Alles, was Sie über das Löten von Leiterplatten wissen müssen

Das Löten von Leiterplatten gehört zu den grundlegendsten Fähigkeiten, die man sich im Universum der Elektronik aneignen kann. Beides gehört zusammen, ähnlich wie Karotten und Erbsen. Und obwohl man auch ohne Lötkolben mehr über Elektronik lernen und sie herstellen kann, eröffnet sich einem mit einer solchen Fähigkeit eine völlig neue Welt. In diesem Blog geben wir einen grundlegenden Überblick über das Löten von Leiterplatten, einschließlich Definition, Typen, Verfahren usw. Lassen Sie uns eintauchen …

Was genau ist PCB-Löten?

Falls Sie es noch nicht wussten: Löten ist ein Prozess, bei dem zwei oder mehr Teile durch Schmelzen und Einbringen eines Füllmetalls, dem Lot, in die Verbindung zusammengefügt werden. Für die einfachste Lötarbeit benötigen Sie lediglich ein Lötkolben, etwas Lötzinn und die zu verlötenden Teile. Die Spitze des Lötkolbens dient normalerweise zum Erhitzen des Lötzinns und ermöglicht dessen Verteilung auf die Teile. Außerdem haftet das Lötzinn an der Spitze, um die Wärmeübertragung zu unterstützen und die Temperatur des Metallteils bis zum Schmelzpunkt des Lötzinns zu erhöhen. Dadurch haftet das Bauteil sehr gut auf der Leiterplatte.

Beachten Sie, dass der Schmelzpunkt des Füllmetalls tatsächlich viel niedriger ist als der des angrenzenden Metalls. Im Gegensatz zum Schweißen hat das Löten nichts mit dem Schmelzen der Werkstücke zu tun.

Beim Hartlöten wird nicht das Werkstückmetall geschmolzen, sondern das Füllmetall schmilzt bei sehr hohen Temperaturen. Vor einigen Jahrzehnten enthielten fast alle Lote Blei, während Umwelt- und Gesundheitsbedenken mittlerweile die Verwendung bleifreier Legierungen sowohl für Klempner- als auch für Elektronikanwendungen erfordern.

Nachfolgend haben wir verschiedene Arten des PCB-Lötens aufgelistet, darunter:

• Reflow-Löten

Dies ist die am häufigsten verwendete Technik. Dabei wird eine bestimmte Menge stabilen Lots an einer bestimmten Stelle auf ein Objekt aufgebracht und dieses dann direkt in einen sogenannten Reflow-Ofen geschickt.

Anschließend verflüssigt die Hitze des Reflow-Lötens das Lot und es verfestigt sich, sobald es den Ofen verlässt – dies trägt zur Herstellung der Lötverbindung bei.

• Wellenlöten

Hierbei handelt es sich um eine Art des Selektivlötens, bei dem bestimmte Teile einer Platine gelötet werden, da die Komponenten auf diesen Teilen befestigt werden müssen. Dies geschieht durch die Entwicklung einer Welle aus flüssigem Lot.

Es handelt sich um einen recht vielseitigen Prozess, da Wellenlötgeräte sehr gut für einfache Verbindungen geeignet sind, beispielsweise zum Ziehen einer Platine und von Komponenten über die Welle.

• Handlöten

Bedenken Sie, dass die Standardtechnik des Lötens in der gesamten Menschheitsgeschichte das Handlöten war. Es wird im wahrsten Sinne des Wortes als Handwerk angesehen, da das Löten sowohl Wissenschaft als auch Kunst ist.

Beim Handlöten kommt es auf akribische Präzision und Details an. Dies liegt daran, dass es bestimmte Verbindungen gibt, die digital gesteuerte oder Reflow-Maschinen nicht herstellen können.

Der Nachteil dieses Handlötens besteht darin, dass es nicht viele Produkte gibt, die dies erfordern.

Darüber hinaus gibt es nur sehr wenige Menschen, die sich auf diesem Gebiet engagieren, und die mühsame Ausbildung einer Person, bis diese den Prozess intensiv durchführen kann, ist kostspielig.

• Laserlöten

Es ähnelt dem Reflow-Löten. Dabei wird festes Lot auf eine Platine aufgebracht und erhitzt, bis es zu fließen beginnt und die Lötverbindung vervollständigt. An bestimmten Stellen wird jedoch ein Laser eingesetzt.

Es bietet die größte Flexibilität und höchste Präzision. Auch Sure-Mount-Komponenten und Durchgangslöcher können lasergelötet werden. Darüber hinaus birgt diese Art des Leiterplattenlötens weniger Risiken, da ein Skalpell und kein Breitschwert verwendet wird.

Der PCB-Lötprozess

Wir werfen einen kurzen Blick auf den PCB-Lötprozess. Dieser Prozess umfasst:

• Oberflächenvorbereitung

Wenn Sie eine leistungsstarke und dennoch niederohmige Lötverbindung suchen, ist eine saubere Oberfläche unerlässlich. Alle zu lötenden Oberflächen müssen gründlich gereinigt werden. Sie können 3M Scotch Brite Pads verwenden, die Sie in Autowerkstätten erhalten.

Dies liegt daran, dass sie die Oberflächentrübung schnell entfernen und das PCB-Material, an dem Sie arbeiten möchten, nicht beeinträchtigen. Wenn die Platine schließlich bis zum glänzenden Kupfer gereinigt ist, können Sie ein Lösungsmittel wie Aceton verwenden.

• Platzierung der Komponente

Sobald Sie mit der Reinigung von Bauteil und Platine fertig sind, können Sie die Bauteile auf der Platine platzieren. Sofern Ihre Schaltung nicht einfach ist und nur wenige Bauteile umfasst, können Sie nicht alle Bauteile auf der Platine platzieren und sofort verlöten.

Wahrscheinlich müssen Sie einige Bauteile einzeln verlöten, bevor Sie die Platine umdrehen und weitere Bauteile platzieren. Generell empfiehlt es sich, mit den flachsten und kleinsten Bauteilen zu beginnen und später zu den größeren Bauteilen überzugehen.

• Anwendung von Wärme

Sie müssen eine sehr kleine Menge Lötzinn auf die Spitze Ihres Lötkolbens auftragen, da dies die Wärmeleitung zur Platine und zum Bauteil unterstützt. Das Lötzinn ist jedoch nicht für die Herstellung der Verbindung verantwortlich.

Um die Verbindung zu erhitzen, müssen Sie die Spitze Ihres Lötkolbens so platzieren, dass sie sowohl am Bauteilanschluss als auch an der Platine anliegt. Es ist wichtig, dass Sie sowohl den Anschluss als auch die Platine erhitzen, da sich das Lot sonst leicht sammelt und nicht am unbeheizten Gegenstand haftet.

Darüber hinaus trägt die kleine Menge Lötzinn, die Sie vor dem Erhitzen der Verbindung auf die Spitze aufgetragen haben, dazu bei, den Kontakt zwischen der Leitung und der Platine herzustellen.

• Auftragen von Lot auf die Verbindung

Sobald das Bauteilkabel und das Lötpad erfolgreich erhitzt wurden, ist das Lötzinn fertig. Dazu platzieren Sie die Spitze des Lötzinnstrangs auf dem Lötpad und dem Bauteilkabel, nicht auf der Lötkolbenspitze.

Beachten Sie, dass das Lot, wenn alle heiß genug sind, ungehindert über Pad und Anschluss fließt. Sie werden sehen, wie das Flussmittel schmilzt und sich verflüssigt.

Geben Sie weiterhin Lötzinn zur Verbindung hinzu, bis das Pad vollständig beschichtet ist und das Lötzinn einen kleinen Hügel mit konkaven Seiten gebildet hat.

Sollte es dennoch zu einer Verhärtung kommen, müssen Sie zu viel Lötzinn verwenden oder das auf der Platine platzierte Pad ist nicht so heiß wie gedacht. Bewegen Sie die Verbindung nicht, bis das Lötzinn erstarrt ist.

• Inspektion der Fuge und Reinigung

Wenn Sie mit der Herstellung der Verbindung fertig sind, prüfen Sie sie im nächsten Schritt. Achten Sie dabei auf kalte Verbindungen, Hemden mit gegenüberliegenden Polstern oder schlechten Durchfluss. Wenn die Verbindung in Ordnung ist, können Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.

Im nächsten Schritt kürzen Sie die Leitung mit einem kleinen Seitenschneider und schneiden sie am oberen Ende der Lötstelle ab. Sobald Sie alle Lötstellen hergestellt haben, entfernen Sie die überschüssigen Flussmittelrückstände auf der Platine.

Einige Flussmittel sind zudem hygroskopisch und können so viel Wasser aufnehmen, dass sie eine hohe Leitfähigkeit erreichen. Die meisten Flussmittel lassen sich leicht mit Methylhydrat und einem Lappen reinigen, während für andere ein deutlich stärkeres Lösungsmittel erforderlich ist.

Häufige Probleme beim PCB-Löten

Einige der Probleme, die beim Löten von Leiterplatten auftreten können, sind:

• Gelenkbeschwerden

Es handelt sich um ein Problem, das durch Bewegungen beim Erstarren des Lots entsteht. Die Oberfläche der Verbindung ist dabei entweder rau, kristallin oder mattiert. Sie wird oft mit einer kalten Verbindung verwechselt, da sie ähnlich aussieht.

• Kalte Verbindung

Dies tritt auf, wenn das Lot nicht vollständig schmilzt. Es ist häufig durch eine klumpige oder raue Oberfläche gekennzeichnet. Sie sind unzuverlässig und die Lötverbindung weist Risse auf.

• Überhitzte Verbindung

Hier fließt das Lot nicht gut und die Rückstände des verbrannten Flussmittels erschweren die Reparatur der Verbindung erheblich.

• Unzureichende Benetzung (Pad)

Hier weisen die beiden Verbindungen Anzeichen einer unzureichenden Benetzung des Lötpads auf. Beachten Sie, dass das Lot die Anschlüsse zwar gut benetzt, aber keine optimale Verbindung mit dem Pad bildet. Dies kann auf eine verschmutzte Leiterplatte oder fehlende Wärmezufuhr zu Pad und Pin zurückzuführen sein.

Nach der Auflistung dieser Probleme fragen Sie sich vielleicht, wie Sie feststellen können, ob ein Problem mit dem Löten Ihrer Leiterplatte vorliegt. Ob ein Problem mit dem Löten Ihrer Leiterplatte vorliegt, hängt von der Art des Problems ab.

Handelt es sich beispielsweise um eine Lötbrücke, sehen Sie, dass zwischen Ihrer Lötstopplackschicht und den Pads nicht genügend Platz ist. In diesem Fall verschmelzen die beiden verbleibenden Lötstellen miteinander und bilden eine Verbindung, die nicht beabsichtigt war.

Wenn ein Hersteller dies bemerkt, kann er es reparieren, indem er die Spitze eines sehr heißen Lötkolbens zwischen den beiden Verbindungsstellen abzieht. Ist jedoch zu viel Lot vorhanden, kann der Hersteller es mit einem Lötmittelsauger oder einem Docht entfernen.

So vermeiden und lösen Sie diese Probleme

In Fällen, in denen der Käufer eines der zuvor genannten Probleme beim Löten seiner Leiterplatte feststellt, wird ihm geraten, nicht in Panik zu geraten, da diese alle mit ein wenig Geduld behoben werden können.

Wenn der Käufer das Lot zum Fließen bringen möchte und es sich weigert, in die richtige Richtung zu fließen und dadurch Probleme verursacht, kann er die Lötstelle abkühlen lassen und anschließend das Lötkolben reinigen und verzinnen. Eventuelles angebranntes Flussmittel sollte vorsichtig von der Lötstelle entfernt werden.

Der nächste Schritt besteht darin, das Lötkolben auf eine normale Temperatur aufzuheizen. Anschließend wird die Verbindung erneut erhitzt und versucht, das Lot wieder fließen zu lassen.

Beachten Sie, dass sich jedes Problem beim Löten Ihrer Leiterplatte lösen lässt. Wenn Sie als Käufer nicht weiterwissen, können Sie die Leiterplatte jederzeit zur Reparatur an den Hersteller bringen.

Tipps zum Leiterplattenlöten

Wenn Sie mit dem Löten von Leiterplatten beginnen, sollten Sie:

• Berühren Sie nicht die Spitze oder das Element Ihres Lötkolbens. Dies liegt daran, dass das Lötkolbenelement immer auf etwa 400 Grad erhitzt wird.
• Berühren Sie mit Ihrer Lötspitze nicht die Hauptflexleitung, da die meisten Lötstationen über eine hitzebeständige Flexleitung für zusätzlichen Schutz und Sicherheit verfügen.
• Stellen Sie den Lötkolben unbedingt wieder auf seinen normalen Ständer. Stellen Sie den Lötkolben niemals auf Ihrer Werkbank oder im gesamten Arbeitsbereich ab.
• Versuchen Sie, in gut belüfteten Bereichen zu löten. Die Dämpfe des schmelzenden Lots können unangenehm sein. Es empfiehlt sich, den Kopf seitlich und nicht darüber zu halten. So lässt sich Zeit sparen.
• Waschen Sie sich nach dem Löten unbedingt die Hände. Lötzinn enthält Blei, ein sehr giftiges Metall. Waschen Sie sich nach dem Löten sofort gründlich die Hände.
• Tragen Sie keine weite Kleidung. Solche Kleidung kann dazu führen, dass Sie am Arbeitsplatz leicht stürzen.

Bevor Sie die Lötstation in Betrieb nehmen, sollten Sie unbedingt einen Erste-Hilfe-Kasten bereithalten. Außerdem ist es wichtig, stets auf Arbeitsunfälle vorbereitet zu sein. Achten Sie auf Ihre Umgebung und gehen Sie mit der Lötspitze sehr vorsichtig um.

Wrapping It Up           

Wir konnten erfolgreich und detailliert erklären, worum es beim PCB-Löten geht und wie PCB ins Rampenlicht gelangte, welche Schritte beim PCB-Löten erforderlich sind, welche Probleme auftreten können und schließlich Tipps zum PCB-Löten geben.

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