei den meisten Tätigkeiten mit dem Gefahrstoff Blei hat der Arbeitgeber jedoch regelmäßig besondere Schutzmaßnahmen zu treffen<ref>in Deutschland etwa nach den [[TRGS]] [https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/pdf/TRGS-505.pdf?__blob=publicationFile&v=3 505]; dort Tätigkeit Nr. 5 der Listen Ziff. 3.3 und Anlage 2</ref>.
▲Andere Lote haben einen sehr niedrigen Schmelzpunkt, das birgt die Gefahr versehentlichen Schmelzens oder geringerer Lebensdauer. Ein zu niedriger Schmelzpunkt kann auch auftreten, wenn sich bei Reparaturen mit herkömmlichem Lötzinn die Zusammensetzung ändert.
 
==== Zinn-Silber- und Zinn-Kupfer-Legierungen ====
Für unterschiedliche Zwecke müssen unterschiedliche Lote eingesetzt werden. Zum Teil werden diese technologisch schon gut beherrscht.
Zur Umstellung auf bleifreie Lötverbindungen wird eine Ablösung der üblichen Sn60Pb40-[[Lot (Metall)|Lote]] und die Einführung von höherschmelzenden SnCu- oder SnAgCu-Loten getestet. Hierbei zeigen sich neben höheren Kosten, bis zu einer Verdopplung für die bleifreien Lote, auch Probleme mit der qualitativen Beurteilung der „matteren“ Lötstellen beim Einsatz silberhaltiger Legierungen. Neben einem neuen Tiegel und dem gesamten Tiegelinventar wird auch eine längere Vorheizstrecke benötigt. Ferner kann Silber sowohl Edelstahl als auch Titan auflösen. Für den Löttiegel und die Lötdüsen wird deshalb beschichteter Stahl verwendet. Diese Beschichtung ist aber empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung (Bohren, Kratzen, Schlagen).
 
Das gesamte thermische Prozessfenster ist kleiner geworden: So beträgt die Temperaturdifferenz zwischen Schmelzpunkt von Sn<sub>95.5</sub>Ag<sub>3.8</sub>Cu<sub>0.7</sub> (217&nbsp;°C) und der Arbeitstemperatur von 260&nbsp;°C nur noch 43&nbsp;K. Zum Vergleich beträgt sie beim Sn<sub>63</sub>Pb<sub>37</sub> (Schmelzpunkt 186&nbsp;°C und einer Arbeitstemperatur 250&nbsp;°C) 64&nbsp;K. Dies kann beispielsweise bewirken, dass bei [[Leiterplatte#Mehrlagige Leiterplatten|Multilayerplatinen]], Platinen mit Kühlkörpern, Trafos oder anderen wärmeentziehenden Bauteilen das Lot beim Hochsteigen in der Durchkontaktierung bereits erstarrt, bevor es die Oberseite erreicht und der Kontakt hergestellt wird. Als Ausweg ist eine Erhöhung des Energieeintrags während der Vorheizungsphase möglich. Das Arbeiten mit höheren Löttemperaturen (bis ca. 280&nbsp;°C) würde zwar das Prozessfenster vergrößern, kann aber bei kleinen Bauteilen mit geringer Wärmekapazität zu Schmelzeffekten führen.
Bleihaltige Lote können derzeit noch von Privatanwendern benutzt werden oder von gewerblichen Anwendern, wenn eine besondere Anwendung dies erforderlich macht (beispielsweise besonders zuverlässige Lötungen für Produkte im medizinischen Bereich).
 
Der Einsatz von [[Stickstoff]] zur Vermeidung von Oxidationsprodukten ist sinnvoll. Ein weiteres bis jetzt ungelöstes Problem ist die Bildung von [[Whisker (Kristallographie)|Whiskern]], die zu Kurzschlüssen auf Platinen führen können. Besonders gefährdet sind Baugruppen mit hohen Arbeitstemperaturen (Computer, Leistungsverstärker). In sicherheitsrelevanten Bereichen ist daher bleifreies Lötzinn unzulässig.
 
==== Zinn-Bismut-Lot und weitere Alternativen ====
Eine weitere Alternative sind Zinn-[[Bismut]]-Legierungen. Der Schmelzpunkt von Sn42Bi ist mit 139&nbsp;°C sogar tiefer als der von Sn60Pb mit 183&nbsp;°C, womit sich die thermische Belastung der Bauelemente verringern lässt. Nachteilig ist, dass Zinn-Bismut-Lot, z.&nbsp;B. beim Nachlöten von bleihaltigen Lötverbindungen mit Blei legiert, [[Roses Metall]] – ein unterhalb 100 °C schmelzendes Metall – ergibt.<ref>rupert-trager.de: [http://www.rupert-trager.de/proj/Bleifrei.pdf Bleifreie Lote] (PDF; 408&nbsp;kB).</ref> Aufgrund der Kosten können Zinn-Bismut-Legierungen nur für Nischen eingesetzt werden. Weiterhin sind in der Literatur [[indium]]haltige bleifreie Lote u.&nbsp;a. mit ihren Liquidus- und Solidustemperaturen aufgelistet.<ref>{{Webarchiv |url=https://www.ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/Free/j-std-006b-amendments1-2.pdf |text=Archivierte Kopie |wayback=20131109202727 |archiv-bot=}} IPC J-STD-006B Amendment s1&2, September 2009: ''Requirements for Electronic Grade Solder Alloys and Fluxed and Non-Fluxed Solid Solders for Electronic Soldering Applications'', Seite 6</ref>
 
== Löten von Rohren ==
[[Datei:Fitting1537.JPG|thumbmini|Richtungsänderung mit weichgelöteten Rohren und Fittings aus [[Kupfer]]]]
Auch Kupfer- oder Edelstahlrohre werden häufig verlötet. Für die Verbindung und Richtungsänderungen von gas- beziehungsweise flüssigkeitsführenden Leitungen stehen eine Vielzahl von Formstücken, die sogenannten [[Fitting]]s, zur Verfügung.
 
Je nach Einsatzzweck ist Hart- oder Weichlöten vorgeschrieben, wobei [[definition]]sgemäß unter 450&nbsp;[[°C]] eine Weichlötung und ab 450&nbsp;°C eine Hartlötung erfolgt, bei der auch unterschiedliche Lote und [[#Flussmittel|Flussmittel]] Verwendung finden.
 
Trinkwasserleitungen aus Kupfer müssen bis DN 25 (CU 28x128&nbsp;mm&nbsp;×&nbsp;1,5&nbsp;mm) weichgelötet werden, ab DN&nbsp;32 (CU&nbsp;35x135&nbsp;mm&nbsp;×&nbsp;1,5&nbsp;mm) ist Hartlöten erlaubt (DN = Durchmesser nominal). Eine Weichlötung ist bis CU&nbsp;108 zulässig.
 
Gas-, Ölversorgungs-, sowie Heizungsleitungen mit Vorlauftemperaturen von über 110&nbsp;°C müssen stets hartgelötet werden.
 
Leitungen für Kältemittel, etwa bei der Installation von Direktverdampfer-[[Wärmepumpen]], müssen hartgelötet und frei von Zunder ([[Kupfer(II)-oxid|Kupferoxid]]) sein.
Die Zunderbildung im Inneren des Rohres kann mit [[Stickstoff]], [[Formiergas]] oder Brennspiritus ([[Ethanol]]) verhindert werden.
 
Die Verbindungsstelle zweier Bauteile wird als ''Lötnaht'' bezeichnet, ihre zeichnerische Darstellung ist in DIN EN 22553 geregelt. Im Wesentlichen werden als Nahtformen ''Stumpfstoß'' (Stirnseite an Stirnseite) und ''Überlappung'' (Rohr in Rohr oder Fläche auf Fläche) unterschieden. Die Fügefläche sollte möglichst groß dimensioniert sein, um Kräfte gut übertragen zu können.<ref>{{Cite web |last= title |first= |title=Weichlöten: Die saubere Lötnaht| work |date=2006-10 |url=http://www.suissetec.ch/library/downloads/merkblaetter_tba/spengler/deutsch/1Weichloeten_-INFO, Merkblatt Nr_Die_saubere_Loetnaht.pdf 2b|accessdate=2013-03-20 |format = PDF; 425&nbsp;kB| accessdate |work= 2013suissetec-03-20|INFO, dateMerkblatt =Nr. 2006-10-00| url2b |offline=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20130312120336/http://www.suissetec.ch/library/downloads/merkblaetter_tba/spengler/deutsch/1Weichloeten_-_Die_saubere_Loetnaht.pdf |archivedate=2013-03-12 |archivebot=}}</ref>
 
{{Absatz}}
 
== Lichtbogenlöten ==
[[Datei:Plasmatronlötnaht.JPG|mini|Plasmatronlötnaht zwischen Seitenwand und Wasserkanal an der Heckklappe des Audi A3 Sportback.]]
Das Lichtbogenlöten wird üblicherweisebei analuminierten, oberflächenveredeltenphosphatierten Feinblechenoder ausEdelstahlblechen, Stahlaber besonders an verzinktem Stahlblech eingesetzt. DurchBei die niedrigeder Schmelztemperatur des Lotes (910&nbsp;um bis 10401000&nbsp;°C) wirdverdampft einedie geringeZinkschicht Schädigungnur derlokal Beschichtung,und sowiedie eineBauteile geringeverziehen thermischesich Belastungwenig derim BauteileVergleich erreichtzum Schweißen. DieDas verwendetenLot Zusatzwerkstoffe(z.&nbsp;B. sindeine weitgehendKupferbasislegierung) unempfindlichkorrodiert gegen Korrosionnicht. Beim Lichtbogenlöten kommt es zu keiner wesentlichen Aufschmelzung des Grundwerkstoffes und– esman spricht jedoch auch vom Lötschweißen. Es sind üblicherweise keine Flussmittel erforderlich, als Schutzgas wird [[Argon]] verwendet.<ref>{{Toter Link |date=2022-09-25 |url=https://www.wuerth.de/web/media/downloads/pdf/meinwuerth_1/downloadcenter/broschueren/loet_schweisstechnik.pdf |text=''Grundwissen Schweißverfahren'' in Löt- und Schweißtechnik 2, Firmenschrift der Firma Adolf Würth GmbH & Co. KG }}</ref>
 
Neuerdings wird das Lichtbogenhartlöten (LBHL) in der Solarindustrie für die automatisierte Lötung von [[Kupfer|Cu]]-Verteilern und Abgängen eingesetzt. Vorteil ist der geringe Verzug, der geringe Energieaufwand sowie der geringe Lotverbrauch.▼
Es werden drei Verfahren unterschieden: das Metall-Inertgas- (MIG-), das Wolfram-Inertgas- (WIG-) und Plasma-Löten. Beim MIG-Löten brennt wie beim [[MIG-Schweißen|MIG]]- oder [[MAG-Schweißen]] ein Lichtbogen zum Zusatzwerkstoff, dieser besteht jedoch aus dem Lot. Beim WIG-Löten brennt der Bogen wie beim [[Wolfram-Inertgas-Schweißen]] zu einer Wolframelektrode und es kann bei manueller Zuführung stabförmiges Lot bzw. bei automatisierte Zuführung drahtförmiges Lot in den Lichtbogen geführt werden. Beim Plasmalöten brennt der Lichtbogen in einer Schutzgasdüse zwischen Elektrode und Werkstück. Dadurch wird eine höhere Energiedichte beim Löten erzielt und es sind schmalere Nähte mit höherer Lötgeschwindigkeit möglich. Wird das Lot zusätzlich durch eine Widerstandserwärmung erhitzt, spricht man vom Plasmaheißdrahtverfahren. Es ist eine weitere Steigerung der Lötgeschwindigkeit möglich.
 
▲Neuerdings wird dasLBHL (Lichtbogenhartlöten (LBHL) wird in der SolarindustrieSolar-Industrie für die automatisierte Lötung von [[Kupfer|Cu]]-Verteilern und Abgängen eingesetzt. Vorteil ist der geringe Verzug, der geringe Energieaufwand sowie der geringe Lotverbrauch.<ref>Norbert Knopp, Mündersbach und Robert Killing: [https://www.ewm-sales.com/upload/wm023400.pdf Lichtbogenhartlöten - Innovativ, sicher und wirtschaftlich]</ref>
Es werden drei Prozesse unterschieden: das Metallschutzgas- (MSG-), das Wolframinertgas- (WIG-) und Plasmalöten.
Das MSG-Löten unterscheidet sich vom MIG- oder MAG-Schweißen durch den Einsatz von Drahtelektroden auf Kupferbasis als Zusatz. Es kann in der Kurz- und Impulslichtbogentechnik in allen Positionen eingesetzt werden.
Beim WIG-Löten wird stabförmiges (manuell) oder drahtförmiges (mechanisiert) Lot in den Lichtbogen geführt. Wannenlage und Fallnaht sind vorzuziehen.
Das Plasmalöten ist dem WIG-Löten ähnlich. Der Lichtbogen wird durch eine Plasmadüse zusätzlich eingeschnürt und erhält dadurch eine höhere Energiedichte. Damit sind schmalere Nähte und eine höhere Lötgeschwindigkeit möglich. Beim Plasmaheißdrahtverfahren wird zusätzliche Energie durch eine Widerstandserwärmung des Zusatzes erzielt. Es ist eine weitere Steigerung der Lötgeschwindigkeit möglich.
 
<gallery>
Datei:Schematische Darstellung MSG-Löten.jpg|Schematische Darstellung MSG-Löten (Quelle: Robert Lahnsteiner, MIG WELD)
Datei:Schematische Darstellung WIG-Löten.jpg|Schematische Darstellung WIG-Löten (Quelle: Robert Lahnsteiner, MIG WELD)
Datei:Schematische_Darstellung_PlasmaSchematische Darstellung Plasma-Löten.jpg|Schematische Darstellung Plasmalöten (Quelle: Robert Lahnsteiner, MIG WELD)
</gallery>
 
{| class="wikitable float-right"
|+ Übliche Zusätze zum Lichtbogenlöten (Auszug aus Tabelle 5 von DVS 0938-1)
|class="hintergrundfarbe5"|Bezeichnung, Werkstoffnummer:
Zeile 181 ⟶ 191:
|-
|class="hintergrundfarbe5"|Schmelzbereich in °C:
|910 bis 1025
|910…1025
|1030 bis 1040
|1030…1040
|-
|class="hintergrundfarbe5"|Streckgrenze R<sub>p 0,2</sub> in N/mm²:
Zeile 193 ⟶ 203:
|}
 
AlsEs Grundwerkstoffe können unbeschichtete und metallisch überzogenewerden StahlfeinblechenBlechdicken bis zu einer Blechdicke vonetwa 3&nbsp;mm eingesetzt werdengelötet. Die Beschichtungsdicken sollen 15&nbsp;μm nicht wesentlich übersteigen<!--wieso? bitte Quelle!-->.
Die LichtbogenlötprozesseLotdrähte erlaubenhaben das0,8 Verbindenbis von1,2&nbsp;mm BlechenDurchmesser. undAls Bauteilen[[Schutzgas]] mittelswird reines [[Argon]] oder Argon mit Beimischungen verwendet. Es sind Kehl-, Bördel- und I-NahtNähte (vgl. [[Schweißen]]) üblich. Das Löten an verformten, unter Zugspannung stehenden Konturen ist wegen der Gefahr der Lötrissigkeit zu vermeiden<!---bitte Quelle ergänzen-->.▼
Die dabei verwendeten Lotwerkstoffe werden meist in Drahtform mit einem Durchmesser von 0,8 bis 1,2&nbsp;mm zugesetzt. Die Drahtelektroden sind auf Spulen mit 15&nbsp;kg Gewicht oder in Fässern mit 200&nbsp;kg Inhalt erhältlich.
 
Um den [[Arbeitsschutz]] zu gewährleisten, sindist geeigneteeine ArbeitsplatzabsaugungenAbsaugung des Lötrauches erforderlich. undEs gegebenenfallsgibt Schutzgasbrenner mit integrierter Absaugung zu verwenden. Es gilt die Unfallverhütungsvorschrift BGR 220 und die BGR 500 Kapitel 2.26 (vormals BGV D1).
Des Weiteren werden bei Lichtbogenlöten das [[Schutzgas]] [[Argon]] bzw. Argon mit Beimengungen von [[Kohlendioxid]] (wie Tycon 18) oder [[Sauerstoff]] eingesetzt, um eine [[Oxidation]] der erhitzten Materialien während des Lötvorgangs zu verhindern.
 
{{Absatz}}
▲Die Lichtbogenlötprozesse erlauben das Verbinden von Blechen und Bauteilen mittels Kehl-, Bördel- und I-Naht (vgl. [[Schweißen]]). Das Löten an verformten, unter Zugspannung stehenden Konturen ist wegen der Gefahr der Lötrissigkeit zu vermeiden.
 
== MIG-Löten im Kfz-GewerbeFahrzeugbau ==
Das MIG-Löten bietet gegenüber dem Schweißen beim Karosserie- und Fahrzeugbau den Vorteil, dass Gefügeveränderung des Grundwerkstoffes und großflächige Verletzungen der Zinkbeschichtung vermieden werden, weil die Bauteiltemperatur im Wesentlichen weit unterhalb von 1000&nbsp;°C bleibt. Korrosionsschutz und Bruchverhalten werden nicht negativ beeinträchtigt. Ein weiterer Grund sind Qualitätsprobleme beim Schweißen verzinkter Bleche aufgrund der Verdampfung des Zinks (fehlende Anbindung, Lunkerbildung).
Das MIG-Löten im Kfz-Gewerbe basiert im Wesentlichen auf der Erkenntnis, dass beim MIG/MAG-Schweißen sehr hohe Temperaturen benötigt werden, die zu einer Gefügeveränderung des Grundwerkstoffes führen können. Damit kann das mechanische Verhalten des in der Wärmeeinflusszone befindlichen Karosseriemetalls bei einem Unfall negativ beeinträchtigt werden.
 
Zur Lösung dieses Problems wird bei einigen Fahrzeugherstellern das MIG-Löten zwingend vorgeschrieben. Hierbei wird z.&nbsp;B. mit einer geringen [[Elektrische Spannung|elektrischen Spannung]] und hoher [[Stromstärke]] durch das Karosseriemetall die Lötstelle mit dem Lot (hier eine Kupfer-Silizium-Legierung) erwärmt und nur das Lot zum Schmelzen gebracht.▼
Einige Fahrzeughersteller schreiben das MIG-Löten für bestimmte Nähte zwingend vor.
Karosserieteile können auch mit Laserstrahlung verlötet werden.
 
Durch die geringere Arbeitstemperatur weit unterhalb von 1000&nbsp;°C wird eine Gefügeveränderung des Karosseriemetalls weitestgehend verhindert.
▲ZurAuch Lösungdas dieses[[Widerstandslöten]] Problemsist wirdim beiKarosseriebau einigen Fahrzeugherstellern das MIG-Löten zwingend vorgeschriebenüblich. Hierbei wird z.&nbsp;B. mit einer geringen [[Elektrische Spannung|elektrischen Spannung]] und hoher [[Stromstärke]] durch das Karosseriemetall die Lötstelle mit dem Lot (hierz.&nbsp;B. eine Kupfer-Silizium-Legierung) erwärmt und nur das Lot zum Schmelzen gebrachtschmilzt.
 
Beim [[Laserlöten]] wird das Lot in der Fuge mit einem Laserstrahl aufgeschmolzen. Auch Laserlöten ist im Karosseriebau gebräuchlich.
 
== Gefahren beim Löten ==
[[Datei:loetrauchabsaugungLötrauchabsaugung.jpg|mini|Lötrauchabsaugung]]
Die beim Weichlöten in der Elektro- und Elektronikindustrie entstehenden Lötrauche enthalten Schadstoffe. Bedingt durch das Vorhandensein von Flussmittel, das unter anderem [[Kolophonium]], [[Ammoniumchlorid]] und [[organische Säuren]] enthält, ist eine nicht zu unterschätzende Gesundheitsgefährdung gegeben. Atmungsorgane und Augen werden gereizt und geschädigt. Dämpfe können beim Einatmen zu Kopfschmerzen, Ermüdungserscheinungen, Bindehautreizungen u.v.m. führen. Lötrauchabsaugung ist deshalb generell sinnvoll und am Arbeitsplatz gemäß DGUV Information 213-725 (bisher [[Berufsgenossenschaftliche Informationen|BGI]]/[[Gesetzliche Unfallversicherung in Deutschland|GUV]]-I 790-025) der [[Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung|Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung]] auch bei nur gelegentlichen Lötarbeiten vorgeschrieben.<ref>{{Internetquelle |autor=Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e. V. (DGUV) |url=https://publikationen.dguv.de/dguv/udt_dguv_main.aspx?FDOCUID=25844 |titel=Manuelles Kolbenlöten mit bleifreien Lotlegierungen in der Elektro- und Elektronikindustrie – Empfehlungen Gefährdungsermittlung der Unfallversicherungsträger (EGU) nach der Gefahrstoffverordnung. Verfahrens- und stoffspezifisches Kriterium (VSK) nach der TRGS 420 |abruf=2019-06-28 |sprache=}}</ref> In der Industrie werden hierzu oft speziell angefertigte [[Absauganlage]]n verwendet. Aufgrund der Zusammensetzung aus sehr unterschiedlichen Schadstoffen wie Feinstaub und Lösemitteldämpfen sind Absauganlagen für Lötrauch oft mit mehreren Filterstufen ausgestattet. [[Schwebstofffilter]] sorgen für die Abscheidung von Partikeln, während [[Aktivkohle]]filter gasförmige Schadstoffe und belastende Gerüche auffangen sollen.
Bei Handlötungen, die gewöhnlich in Augennähe der zu verbindenden Werkstücke bzw. Elektronikkomponenten erfolgen, ist wegen der Spritzgefahr von Lot und Flussmittel eine Schutzbrille zu tragen. Bei Lötarbeiten, die oberhalb des Kopfes durchgeführt werden, ist die Gefahr von herabtropfendem Zinn besonders groß. Generell soll ein Lötkolben nie direkt über den Kopf gehalten werden.▼
Lötrauchabsaugung ist deshalb generell sinnvoll. In der Industrie werden hierzu oft speziell angefertigte [[Absauganlage]]n verwendet. Aufgrund der Zusammensetzung aus sehr unterschiedlichen Schadstoffen wie Feinstaub und Lösemitteldämpfen sind Absauganlagen für Lötrauch oft mit mehreren Filterstufen ausgestattet. [[Schwebstofffilter]] sorgen für die Abscheidung von Partikeln, während [[Aktivkohle]]filter gasförmige Schadstoffe und belastende Gerüche auffangen sollen.
▲Bei Handlötungen, die gewöhnlich in Augennähe der zu verbindenden Werkstücke bzw. Elektronikkomponenten erfolgen, ist wegen der Spritzgefahr von Lot und Flussmittel eine Schutzbrille zu tragen. Bei Lötarbeiten, die oberhalb des Kopfes durchgeführt werden, ist die Gefahr von herabtropfendem Zinn besonders groß. Generell soll ein Lötkolben nie direkt über den Kopf gehalten werden.
 
== Literatur ==
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|Autor = Reinard J. Klein Wassink|Titel = Weichlöten in der Elektronik|Verlag = Eugen G. Leuze |Ort = Saulgau| Auflage = 2. | Jahr = 1991 | ISBN = 3-87480-066-0 }}
* {{Literatur|Herausgeber = Wolfgang Scheel|Titel = Baugruppentechnologie der Elektronik|Verlag = Verlag Technik u. a.| Ort = Berlin u. a. | Jahr = 1997 | ISBN = 3-341-01100-5 }}
* Brian Jepson, Tyler Moskowite, Gregory Hayes: ''Learn to Solder. Tools and Techniques for Assembling Electronics.'' 1., neue Ausgabe. O'ReillyO’Reilly & Associates, Sebastopol CA 2012, ISBN 978-1-4494493-337243724-7.
 
== Weblinks ==
{{Commonscat|Soldering|Löten|3=S}}
{{Wikibooks|Fehlersuche in Elektronik-Schaltungen/ Löten und Entlöten|Löten und Entlöten}}
* [httphttps://www.heise.de/tp/r4features/artikel/21/21607/1Umweltfreundlich-basteln-3404128.html Umweltfreundlich basteln – Seit Juli 2006 muss bleifrei gelötet werden] [[Telepolis]]
* [http://www.strippenstrolch.de/1-1-1-das-loeten.html Löten für Bastler (Elektronik)]
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0705261.htm Das Elektronik-Kompendium, Löten]
 
== Belege ==
<references />{{Normdaten|TYP=s|GND=4036162-7|LCCN=|NDL=|VIAF=}}
 
{{SORTIERUNG:Loten}}
[[Kategorie:Fügendes Fertigungsverfahren]]
[[Kategorie:Löten| ]]
Abgerufen von „https://de.wikipedia.org/wiki/Löten“