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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 einemeiner KabelLeitung 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. Dabei wird eine [[Legierung|Oberflächenlegierung]] erzeugt, das Werkstück in der Tiefe aber nicht aufgeschmolzen: Die [[Liquidustemperatur]] der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht. 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 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 ===
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[[Datei:Desoldering.jpg|mini|Manuelles Entlöten mittels eines elektrischen [[Lötkolben]]s]]
[[Datei:Lotkegel.svg|mini|Lotkegel in idealer [[Meniskus (Hydrostatik)|Meniskus]]-Form (hellgrau) zwischen einem bedrahteten Bauteil und der Leiterplatte]]
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 vor allem das [[Wellenlöten]] (Schwalllöten), das [[Reflow-Löten]] und das Löten mit Heißluft eingesetzt. Das Löten ist neben anderen [[Verbindungstechnik (Elektrotechnik)|Verbindungstechniken]] ([[Crimpen]], [[Wire Wrap]], [[Klemme (Elektrotechnik)|Klemme]], [[Schneidklemme|SchneidklemmSchneidklemmtechnik]]technik, Steckverbindungen, [[Drahtbonden|Bonden]], [[Schweißen]]) das verbreitetste Verbindungsverfahren in der Elektronik. Die geringsten Abmessungen der Lötstellen und auch die geringsten Abstände zwischen zwei Lötstellen betragen etwa 0,2 mm.
 
=== Lötverfahren ===
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{{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_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.
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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.
 
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 |wayback=20131109202727 |text=Archivierte Kopie |wayback=20131109202727 |archiv-bot=2022-03-21 16:51:55 InternetArchiveBot }} 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 ==
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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= |first= |title=Weichlöten: Die saubere Lötnaht |date=2006-10 |url=http://www.suissetec.ch/library/downloads/merkblaetter_tba/spengler/deutsch/1Weichloeten_-_Die_saubere_Loetnaht.pdf|title=Weichlöten: Die saubere Lötnaht|date=2006-10-00|accessdate=2013-03-20|last=|first= |format=PDF; 425&nbsp;kB |work=suissetec-INFO, Merkblatt Nr. 2b |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|offline=yes |archivebot=}}</ref>
 
{{Absatz}}
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== Lichtbogenlöten ==
[[Datei:Plasmatronlötnaht.JPG|mini|Plasmatronlötnaht zwischen Seitenwand und Wasserkanal an der Heckklappe des Audi A3 Sportback.]]
Das Lichtbogenlöten wird bei aluminierten, phosphatierten oder Edelstahlblechen, aber besonders an verzinktem Stahlblech eingesetzt. Bei der Schmelztemperatur des Lotes (um 1000&nbsp;°C) verdampft die Zinkschicht nur lokal und die Bauteile verziehen sich wenig im Vergleich zum Schweißen. Das Lot (z.&nbsp;B. eine Kupferbasislegierung) korrodiert nicht. Beim Lichtbogenlöten kommt es zu keiner wesentlichen Aufschmelzung des Grundwerkstoffes – man 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, abgerufen am 11. AUG 2017.}}</ref>
 
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.
 
LBHL (Lichtbogenhartlöten) wird in der Solar-Industrie für die automatisierte Lötung von 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>
 
<gallery>
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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 978-1-4493-3724-7.
 
== Weblinks ==
Abgerufen von „https://de.wikipedia.org/wiki/Löten“