Lötkolben und Lötstationen

Löten ist der Prozess des Verbindens von Teilen durch Einbringen von geschmolzenem Material zwischen diese - Lötmittel, dessen Temperatur in der Regel niedriger ist als die Schmelztemperatur der zu verbindenden Teile. Der Zweck des Lötens besteht darin, eine mechanische Verbindung oder einen elektrischen Kontakt herzustellen. Im Folgenden werden wir hauptsächlich das Löten elektronischer Komponenten betrachten.

Ein bisschen Geschichte

Das Löten von Metallen wurde in der Antike verwendet. Es wird angenommen, dass dieser technologische Betrieb seit mindestens 5000 Jahren besteht. Selbst wenn die Menschheit Eisen und Stahl nicht kannte, verbreiteten sich Kupfer, Gold und ihre Legierungen. Aber selbst dann nutzten Master Chaser die Verbindung von Produktteilen durch Löten.

Archäologen haben Goldgefäße gefunden, deren Griffe mit Gold verlötet waren, sowie Legierungen aus Gold und Silber. Bei Ausgrabungen der Gräber des alten Bundesstaates Babylon wurden Goldgegenstände mit Lötspuren gefunden. Wissenschaftler datiert Funde 3200 v

Gelöteter Schmuck wurde auch in den ägyptischen Pyramiden gefunden. Diese Tatsache beweist, dass die Kunst des Lötens im alten Ägypten bereits im zweiten Jahrtausend vor Christus bekannt war. Das Interessanteste ist, dass die Ägypter nicht mit reinem Gold löten, sondern einen Weg erfanden, um den Schmelzpunkt von Goldlot zu senken.

Zu diesem Zweck wurde das Goldpulver in Holzkohlepulver getempert. Als Ergebnis wurde die Oberflächenschicht aus Gold mit Kohlenstoff gesättigt (in der Metalltechnologie wird dieser Prozess als Zementierung bezeichnet) und eine Gold-Kohlenstoff-Legierung erhalten. Der Schmelzpunkt dieser Legierung war etwas niedriger als der von reinem Gold. Solche Lote werden als Feststoffe bezeichnet.

Weiche Lote auf der Basis von Zinn und Blei werden in den Schriften des römischen Schriftstellers und Wissenschaftlers Plinius erwähnt - des ältesten, der im 1. Jahrhundert nach Christus lebte. In dem Aufsatz "Geschichte der Natur" wird die Verwendung von zwei Zinn-Blei-Loten erwähnt - Tetrarium (2/3 Blei, 1/3 Zinn) und Argentaria (50% Blei und 50% Zinn). Das Interessanteste ist, dass solche Legierungen immer noch verwendet werden. Der erste von ihnen wird oft als tertiär bezeichnet, die zweite Hälfte.

Bei den Ausgrabungen in Pompeji, die während des Ausbruchs des Vesuvs starben, entdeckten Archäologen Bleiwasserrohre, deren Verbindung durch Löten von Zinn-Blei-Loten hergestellt wurde. Die gleichen Rohre wurden bei Ausgrabungen in Libyen und Nubien gefunden.

Bei Ausgrabungen von Siedlungen des 4.-5. Jahrhunderts n. Chr. Auf dem Gebiet der oberen Wolga wurden Gegenstände entdeckt, insbesondere mit Kupfer gelötete Messer. In Kiewer Rus löten Meister Schlösser, Schlüssel und Messer mit Kupfer durch Hartlöten, was auf das hohe technische Wissen der Meister jener alten Jahre hinweist.

Handlötlötkolben

Es kann daher davon ausgegangen werden, dass das Löten von Eisen, Kupfer und seinen Legierungen sowie von Aluminium erst nach dem Löten von Edelmetallen auftrat. Später erschienen Werkzeuge zum manuellen Löten. Solche Lötkolben wurden Heizungen genannt und in einem Ofen erhitzt.

Später wurden für diese Zwecke Benzin-Lötbrenner eingesetzt. Bisher werden Heißlötkolben verwendet, und Sie können einen solchen Lötkolben auch in Online-Shops kaufen. Das Aussehen des Wärmelötkolbens ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Wärmelötkolben

Elektrischer Lötkolben

Und erst 1921 wurde ein elektrischer Lötkolben geschaffen. Ernst Sachs, später Gründer der ERSA, erhielt ein Patent für die Erfindung. Dank des Erfindungsreichtums des Erfinders gewann der elektrische Lötkolben schnell weltweite Sympathie und war der Prototyp für die Entwicklung verschiedener Designs von Lötwerkzeugen. Es stellt sich heraus, dass der elektrische Lötkolben derzeit ein sehr respektables Alter von 93 Jahren hat. Der erste elektrische Lötkolben ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Der erste elektrische Lötkolben

Der Lötkolben hatte die Form eines Beils, sah aus wie ein Wärmelötkolben und war hauptsächlich für Verzinnungsarbeiten gedacht. Ähnliche Lötkolben gibt es bis heute. Die Leistung solcher Lötkolben liegt im Bereich von 500 ... 800 Watt. Sie werden hauptsächlich zum Löten großer Teile wie Autokühler, Gartengießkannen, Eimer usw. verwendet.

Wie ist ein elektrischer Lötkolben

Das Funktionsprinzip eines elektrischen Lötkolbens ist recht einfach. Um den Lötstab, der oft als Stich bezeichnet wird, befindet sich eine Drahtspirale mit hohem spezifischen Widerstand. Beim Durchlaufen einer Stromspirale erwärmt sie sich und die empfangene Wärme wird an den Lötstab abgegeben. Natürlich ist die Spirale durch einen hitzebeständigen Isolator von der Spitze und vom Körper isoliert. Als Isolator wird am häufigsten Glimmer verwendet. Dies ist das klassische Schema eines Lötkolbens, das bis heute erhalten geblieben ist.

Lötkolben aus der Sowjetzeit

In der Sowjetzeit produzierte die Industrie viele verschiedene Lötkolben. In der Amateurfunkpraxis wurden am häufigsten Lötkolben der EPSN-Serie mit einer Leistung von 25 ... 100 W verwendet und werden immer noch verwendet. In dem an den Lötkolben angebrachten Pass stand: „Das Design des Lötkolbens ist nicht trennbar.“ Zu Gunsten der Hersteller muss gesagt werden, dass diese Lötkolben lange Zeit gedient haben. Das Aussehen dieser Lötkolben ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Lötkolben der EPSN-Serie

Aber nicht alles ist so schlecht und hart. Bei einigen Lötkolben wird die Spirale in einen Keramikkern mit einer Nut gelegt, der Kern wird wiederum in einen Keramikbecher eingeführt. Ein Lötstab wird in das zentrale Loch des Kerns eingeführt - ein Stich und kein Glimmer. Die zusammengebaute Heizung wird mit einem Holzgriff in ein Metallgehäuse eingesetzt. Der Vorteil dieses Designs ist, dass es zusammenklappbar ist, sodass eine Ersatzspirale im Kit verkauft wurde.

Wenig später erschienen Miniaturlötkolben der ERA-Serie mit einer Leistung von 18 und 25 W, die bei Funkamateuren und Telemastern schnell an Beliebtheit gewannen. Das Aussehen des Lötkolbens ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Lötkolben der ERA-Serie

Mit Hilfe solcher Lötkolben war es recht bequem, Transistoren sowie Mikroschaltungen in Fällen wie DIP und dergleichen mit einem Abstand von 2,54 mm zu löten. Um die erforderliche Löttemperatur sicherzustellen, ist es ratsam, diese Lötkolben über einen Thyristor-Leistungsregler einzuschalten. Bei dieser Einbeziehung hängt die Qualität der Lötstellen hauptsächlich von den Qualifikationen ab, nicht einmal von der Kunst des Installateurs.

Chips in DIP-Paketen gehören bereits der Vergangenheit an. Mittlerweile werden fast alle elektronischen Geräte aus SMD-Komponenten hergestellt, deren Abmessungen sehr klein sind. Daher ist es schwierig, mit den oben beschriebenen Lötkolben ein qualitativ hochwertiges Löten sicherzustellen. Moderne Lötkolben werden in der Regel als Teil von Lötstationen eingesetzt.

Lesen Sie hier mehr über Lötstationen:So wählen Sie eine Lötstation

Die Heizelemente bestehen aus Keramik und haben integriertes ThermoelementDies ermöglicht es Ihnen in Kombination mit einer Digitalanzeige, eine bestimmte Temperatur über einen weiten Bereich sehr genau zu halten. Einige Lötkolben haben Thermostate direkt im Griff. Ein Beispiel für einen solchen Lötkolben ist der von CT-Tools hergestellte Lötkolben CT-96. Das Aussehen des Lötkolbens ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5. Lötkolben CT-96

Abb. 6. Lötstation

Die Löttemperatur hängt hauptsächlich vom Schmelzpunkt der Lote ab. Bei der Installation und Reparatur elektronischer Geräte werden in der Regel Weichlote verwendet.

Arten von Loten

Alle Lote können in zwei Typen unterteilt werden: hart und weich. Hartlote haben einen hohen Schmelzpunkt - über 300 ° C - und bieten eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung. Am weitesten verbreitet sind feste PMC-Kupfer-Zink-Legierungen und PSR-Silberlegierungen, bei denen es sich um Legierungen mit unterschiedlichen Additiven handelt.

Der Schmelzpunkt der Lötqualität betrug 70р-70 780 ° C, ПСр-10 830 ° C, ПМЦ-36 825 ° C, ПМЦ-51 870 ° C.Es ist offensichtlich, dass solche Lote zum Löten von elektronischen Platinen völlig ungeeignet sind.

Daher werden Weichlote zur Installation elektronischer Schaltungen verwendet, deren Schmelztemperatur 300 ° C nicht überschreitet. Hauptsächlich werden Zinn-Blei-Lote der Marke POS-61 verwendet. POS-63, dessen Schmelzpunkt 190 ° C beträgt. Diese Lote sind eutektisch, dh sie haben die gleichen Schmelz- und Kristallisationstemperaturen.

Der Name selbst spricht für die chemische Zusammensetzung dieser Lote: POS-61 enthält 61% Zinn, der Rest ist Blei, POS-63 bzw. 63% Zinn, der Rest ist Blei. Diese Lote werden nur zum manuellen Löten verwendet und bieten qualitativ hochwertige Lötstellen. In den Pässen der Lötkolben stand geschrieben: „Das Löten sollte brillant und konturiert sein“.

POS-Lote weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand und eine ausreichende mechanische Festigkeit auf. Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht das hochwertige Löten von Leiterplatten, Federsuspensionen von Messgeräten, mehradrigen dünnen Hochfrequenzdrähten vom Typ Litzendrat sowie kritischen Teilen aus Kupfer, Bronze, Messing, Stahl. Bei der Verwendung von Flussmitteln zum Hartlöten von Aluminium sind Aluminiumteile ebenfalls sehr gut verlötet, beispielsweise Wicklungen von Transformatoren und Drosseln in Haushaltsgeräten.

In Fällen, in denen eine Überhitzung der gelöteten Teile äußerst unerwünscht ist, werden Niedertemperaturlote verwendet. Eine davon ist die Holzlegierung: Zinn - 12,5%, Blei - 25%, Wismut - 50% und Cadmium - 12,5%. Der Schmelzpunkt dieses Lots beträgt nur 70 ° C. Diese Temperatur wird als besonders niedrig bezeichnet. Die Holzlegierung wird auch als Additiv verwendet, um den Schmelzpunkt bleifreier Lote beim Löten von Teilen von Leiterplatten zu senken. Mit einem solchen Additiv können Sie Elemente löten, ohne die Leiterplatte und das Teil selbst zu beschädigen.

Blei gilt, wie Sie wissen, als metallgiftig, seine Dämpfe sind für den menschlichen Körper äußerst schädlich. Daher werden in jüngster Zeit zunehmend bleifreie Lote zum Löten elektronischer Geräte verwendet, insbesondere von Haushaltsgeräten. Bleifreie Lote sind eine Hommage an die Anforderungen der Ökologie und des Arbeitsschutzes.

Bleifreie Lote

Das umweltfreundlichste und sicherste Lot sollte anscheinend als reines Zinn betrachtet werden. Es ist Zinn, das in der Lebensmittelindustrie zum Verzinnen von Dosen verwendet wird - Zinn. Leider sind einem solchen Lot störende Mängel inhärent. Zuallererst ist es die "Zinnpest".

Bei Temperaturen unter 13,2 ° C steigt das spezifische Volumen an reinem Zinn um mehr als 25%, was zur Bildung einer weiteren Phase der Substanz führt, des sogenannten grauen Zinns. Darüber hinaus ist der Umwandlungsprozess umso intensiver, je niedriger die Temperatur ist. Bei einer Temperatur von -33 ° C verwandelt sich Zinn in ein graues Pulver, die Rationen zerbröckeln einfach. Es ist klar, dass ein solches Lot nicht gut ist.

Aber nicht nur die Rationen fallen auseinander. So war es 1912 die Zinnpest, die den Tod der Expedition von Robert Falcon Scott zum Südpol verursachte. Die Expedition blieb ohne Treibstoff, der durch Lötnähte in den Treibstofftanks austrat.

Aufgrund der Zinnpest starben viele kulturelle Werte, insbesondere die Sammlungen von Zinnsoldaten. In den Lagerräumen des Alexander-Suworow-Museums in St. Petersburg beispielsweise zerfielen mehrere Dutzend Zinnsoldaten aufgrund eines Durchbruchs in der Heizung einfach zu Staub. Dies geschah in anderen Museen auf der ganzen Welt.

Um bleifreie Lote auf Zinnbasis herzustellen, werden verschiedene Komponenten hinzugefügt: Kupfer, Zink, Silber, Gold, Indium. Mit diesen Zusätzen können Sie die Bildung von grauem Zinn vermeiden und sich vor der Zinnpest schützen.

Lote der folgenden Zusammensetzungen werden am häufigsten zum Löten elektronischer Komponenten verwendet: Zinn - 52%, Indium - 48%; Zinn - 91%, Zink - 9%; Zinn - 97%, Silber - 2,3%, Kupfer - 0,7%. Es werden keine schädlichen Metalle beobachtet. Der Schmelzpunkt dieser Lote liegt im Bereich von 300 ° C, was deutlich höher ist als der von Zinn-Blei-Loten.Jeder, der jemals moderne Elektronik repariert hat, weiß das sehr gut.

Der Preis für die Unbedenklichkeit besteht darin, dass alle bleifreien Lote im geschmolzenen Zustand eine geringere Fließfähigkeit und eine geringere Benetzbarkeit der gelöteten Oberflächen aufweisen. Spezielle Flussmittel zum Löten mit bleifreien Loten schützen vor diesem Nachteil. Trotzdem ist die Qualität einer Naht aus bleifreien Loten schlechter als bei Verwendung von Zinn-Blei-Loten. Die Wissenschaft steht jedoch nicht still, es wird ständig geforscht, um die Qualität bleifreier Lote so zu verbessern, dass der Ersatz gleichwertig ist.

Viele moderne Mikroschaltungen sind in BGA-Gehäusen erhältlich (English Ball Grid Array - eine Anordnung von Bällen). Die üblichen Schlussfolgerungen - die Beine dieser Mikroschaltungen nicht. Ihre Rolle spielen Kugeln aus Lot, die auf den Kontaktflächen im unteren Teil des Körpers abgelagert sind. Zum Löten solcher Mikroschaltungen erschienen neue Arten von Lötmitteln - Lötpasten, die nach der Siebmethode aufgebracht wurden.

Lötpasten bestehen aus mehreren Komponenten: dem Lötmittel selbst in Form eines feinen Pulvers, festen Partikeln eines Flussmittels gleicher Größe. Diese Komponenten werden aufgrund des Vorhandenseins von Bindemitteln, hauptsächlich flüssigen Flussmittelkomponenten und flüchtigen Lösungsmitteln, zu Paste.

Es ist klar, dass solche Mikroschaltungen nicht mit einem gewöhnlichen Lötkolben verlötet werden können. Dies erfordert die Verwendung spezieller Lötverfahren, bei denen das Erhitzen durch heiße Luft oder Infrarotstrahlung erfolgt. Zu diesem Zweck werden Heißluft- oder Infrarot-Lötstationen verwendet.

Fortsetzung des Artikels: Elektrische Lötkolben. Typen und Designs