Was ist das Flussmittel: Wie funktioniert Lot überhaupt?

Ich löte schon lange und bin stolz auf meine Fähigkeiten. Ich werde nicht sagen, dass ich der beste Lot-Slinger bin, aber ich beherrsche diese wichtige Werkstattkompetenz ziemlich gut – zumindest für das Durchstecklöten und das „traditionelle“ Löten; Ich habe noch nicht viel Erfahrung mit SMD-Sachen. Ich bin zuversichtlich, dass ich in nahezu jeder Art von Draht oder Leiter eine gute, starke und stabile Verbindung herstellen kann, die sowohl elektrisch als auch mechanisch einwandfrei ist.

Aber wie viele von uns habe ich das Löten als praktische Fertigkeit erlernt; Setzen Sie Lötmittel und Eisen zusammen, beobachten Sie die Ergebnisse, wiederholen Sie die Dinge, die funktionieren, und vermeiden Sie die Dinge, die nicht funktionieren. Es scheint, als würde mir das Hinzufügen einiger Insiderinformationen helfen, meine Fähigkeiten zu verbessern, also habe ich mich daran gemacht, herauszufinden, was mechanisch und chemisch in einer Lötverbindung vor sich geht.

Es sollte nicht überraschen, dass das Löten wie andere Metallbearbeitungsmethoden einer strengen Definition unterliegt. Beim Löten werden Metalle durch Einschmelzen eines Füllmetalls in die Verbindung verbunden. Anders als beim Schweißen schmilzt nur das Zusatzmetall – das Lot. Die zu verbindenden Metalle haben normalerweise einen viel höheren Schmelzpunkt als das Lot. Das Hartlöten ähnelt in dieser Hinsicht dem Weichlöten; Obwohl das Füllmetall beim Hartlöten bei einer viel höheren Temperatur schmilzt als Lot, schmelzen die verbundenen Metalle immer noch nicht.

Die metallurgischen Details des Lots selbst könnten Bände erfordern, um sie vollständig zu diskutieren, aber für unsere Zwecke handelt es sich um ziemlich einfache Dinge. Lot ist lediglich eine Legierung, die so konstruiert ist, dass sie bei einer bestimmten Temperatur schmilzt. Für elektronische Zwecke war jahrelang eine Legierung aus 60 % Zinn und 40 % Blei das König der Lote. Neue Vorschriften als Reaktion auf Umweltbedenken haben zur Entwicklung verschiedener bleifreier Legierungen geführt, aber unabhängig von der Zusammensetzung ist die Aufgabe des Lots ziemlich einfach. Lot muss bei einer vorhersehbaren Temperatur schmelzen und beim Erstarren seine mechanischen und elektrischen Eigenschaften beibehalten. Mit anderen Worten: Das Lot muss stark genug sein, um eine Verbindung physisch zusammenzuhalten, ohne der Verbindung unerwünschte elektrische Eigenschaften zu verleihen.

Lot muss jedoch mehr können als nur schmelzen und erstarren. Die Leute scheinen sich Lot als eine Art „Metallkleber“ vorzustellen – tragen Sie es als Flüssigkeit auf und lassen Sie es fest werden, um eine Verbindung zusammenzuhalten. Das ist jedoch nur ein Teil des Bildes. Damit eine Lötverbindung elektrisch und mechanisch einwandfrei ist, muss das Lot die zu verbindenden Metalle benetzen. Beim Löten ist Benetzen der Prozess, bei dem sich das geschmolzene Lot teilweise im Kupfergrundmetall auflöst und einen Bereich bildet, der teils aus Lot und teils aus Kupfer besteht. Dadurch entsteht eine intermetallische Bindung, die der Schlüssel zum Löten ist. Bei den meisten Loten ist das geschmolzene Zinn das primäre Lösungsmittel, das sich im Kupfersubstrat auflöst und die intermetallische Bindung bildet, die die Verbindung elektrisch und mechanisch stabilisiert.

Intermetallische Verbindungen sind für eine gute Lötverbindung notwendig, aber wie bei so vielen Dingen kann zu viel des Guten eine schlechte Sache sein. Intermetallische Verbindungen neigen dazu, spröde zu sein. Wenn die intermetallische Schicht also zu dick ist, kann die Verbindung mechanisch schwach sein. Es können auch Hohlräume innerhalb der intermetallischen Schicht vorhanden sein, die zur mechanischen Instabilität beitragen.

Wir alle wissen, dass Flussmittel für die Qualität von Lötverbindungen von entscheidender Bedeutung sind. Aber was genau ist Flussmittel und warum machen sich Lötmittelhersteller die Mühe, es in den Kern des Lötdrahtes zu stopfen?

Die Bedeutung des Flussmittels beruht auf seiner Fähigkeit, den Todfeind des Lots zu bekämpfen: Metalloxide. Metalloxide sind für Lötverbindungen nicht geeignet – das Lot benetzt die Verbindung nicht ausreichend, wenn eine Metalloxidbeschichtung vorhanden ist. Flussmittel dienen dazu, Metalloxide zu entfernen, und zwar bereits während des Lötens. Eine Vorreinigung der Metalle reicht nicht aus, denn bis das Lot fließt, hat der Luftsauerstoff die Metalloxidschicht soweit wieder aufgebaut, dass die Benetzung des Lots beeinträchtigt wird.

Elektronisches Lot enthält normalerweise ein Flussmittel aus Kolophonium. Kolophonium ist ein Naturprodukt, das aus Kiefern gewonnen wird, insbesondere aus Loblolly- und Langblattkiefern für in den USA hergestelltes Kolophonium. Es hat den Vorteil, dass es bei Raumtemperatur mehr oder weniger inert ist, im verflüssigten Zustand jedoch stark sauer ist und einen etwas niedrigeren Schmelzpunkt als Lot hat. Der Kolophoniumkern des Elektroniklots schmilzt daher vor dem Lot und fließt in und um die Verbindung herum. Die saure Flüssigkeit reagiert mit Metalloxiden und legt sauberes Metall frei, in das das Lot eindringen kann. Das saure flüssige Flussmittel wandelt die Metalloxide in Metallsalze und Wasser um, die typischerweise im Flussmittel eingeschlossen werden, wenn es erstarrt. Die Reaktionsprodukte sind zu diesem Zeitpunkt im Allgemeinen harmlos, bei einigen Prozessen muss jedoch das verbrauchte Flussmittel entfernt werden.

Natürlich gehört zum Löten noch viel mehr dazu, aber das sind die Grundlagen darüber, was in dem Lötklumpen am Ende Ihres Lötkolbens vor sich geht.