Weichlöten: Typische Verbindungstechnik in der Elektrotechnik

Schon vor rund 5.000 Jahren wurde das Löten eingesetzt, um Gold, Silber oder Kupfer zu Kultgegenständen zu verarbeiten. Aber erst als Ernst Sachs 1921 den ersten serienmäßigen hergestellten und elektrisch betriebenen Lötkolben für die Industrie herstellte, begann der Siegeszug des Lötens und die Löttechnologie wurde ein wichtiger Produktionsbereich in der Elektrotechnik. Worauf Sie beim Weichlöten achten sollten, erfahren Sie jetzt in diesem Artikel.

Wie funktioniert das Weichlöten

Beim Weichlöten werden zwei Werkstücke stoffschlüssig miteinander verbunden. Typische Werkstoffe sind Metalle wie Kupfer, Zink, Messing oder Stahl. Der große Vorteil beim Weichlöten ist, dass auch unterschiedliche Grundwerkstoffe miteinander verbunden werden können.

Es ist ein thermisches Verfahren, bei dem eine leicht schmelzbare Metalllegierung, die Lot genannt wird, als Verbindungsmaterial genutzt wird. Über das Lot wird eine metallische Verbindung von zwei metallischen Bauteilen erzeugt. Das Lot liegt meist als Lötdraht oder Lötpaste vor und enthält in vielen Fällen bereits ein Flussmittel. Dieses Flussmittel verbleibt meist nach der Lötung als Rückstand auf der Lötstelle und sollte entfernt werden. Das metallische Material der Bauteile selbst bleibt im festen Zustand, lediglich das Lot wird geschmolzen. Nach dem Erkalten des Lotes ist an den Metalloberflächen eine stoffschlüssige Verbindung entstanden.

Damit die zu verbindenden Teile vollständig verbunden werden, ist eine minimale Spaltbreite zwischen den Teilen von maximal 0,2 mm nötigt, damit das flüssige Lot durch den Kapillareffekt in den Spalt gezogen wird und so für eine optimale Verbindung sorgt.

Neben anderen Verbindungstechniken wie Kleben, Nieten oder Schweißen ist das Löten eine wichtige elektrische Verbindungstechnik. Beim Weichlöten wird mit maximalen Schmelztemperaturen von bis zu 450° gearbeitet. Es gibt aber auch besondere Lotlegierungen, deren Schmelzpunkt unter 150° C liegt. Liegt die Schmelztemperatur über 450° C, wird von Hartlöten gesprochen.

Worauf ist beim Löten besonders zu achten

Das Lot kann nur fließen, wenn die Metalloberflächen blank und völlig frei von Oxiden oder Verschmutzungen sind. Ist dies nicht der Fall, fließt das Lot möglicherweise nicht an die Verbindungsstelle. Die Folge ist:

1. Die Verbindung ist weniger stabil.
2. Die Verbindung ist nicht dicht.
3. Es besteht keine elektrische Verbindung.

Damit der Lötvorgang gelingt, wird beim Löten fast immer mit Lufteinwirkung gearbeitet. Zusätzlich wird ein Flussmittel aufgetragen oder das Flussmittel ist bereits in der Lötpaste integriert. Das Flussmittel beseitigt Oberflächenfilme und Oxidschichten und verhindert deren Neubildung beim Lötvorgang. Zudem unterstützt es die Fließeigenschaften des geschmolzenen Lotes. Welches Flussmittel das richtige ist, hängt vom Lotmaterial sowie vom Schmelzpunkt des Lotes ab. Wichtig ist, dass Sie das Flussmittel nach dem Löten beseitigen, weil es sonst korrosiv wirken könnte.

Wie wird die Qualität der Lötung beurteilt

Die gleichmäßige und vollständige Benetzung des Lots der zu verbindenden Teilen ist das wichtigste Kriterium für eine erfolgreiche Lötung. An der Lötstelle sollte nur so viel Lot verwendet werden, dass die Kontur der Bauteile im Lot noch sichtbar ist. Fachleute sprechen in diesem Zusammenhang von einem Benetzungswinkel. Das ist der Winkel zwischen einem Tropfen des flüssigen Lotes und dem Grundwerkstoff. Der ideale Winkel sollte kleiner als 30° sein. Liegt er bei über 90°, gilt die Lötung als nicht benetzt.

Wo wird das Weichlöten vor allem eingesetzt

Der typischste Anwendungsfall sind Lötverbindungen in der Elektrotechnik. Wenn großfläche Teile zu löten sind, werden die zu lötenden Gegenstände vor dem Löten an den Fügeflächen mit Weichlot „verzinnt“, damit werden Wärmebelastungen der umgebenden Bauteile reduziert. Außerdem verbessert das die Benetzung der Bauteile. Typische Lötverfahren im großtechnischen Stil sind das Reflow-Löten, dass Schwallbad-Löten und das Löten mit Heißluft.

Ein weiterer typischer Anwendungsfall sind auch Trinkwasserleitungen aus Kupfer, die ebenfalls weichgelötet werden.

Die kalte Lötstelle – wenn das Löten nicht erfolgreich ist

Kalte Lötstellen sind vor allem in der Elektrotechnik gefürchtet, weil es keine stoffschlüssige Verbindung zwischen Lot und den beiden Fügepartnern gibt. Es ist von außen kaum erkennbar, ob eine kalte Lötstelle vorliegt. Erst wenn kein elektrischer Kontakt vorliegt, muss mühsam nach der kalten Lötstelle gesucht werden. Wie kann nun eine kalte Lötstelle entstehen?

• Weil die Löttemperatur zu gering war, erfolgte keine oder keine vollständige Benetzung.
• Die Löttemperatur war zu hoch. Deshalb hat sich das Flussmittel zu schnell zersetzt und es findet keine optimale Benetzung der Fügepartner statt.
• Beim Abkühlen kam es zu Erschütterungen im Lötbereich und dies führte zu einer unvollständigen Benetzung.

Wie zeigt sich eine kalte Lötstelle

Oft verursacht die kalte Lötstelle nicht sofort eine elektrische Unterbrechung. Erst wenn mechanische Belastungen oder Erschütterungen auftreten, führt das zu einer elektrischen Unterbrechung. Wenn beispielsweise bei Leiterbahnen Vibrationen auftreten, ist anfangs der Leitungsdraht noch fest in der kalten Lötstelle eingeschlossen. Doch schon bald können Unterbrechungen auftreten, manchmal allerdings nur zeitweise.

Deshalb ist es oft schwierig kalte Lötstellen ausfindig zu machen, da sie nicht immer auftreten. Manchmal bleibt nur der Austausch von ganzen Bauteilen, um die Ursache von Störungen zu beseitigen.

Welche Gefahren lauern beim Weichlöten

Dampfexplosionen können geschmolzenes Lot aus der Lötstelle in die Augen oder ins Gesicht schleudern. Deshalb sollten Sie immer mit einer Schutzbrille arbeiten. Möglicherweise können Flussmitteldämpfe Textilien oder metallische Oberflächen schädigen. Ebenso sollten Sie darauf achten, dass Sie die Flussmitteldämpfe nicht einatmen. Wenn Sie ganz sicher wollen gehen, nutzen Sie zudem Schweißerhandschuhe.