Konstruktionselemente

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1 Konstruktionselemente Kapitel 02: Löten Prof. Dr.-Ing. Andreas Ettemeyer Dipl.-Ing. Otto Olbrich Fachhochschule München Fachbereich 06 Feinwerk- und Mikrotechnik Version 3.02 vom

2 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Inhalt 2 Löten Begriffe und Grundlagen Ablauf des Lötens Materialien Lote Flussmittel Gegenflussmittel Lötbarkeit von Werkstoffen Lötverfahren Einteilung nach der Art der Erwärmung: Anwendung der Lötverfahren Gestaltung der Lötverbindungen Lötspalt Ausbildung von Stoßfugen: Überlappverbindungen bei Behältern Überlappverbindungen mit Formschluss bei Behältern Verbindungen von Wellen und Achsen Verbindungen an elektrischen Leitern Lötstelle bedrahteter elektronischer Bauteile Lötstelle elektronischer SMD-Bauteile Eingelegte Lote Verbindungen Glas/Metall (Glas im Fugenbereich metallbeschichtet) Berechnung Berechnung von Überlappverbindungen Anhaltswerte für Festigkeit von Lötungen Berechnung Muffenverbindung bei Rohren Rundstange Berechnung Stumpfstoß Arbeitssicherheit...22

3 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten 2 Löten 2.1 Begriffe und Grundlagen Thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen und Beschichten von Werkstoffen wobei eine flüssige Phase durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion an den Grenzflächen (Diffusionslöten) entsteht. Die Solidustemperatur des Grundwerkstoffes wird nicht erreicht. Einteilung nach der Arbeitstemperatur: Weichlöten Temp. < 450 C mit Zinn/Blei-Loten Für nahezu alle Metalle, für geringe Beanspruchungen überwiegend mit Flussmittel, z.t. mit Schutzgas Hartlöten Temp. > 450 C mit Messing-, Silber-, Aluminium-, Nickel-Loten Schwermetalle, für größere Beanspruchungen Rohre, Flansche, etc. überwiegend mit Flussmittel, z.t. mit Schutzgas Hochtemperaturlöten Temp. > 900 C (ohne Flussmittel, unter Schutzgas oder Vakuum) Vorteile des Lötens - Verbindung verschiedenartiger Metalle - Keine schädigende Werkstoffbeeinflussung durch Erwärmung - Kaum Zerstörung von Schutzschichten - Gute elektrische Leitfähigkeit - Keine Schwächung durch Löcher, etc. - Dicht gegen Gase und Flüssigkeiten - Automatisierbar Nachteile des Lötens - Relativ hoher Verbrauch des teuren Lots - Mögl. Elektrolytische Zerstörung durch Legierung (hoher Potentialunterschied Al - Lot) - Chem. Korrosion durch Flussmittelreste - Relativ aufwändige Vorbereitungsarbeit

4 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten 2.2 Ablauf des Lötens 1. Vorbereitung der zu verbindenden Bauteile 2. Beseitigung Oxidschicht durch Flussmittel 3. Erwärmen der Lötfuge über die Schmelztemperatur des Lots 4. Zuführen des Lotes: dabei wird das Lot durch Berühren des heißen Teils geschmolzen und durch Kapillarwirkung in den Lötspalt hineingesaugt. (Indiz für gute Lötung) 5. Abkühlung der Bauteile 6. Reinigung der Lötverbindung Bemerkungen: - An der Lötfuge entsteht eine Diffusionsschicht: - Es kommt entweder zu Legierungsbildung oder zu Adhäsion zwischen Lot und dem jeweiligen Grundwerkstoff. - Grundwerkstoffe werden benetzt ohne geschmolzen zu werden. Hohlkehle Naht Legierungsschicht oder Adhäsion durch atomare Berührung - Teilweise legiert oder diffundiert das Lot in die Werkstoffoberfläche ein. Dies ist ein Problem bei manchen Werkstoffen: z.b. dünne Kupferdrähte verspröden durch Lötzinn. - Beim Hartlöten von weichem Stahl diffundiert Kupfer zwischen die Korngrenzen und führt zu Lötbrüchigkeit. - Bei Halbleitern ändern sich die elektrischen Eigenschaften der Schichten. - Unter Vakuum ist auch Keramik und Kohlenstoffwerkstoff lötbar. - In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Teile vorzubeloten (wird überwiegend bei elektrischen und elektronischen Bauteilen angewendet) Temperatur T Anwärmzeit Lötzeit t Lges Lötzeit t eff. Abkühlzeit Maximale Löttemperatur T Lmax Empfohlene Löttemp. T L Arbeitstemperatur T A Liquidustemperatur Solidustemperatur Schmelzbereich des Lotes Wirktemperaturbereich des Flussmittels Zeit t Wirkungszeit des Flussmittels

5 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten 2.3 Materialien Lote Legierungen, deren Zusammensetzung so eingestellt wird, dass die gewünschte Schmelztemperatur erreicht wird. Weichlote - Im wesentlichen Sn-Pb Legierungen - Nach dem Gesetz über Elektro- und Elektronikgeräte, (ElektroG), gemäß einer EU- Richtlinie, ist seit 7/2006 Blei- und Cadmium-freies Lot (mit Ausnahmen) für Elektrogeräte gefordert. - Bleifreies Lot besteht aus einer Sn-Ag-Cu oder Sn-Ag-Cu-Sb-Legierung. Durch die Wahl der Legierung wird die Solidustempe-ratur festgelegt. Liquidustemperatur flüssig fest Eutektikum teigig ρ=8,4 Solidustemperatur teigig fest fest ρ=11,3 ρ=7,4 Weichlote DIN , DIN EN Kurzzeichen Zusammensetzung Gew% Sn Pb Ag Andere L- Sn96,5Ag3Cu0,5 Schmelz - bereich C 96,5 3 Cu 0, Blei freie Ersatzlegierung für L-Sn63Pb in Elektroindustrie L-Sn63Pb 62,5-63,5 Rest gedruckte Schaltungen, Miniaturtechnik, Röhrenlot, Lötbäder bis 350 C L-SnAg warmfest bis 150 C, Cu-Rohr Installation, Edelstähle L-SnIn50 49,5-50,5 - - In Rest niedrig schmelzendes Lot, geringe Festigkeit, Metall-Glas Lötung

6 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Hartlote : Verbindungen auf Cu- oder Ag-Basis Kurzzeichen Bestandteile Schmelzbereich C L-Ag55Sn Ag Cu Sn 2-5 Zn Rest L-Ag49 Ag Cu Mn 6,5-9,5 Ni 4-5 Zn Rest L-Ag64 Ag Cu Zn Rest L-AlSi12 Si 11-13,5 Al Rest L-Ni5 Cr 18,5-19,5 Si 9,5-10,5 Ni Rest Arbeitstemperatur C Anwendung St, Cu u. Ni- Leg. Hartmetall auf St W- und Mo- Werkst. Edelmetalle Al und Al-Leg. Hochtemp.-Lot Ni, Co und Leg. St un- niedrigu. hochlegiert. Glaslote - Gläser mit unterschiedlichen Schmelzbereichen verfügbar als Pulver oder Stäbchen. - Lot muss möglichst gleichen Wärmeaudehnungskoeffizienten haben wie der zu lötende Werkstoff

7 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Flussmittel Eigenschaften von Flussmitteln - Lösen der Oxide (nicht zum Reinigen) - Schutz der Oberfläche vor Oxidation während des Lötens - Verdrängbar vom Lot Problem: - Flussmittel verunreinigen die Lötstelle und - bilden Dämpfe, deren Niederschlag auf benachbarten Teilen schädlich sein kann. - Sie müssen meist nach dem Löten abgewaschen werden. Alternativen: - Bei geringen Oxidschichten gelingt es in manchen Fällen unter reduzierendem Schutzgas oder Vakuum die Oxide zu entfernen. - Beim Vakuumlöten verdampfen wegen des höheren Dampfdrucks die Metalloxide. Diese Verfahren ergeben sehr saubere Lötungen. - Ebenfalls für geringe Oxidschichten gibt es völlig verdampfende Flussmittel, z.b. Ameisensäure Flussmittel zum Weichlöten (Buchstabe W) von Schwermetallen (Buchstabe S) DIN EN Kurzzeichen Beschreibung Anwendung F-SW11 Lösung aus Zink- und Ammoniumchlorid, Salz-, Schwefel-, Salpeter-, Flusssäure (Lötwasser) Rückstände sorgfältig abwaschen! Für stark oxidierenden Oberflächen, z.b. Zn-Dachrinnen, Edelstahl, Klempnerarbeiten F-SW21 F-SW22 F-SW26 F-SW32 Ameisen-, Adipinsäure Zinkchlorid in Fett (Lötfett), mäßig korrosiv, abwaschen Ähnlich F-SW21, aber ohne Ammoniumchlorid Kolophonium * + Aktivator (organische Säuren) auf Buntmetall nicht korrosiv Kolophonium * modifiziert mit Aktivator Salizylsäure, nicht korrosiv Zerfällt bei Löttemperatur, rückstandsfrei Klempnerarbeiten Für Cu-Rohrinstalltion, Trinkwasserleitungen Meist Röhrenlot mit Flussmittelseele Für Wellenlöten Für empfindliche Lötung bei sehr geringer Oxidschicht * Kolophonium: ist ein natürliches Harz der Kiefer, bei dem das Terpentinöl entfernt ist. Es enthält hauptsächlich Abietinsäure und andere Harzsäuren und Harzsäureester. Es wird zum Auftragen meist in Alkohol gelöst.

8 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Flussmittel zum Hartlöten (Buchstabe H) für Schwermetalle DIN EN 1045 Bezeichnung Beschreibung Arbeitstemperatur F-SH1 Bor- und Fluor-Verbindung, korrosiv F-SH2 Bor-Verbindung, nicht korrosiv F-SH3 Bor-Verbindung, Phosphate, Silikate, nicht korrosiv Flussmittel zum Hartlöten für Aluminium Bezeichnung Beschreibung Arbeitstemperatur F-LH1 Chloride und Fluoride und Lithiumverbindg., korrosiv, abwaschen mit verdünnter Salpetersäure und Wasser F-LH2 Fluoride, nicht korrosiv, wenn Löststelle trocken bleibt Gegenflussmittel Abdecken von Stellen, die lotfrei bleiben müssen (z.b. mit Kreide, Ton, Eisenoxid). Anwendungsbeispiel: - Weichlöten von Elektronik-Leiterplatten im Tauchbad Lötstoplack verwenden

9 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Lötbarkeit von Werkstoffen - Fast alle Metalle (Ausnahme Magnesium), Hartmetalle, Gläser, Ferrite, Keramik, Kohlenstoffwerkstoffe, Diamant sind lötbar. - Gut lötbar sind Buntmetalle, Edelmetalle, Hartmetalle und Ferrite mit Glaslot (z.b. Tonköpfe von Magnetbandgeräten). - Schwierig zu löten sind die Leichtmetalle und Edelstähle, besonders beim Weichlöten. - Aber kleine Teile lassen sich im Ultraschallbad ausreichend gut vorbeloten. - Gut löten lassen sich chemisch vernickelte Leichtmetalle. - Unter Vakuum sind auch sonst schwierig zu lötende Metalle wie Titan, Zirkon, Tantal und Niob sowie die Stoffe Diamant, Saphir, Rubin lötbar. - Zur Verbesserung der Lötfähigkeit beim Weichlöten werden häufig galvanische Überzüge aufgebracht, hauptsächlich Sn wenn es nur um die Weichlötbarkeit geht, aber auch Cu und Au oder Ni, auch chemisch Ni, wenn es zusätzlich um Korrosionsoder Verschleißschutz geht. - Die Lagerzeit sollte weniger als ½ Jahr sein, da sich Oxidschichten bilden, die die Lötbarkeit beeinflussen. Oberflächen müssen frei von Schmutz, Fett, Farbe, sein. Beispiele: Werktstoff Schmelzpunkt (ca. C) Lötbarkeit Lote Weichlöten Hartlöten Weichlot Hartlot St unlegiert 1520 mittel gut Sn Ms, Ag St legiert gut sehr gut Sn, Zn/Cd Cu, Ms, Ag GG.GGG 1250 schlecht gut Sn Ms, Ag Cu 1083 sehr gut sehr gut Sn, Pb, Zn Ms, Ag Cu- Legierungen AI/AI- Legierungen sehr gut sehr gut Sn Ms, Ag 660 schlecht teilweise gut Al/Sn, Al/Zn AI-Hartlote, Speziallote Hartmetall bis gut - Cu, Ms, Ag Werkstoffbedingte Probleme beim Hartlöten von Schwermetallen - Kaltverfestigung, Härtung, Vergütung der Teile geht verloren. - Bei hoch legierten unstabilisierten Chrom- und Chrom/Nickelstählen kann interkristalline Korrosion auftreten. - Bei sauerstoffhaltigem Kupfer tritt die Wasserstoffkrankheit (Versprödung) auf. - Hohe Korrosionsbeständigkeit bleibt bei Edelstählen nur erhalten, wenn Ni oder Au/Ni-Lote verwendet werden und im Vakuum hartgelötet wird.

10 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten 2.3 Lötverfahren Einteilung nach der Art der Erwärmung: Kolbenlöten Kolbenspitze vereisent (wegen geringer Löslichkeit von Eisen in Lötzinn; Spitzen nur mit feuchtem Schwamm reinigen. Erst Verbindungspartner erwärmen, dann, Lötzinn zuführen. Meist wird Röhrenlot verwendet. Wenn ungenügender Kontakt vorher etwas Lötzinn auf die Lötspitze bringen. Bügellöten (Hot Bar Reflow oder Gang Bonding) meist Lötautomat zum Weichlöten Zum Anlöten von Drähten auf Lötflecke oder zum Auflöten vielpoliger Elektronikbauteile wie Mikropack, Flat-Pack, Quad-Flat-Pack mit mehreren 100 Anschlussbeinchen. Der dem Bauteil angepasste Heizkörper wird auf den Draht oder die Bauteilbeinchen gedrückt, erwärmt, das Lot schmilzt, erkaltet bis unterhalb der Erstarrungstemperatur des Lotes, abgehoben. Das genaue Aufsetzen solch hochpoliger Bauelemente übernimmt eine Automatik, die über Bildverarbeitung die Zuordnung automatisch steuert (Pick and Place). Tauchbadlöten Im Bad ist geschmolzenes Lot. Das mit Flussmittel versehene Lötgut wird langsam in das Bad getaucht. Am positiven Meniskus (mit ausgebildeter Hohlkehle hochsteigendes Lot) zwischen Lotspiegel und Bauteil erkennt man sichtbar, wann die Löttemperatur erreicht ist. Wird ohne Flussmittel gearbeitet, bildet sich i.a. ein negativer Meniskus aus. Anwendung Abisolieren + verzinnen von Drahtenden Tauchbadlöten mit Ultraschall Beim Ultraschall Löten erzeugt eine mit 20kHz schwingende Sonotrode im flüssigen Lot Kavitation. Durch das Zusammenschlagen winziger Kavitationsbläschen in der Druckphase ensteht eine kräftige Druckwelle, die die Oxide und Verunreinigungen von der Oberfläche des Lötteils entfernt. Das blanke Teil benetzt somit unter Luftabschluss. Es kann auch mit Flussmittelunterstützung gearbeitet werden. Man kann mit US auch Al weichlöten. Anwendung: Verzinnen von Bauteilanschlüssen mit hoher Fertigungssicherheit

11 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Wellenlöten = Schwalllöten für Weichlöten von Elektronikbaugruppen mit bedrahteten und schwallbaren SMD-Bauteilen Das Lot wird in einem Bad geschmolzen und von einer Pumpe durch eine Düse so umgepumpt, dass sich eine ca. 10 mm hohe Lotwelle ausbildet. Für bedrahtete Bauteile soll die Welle möglichst glatt und ruhig sein, für SMD`s rauh und gegenläufig. Daher werden oft 2 Wellen vorgesehen. Wellenlötanlagen arbeiten im Durchlauf. Die mit Bauteilen bestückte Leiterplatte wird zuerst über eine Fluxereinheit geführt. Hier wird Flussmittel, z.b. F- SW32 in Alkohol gelöst, aufgesprüht. Anschließend wird getrocknet. Danach fährt die Baugruppe leicht (ca. 7 ) schräg über die Lotwelle, wobei sie an der Unterseite von Lot bespült wird. Damit benetzt das Lot die vorverzinnten Lötstellen, erwärmt sie und wird in die Spalte eingesaugt. Das Wellenlöten ist ein sehr ausgereiftes Verfahren. Es wird eine Lötzuverlässigkeit von wenigen dpm (defects per million) erreicht. Ofenlöten Geschlossene Durchlauföfen verwenden; Vorteil ist die gleichmäßige und durchgehende Erwärmung, mehrere Teile gleichzeitig lötbar. Achtung, dass beim Herausnehmen Lötstellen erschütterungsfrei erstarren können. - Ofenerwärmung an Luft - Ofenerwärmung unter Schutzgas: daher Löten ohne möglich, Schutzgas Propan, NH 3, etc. Vakuumofen für Hart- und Hochtemperaturlötung. Grundsätzlich ohne Flussmittel für Teile mit nur geringen Oxidschichten. Die Oxide haben einen relativ hohen Dampfdruck und verdampfen im Vakuum während des Erhitzens vor dem Schmelzen des Lotes. Die meisten Lote fließen im Vakuum besser. Damit sind sehr enge Spalte füllbar. Die Teile sind nach dem Löten metallisch blank. Mit Wolframwendeln im Kaltwandofen sind Temperaturen bis 2300 C möglich. Elektrisches Widerstandslöten Für Weich- oder Hartlöten Lot (2) und Flussmittel wird in kaltem Zustand eingelegt. Das Lötteil (1) wird zwischen Elektroden (3) aus Graphit, Molybdän, Wolfram oder Kupfer geklemmt und durch Stromdurchfluss erwärmt.

12 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Induktionslöten Für Weich- oder Hartlöten Lot und Flussmittel wird in kaltem Zustand eingelegt, Erwärmung durch Induktion: Dabei erzeugt eine von Wechselstrom durchflossene Spule ein magnetisches Wechselfeld, das im Lötteil einen Wirbelstrom induziert. Dieser Strom erwärmt das Teil. Gearbeitet wird Mittelfrequenz von 0,15 bis 10kHz und Hochfrequenz von 0,4 bis 3MHz. Damit kann die Eindringtiefe des Wirbelstroms zwischen 0,1 und 10mm gesteuert werden. (Beispiel: Die Eindringtiefe in Al beträgt bei 10kHz etwa 1mm) Flammlöten Vielfältig anwendbar, nicht für ganz kleine Teile. Flamme nicht direkt auf Flussmittel richten. Je größer die Teile sind und je höher ihre Wärmeleitfähigkeit ist, umso mehr muss auch die Umgebung der Lötstelle erwärmt werden, damit die gesamte Lötstelle auf Löttemperatur ist. Lange Nähte auch fortlaufend lötbar. Lot nicht in die Flamme halten und erst nach Erwärmen zuführen. Beim Hartlöten ist Zeitpunkt für Lötmittelzugabe am Verglasen des Flussmittels erkennbar. Infraroterwärmung für Weichlötung Für Infrarot-Punkterwärmung mit Parabolspiegel kommen kleine Teile der Großserie in Frage. Durchlaufanlagen mit Flächen- oder Heizstrahlern werden schwerpunktmäßig zum Reflow-Löten von Elektronikleiterplatten mit SMD`s eingesetzt. Bild 7.6 Betrieb mit Luft und Schutzgast z.b. N 2 möglich. Laserlöten Gezielte Erwärmung durch Laserstrahl. Vorteil: minimale Wärmebelastung des Bauteils Problem: unterschiedliche Geometrie und Reflexion der Lötstellen bewirkt Streuung der Wärmeeinbringung Einsatz in Sonderfällen

13 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Dampfphasenlöten (Vapor Phase VP) für Weichlöten Ein Reflowlöten, bei dem eine inerte Flüssigkeit zum Sieden gebracht wird. Das Lötgut z.b. Elektronikleiterplatten, wird in den gesättigten Dampf oberhalb der siedenden Flüssigkeit gebracht. Der Dampf kondensiert auf dem zunächst kalten Teil. Es erwärmt sich hier exakt auf die konstante Sattdampftemperatur. Um den Dampfverlust klein zu halten, wird meist eine sekundäre Dampfzone darüber angeordnet. Glyzerinbad für Weichlöten Anwendung für versilberte oder verzinnte Teile bei großflächigen Lötungen, weil die Arbeitstemperatur gleichmäßig über das Teil verteilt ist. Teile müssen anschließend gewaschen werden. Salzbad für Hartlöten von Aluminium Das Salzbad wirkt als Flussmittel. Löten großer Teile möglich. Zurückgebliebene Badreste wirken stark korrodierend.

14 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Anwendung der Lötverfahren Lötverfahren Für Hartlöten Für Weichlöten Anwendung Für Metall Für Glas, Keramik Beseitigung Oxidschicht mit Kolbenlötung X E F F Flussmittel Flammlötung X (X) E F o Flussmittel Tauchlötung X X M F o Flussmittel Ofenlötung X X M F M Flussmittel Schutzgas Widerstandslötung X X M F Flussmittel Induktionslötung X X M F Flussmittel Vacuumlöten X E Wellenlöten X M F Flussmittel Bügellöten X M F Flussmittel Infrarotlötung Reflowlötung X M F Flussmittel Dampfphasenlötung X M Flussmittel Laserlöten X M Flussmittel E Einzelfertigung, M Massenfertigung, F typische Anwendung in Feinwerktechnik X Lötung gut möglich, (X) selten O Lötung im Prinzip möglich

15 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten 2.4 Gestaltung der Lötverbindungen Lötspalt Durch Kapillarwirkung dringt das Lot in den Spalt zwischen den Fügeflächen. Daher kommt der Dicke des Lötspaltes besondere Bedeutung zu: Lötspalt zu klein: Flussmittel kann nicht in Lötspalt eindringen Lötspalt zu groß: ungenügende Kapillarwirkung für Lot Lötspaltgestaltung: Der Überlappungsstoss sollte möglichst 4 bis 8 x die Wanddicke betragen. Die Dicke der zu verbindenden Bleche sollte gleich sein. Grundwerkstoff Optimale Lötspaltdicke [mm] Hartlote Weichlote Kupfer-Lote Messing-Lote Silberlote St unlegiert 0, ,2 0,05...0, ,3 0,05 0,2 St legiert 0,1...0,25 0,1...0,2 0,1 0,35 0,1 0,25 Cu, Cu-Legierungen 0, ,2 0,05 0,25 Hartmetall 0,3... 0,5 0,3 0,5 Die Oberflächenrauheit R z sollte 6,5 25 µm betragen für optimale Lötverbindung Ausbildung von Stoßfugen: Schlecht besser gut Bei Lötverbindungen sind Überlappverbindungen zu bevorzugen (Belastung der Lötverbindung auf Scherung!).

16 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Überlappverbindungen bei Behältern Überlappverbindungen mit Formschluss bei Behältern Verbindungen von Wellen und Achsen Achtung: - Bei Sacklöchern immer Entlüftungsbohrungen vorsehen! - Auf Kraftfluss achten (evtl. Entlastungskerben anbringen) - Bei Pressverbindungen ggf. zusätzlich Rändeln (Lötspalt)

17 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Verbindungen an elektrischen Leitern Lötstelle bedrahteter elektronischer Bauteile - Die Bauteile werden in eine Bohrung der Leiterplatte gesteckt. - Cu- Leiterbahn ist um die Durchsteckbohrung zu einem Auge erweitert. - Durchkontaktierung bessere Festigkeit, aber höhere Kosten. Auch auf der Bauteileseite befindet sich ein Lötauge und die Bohrungswandung ist von Lötauge zu Lötauge verkupfert. - Die Leiterbahnen außerhalb des Lötauges sind mit Lötstop abgedeckt. - Vor dem Löten werden die Lötaugen galvanisch mit ca. 5µm verzinnt - Gelötet wird im Schwallbad (siehe Lötverfahren) - Bei Durchkontaktierung zieht das Lot kapillar durch die Bohrung. Lötstopp Cu Beinchen Bauteil bestückt gelötet Kupfer Lötstoppabdeckung Lot Einseitig kaschiert doppelseitig kaschiert und durchkontaktiert

18 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Lötstelle elektronischer SMD-Bauteile (SMD = Surface Mounted Device; SMT = Suface Mountet Technology) - z.b Widerstände, Kondensatoren - können auf der Lötseite bei Leiterplatten mit bedrahteten Bauteilen eingesetzt werden. - SMD`s werden mit einem Klebepunkt auf die Leiterplatte geklebt - Sie werden im gleichen Durchlauf mit der Lotwelle des Schwallbades gelötet. - SMD Bauteile mit eng beieinander liegenden Lötanschlüssen wie PLCC (= Plastic Lead Chip Carrier) können nur mit Reflow-Löten aufgelötet werden. - Mit Reflow-Löten lassen sich auch die im Schwall lötbaren SMD`s auflöten. - Für Reflow-Löten Lotpaste in einer Dicke zwischen 100 und 300µm auf die Lötflecke auftragen. - In die frische Lotpaste das Bauteil platzieren (klebt). - Durch Wiederaufschmelzen des Lotes (Reflow) erfolgt die Lötung. - Die Erwärmung durch Infrarot, über Vapor Phase, mittels Lötbügel oder durch Laserstrahl. ohne Lot Lot SMD Lot Klebepunkt Doppelseitig kaschiert und SMD Fixierung über Klebpunkte,. Verbindung durch Löten Leiterbahn Lötanschlußfläche frei von Lötstopp, restl. Anschlußflächen nicht gezeichnet.

19 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Eingelegte Lote Bei Sackloch-Lötverbindungen darf das Sackloch durch das eindringende Lot nicht abgedichtet werden Verbindungen Glas/Metall (Glas im Fugenbereich metallbeschichtet)

20 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten 2.5 Berechnung - Für das Übertragen von Kräften kommt hauptsächlich die Hartlötung in Frage. - Weichlote kriechen unter Last. Die zulässige Spannung bei Dauerbelastung ist daher sehr niedrig. - Weichlötverbindungen haben daher meist eine andere Hauptfunktion, wie gute elektrische Leitfähigkeit oder Dichtheit Berechnung von Überlappverbindungen Lötstellen sollen möglichst auf Scherung beansprucht werden. Die wichtigste Kenngröße ist die Abscherfestigkeit des Lotesτ Lot Die Überlappungslänge l ist 5 bis 50 fache Werkstoffdicke, wobei die kleineren Werte bei großen Dicken (mehrere mm) und geringerer Festigkeit des Grundwerkstoffes ausreichend sind. F Scherspannung τ = τ l zul b und τ zul = τ Lot / S; σ zul = σ Lot / S S = Sicherheitsfaktor je nach Anforderung > 3. Hoher Sicherheitsfaktor auch, weil in langen engen Spalten Flussmittelreste eingeschlossen bleiben Anhaltswerte für Festigkeit von Lötungen (alle Werte in in N/mm 2 ) Weichlot Zugfestigkeit Kurzzeitbelastung Scherfestigkeit Dauerbelastung bei 20 C Zugfestigkeit σ Lot τ Lot σ Lot L-Sn60Pb ,5 L-Sn60PbAg Bei Dauertemperaturen über 50 C sinkt die Dauerstandsfestigkeit gegen 0. Nur Ag- und Sbhaltige Lote haben auch bei diesen Temperaturen noch eine Dauerstandsfestigkeit von ca. 3 N/mm 2.

21 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Hartlot L-CuZn40 L-Ag55Sn Zugfestigkeit Scherfestigkeit N/mm 2 bei Werkstoff N/mm 2 bei Werkstoff 350 St St St St St St St X12CrNi Hartmetall/Stahl Diese Festigkeitswerte gelten bis etwa 200 C. Die Dauerwechselfestigkeit von Hartloten beträgt etwa die Hälfte der in der Tabelle aufgeführten statischen Festigkeit Berechnung Muffenverbindung bei Rohren Rundstange Bei Torsion Bei Zug M τ = d d π l 2 F τ = τ d π l τ zul zul Berechnung Stumpfstoß (möglichst vermeiden) F σ = s b σ zul

22 Konstruktionselemente Kapitel 02 - Löten Häufig treten zusätzlich zur Dehnbeanspruchung Biegungen auf, die an der Lötstelle hohe Randspannungen ergeben. Eine so beanspruchte Lötung versagt dann viel früher, als es die Berechnung auf Zug erwarten ließ. Regel: - Lötverbindungen möglichst nur auf Schub beanspruchen - auf ausreichende Überlappung der Bauteile achten. Sie sollte mindestens betragen: l ü s 2.6 Arbeitssicherheit Unfallverhütungsvorschriften beachtet (folgende Hinweise sind nicht vollständig): Flammlöten - Gefahr von Verbrennungen, Bränden und Explosionen. - Schutzbrillen tragen. - Vorschriften über Umgang mit Gasflaschen beachten. Induktionslöten: - Keinen Handschmuck (Ringe, Armreif) tragen (Aufheizung!) Allgemein - Absaugen bei Lötplätzen mit großen Teilen, langer Zeit, bei stark dampfenden Flussmitteln und Hartlotflussmitteln - Hartlötflussmittel bilden gesundheitsschädigende Dämpfe und bei Haut- oder Augenkontakt schwer heilende Verletzungen. - Zink- oder cadmiumhaltige Lote oder Oberflächen bilden bei Überhitzung hochgiftige Rauche. - Viele Weichlotflussmittel enthalten Säuren. - Spritzgefahr (Schutzbrille tragen). - Kolophonium ist in brennbarem Alkohol gelöst Rauchverbot. - An Lötarbeitsplätzen nicht essen - Vor dem Essen Hände waschen. - Schutzbrillen, Schutzhandschuhe Schutzkleidung wo erforderlich, unbedingt verwenden.